III.2 Ingénierie du projet
III.2.1 Enjeux d'une démarche de conception et
de dimensionnement.
Une démarche de conception a pour but de
réaliser un produit qui répond à un besoin exprimé
par un utilisateur. Cela consiste à concevoir, innover, créer et
réaliser un produit à partir d'un besoin à satisfaire. Le
produit envisagé peut être entièrement nouveau ou
être l'amélioration d'un produit existant [24].
Dans notre cas, nous n'avons pas une chaine de transformation
existante. Nous sommes donc dans le cas d'un produit inexistant.
III.2.2 Dimensionnement des équipements.
III.2.2.1 Dimensionnement du séchoir
Notre maïs sera séché en grains. Nous
rappelons que dans la partie technologique nous avons choisi un séchoir
à convection forcée à air chaud. Il sera donc question
pour nous dans cette partie de trouver les caractéristiques optimales de
ce séchoir adapté à notre projet.
. Les éléments sur lesquels nous allons nous
appesantir sur le dimensionnement de notre séchoir sont : le ventilateur
; le réchauffeur ; l'enceinte de séchage. Les données de
base dont nous disposons sont les suivantes :
- L'humidité relative du maïs (c'est-à-dire
à la récolte) h?? = 0.35
- L'humidité relative finale du maïs (après le
séchage) h?? = 0.15
- Températures de l'air de séchage sont : T?? =
25°C ;T1 = 50°C [7]
- Humidité relative de l'air de séchage :HR =
50%
- Taux d'humidité du maïs : Le taux
d'humidité du maïs est donné sur la base sèche,
c'est-
à-dire en prenant le rapport entre la teneur en eau que
contient le corps à sécher et ce
même corps à l'état de siccité
lorsqu'il a été débarrassé de toute son
humidité.
|
h?? - h??
X = h??
|
0.35 - 0.15
=
??.35
|
? 57%
|
X: le taux d'humidité
h??: humidité initiale du maïs
h??: humidité ??inale du maïs
asséché
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JOSEPH
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des céréales pour l'obtention de la
farine : projet industriel
du Groupe SOA
Figure 20 : Evolution de l'air lors d'une opération de
séchage convectif [8]:
Il ressort de ce diagramme que : l'air sort de l'enceinte de
séchage au point 2, il sortirait au point 2e si
l'équilibre avec le produit était atteint.
Dimensionnement du ventilateur
Les éléments à prendre en compte lors du
dimensionnement du ventilateur pour faire le choix auprès des
fournisseurs sont principalement : le débit d'air et la puissance du
moteur ;
- Puissance du moteur :
Soit ?? la quantité de maïs à sécher
par heure ; et ??? la masse d'eau évaporée lors de
l'opération de séchage ; ???? et ???? respectivement la masse
d'eau et la masse sèche ; on a :
?? 1.5
|
???? =
|
=
1 + h??
|
1 + 0.35 1.2 ??
|
???? = h?? * ???? = 0.15 * 1.2 = 0.18 ??
La masse du maïs obtenue après séchage est
donc : ???? = ???? + ???? = 1.38 ?? la masse d'eau évaporée sera
alors : ??? = ?? - ???? = 1.5 - 1.38 = 0.12 ??
La puissance minimale à fournir pour évaporer cette
quantité d'eau en une heure est alors :
??? * ????
?? = [7]
??
|
??? *????
??= ??
|
??.????*????????*????????
= = ????.?????? Nous prenons alors :
????????
|
?? = ????????
- Débit d'air
Le diagramme de l'air humide en annexe3 nous donne :
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- Pour le point A : ??a = 9.84g/kg et ja =
50.22kJ/kg
- Pour le point 1 : ??1 = 9.84g/kg et j1 = 75.81kJ/kg ,??h1 =
25.1°C
Si l'échange de chaleur et de matière
air/produit était parfait, l'air sortirait saturé après
avoir subi un refroidissement adiabatique, nous en déduisons les
caractéristiques de sorties idéales pour le point 2 : ??2
= ??h2 = 25.1°C, ????2 = 100% et ??2
= 20,13g/kg
L?? 120
La masse minimale d'air sec à utiliser est donc : mas = =
11662kg
??2-??1 0.02013-0.00984
Soit une masse d'air humide à l'entrée est de :
mah = (1 + ??a)mas = (1 + 0.00984) * 11662 11777 kg Et un volume
d'air humide
|
correspondant de : ??ah =
|
????h
????h
|
11777
=
1.177
|
10006m3
|
Le débit d'air du ventilateur ???? est donc : ?? ?? =
????h
?? = 10006
1 = 10006m3/h
???? = 10006m3/h
Dimensionnement du réchauffeur
Le facteur qui nous intéresse sur le réchauffeur
est sa puissance ; le calcul de la puissance du réchauffeur est simple :
il faut 1.25 kJ pour réchauffer 1m3 d'air de 1°C. Soit
une puissance nécessaire de 17 kW pour réchauffer 10 000 m3
/h de 5°C. Le fuel fournit 35000 kJ/l ; le gaz naturel fournit 46000
kJ/kg. La puissance du réchauffeur est donnée par :
???? = ????(??1-????)1.25
3600 = 10006*25*1.25
3600 = 86.86???? Nous allons prendre :
???? = ????????
Choix du réchauffeur
L'énergie la plus pratique à utiliser est le gaz
; d'un pouvoir calorifique presqu'identique à celui du gasoil, deux fois
plus important que celui de la biomasse ; le gaz présente l'avantage
suivant : l'air issu de la chambre de combustion peut être
mélangé avec l'air sous forme de température alors que la
combustion de gasoil ou de biomasse nécessite l'utilisation d'organe
d'interface (échangeurs) pour céder l'énergie des gaz de
combustion à l'air de séchage. Nous retenons donc comme
réchauffeur le gaz naturel.
Calcul de la quantité de gaz nécessaire par
jour.
Étant donné que notre séchoir doit
fonctionner pendant huit heures par jour, la quantité d'énergie
nécessaire quotidienne sera de :
?? = ????. t = 87 * 8 * 3600 = 2 505 600 kJ ; La quantité
de gaz sera donc : q?? = w
46000 = 2 505 600
46000 = 54.5 kg soit alors une quantité annuelle
de :
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???? = ???? ??????????
Nous avons également pensé qu'en période
d'étiage nous pouvons utiliser l'énergie solaire pour
sécher notre maïs.
Dimensionnement de la surface du capteur solaire ;
Pour calculer la surface du capteur solaire, nous nous basons sur
l'hypothèse suivante [24]: un débit d'air de 100m3/h
par m2 de capteur couvert permet d'évaporer en moyenne 1 kg
d'eau par m2 par jour, sous des conditions moyennes d'ensoleillement
et de température.
100*???
Soit S la surface du capteur : ?? = 24 *
Q??
|
100*120
A.N : ?? = 24 * 10006
|
= 28.78 nous allons donc prendre un capteur de surface :
|
??= ???? ????
- volume de l'enceinte de séchage
Le volume du séchoir est donné par la formule : ??
= ??*????
??*???? [25]
GI: la quantité de produit introduite dans le sechoir en
t/h ??: La durée du séchage en heures ;
??: ???? ??é????é de remplissage de l'enceinte de
séchage;
????: ???? Masse volumique moyenne du matériau en
????/m3
1-h?? = 1.5 1-0.15
On a : ????=m = 3??/h
1-X 1-0.57
Le matériau de notre enceinte de séchage sera
l'acier de masse volumique moyenne ???? = 7800????/m3
??= 0.4
On a fixé le temps de séchage ?? = 1 h
|
1*3
Le volume du séchoir sera donc : ?? = 0.4*7.8
|
= 0.97m3
|
??= ??. ????????
Description de l'installation
La zone de séchage sera composée de deux circuits
:
1. un circuit de gaz avec les éléments suivants
:
? un détendeur à pression variable ;
? un manomètre de visualisation de la pression
réglée par le détendeur (nécessaire au pilotage du
séchoir)
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? un robinet de sécurité piloté par une
sonde thermocouple, un thermostat de détection de température,
anormalement haute dans le séchoir et un relais indicateur de la
présence d'alimentation électrique pour le ventilateur ;
? un bruleur avec gicleur intégré ;
La sonde thermocouple à interrupteur, en combinaison
avec le robinet fonctionne de la manière suivante : l'opérateur
exerce une pression sur la manette du robinet en position ouverte après
allumage du bruleur, le thermocouple chauffé par le brûleur,
génère un micro courant dans un solénoïde
intégré au robinet. Au bout de 15 secondes, la pression sur la
manette peut être relâchée, le brûleur reste
allumé (le clapet du solénoïde reste en position «
ouvert »). Dès que la flamme s'éteint, le micro courant
n'est plus.
2. Un circuit électrique basse tension. Sur une prise
220V monophasée, se branche une alimentation non stabilisée
(transformateur) reliée à un relais « normalement ouvert
» : lorsque le relais est alimenté électriquement (coupure
électrique), le contact est ouvert, c'est à dire que le circuit
constitué est interrompu. Le relais est le premier de trois composants
montés en série sur le circuit. Le deuxième est le
thermostat, qui s'ouvre lorsque la température dans le séchoir
s'élève au-delà de 50°C. le troisième est
l'interrupteur de la sonde thermocouple, qui lui aussi est ouvert lorsque le
brûleur est éteint ou s'ouvre lorsque le brûleur
s'éteint.
Le schéma de principe de ce séchoir ainsi que son
circuit de sécurité sont mis en annexe2.
| 
