Guide d'utilisation⌗

  • Fonctionnement du modèle Excel

Collecteur

L'analogie thermique électrique fonctionne de la façon suivante:

  • Les températures sont les potentiels du circuit
  • Les différences de température sont les tensions du circuit
  • Le flux thermique est l'intensité dans le circuit.

Le flux solaire incident transmis arrive sur le noeud central du circuit qui correspond à la température moyenne de l'air. Le flux se sépare ensuite en deux branches: la première branche correspond au chauffage de l'air et la deuxième aux pertes vers l'extérieur.

Le schéma électrique, le détail des calculs ainsi que l'ensemble des hypothèses simplificatrices sont détaillées dans le livrable 3 (https://shorturl.at/ghkKT).

Chambre de séchage

A défaut de s'appuyer sur un modèle descriptif des phénomènes physiques de séchage, la simulation s'appuie sur des lois établies expérimentalement (loi de Page). Celles-ci sont propres au fruit étudié et aux conditions de température et d'humidité. Elles permettent de calculer au cours du temps l'évolution du ratio d'humidité selon la température. La température moyenne en sortie de collecteur, déjà obtenue par modélisation, sert alors d'entrée. Le ratio d'humidité permet ensuite d'accéder à d'autres indicateurs utiles comme le taux d'humidité et donc le temps de séchage. Le modèle nécessite pour ces calculs l'humidité spécifique, qui s'obtient à partir de l'humidité relative (voir diagramme d'air humide). De même, il calcule l'humidité spécifique en sortie de collecteur, qui doit être encore convertie en humidité relative avant de tirer toute information sur la capacité de l'air à absorber l'humidité.

  • Utilisation du modèle Excel

Le modèle proposé permet d'évaluer les performances d'un séchoir solaire selon certains paramètres géométriques et thermiques. Par extension, c'est un outil pour évaluer l'impact de ces paramètres, et pour s'assurer que les conditions décrites permettent le séchage. Les paramètres ajustables sont ainsi entrés dans les cases jaunes du tableur. A l'inverse, les cases rouges ne doivent surtout pas être éditées car critiques pour le bon fonctionnement des calculs. Pour simuler le séchage dans de nouvelles conditions, après avoir rentré les paramètres souhaités, il est nécessaire de mettre à jour la feuille Excel : pour cela, se placer dans la case E27 et incrémenter toute la colonne en double-cliquant dans le coin inférieur droit. Les informations alors obtenues telles que les rendements du système, ou le temps de séchage, sont rassemblées dans le tableau "RESULTATS". Attention toutefois avant de tirer des conclusions : ce modèle possède une plage de validité, tant en humidité relative qu'en température, en dehors de laquelle les résultats ne sont plus exploitables. Il convient en effet de s'assurer à chaque simulation que ces conditions sont respectées : si les cases de température moyenne (L18) et d'humidité spécifique (J27 et en dessous) se colorent en rouge, la valeur sort du cadre de l'étude.

  • Utilisation du diagramme d'air humide et analyse de l'évolution de l'humidité relative dans l'air du séchoir

Le diagramme d'air humide (voir figure 1) permet de calculer comment va varier l'évolution de l'humidité de l'air entre l'entrée du collecteur et la sortie de celui-ci à partir de trois données: la température de l'air extérieur et son humidité ainsi que la température de sortie du collecteur. (La température de l'air en sortie du collecteur peut être estimée avec le débit d'air entrant, sa température, le flux solaire et le rendement du collecteur). Il est important de noter que le diagramme en figure 1 est valable pour des pressions extérieures proches de la pression atmosphérique standard (101325 Pa). L'abcisse du diagramme est la température en degré. Sur l'axe des ordonnées il y a à la fois l'humidité spécifique de l'air et la pression de vapeur d'eau. L'humidité spécifique correspond à la masse d'eau contenue par kg d'air sec tandis que la pression de vapeur d'eau correspond à la pression liée à la vapeur d'eau dans l'air. Les courbes rouges indiquent quant à elles l'humidité relative de l'air, c'est à dire le rapport de la pression de vapeur d'eau sur la pression de vapeur saturante de l'eau dans l'air à cette même température.

Pour déterminer l'humidité relative en sortie du collecteur et la quantité d'eau qu'il peut encore absorber par masse d'air sec, il faut commencer par se placer en entrée du collecteur sur le diagramme, c'est à dire à l'intersection entre la courbe d'humidité relative de l'air extérieur et la verticale partant de la température extérieure. Ensuite, il faut se translater à l'horizontale sur le graphique jusqu’à atteindre l'abscisse correspondant à la température de sortie du collecteur. Il est alors possible de relever entre quelles courbes d'humidité relative (10%, 20%, 30%, etc.) ce nouveau point est situé. C'est ce qui permet d'estimer quelle est la nouvelle humidité relative de l'air. Pour savoir quelle quantité d'eau cet air peut encore absorber, il faut relever l'humidité spécifique (donc l'ordonée du point de sortie du collecteur), et relever l'humidité spécifique correspondant à 100% d'humidité relative pour la même température. Cela correspond à trouver l'ordonnée du point à l'intersection entre la verticale partant de la température de sortie du collecteur et la courbe d'humidité relative indicée 100%. La différence entre l'humidité spécifique à 100% d'humidité relative et celle en sortie du collecteur permet de déterminer quelle masse d'eau peut encore être absorbée par l'air.

Figure 1 : diagramme d'air humide à pression atmosphérique

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