Comment conserver les aliments avec un séchoir solaire

Séchoir solaire – Fiche technique

Description brève

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• Compétences:
• Combien de personnes?
• Combien de temps cela prend-il?

Introduction

Introduction Les produits agricoles et autres ont été séchés par le soleil et le vent à l'air libre depuis des milliers d'années. Le but est soit de les conserver pour une utilisation ultérieure, comme c'est le cas avec les denrées alimentaires, soit cela fait partie intégrante du processus de production, comme avec le bois, le tabac et le blanchiment. Dans les régions industrialisées, les secteurs de séchage, en plein air ont été en grande partie remplacés par des séchoirs mécaniques, avec des chaudières pour chauffer l'air entrant, et des ventilateurs pour augmenter le rythme. Les séchoirs mécaniques sont plus rapides que le séchage en plein air, ils utilisent beaucoup moins de terrains et donnent généralement un produit de meilleure qualité. Mais l'équipement est coûteux et nécessite d'importantes quantités de carburant ou d'électricité pour fonctionner.

«Le séchage solaire" dans le cadre de la présente note technique, se réfère aux méthodes d'utilisation de l'énergie du soleil pour le séchage, mais exclut le séchage solaire en plein air. La justification des séchoirs solaires est qu'ils peuvent être plus efficaces que le séchage au soleil, mais ont des coûts d'exploitation plus bas que les séchoirs mécaniques. Un certain nombre de modèles se sont avérés performants, bien que leur utilisation ne soit pas très répandue, il y a encore de l’optimisme quant à leur potentiel.

Comment les séchoirs solaires fonctionnent-ils ?

Un type bien connu de séchoir solaire est montré à la figure 1. Il a été conçu pour les besoins particuliers du riz, mais le principe reste valable pour les autres produits et types de modèles, puisque le besoin de base pour éliminer l'eau est le même.

L'air est aspiré à travers le séchoir par convection naturelle. Il est chauffé en passant par le collecteur et ensuite partiellement refroidi car il capte l'humidité du riz. Le riz est chauffé à la fois par l'air et directement par le soleil.

L'air chaud peut contenir plus d'humidité que l'air froid ainsi la quantité requise dépend de la température à laquelle il est chauffé dans le collecteur ainsi que le montant contenu (humidité absolue) quand il entre dans le collecteur.

Figure 1: séchoir solaire pour le riz

La façon dont la capacité d'absorption de l'humidité de l'air est affectée par l'humidité initiale et par la température à laquelle il est ensuite chauffé est montrée dans le tableau 1.

L'air pénètre à 20°C et les feuilles à 80% HR

Humidité initiale relative	Capacité d'absorption d'humidité (en grammes d'eau / m° de l'air)
	Pas chauffée	chauffée à 40°C	chauffée à 60°C
40%	4.3g/m°	9.2g/m°	16.3g/m°
60%	1.4g/m°	8.2g/m°	15.6g/m°
80%		7.1g/m°	14.9g/m°

Tableau 1: le processus de séchage

L'objectif de la plupart des procédés de séchage est de réduire la teneur en humidité du produit à une valeur déterminée. Le taux d'humidité (base humide) est exprimé en poids de l'eau en tant que proportion du poids total. La teneur en humidité du riz doit généralement être réduite de 24% à 14%. Donc, pour sécher une tonne de riz, 100kg d'eau doit être enlevée.

Si l'air chauffé a une «capacité d'absorption» de 8g/m3 puis 100/0.0008 = 12.500 / m3 d'air sont nécessaires pour sécher une tonne de riz.

La chaleur nécessaire pour évaporer l'eau est de 2.26kJ/kg. Par conséquent, environ 250MJ (70kWh) d'énergie sont nécessaires pour vaporiser l'eau de 100kg. Il n'existe aucune exigence fixée pour l'apport de chaleur solaire pour le séchoir. C'est parce que l'air ambiant entrant peut renoncer à une partie de son énergie interne pour vaporiser l'eau (de plus en plus froid dans le processus). En effet, si l'air ambiant est assez sec, aucun apport de chaleur n’est essentiel.

Néanmoins, la chaleur supplémentaire est utile pour deux raisons. Premièrement, si l'air est plus chaud, moins de celui-ci sera nécessaire. Deuxièmement, la température dans les grains de riz peut être un facteur important, surtout dans les étapes ultérieures de séchage, lorsque l'humidité doit être «tirée» à partir du centre des grains à leur surface. Cette température sera dépendra principalement de la température de l'air mais aussi de la quantité de rayonnement solaire reçue directement par le riz.

Dans un système de convection naturelle, le flux d'air est causé par le fait que l'air chaud dans le séchoir est plus léger que l'air frais extérieur. Cette différence de densité crée une différence de pression à travers le lit du grain, ce qui force l'air à passer à travers elle. Cela augmente l'effet, plus grande est la hauteur du lit au-dessus de l'entrée (h1) et la sortie au-dessus du lit (h2). L'effet d'une augmentation de h2 est inférieur à celle d'une augmentation de h1 parce que l'air se refroidit en traversant le lit.

Les densités approximatives pour une variété de cas sont présentées au tableau 2.

L'air pénètre à 20°C et les feuilles à 80% HR

Densité intitiale d'humidité	Densité initiale de l'humidité relative de l'air (kg/m3) (baisse de la densité, entre parenthèses)
	Pas chauffée	Pas chauffée à
		30 °C	40 °C	60 °C
40%	Ambiant 1.19	1.19	1.19	1.19
	Sous le lit 1.19 (.00)	1.15 (.04)	1.12 (.07)	1.05 (.14)
	Sur le lit 1.21 (-.02)	1.19 (.00)	1.17 (.02)	1.14 (.05)
60%	Ambiant 1.19	1.19	1.19	1.19
	Sous le lit 1.19 (.00)	1.15 (.04)	1.11 (.08)	1.05 (.14)
	Sur le lit 1.20 (-.01)	1.18 (.01)	1.16 (.03)	1.13 (.06)
80%	Ambiant 1.18	1.18	1.18	1.18
	Sous le lit 1.18 (.00)	1.14 (.04)	1.11 (.07)	1.04 (.14)
	Sur le lit 1.18 (.00)	1.16 (.02)	1.15 (.03)	1.11 (.07)

Tableau 2: variation de la densité de l'air dans un séchoir à convection naturelle

On peut constater que si l'air entrant est chauffé à seulement 10-30°C, la présence d'une cheminée sur le dessus du séchoir ne fait que peu ou pas de différence, sauf si elle agit de manière efficace comme un collecteur solaire et fait monter la température de l'air de manière significative.

Il convient de noter que même si la différence de densité est autant que .05kg/m2, la différence résultant de la pression n'est que de 0,5 Pa (5 millionièmes de la pression atmosphérique) par mètre de cheminée. Par comparaison, les systèmes à convection forcée fonctionnent souvent avec des différences de pression de 100-500 Pa.

Beaucoup de produits sont endommagés par les températures excessives. Les contraintes les plus sévères sont sur les haricots (35°C), riz (45°C), et tous les grains s'ils doivent être utilisés pour les semences (45°C).

D'autres types de séchoirs et leur performance

Séchoir solaire à convection forcée

(Figure 2)

En utilisant un ventilateur pour créer le flux d'air, le temps de séchage peut être réduit par un facteur de 3. Aussi, la superficie des capteurs requise est réduite de près de 50%. Par conséquent, la superficie de capteurs requise pour un débit donné de produits pourrait être réduite par un facteur de 5-6. Le coût initial du séchage d'une tonne par jour, est dans la région de £ 1500-2000. Le ventilateur devrait consommer environ 500 watts pendant 6 heures, et ainsi le coût de l'électricité (à 0.07/kWhr) serait d'environ 0,20 par tonne de riz séché

Figure 2: Séchoir solaire à convection forcée

Séchoir tente

Le trait distinctif des séchoirs tentes, boxes et cabinets est que la chambre de séchage et le collecteur sont combinés en un seul, voir la figure 3. Cela permet un moindre coût initial. Les temps de séchage ne sont toutefois pas toujours plus faibles que pour le séchage à l’air extérieur (sans doute, une attention insuffisante a jusqu'à présent été donnée à utiliser la convection naturelle). L'objectif principal des séchoirs peut fournir une protection contre la poussière, la saleté, la pluie, le vent ou les prédateurs et ils sont généralement utilisés pour les fruits, le poisson, le café ou d'autres produits pour lesquels le gaspillage est par ailleurs élevé. Il existe de nombreux autres types. Les séchoirs à effet de serre sont une version plus sophistiquée des séchoirs tentes. Les séchoirs boxes peuvent avoir une isolation thermique et obtenir des températures plus élevées. Les séchoirs cellules de stockage combinent les fonctions de séchage et de stockage à long terme. Les fours à bois solaires peuvent inclure le stockage de l'eau chaude afin de permettre le contrôle nécessaire des taux de séchage.

Figure 3: séchoir tente

Séchage solaire ou séchage en plein air?

Le grand avantage du séchage en plein air est qu'il n’y a pas de coûts d'équipements ou presque pas. Il exige beaucoup de travail mais cela n'implique pas des coûts économiques des zones rurales dans les pays en développement. Il nécessite environ trois fois plus de terrain (100m2 par tonne de riz) par rapport au séchage solaire, mais cela n’est pas un problème dans de nombreux cas.

Tout d'abord, un avantage important de séchage solaire est que le produit est protégé de la pluie, des insectes, des animaux et des poussières qui peuvent contenir des matières fécales. Certains systèmes donnent aussi une protection contre les rayons solaires directs. Deuxièmement, un séchage plus rapide réduit la probabilité de formation de moisissures. Troisièmement, la hausse des températures de séchage signifie qu’un séchage plus complet est possible, et ceci permet un stockage de plus longue durée (mais seulement si une ré-humidification est empêchée en entreposage). Enfin, les types plus complexes de séchoirs solaires permettent un certain contrôle sur les taux de séchage.

Séchoirs solaires ou séchoirs alimentés?

Le choix entre l'utilisation du rayonnement solaire ou de combustibles pour chauffer l'air est essentiellement un conflit entre un coût initial élevé et les coûts continus du carburant qui doit être analysé pour chaque emplacement.

Dans certaines circonstances, il peut être possible de brûler des cosses de riz ou d'autres combustibles à faibles coûts. Une tonne de riz donne 200kg de cosses.

Le chauffage à combustible permet généralement un meilleur contrôle du taux de séchage que le chauffage solaire: il permet aussi le séchage continu. Si l'un d'entre eux est requis, un système combiné peut être approprié avec préchauffage de l'air par l'énergie solaire.

Quel séchoir solaire?

Le choix entre d'autres types de séchoirs solaires dépendra des besoins locaux et en particulier sur l'échelle des opérations. S’ils sont destinés pour les paysans, le coût d'investissement initial peut être la contrainte principale. Des tentes recouvertes de matière plastique ou un séchoir boxe peut être approprié.

Cependant, il peut y avoir une tendance vers une plus grande centralisation de séchage pour permettre une utilisation plus intensive de l'équipement. Le coût initial plus élevé de plaques de verre peut alors être abordable, et l'électricité peut être disponible pour faire tourner les ventilateurs et obtenir un débit beaucoup plus rapide pour une zone de collecteurs.

Pour l'échelle intermédiaire et le coût en capital, le séchoir à convection naturelle du riz est une conception bien démontrée.

Références et lectures suggérées

Cette entrée Howtopedia est dérivée de Practical Action Technical Brief Solar Drying.
Pour voir le document original suivre ce lien: http://www.practicalaction.org/?id=technical_briefs_food_processing

A survey of solar agricultural driers - Brace Research Institute - 1975
Preparing grain for storage - Action/Peace Corps and VITA - 1976
Solar driers - Commonwealth Science Council - 1985
Solar drying - Practical methods of food preservation - ILO 1988
Producing Solar Dried Fruit and Vegetables for Small-scale Enterprise Development - NRI 1996
Try Drying It!: Case studies in the dissemination of tray drying technology - IT Publishing 1991

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Adresses utiles

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