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Projet fin d’année : Séchage du figue Classe : 2eme génie mécanique GMAI TP Ann

Projet fin d’année : Séchage du figue Classe : 2eme génie mécanique GMAI TP Année universitaire 2017/2018 1 Institution de la Recherche et de l’Enseignement Supérieur Agricoles TABLE DES MATIERES 2 chapitre I Introduction générale.........................................................................................................5 chapitre II : Les transferts thermiques.............................................................................................6 I. Introduction................................................................................................................................6 II. Transfert par conduction............................................................................................................6 III. Transfert par convection........................................................................................................7 1. Echange de chaleur par convection naturelle.........................................................................7 a. Description de phénomène................................................................................................8 b. Nombre de Grashof............................................................................................................8 c. Expression du nombre de Nusselt......................................................................................9 2. Echange de chaleur par convection forcée...........................................................................10 IV. Transfert par rayonnement..................................................................................................11 Rayonnement solaire....................................................................................................................11 chapitre III : Le séchage..................................................................................................................11 I. GENERALITES............................................................................................................................12 1. Définition..............................................................................................................................12 2. Humidité absolue.................................................................................................................12 3. Humidité relative..................................................................................................................12 4. Hygroscopicité......................................................................................................................12 5. Comportement d'un solide mouillé en présence d'un gaz....................................................13 6. Degré de saturation..............................................................................................................14 7. Porosité volumique d'un produit..........................................................................................15 8. Répartition d’eau dans le matériau......................................................................................15 II. SECHAGE DES PRODUITS AGRO-ALIMENTAIRES.......................................................................16 1. Séchage par convection........................................................................................................16 2. La figue.................................................................................................................................19 chapitre IV Modélisation mathématique du sécheur rotatif...........................................................20 I. Modèle du temps de résidence:...............................................................................................21 II. Modèle pour le coefficient de transfert thermique:.................................................................22 III. Modèle non linéaire statique................................................................................................22 IV. Simulation.............................................................................................................................25 chapitre V Conclusion....................................................................................................................27 chapitre VI Références....................................................................................................................28 3 Liste des figures Figure 1 : phénomène de convection naturelle.......................................................................................9 Figure 2 : différence entre mode naturel et mode forcé........................................................................11 Figure 3 : isotherme d'équilibre............................................................................................................14 Figure 4 : volume de contrôle microscopique.......................................................................................15 Figure 5 : les différents types d'eau dans le matériau............................................................................16 Figure 6 : courbe de séchage pour un séchage convectif (Strumilo et Kudra 1986).............................17 Figure 7 : séchage convectif (Strumilo et Kudra 1986)........................................................................18 Figure 8 : production mondiale............................................................................................................19 Figure 9 : apport nutritionnel................................................................................................................19 Figure 10 : les variables d'entrées et de sorties du processus................................................................20 Figure 11 : séchoir rotatif (à tambour)..................................................................................................20 Figure 12 : commande du volume pour la matière...............................................................................22 Figure 13 : température de la matière...................................................................................................25 Figure 14 : température de l'air.............................................................................................................25 Figure 15 : humidité de la matière........................................................................................................26 Figure 16 : humidité de l'air..................................................................................................................26 4 I. Introduction générale Le séchage est une opération importante dans le domaine agro-alimentaire et industriel, il consiste à éliminer totalement ou partiellement l'eau d'un produit humide. Le séchage est la méthode la plus utilisée dans la plupart des pays en voie de développement, pour préserver les produits agro-alimentaires. Le séchage est un procédé de conservation et de valorisation qui favorise le stockage des aliments et qui utilise l'énergie soit solaire ou électrique comme source de chauffage, il constitue un moyen rentable pour la déshydratation des produits agro-alimentaires. En agro-alimentaire d'une façon générale, l'optimisation de l'opération de séchage doit répondre à deux impératifs essentiels qui sont la consommation restreinte de l'énergie nécessaire et la sauvegarde de la qualité aromatique du produit à sécher. II.: Les transferts thermiques 5 III. Introduction Dans les transferts thermiques on peut distinguer trois modes de transfert : la conduction, la convection et le rayonnement, chacun de ces modes étant lui-même lié à un processus physique bien déterminé. En effet, l'énergie thermique d'un milieu matériel correspond à l'énergie cinétique de ses constituants ayant une certaine liberté de mouvement (molécules, atomes). IV. Transfert par conduction La conduction thermique (ou diffusion thermique) est un mode de transfert thermique provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu, ou entre deux milieux en contact. La conduction est la transmission de la chaleur dans la matière par vibration moléculaire. Elle concerne surtout les solides, mais aussi les liquides et les gaz pour lesquels elle est souvent négligeable par rapport à la convection ou au rayonnement. La loi de Fourier : V. Transfert par convection 6 Le transfert de chaleur par convection est complexe, car il résulte de la superposition de deux phénomènes : • Conduction entre les particules de fluide qui se rencontrent; • Mélange de ces particules par suite du mouvement d'ensemble du fluide. Si ce mouvement n'est provoqué que par les seules différences de températures, la convection est dite libre ou naturelle. Si ce mouvement résulte d'une action mécanique (pompe, ventilateur, etc.), la convection est dite forcée. Le transfert par convection est réagie par la loi de Newton qui stipule que le flux de chaleur transmis est proportionnel à l'écart entre la température T1 du corps solide qui reçoit ou transmet de la chaleur et la température T2 du liquide ou du gaz qui transmet ou reçoit cette chaleur. Le coefficient de proportionnalité de la loi de Fourier est appelé coefficient de convection thermique est noté hc. Le flux calorifique (puissance) transmis par convection s'exprime alors par l'équation fondamentale suivant : Φ = hc .S. (T2 –T1) Avec : Φ : Puissance transmise en W. hc : Coefficient de transmission thermique par convection, ou coefficient de convection thermique en W/m2.K. S : Surface d'échange considérée en m2. T1 : Température la plus chaude (paroi ou fluide en °C). T2 : Température la plus froide (fluide ou paroi en °C). 1/hc: Résistance thermique en m2.K/W. 1. Echange de chaleur par convection naturelle Dans la convection naturelle, le mouvement du fluide est dû à la variation de sa masse volumique provenant des échanges de chaleur entre le fluide et la paroi. Ces échanges jouent un grand rôle en pratique, associés souvent à des échanges par rayonnement. a. Description de phénomène 7 Considérons une plaque plane verticale chaude (dont la température de paroi est T) au contact d'un fluide (dont la température de mélange est Tm), au voisinage de la plaque existe une zone perturbée appelée couche limite de convection naturelle. Dans cette zone, le fluide s'élève et sa température varie selon le profil ci-dessous. Figure 1 : phénomène de convection naturelle De plus, l'épaisseur δ de la couche limite évolue au fur et à mesure que la distance y; au bord inférieur de la plaque; augmente et se stabilise par suite (y > 30 cm). La densité de flux thermique varie donc avec y et l'on définit un coefficient moyen de convection naturelle h, tel que le flux de chaleur échangé sur toute la plaque, soit égale à : Φ = h. Sp. (T-T) Sp : étant la surface de la plaque. b. Nombre de Grashof On définit pour la convection naturelle un groupe adimensionnel appelé nombre de Grashof : 8 x : est une dimension linéaire permettant de calculer la surface d'échange (hauteur d'une plaque verticale, diamètre d'un cylindre, coté d'un carré, etc.), β : Le coefficient de dilatation volumique du fluide à pression constante, ΔT = T - T : est la différence de température entre la paroi chauffante et le fluide, g : est l'accélération de pesanteur, ρf et μf : sont respectivement la masse volumique et la viscosité dynamique du fluide. Le nombre de Grashof joue le même rôle en convection naturelle que le nombre de Reynolds en convection forcée. Sa valeur conditionne la nature laminaire ou turbulente de l'écoulement dans la zone perturbée. • Gr > 109: Convection turbulente. • Gr < 109: Convection laminaire. • Gr = 109: Valeur critique. c. Expression du nombre de Nusselt Les relations numériques sont en généralement de la forme : Nu = C. (Gr. Pr)^n Les grandeurs physiques sont calculées à la température du film laminaire : Tm = (Tm + T)/2 L'exposant n aux valeurs suivantes :  n = 1/4 : lorsque la convection est laminaire.  n = 1/3 : lorsque la convection est turbulente. La valeur du coefficient C dépend du régime de convection ainsi que de la géométrie et de l'orientation de la paroi. Tableau 1: les valeurs de coefficients de C 9 2. Echange de chaleur par convection forcée La convection forcée est provoquée par une circulation artificielle (pompe, turbine) d'un fluide. Le transfert est plus rapide que dans le cas de convection naturelle. Voici quelques exemples de convection forcée dans des appareillages : chauffage central avec accélérateur, chauffages électriques avec soufflerie, chauffe-eau solaire et four à convection de cuisinière. Dans un environnement à microgravité comme dans l'espace, la convection naturelle n'est pas possible puisque la poussée d'Archimède s'exerce par la différence de force gravitationnelle sur des volumes de densités différentes. Ainsi la circulation de la chaleur doit être forcée dans une capsule spatiale. Une flamme aurait également de la difficulté à exister car les gaz de combustion resteraient près de la flamme, la coupant de l'apport d'oxygène. Il faut pour l'entretenir une circulation forcée pour éloigner ces gaz et amener l'oxygène. Figure 2 : différence entre mode naturel et mode forcé 10 VI. Transfert par rayonnement Rayonnement solaire Le soleil est composé à 80 % d’hydrogène et 19 % d’hélium, le 1% restant étant un mélange de plus de 100 éléments, il est généralement accepté que la source d’énergie du soleil est une réaction thermonucléaire hydrogène-hélium. Le soleil rayonne comme s’il s’agissait d’un corps noir ayant un diamètre de 1,39 millions de km et porté à une température de 5752 K. Cette température dite température apparente du soleil ne correspond pas à la réalité physique car on estime en effet que dans les couches gazeuses internes, les températures peuvent atteindre 10 à 20 millions de K. VII. : Le séchage I. GENERALITES 1. Définition Le séchage a pour but d'éliminer sous l'action de la chaleur le liquide uploads/Industriel/ pfa-sechage.pdf