| Titre : | Analyse structurelle et conceptuelle des facteurs d'optimisation des performances des insolateurs plans munis d'ailettes pour des applications diverses en fonction des contextes géographiques et climatiques |
| Auteurs : | Saadeddine Manaa, Auteur ; Noureddine Moummi, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Khider, 2017 |
| Format : | 107.P / Ill / 30/20 cm |
| Accompagnement : | CD |
| Langues: | Français |
| Langues originales: | Français |
| Mots-clés: | Solaire,capteur,chicanes,séchage,tomate,convection,cinétique,performances |
| Résumé : |
RESUME :
Le présent travail est une contribution à l’étude théorique et expérimentale d’une chaîne énergétique capteur solaire-séchoir fonctionnant en convection forcée pour des applications du séchage de la tomate produite dans la région d’Adrar. A travers cette étude nous avons déterminé les performances thermiques instantanées du système conçu. Il s’avère que l’efficacité de cet élément est très sensible aux variations des paramètres climatiques. Les résultats expérimentaux obtenus comparées à ceux issus des modèles existants s’avèrent concluants. Nous avons également déterminé expérimentalement en fonction de plusieurs paramètres de fonctionnement, aérothermiques de l’air et de la quantité du produit à sécher, l’évolution de la cinétique de séchage des lamelles de tomate de type allongé dans le but d’établir les meilleures conditions. L’étude de la cinétique du séchage d’un tel produit à travers les paramètres considérés dans cette étude nous laisse penser que la possibilité d’un séchage solaire est faisable. ABSTRACT : This work is a contribution to the theoretical and experimental study of a solar-energy chain dryer collector operating in forced convection for applications of drying tomatoes produced in the region of Adrar. Through this study we determined the instantaneous thermal performance of the designed system. It turns out that the effectiveness of this element is very sensitive to changes in climate parameters. Experimental results compared with those from existing models are conclusive. We also experimentally determined based on several operating parameters (air-heating of air and the amount of product to be dried), changes in the kinetics of drying of tomato type lamellae elongated in order to establish the best conditions. The study of the kinetics of drying such a product through the parameters considered in this study suggests to us that the possibility of a solar drying is feasible |
| Sommaire : |
Nomenclature
Sommaire Index des Tableaux Index des Figures Introduction Générale…………………………………………………….…..…………1 CHAPITRE I : Etat de l’art Introduction …………………………………….…………......………………..….…..............4 I.1. Objectifs du programme des énergies renouvelables en Algérie (2015-2030) : Portail algérien des énergies renouvelables, Newsletter des ER, 24 février 2015…..............................4 I.2. Etudes effectuées sur les capteurs solaires. …………………..……...................................7 I.3. Travaux réalisées sur le séchage solaire…………………………...……………….….... 16 CHAPITRE II: La chaîne énergétique de séchage solaire Partie A : Généralités et principes de fonctionnement des CS solaires Introduction ………………………………………………………..………………................31 II.A.1. Les capteurs solaires ……………………………………………………….…...…….31 II.A.1. Structure et principe de conception d’un capteur solaire plan à air……………..…..33 II.A.2.1 L’absorbeur ………………………………………………………...……………….34 II.A.2.2. Les différents revêtements possibles ………………………………..…...…........…35 II.A.2.3. Le fluide caloporteur ………………………………………………………………36 II.A.2.4. La couverture transparente ………………………………………………...………37 II.A.2.5. L’isolation thermique ……………………………………………………….......…38 II.A.3. Principe des échanges et fonctionnement d’un capteur solaire plan à air………..…38 II.A.4. Bilan thermique et calcul du rendement de l'insolateur …………….……….………39 Partie B : Généralités et principes du séchage solaire II.B. 1. Introduction …………………………………………………………...………..... …45 II.B.2. Définition ………………………………………………………………………..……45 II.B.3. Théories descriptives du phénomène de séchage ………………………..….…….…46 II.B.3.1. Théorie diffusionnelle (Modèle de Sherwood) ……………….……...………….46 II.B.3.2. La théorie capillaire (1937) …………...………………………………........……47 II.B.3.3. La théorie de Krischer –Berger et Pei (1938)...…………………………….……47 II.B.3.4. La théorie de Luikov (1934)…………………………….…………………….…47 II.B.3.5. La théorie de Whitaker …………..……………………………………………....47 II.B.3.6. Théorie de Philip et De Vries ………. ………...………………………….……48 II.B .4. Terminologie de séchage……………..………………...………………………….…48 II.B .4.1 Humidité…………………………………………………………………………48 II.B .4.2Taux d’humidité…………………………………...……..……………………....48 II.B .4.3 États de siccité…………………………………………………………………...48 II.B.4.4 Taux d’humidité à l’équilibre…………………………………….………………48 II.B.5 Corps hygroscopique ……… …………………………………………………………48 II.B .6. Energie de liaison – chaleur de vaporisation ……… …………………………….…49 II.B.7. Modes de séchage …………………………………………………………………....49 II.B.7.1. Séchage par ébullition …………….. ………………………………...……….…50 II.B.7.2. Séchage par entraînement ……………..……………………………….......……50 Chapitre II- Partie I Généralité sur les capteurs Sommaire b II.B.7.3. Séchage par conduction …………………………………………………………50 II.B.7.4. Séchage par convection …………..…..……………………………………….…50 II.B.7.5. Séchage par rayonnement ……………………………………………………...51 II.B.8. Transferts de matière ..…….…………………………………………………….……52 II.B.9. Transferts d’eau en séchage …………… …………………………………………....52 II.B.10. Description physique du séchage …... ……………………………………………...53 II.B.11. Les séchoirs solaires…………………………..……………………………………..56 II.B.12. Mode de répartition des produits à séchés ……………….……..……………..........56 II.B.13. Les différents types des séchoirs ………………………………………...………….56 II.B.13.1. Les séchoirs naturels …………………………………...……………….….56 II.B.13.2. Les séchoirs solaires directs ………………………………...………..….…57 II.B.13.3. Les séchoirs solaires indirects (le séchoir armoire) ………….………...…58 II.B.13.4. Les séchoirs mixtes ………………………….………………….…………..59 II.B.13.5. Les séchoirs solaires tunnels …………………………………………..……60 II.B.13.6. Les séchoirs hybrides …………………………………………....………….60 II.B.14. Les avantages et inconvénient de séchage ……………………………….…………60 II.B.15.Différents modelés des séchoirs réalisés et testés………….……………….......……61 II.B.15.1 Séchoirs à effet direct ……………………………………………….......……....61 II.B.15.2. Séchoirs à effet indirect …………………………………………….…..........…64 II.B.16. Les modèles de séchage ……………………………..…………………………...…66 II.B.17. Le concept de la courbe caractéristique de séchage …………..………...…………..69 CHAPITRE III : Modélisation des Insolateurs Plans à Air Introduction . ……………………………………………………………..…..………...….....71 III.1. Système énergétique étudié …………………………………………………..……...…71 III.2. Rappelle des déférents modes de transferts thermique à étudier……………………....73 III.2.1. La conduction …………………………………...……………………...……......73 III.2.2. La convection ………………………………………...………………….………..73 III.3. Modélisation de l’insolateur………………………………………..…………...………73 III.3. 1. Méthode par tranches (Méthode pas à pas)……………..……………………..…74 III.3.2. Méthode globale ……………………………………………………...……....…...80 III.4. Modélisation des coefficients d’échange thermique………………..……………….....82 III.4.1. Transfert conductif………………………………...………….………….……......83 III.4.2. Transfert radiatif ………………………...……………………………….………..83 III.4.2.a. Transfert radiatif entre la vitre et la voûte céleste……………………………83 III.4.2.b. Transfert radiatif entre la vitre et l’absorbeur…………...……….…………...84 III.4.2.c. Transfert radiatif entre l’absorbeur et la plaque d’aluminium placée sur l’isolant…………………………………………………………....................84 III.4.3. Transfert convectif ………………………………………………...…….………..84 III.4.3.a. Transfert convectif dû au vent…………………………………..…..……......84 III.4.3.b. Transferts convectifs dans le capteur…………………………….....………..84 III.5. Puissance absorbée «Pab» …………………………………………..…….….………...86 III.6. Calcule des coefficients des pertes ……………………………………………………..87 III.6.1. Calcule de coefficient des pertes à l’avant ………………………………....…87 III.6.2. Calcule de coefficient des pertes arrière ………………………….………..…89 III.6.3. Calcule du coefficient de pertes thermiques global UL………………..……….…90 III.7. Algorithme de calcul des performances du capteur solaire plan …….……...………….90 Chapitre II- Partie I Généralité sur les capteurs Sommaire c III.7. 1.Introduction des données………………………………….………..……...........…90 III.7. 2.Initialisation des températures moyennes……………………………………....…90 III.7. 3. Calcul du coefficient de transfert convectif hv,v dû au vent, …………...……....90 III.7. 4. Calcul du coefficient de transfert convectif hv,ab.f…………………….…..............91 III.7. 5. Calcul du coefficient de pertes par conduction-convection naturelle hvnat……...91 III.7. 6.Calcul des coefficients de transfert radiatif ………………….………..………......91 III.7.7.Calcul des pertes Uav. ………………….……………………………...………...….91 III.7.8.Calcul des pertes Uar de la face inférieure de l’insolateur……………………...…..91 III.7.9.Calcul du coefficient UL ……………………………………………………..…....91 III.7.10.Calcul du coefficient d’efficacité F’ tenant compte des échanges radiatifs ……92 III.7.11.Calcul du coefficient de conductance FR ………………………….…...……...…92 III.7.12.Calcul de la puissance utile Qu fournie par l’insolateur……………………....…92 III.7.13.Recalcule de la température moyenne du fluide Tf ………………………………92 III.7.14.Calcul de la température moyenne de la plaque d’aluminium Tpal, ………….…..92 III.7.15.Recalcule de la température moyenne de l’absorbeur Tab, ……………...........….93 III.7.16.Calcul de la température moyenne de la vitre Tv, ………………………….….…93 III.7.17.Comparer, la valeur initiale de Tab et celle calculée. ……………………......…..93 III.7.18.Calcul de la température du fluide à la sortie du capteur …………………..…....94 III.7.19. Calcul de le rendement thermique de l’insolateur ……………………..…..…94 III.8. Principe de simulation……………………………………………………………......…94 CHAPITRE IV : Dispositif expérimental et mode opératoire IV.1. Présentation du dispositif expérimental ………………………………..……..…..........97 IV.2. Fonctionnement du capteur ……………………………………………..………...…....98 IV.3. Conditions opératoires et caractéristiques techniques des composants de la chaine énergétique de séchage solaire ………………………………………..………...……..99 IV.3.1. Données géographiques et météorologiques ……………………………...……...99 IV.3.2. Caractéristiques du capteur ………………………………………………………99 IV.4. Les Mesures effectués……………………………………………...……………….…103 IV.5. Fonctionnement du système………………………………………………...………....105 IV.6. Produit à sécher …………………………………………………...………..………....105 IV.6.1. variétés de tomates…………………………………………………………….…106 IV.6.2. Composition nutritionnelle de la Tomate allongée ………………...…………...106 IV.7. Traitement du produit à sécher……………………………………………..……...….107 IV.8. Mise en place du produit à sécher ……………………………………..…...………...108 IV.9. Variation des conditions climatiques durant les journées de séchage……….............111 IV.10. Comportement de la tomate vis-à-vis de la température………………...………….112 IV.11. Comparaison des temps et conditions de séchage vis-à-vis le type de séchoir utilisé………………………………………………………………………..…….…113 CHAPITRE V : Résultats et interprétation Partie I : C.S.P. à air V.A. 1. Introduction ………………………………………..……..…………….…….…… 115 V.A. 2. Evaluation et calculs des performances du capteur solaire……………..…..………115 V.A.3. Détermination expérimentale et calcul du rendement thermique du capteur solaire……………………………………………………………….………….……116 V.A.4. Détermination expérimentale et calcul du rayonnement solaire incident…………116 V.A.4.1. Calcul du rayonnement solaire reçu ………………….…...……….………......116 Chapitre II- Partie I Généralité sur les capteurs Sommaire d V.A.4.2 . Variation de la température ambiante et celle du ciel ………………….…....117 V.A.5. Variation de la température des différentes parties du capteur ………….......…118 V.A.6 .Variation de la puissance utile et la puissance absorbée …………………….…….119 V.A.7 .Variation de la température de l'absorbeur en fonction de la puissance absorbée. ……………………………………………………………………………....…….…120 V.A.8 .Evolution de la puissance utile (qu) et les puissances absorbées en fonction de la température de l'absorbeur (Tab) …………………………………….………...…….120 V.A.9 .Variation de la température théorique et expérimentale du fluide caloporteur en fonction de la température de l'absorbeur………………………………….......……121 V.A.10 .Rendement thermique de l’insolateur et effet des ailettes……………...…..……...121 V.A.11 .Influence de l’épaisseur de la vitre sur le rendement instantané ……….........……123 V.A.12 .Influence de la température ambiante sur le rendement……………..…....……..…124 V.A.13 .Influence du rayonnement solaire incident ………………….……..………..……125 V.A.14 .Influence de la vitesse du vent …………………………….……………….…..…126 V.A.15 .Influence de la nature du matériau de l’absorbeur sur le rendement……….…......126 V.A.16 .Influence de la sélectivité …………………………………………………..……...127 V.A.17 .Influence de la température moyenne de l’absorbeur ………………………....…128 V.A.18 .Influence de l’écart de température entre l’absorbeur et le vitrage sur le rendement…………………………………………………………………………....128 V.A.19 .Influence du débit d’air sur le rendement.……………………………….....…….. 129 V.A.20 .L’effet de la température d’entrée du fluide caloporteur ………………..……… 129 Partie II. Séchage solaire de tomate V.B.1 .Introduction ………………………………………………………………...……… 130 V.B.2 .Conditions opératoires……………………………………………………….........…130 V.B.2.1 .Température ambiante………………………………………………….........…130 V.B.2.2 .L’humidité relative……………………………………….………………….....131 V.B.2.3 .Variation de la température d’air dans la chambre de séchage………….……132 V.B.3 .Détermination expérimentale de la cinétique du séchage………………………..…134 V.B.3.1 .Influence de la position du produit dans la chambre de séchage sur la durée de séchage (capteur avec chicanes)……………………………………...…….…134 V.B.3.2 .Influence de l’épaisseur des échantillons du produit sur la durée de séchage (capteur avec chicanes) …………………………………...…….…...142 V.B.3.3 .Influence de la taille du produit sur la qualité finale du produit séché (capteur avec chicanes) …………………………………………………………….......144 V.B.3.4 .Influence de la position du produit dans la chambre de séchage sur la durée de séchage (capteur sans chicanes)………………………………….…….……...145 V.B.3.5 .Influence de la taille du produit sur la qualité du produit séché (capteur sans chicanes)………………………………………………………………………151 V.B.3.6 : Influence des chicanes sur la cinétique de séchage………………….…....…152 V.B.4 .Conclusion …………………………….……………………………………..…… 154 Conclusion générale…………………...........................…………….……..……..….. 155 Références bibliographique……………………….…………………...……....….. 158 Annexes ………………………….….…………….…………………………..…....….. 1 |
| Type de document : | Thése doctorat |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0761 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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