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2.2.1.1. Quantité de produit frais à sécher
2.2.1.2. Calcul de la vitesse d'enlèvement de l'eau
2.2.1.3. Calcul du débit d'air en entrée
du séchoir
2.2.1.4. Type de séchoir
2.2.1.5. Convection forcée ou naturelle ?
Figure 14 : principe de calcul pour le dimensionnement d'un séchoir (Rozis, 1)
L'objectif de notre projet est de réaliser un petit atelier de transformation de fruits, nous avons donc estimé la quantité d'abricots à transformer à 25 Kg d'abricots par jour.
Une estimation de cette vitesse nous est donnée par la relation suivante :
où :
Mi = quantité à sécher de produit frais pour 48 H (en Kg) = 50 Kg
mi = teneur en eau initiale du produit frais (en pourcentage) = 85 % (Rozis, 1)
mf = teneur en eau finale du produit séché ( en pourcentage) = 15 % (Rozis, 1)
ts = temps de séchage en heures = 48 heures
D'où,
La masse d'eau Me à extraire correspond à ce qu'il faut retirer
du produit pour le faire passer d'une teneur en eau initiale donnée
(de 85 pour cent pour l'abricot frais), à une teneur en eau finale
donnée (15 pour cent pour l'abricot séché) assurant
ainsi la conservation du produit (Espiard, 2).
La température maximale admissible pour les abricots est de 65 °C (Rozis, 1). De façon générale, à défaut de disposer des courbes d'allure de séchage du produit considéré, il est recommandé de retenir une température de l'air à l'arrivée sur le produit de 10 °C au dessus de la température maximale admissible par le produit.
En effet, plus le produit contient de l'eau plus l'évaporation permet le refroidissement du produit. Ainsi, en début de séchage, la température doit être la plus élevée possible pour garantir un séchage rapide.
Il faudra donc que l'air ait une température d'au moins 70 °C en début de séchage. Il faudra cependant faire attention à ce que la température du produit ne soit pas supérieure à 65 °C durant la fin du séchage, c'est à dire lorsque l'humidité du produit a considérablement diminué.
Le séchoir doit permettre l'élimination de l'eau du produit et l'évacuation de l'eau sous forme de vapeur par le débit d'air chaud. L'eau est ainsi éliminée à une vitesse d'évacuation moyenne appelée Vev. Le débit d'air chaud doit donc permettre d'assurer cette évacuation à la vitesse Vev.
Soit Da le débit d'air chaud dans le séchoir (Rozis, 1) :
où :
Da : débit d'air chaud en m3/ h
Me : masse d'eau à extraire en kg = 41.17 kg d'eau
ts : durée idéale du séchage pour les abricots = 48 heures
: masse volumique de l'air sec = 1.2 kg / m3 (Espiard, 2)
Xa : teneur en eau de l'air en entrée de séchoir en g d'eau / kg d'air sec
Xm : teneur en eau de l'air en sortie de séchoir en g d'eau / kg d'air sec
: rendement du séchage
La teneur en eau de l'air entrant (Xa) se lit sur le diagramme enthalpique de l'air humide. Ainsi, pour une humidité de 30% et une température de 35 °C, le diagramme de l'air humide nous donne Xa = 15 g d'eau / kg d'air sec.
Xm : pour déterminer cette valeur, nous devons connaître le pouvoir évaporatoire de l'air de séchage. Ce pouvoir évaporatoire est déterminé grâce au tableau liant le pouvoir évaporatoire à l'humidité et à la température de l'air ambiant. Ainsi avec une humidité de 30 % et une température de 35°C nous trouvons ce pouvoir évaporatoire qui est sans unité. Nous l'appellerons Ea (Tableau 2).
Tableau 2 : pouvoir évaporatoire de l'air Ea, en fonction de sa température et de son humidité (Rozis, 1)
Humidité relative
en %Nous obtenons : Ea = 5,2
De plus :
On obtient donc : Xm = ( 5,2 / 2 ) + 15 = 17,6
Finalement, nous obtenons le débit d'air nécessaire :
Différents types de séchage peuvent être utilisés.
Ces techniques ont été écartées suite à une étude financière préalable. Les consommations importantes en électricité nécessiteraient un prix de vente des produits finis relativement élevé ou encore une baisse des salaires pour palier le coût de revient de la production d'abricots secs.
L'intensité du rayonnement solaire est-elle suffisante ?
Dans la situation actuelle les abricots sont séchés en bord de route ou dans les champs à même le sol. Ces conditions de séchage ne permettent pas la commercialisation de ce produit et limitent la qualité du produit.
La période de séchage des abricots se déroulera durant les mois de juin, juillet et août. Durant cette période, les données climatiques sont favorables au séchage. En effet, l'ensoleillement est d'environ 350 heures par mois (pour les mois de juin, juillet, août) (Annexe 1).
Nous pouvons ainsi nous permettre de mettre en place un système de séchage solaire peu coûteux et permettant cependant une optimisation de la qualité des abricots secs.
Pour des raisons financières, nous avons écarté les séchages indirects qui ne présentent pas un réel avantage dans le cas d'un petit atelier de fruits artisanal (FAO, 3).
Nous avons donc choisi d'appliquer un séchage solaire direct
Figure 15 : principe de fonctionnement du séchoir solaire retenu (Rozis, 1)
En effet, nos principales exigences pour le choix du séchoir se sont portées sur un matériel :
En pratique, lorsque l'on est face à un séchage imposant un débit supérieur à 20 m3/ h, le séchage ne pourra être effectué de manière naturelle (Rozis, 1). C'est pourquoi il faut envisager d'aider l'air à circuler grâce à des éléments périphériques comme un ventilateur. Si ce débit était compris entre 20 et 60 m3/ h, nous aurions pu utiliser une cheminée solaire.
Dans notre cas nous devons donc utiliser un ventilateur (débit d'air supérieur à 60 m3/ h). Notre séchoir sera donc à air forcé. Le mouvement de convection de l'air sera assuré par un ventilateur. Pour cela, nous avons pris exemple sur une application de séchage solaire au Maroc (Rozis, 1). Le séchoir utilisé était aussi de type Hohenheim. Nous prendrons le même type de ventilateur en adaptant ses paramètres à notre cas. Il s'agit d'un ventilateur radial. Sa puissance moyenne est de 40 W (puissance maximale de 70 W, 1400 tr/minutes) ce qui est en relation avec un débit d'air d'environ 1100 m3/ h.
Notre choix s'est arrêté sur le séchoir solaire tunnel type Hohenheim .
Figure 16 : description du séchor Hohenheim (Rozis, 1)
Ce séchoir présente de nombreux facteurs favorables:
Le séchoir de type Hohenheim a été mis au point par une université allemande. Sa structure est en bois (coté et fond), avec une couverture plastique polyéthylène. Les claies chargées d'abricots sont glissées à l'intérieur du séchoir par l'intermédiaire de tiroirs fixés sur le bâti en bois.
La couverture de plastique fait effet de serre: la lame d'air située
entre cette couverture et les claies s'échauffe, absorbant ainsi l'humidité
des fruits. Un petit ventilateur placé à l'entrée crée
un flux continu d'air pour extraire l'humidité. Ce système permet
de sécher les fruits en 48 heures, la méthode traditionnelle mettant
souvent trois semaines. (GERES, 7)
Caractéristiques du séchoir
On se base sur une quantité d'abricots à sécher de 50 kilogrammes par cycle de séchage ce qui représente 25 Kg d'abricots par jour.
- Description générale (Rozis, 1)
Ce séchoir est constitué d'une rigole de 10 cm de profondeur ménagée dans la face supérieure d'une dalle horizontale en béton armé. Pour une production de 50 Kg par cycle, le séchoir doit avoir une longueur de 11 mètres et une largeur de 2 mètres (Rozis, 1).
La dalle est recouverte d'une couche de liège de 20 mm elle même recouverte d'une autre couche de béton de 10 mm. La rigole est surmontée d'une couverture plastique.On peut distinguer deux parties :
- la zone de chauffe (9,3 m de long et 2 m de large) en avant de laquelle est placée un ventilateur ;
- la zone de séchage proprement dite de 1,7 m de long et 2 m de large.- Système d'aération
Nous utiliserons un ventilateur radial.
- L'air frais aspiré, filtré et refoulé vers la zone de chauffe puis de séchage par le ventilateur. L'air circule en dessous et au dessus du produit.
- L'air humide est évacué en bout de séchoir au travers d'une moustiquaire métallique- Zone de chauffe
La rigole est peinte en noir et surmontée d'une feuille de polyéthylène (épaisseur = 0,2 mm) fixée à la dalle grâce à un profilé de serrage. La surface utile de chauffage est de 18,6 m2.
- Zone de séchage
Sur la rigole, des baguettes de 20 x 20 mm permettent de disposer un grillage métallique couvert d'une moustiquaire en nylon. La rigole est surmontée d'une couverture plastique polyéthylène de 0,2 mm fixée d'un coté à la dalle grâce à un profilé de serrage, de l'autre coté à un tube d'enroulement avec manivelle. La surface utile de séchage est 3 m2.
La capacité avoisine les 15 à 20 Kilogrammes de produits frais par m2 soit 50 Kg de produits frais au total. Le chargement s'effectue après avoir enroulé la couverture plastique de polyéthylène.
Le produit est déposé sur la moustiquaire en nylon dans la zone de séchage. C'est une opération discontinue.
Synthèse
Il s'agit d'un séchoir artisanal à convection forcée.
La construction est assez facile mais elle nécessite une main d'œuvre
qualifiée. Le ventilateur devra être importé. L'efficacité
de ce séchoir est assurée compte tenu des conditions climatiques.
Ce séchoir permet une bonne qualité de séchage. Il connaît
une diffusion déjà importante dans les zones subtropicales. Le
séchoir solaire tunnel type Hohenheim est destiné à un
usage artisanal. C'est un séchoir solaire direct à convection
forcée implanté en Europe, Afrique et Asie. Les paramètres
de séchage retenus pour une utilisation de cet équipement à
Kandahar sont rappellés au tableau 3.
Tableau 3 : séchage d'abricots à Kandahar, Afghanistan - récapitulatif des paramètres de séchage retenus
| Paramètres | Valeurs |
| Température minimale/ maximale (° C) | 15 / 38 |
| Ensoleillement (heure) (cf. annexe 1) | Environ 350 pour le mois de juillet |
| Humidité relative de l'abricot (%) | 15 / 85 |
| Débit air ventilateur (m3 / h) | 1050 |
| Puissance ventilateur (kW) | 0,04 |
| Rendement énergétique global - REG (%) | 35 |
| Durée du cycle de séchage (heures) | 48 |
| Débit de produit frais par cycle (Kg) | 50 |
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