Partie I Généralité sur le séchage
VI. Modèle de séchage
La modélisation des courbes de séchage consiste à déterminer une équation caractéristique de séchage de type : MR=f(t). Les courbes de cinétique de séchage sont modélisées par des relations empiriques ou semi-empiriques entre la teneur en eau réduite du produit (MR) et le temps (t). Ces relations sont basées sur des constantes qui sont déterminées à partir des courbes expérimentales de séchage. Le tableau 2 reporte quelques modèles de cinétique de séchage en couche mince.
Les modèles de séchage sont classés en trois types : les modèles empiriques, les modèle diffusifs et ceux déduits de bilans de chaleur et de masse lors du séchage.
VI.1 Modèles empiriques
Ces modèles déduits d’expérimentations sont spécifiques au produit et aux conditions expérimentales (Tableau I-2). Leurs utilisations sont donc limitées. L’approche empirique est donc peu exploitable parce qu’elle dépend de la spécificité du produit à sécher et des conditions expérimentales du séchage [Simal et al. 2005].
VI.2 Modèles diffusifs
Ils sont basés sur la loi de Fick.
avec D : coefficient de diffusion de l’eau dans le produit ; il est fonction de sa teneur
en eau (m²/s)
M : teneur en eau du produit en base sèche (kg d’eau/ kg de matière sèche) t : temps (s)
Lewis (1921) a proposé un modèle de diffusion basé sur la loi de similitude de Newton:
L’intégration de cette équation conduit à l’expression suivante :
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Tableau I- 2 : Différents modèles de cinétique du séchage
avec k : constante de séchage qui dépend de la température, de l’humidité absolue et de la vitesse de l’air,
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En 1949, Page a proposé une équation pour le séchage des grains de maïs [Smitabhindu 2008] sous la forme :
avec k et n : constantes de séchage qui dépendent de la température de l’air et de la nature
du produit.
Ce modèle est bien adapté à la modélisation du séchage de nombreux produits agricoles tels que la pomme de terre, la banane, la pistache, la canne à sucre… [Bala et al. 1992, Diamante et al. 1993, Dandamrongrak et al. 2002, Kashaninejad et al. 2007, Goyalde et al.
2009, Panchariya et al. 2002].
Parmi les modèles diffusifs, citons celui de Luikov, Philip et De Vries, Krisher [Luikov 1964, Philip et DeVries 1958], dans lequel les équations qui dérivent les transferts de chaleur et de masse dans le produit sont déduites de l’équation de diffusion de la chaleur. Dans le modèle de Whitaker, les équations de transfert de chaleur et de masse sont basées sur la thermodynamique des phénomènes irréversibles [Whitaker 1967].
VI.3 Courbe caractéristique de séchage (CCS)
Le concept de la courbe caractéristique de séchage (CCS) a été mis au point par Van Meel en 1958 [Van Meel 1958]. Il est basé sur la modélisation de la vitesse de séchage à partir de résultats expérimentaux. Le principe de la courbe caractéristique de séchage est de réduire l’ensemble des données expérimentales de manière à pouvoir les mettre sous une forme facilement utilisable. La méthode consiste à représenter le rapport entre la vitesse de
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séchage (-dM/dt) et celle de la vitesse de la première phase (-dM/dt)0, en fonction de la teneur en eau réduite (MR) :
avec MR :
La teneur en eau à l’équilibre correspond à la valeur de la teneur en eau du produit pour laquelle il est en équilibre dans un milieu fluide maintenu à une température et une hygrométrie données.
La première phase peut être déterminée théoriquement ou déduite de la courbe expérimentale .
VII. Conclusion
Le séchage convectif fait appel à deux phénomènes importants : le transfert de chaleur de l’air vers le produit et le transfert de l’eau du sein du produit vers sa surface. La complexité du processus de séchage nécessite l’utilisation de modèles souvent empiriques basés sur la courbe de séchage obtenu expérimentalement.
La modélisation du séchage peut être décrite par les modèles de séchage et la courbe caractéristique de séchage (CCS) qui exploite les résultats expérimentaux et permet d’étudier le comportement du produit dans un séchoir. La CCS est très utilisée pour la modélisation et la simulation du fonctionnement des séchoirs.
17 précisément ceux sur le séchoir serre qui fait l’objet du présent travail. Puis, nous rappelons les différents modes de stockage de chaleur et quelques travaux sur le stockage de chaleur dans les matériaux à changement de phase. Enfin, nous présentons l’utilisation d’ailettes pour
améliorer le stockage de chaleur dans les matériaux à changement de phase.
II. Classification des séchoirs solaires
Le séchage solaire est l’une des plus anciennes techniques de conservation des produits alimentaires. Il répond aux différentes problématiques liées au séchage telles que la dispersion géographique des exploitations agricoles.
Les séchoirs solaires sont généralement classés, selon le mode d’utilisation de l’énergie solaire, en trois types : direct, indirect et mixte. Pour chacun de ces types de séchoir, l’écoulement de l’air asséchant peut se dérouler par convection forcée ou par convection naturelle. Dans le cas où l’écoulement d’air est par convection forcé, les séchoirs sont appelés séchoirs solaires actifs. Lorsque l’écoulement se fait par convection naturelle, ils sont appelés séchoirs solaires passifs
II.1
Séchoirs directs
Dans ce type de séchoir les produits sont exposés directement au flux solaire (figure I-8). Dans les pays tropicaux et subtropicaux, le séchage solaire le plus pratiqué consiste à exposer directement au soleil à l’air libre, les produits (grains, légumes, fruits, poissons, viande) au sol ou sur des claies, des nattes, des toitures, etc.. [Esper et al. 1998]. Mais cette technique pose des problèmes car les conditions de séchage ne sont pas hygiéniques et il y a une perte importante de produits, due aux poussières, aux insectes, oiseaux et aux aléas climatiques (pluie, vent, surchauffe du produit). En outre, l’irrégularité du rayonnement solaire et la réhumidification des produits contribuent à un produit séché de mauvaise qualité [Esper et al. 1998]. Ce type de séchage n’est pas applicable à une production à grande échelle parce qu’il nécessite une importante aire de séchage. En outre, la durée de séchage est longue [Kooli et al., 2007, Fudholi et al.,2010].