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Sécher des Produits Alimentaires. Techniques, Procédés, Équipements. Lectures du diagramme enthalpique de l'air humide Lecture de courbes de sorption-désorption Utilisation conjointe des courbes de sorption-désorption et du diagramme de l'air pour évaluer la fin du séchage et le pouvoir séchant moyen de l'eau Compléments sur l'énergie solaire introduction Ce chapitre se compose d'informations qui, pour la plupart, ont soit fournies de fa simplifidans la partie prdente, soit seulement qu.

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Sécher des produits alimentaires. Techniques, procédés, équipements, GRET, Troisième partie: Quelques notions approfondies sur le séchage Chapitre IX: Éléments d'approfondissement de la théorie du séchage introduction Lectures du diagramme enthalpique de l'air humide Lecture de courbes de sorption-désorption Utilisation conjointe des courbes de sorption-désorption et du diagramme de l'air pour évaluer la fin du séchage et le pouvoir séchant moyen de l'eau Compléments sur l'énergie solaire introduction Ce chapitre se compose d'informations qui, pour la plupart, ont été soit fournies de façon simplifiée dans la partie précédente, soit seulement évoquées.

Elles ont été regroupées en quatre sections: - lectures du diagramme enthalpique de l'air humide; - lectures des courbes de sorption-désorption; - utilisation conjointe des courbes de sorption-désorption et du diagramme de l'air humide pour la détermination de la fin du séchage et de l'enlèvement moyen de l'eau au cours, de ce séchage; - compléments sur l'énergie solaire.

Lectures du diagramme enthalpique de l'air humide Le diagramme enthalpique de l'air est un abaque composé de plusieurs familles de courbes qui permettent de relier entre elles les principales variables caractéristiques de l'air humide: sa température humide, sa température sèche, son degré d'humidité relative, son degré d'humidité absolue, sa teneur en eau maximale, son pouvoir évaporatoire et son enthalpie.

Il faut dans un premier temps rappeler la définition de chacune de ces grandeurs. Deux paramètres sont introduits pour quantifier les proportions entre l'air sec et la vapeur d'eau contenue dans l'air: - l'humidité absolue teneur en eau , qui s'exprime en grammes d'eau par kg d'air sec. Cette valeur précise le niveau d'humidité absolue de l'air par rapport au niveau d'humidité absolue maximal qu'il pourrait avoir, compte tenu de la température de l'air et de la pression.

Elle permet donc de connaître le niveau de saturation de l'air en eau. Pour évaluer le pouvoir évaporatoire d'une quantité d'air donné, il faut en connaître son degré hygrométrique H R. On l'appelle aussi température sèche.

Si l'on fait circuler cet air au-dessus d'eau libre suffisamment lentement, il s'établit un équilibre énergétique dans les transferts de chaleur et de matière entre l'air et cette eau libre.

L'air, lorsqu'il est plus chaud que l'eau, apporte l'énergie nécessaire à l'évaporation de l'eau libre en surface et la vapeur d'eau ainsi formée se mélange à l'air. L'énergie fournie à l'eau par l'air est ainsi récupérée par celui-ci sous forme d'énergie contenue dans la vapeur d'eau appelée chaleur latente. À la surface de l'eau, l'air atteint une température d'équilibre appelée température de thermomètre humide de l'air. À chaque degré d'humidité relative de l'air correspond donc une température limite de refroidissement de l'air au contact de l'eau appelée température humide.

La température sèche La température sèche se mesure avec un thermomètre. La température humide se mesure avec un thermomètre dont l'ampoule est entourée d'une mèche humide. Les lacets de chaussures en coton font d'excellentes mèches. L'énergie contenue dans l'air est dénommée enthalpie. De même, une transformation des caractéristiques de l'air dans laquelle la température est restée constante s'appelle une transformation isotherme.

Toutefois, dans le cadre des transformations envisagées ici, la pression peut être envisagée comme constante pression atmosphérique, de fluctuations négligeables. Il existe des expressions mathématiques reliant température sèche T , température humide T h , humidité relative H R et humidité absolue x. Pour plus de facilité, on utilise le diagramme de l'air humide qui permet, connaissant deux de ces valeurs, de connaître les deux autres.

Le diagramme ci-dessous fournit une représentation simplifiée du diagramme de l'air humide, présenté plus en détail sur la page suivante. Représentation simplifiée du diagramme do l'air humide Comment lit-on ce diagramme? La mesure de la température humide de cet air et la lecture du diagramme de l'air humide permettent d'obtenir le résultat.

Le point 2 est donc déterminé. La position du point 1 est alors connue. Diagramme enthalpique de l'air humide Le diagramme humide nous donne aussi les humidités absolues pour chaque état 1 et 2 : respectivement 6 et 11 grammes d'eau par kilogramme d'air sec dans le cas présent. Remarque: On peut aussi utiliser la table psychrométrique cf. La théorie Supposons que l'on utilise pour le séchage de l'air extérieur, situé au point A0 sur le diagramme de l'air représenté ci-dessous.

Ce point caractéristique de l'air est représenté par ses paramètres de départ: sa température sèche T0 et sa teneur en eau initiale, ou degré d'humidité absolue x0.

Lors de son passage par le capteur solaire, ou toute autre source de chaleur, cet air s'échauffe sans modification de son humidité absolue il n'a pas encore atteint le produit et contient donc toujours la même quantité d'eau par kilogramme d'air sec. Juste avant son passage sur le produit, il est caractérisé par le point A1 même teneur en eau x0, température sèche portée à T1. Quand il se trouve en contact avec un produit humide, l'air se charge de son eau jusqu'à être saturé de vapeur et lui cède de sa chaleur: la température de l'air diminue.

Dans l'enceinte de séchage opaque, il n'y a pas d'apport d'énergie. Le séchage isenthalpique - A0 est le point coordonnée T0' x0 représentant l'air à l'entrée du capteur. Son humidité absolue est la même que précédemment. Le séchage réel En réalité, rappelons que le séchage ne se produit pas exactement de cette façon. Les pertes de chaleur par les parois du séchoir et le comportement variable du produit provoquent une perte d'enthalpie. Entre l'entrée et la sortie, le point A défini par ses paramètres de température sèche et d'humidité absolue ne suit pas parfaitement une droite isenthalpe.

Le plus souvent, à la sortie du séchoir, l'air n'est pas saturé. Il lui reste un pouvoir évaporatoire qui n'a pas été utilisé. L'évaluation des enthalpies est possible à partir des mesures de températures sèches et humides en entrée et sortie du séchoir. On détermine alors les enthalpies d'entrée et sortie en identifiant les courbes isenthalpes qui passent par les deux points caractéristiques de l'air à l'entrée et à la sortie.

Remarque 1: L'évaluation de ces enthalpies permet d'autre part de mieux séparer le rendement thermique entre ses deux composantes principales: - le rendement du capteur solaire seul, qui reçoit la chaleur du soleil et fournit de la chaleur à l'air; - l'efficacité du passage de l'air chaud sur le produit pour provoquer son séchage. La dernière est évaluée selon la méthode décrite ci-dessus. La première s'évalue rapidement, comme montré sur l'exemple d'utilisation du diagramme ci-dessous.

Au bout d'un moment, il n'y a plus d'échange d'eau: on dit qu'on a atteint l'état d'équilibre. A l'état d'équilibre, il y a égalité entre l'humidité relative de l'air et l'activité de l'eau du produit. Pour une température donnée, elle correspond à une teneur en eau précise du produit. Si on porte sur un graphique les différentes humidité relatives d'équilibre et les différentes teneurs en eau correspondantes du produit, on obtient une courbe.

La courbe obtenue lorsque le produit humide est placé dans un air sec et donc perd son eau est appelée courbe de désorption. Elle rend compte du comportement du produit lors du séchage. La courbe obtenue lorsque le produit sec est placé dans un air humide et qu'il gagne de l'eau est appelée courbe d'absorption ou de sorption. Elle est aussi utile puisqu'elle rend compte du comportement du produit lors du stockage.

En fait, ces deux courbes sont très proches l'une de l'autre et on utilise en pratique une courbe moyenne appelée courbe de sorption-désorption. Une telle courbe n'est valable que pour une température donnée. Ces courbes peuvent être tracées pour une teneur en eau rapportée à la masse humide notée mc ou pour une teneur en eau rapportée à la masse sèche notée X.

Les courbes de sorption-désorption sont utilisées pour la conduite du séchage. Les conditions du stockage température et humidité de l'air fixent la teneur en eau du produit qu'il est nécessaire d'atteindre mais inutile de dépasser pour permettre un stockage sans dégradation du produit.

À titre indicatif, et pour une bonne partie des produits aptes au séchage, la teneur en eau qu'il est nécessaire d'atteindre correspond à une activité de l'eau dans le produit de l'ordre de 0,6. Cette valeur ne s'applique cependant pas à tous les produits.

On peut également connaître, suivant le mode et le lieu de stockage, la température de l'air ambiant. On considère alors que la température du produit lui sera égale. Remarque: À titre de rappel: à même taux d'humidité relative, la conservation du produit sera d'autant plus longue que la température sera plus basse moindre développement de la population microbienne. Les courbes de sorption-désorption La courbe de sorption représente le comportement du produit s'humidifiant.

La courbe de désorption représente le comportement du produit se séchant. Comment déterminer le moment où cette teneur en eau a été atteinte sans avoir à faire régulièrement des mesures de poids ou de teneur en eau du produit? On peut obtenir l'information à partir de mesures de températures sèche et humide de l'air en sortie de séchoir, qui indiquent l'humidité relative de cet air, et donc l'activité de l'eau du produit. Si elle était constamment égale à 1, et en supposant parfaits les échanges de masse et de chaleur entre l'air et le produit, le pouvoir évaporatoire de l'eau fournirait la mesure de l'eau qu'un kilogramme d'air peut emporter.

Ce n'est pas le cas. En faisant abstraction des pertes thermiques qui sont intégrées dans le rendement thermique , il est nécessaire de définir le pouvoir séchant de l'air, qui est toujours inférieur à son pouvoir évaporatoire puisque l'air ne sort jamais du séchoir à saturation d'eau.

La terre intercepte milliards de Mw de cette source d'énergie. Un rayonnement électromagnétique est émis par tout corps chargé d'une certaine quantité de chaleur.

On les appelle infrarouges. La longueur d'onde du rayonnement émis par un corps est directement fonction de sa température.

La puissance du rayonnement dépend de l'état de surface, la couleur, la composition de ce corps. Afin de classer les corps, on définit un corps idéal, fournissant le rayonnement le plus puissant dans des conditions de températures données: le corps noir.

Le corps noir a les propriétés suivantes: - il absorbe tous les rayonnements qu'il reçoit; - la puissance qu'il rayonne est directement proportionnelle à sa température de surface et est identique dans toutes les directions. Les corps transparents transmettent le rayonnement sans modification essentielle de sa direction, alors que les corps translucides diffusent le rayonnement.

Le coefficient ou taux de transmission du rayonnement varie avec l'angle d'incidence du rayonnement. L'absorption s'accompagne d'une conversion d'énergie dans le corps récepteur.

Par exemple, un corps peut recevoir de l'énergie sous forme de lumière visible, la convertir en chaleur et la rayonner sous forme d'infrarouges, invisibles. La réflexion peut être spéculaire, c'est-à-dire dans une direction précise cas des métaux à surface polie L'évolution des surfaces au cours du vieillissement tend à les rapprocher de la réflexion diffuse. Le taux d'émission, ou émissivité, d'un corps représente sa propension à rayonner l'énergie qu'il contient sous forme de chaleur.

Le corps gris n'absorbe qu'une partie du rayonnement. Mais leur taux d'absorption est le même pour toute longueur d'onde. Inversement, ils émettent moins de rayonnement que le corps noir à la même température, mais ils le font également dans toutes les longueurs d'onde.

Au contraire, les corps sélectifs ne réagissent pas de la même façon aux différentes longueurs d'onde. Cependant pour tout corps, le taux d'absorption dans une longueur d'onde donnée est égal au taux d'émission dans la même longueur d'onde.

Donc l'acier galvanisé placé au soleil accumule de la chaleur. Sa température augmente. On dit que c'est un corps chaud. On dit que c'est un corps froid. Le comportement particulier du verre Le verre laisse passer la lumière solaire mais absorbe les infrarouges.

Il pemet de réaliser l'effet de serre. On définit alors l'intensité de ce rayonnement par la constante solaire.

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