Séchage de Raisin en Plein Air

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    03-Dec-2015

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schage de raisin en plein ai et sou serre tunnel

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<ul><li><p>Revue des Energies Renouvelables CICME08 (2008) 127 142 </p><p>127 </p><p>Schage du raisin en plein air, dans un schoir et sous serre Modle mathmatique et validation exprimentale </p><p>A. Fadhel11, S. Kooli1, A. Farhat1 et A. Belghith2 </p><p>1 Centre de Recherche des Technologies de lEnergie, B.P. 95, Hammam-lif, Tunis 2 Dpartement de Physique, Facult des Sciences de Tunis, Campus Universitaire, 1060 le Belvedre, Tunis </p><p> Rsum - Afin dtudier le schage des produits agroalimentaires sous serre, en plein air, et dans un schoir, nous avons effectu des essais de schage combin convectif - radiatif conditions constantes sur le raisin de varit sultanine. Des sries dexpriences ont t ralises en soufflerie de laboratoire, quipe dun projecteur de puissance 1 kW simulant le rayonnement solaire, dans le but danalyser leffet simultan de lirradiation, de la temprature, et de la vitesse de lair schant sur la cintique de schage. Un simple modle du schage pour le raisin en relation avec le processus de lvaporation de leau, a t dvelopp et vrifi. Des essais de schage en plein air, dans un schoir, et sous serre pour valider le modle ainsi tabli en soufflerie o les paramtres de schage sont constants. Nous constatons que ce modle surestime le processus de schage sous conditions constantes. Pour ajuster les prdictions du modle sous conditions variables, un facteur de correction a t introduit dans le modle. En consquence le modle adapt aux conditions variables dcrit correctement les cintiques de schage dune couche mince de raisin en plein air, dans le schoir, et sous serre. Abstract - In order to study the drying of crops in tunnel greenhouse, open sun and natural convection solar drier conditions drying experiments at constant laboratory conditions and at varying outdoor conditions were carried out. Laboratory drying experiments were undertaken, inside a wind tunnel where solar radiation was simulated by a 1 kW lamp, for different external parameters (incident radiation, ambient temperature and air velocity). Effect of drying parameters on moisture content and drying time were determined. A simple drying model of Sultanine grape related water evaporation process was developed and verified. Outdoor drying experiments were carried out in tunnel greenhouse, open sun and natural convection solar drier conditions respectively to validate the drying model obtained at laboratory under constant conditions. It was found that the laboratory model overestimates the drying process under time varying conditions. A correction factor was then introduced in the formulation of the model to adjust these predictions. Mots cl: Schage - Plein air - Serre - Schoir - Rayonnement solaire - Raisin - </p><p>Modlisation. </p><p> 1. INTRODUCTION </p><p>Le schage solaire direct ou indirect prendra de plus en plus dimportance dans le monde comme procd de conservation des aliments. Dans plusieurs pays, on utilise encore largement les rayons du soleil comme source directe dnergie pour scher et dshydrater les produits alimentaires. La conservation de raisins en schant est une industrie majeure dans beaucoup de ces parties. Le schage solaire du raisin peut tre rentable et pourrait tre une alternative efficace aux systmes du schage mcaniques, </p><p> 1 fad_ham@yahoo.fr </p></li><li><p>A. Fadhel et al. </p><p>128 </p><p>surtout dans des emplacements o les grains de raisin sont exposs directement au soleil pendant la saison de grande chaleur. </p><p>Au cours de ces dernires annes, le schage sous serre et en plein air a retenu lattention de plusieurs chercheurs. Ratti &amp; Mujundar (1997) ont dvelopp un modle bas sur le phnomne de la diffusion de leau rgie par la loi de Fick et un code de simulation dun schoir solaire, utilisant le bilan de chaleur et de masse, appliqu au solide et la phase gazeuse o les conditions de lair sont variables au cours du temps. Les rsultats numriques concordent bien avec les rsultats exprimentaux. Bouaziz (2000) a dvelopp un modle dynamique compartiments de schage en couche mince pour la carotte. Bennamoun et al. (2006) ont tudi le comportement des cintiques de schage du raisin sans ppins dans le cas o les conditions externes sont variables. Ils ont dtermin les paramtres les plus influents pour optimiser le processus de schage. Jain &amp; Tiwari (2004a) ont valu le coefficient de transfert de chaleur en fonction du temps lors du schage du chou et du pois en plein air sous convection naturelle et dans une serre sous convection naturelle et force. Trois modles mathmatiques simples de lambiance de schage ont t dvelopps pour prdire la temprature du produit, la temprature de lair dans la serre et la teneur en eau du produit (Jain &amp; Tiwari, 2004b). </p><p>Togrul &amp; Pehlivan (2004) ont tudi l'adquation de plusieurs modles de couche mince sur le processus de schage de raisins, de pches, de figues et de prunes en plein air sous le soleil. Sacilik, Keskin &amp; Elicin (2005) ont tudi les caractristiques du schage dune couche mince de tomate dans une serre tunnel sous les conditions climatiques d'Ankara. </p><p>Passamia et al. (1997a et 1997b) ont dvelopp un modle du schage phnomnologique de varit du piment rouge Morron. En introduisant un concept de conductance interne, ils ont modifi lquation de lvaporation de leau pour ladapter au processus du schage. Les expriences de schage au laboratoire et lair libre ont t effectues pour valider le modle et les rsultats de la simulation ont t prsents. Farhat et al. (2004) ont valid le modle Passamia et al. (1997) sur le piment rouge type baklouti sous serre tunnel et en plein air. </p><p>Lobjectif de cet article est dtudier le schage de raisin sous serre, en plein air et dans un schoir solaire, et de dvelopper un modle de simulation de schage du raisin. En effet, il sagit dutiliser les coefficients tablis pour le modle partir des expriences de schage conditions constantes, ralises au laboratoire. Les essais de schage du raisin raliss sous serre, en plein air et dans le schoir seront utiliss pour valider le modle tabli et adapt aux conditions variables. </p><p>2. FORMULATION THEORIQUE Par analogie entre le processus de lvaporation de leau partir dune surface libre </p><p>et les phnomnes de transfert de chaleur et de masse lors du schage, la densit de flux de masse deau vapore scrit: ( ) ( )TPTPRhMJ vmw,sm = (1) </p><p>La temprature la surface libre de leau est voisine de celle de lair, on peut utiliser lapproximation de Taylor, on a alors: </p><p>( ) ( ) ( ) ( )Twswa,sww,s TPTTTTPTP += Dautre part, on a: </p></li><li><p>CICME2008: Schage du raisin en plein air, dans un schoir et sous serre </p><p>129 </p><p>( )2a,s</p><p>T</p><p>sTws T</p><p>P</p><p>TdPd</p><p>T1TP</p><p>T</p><p>=</p><p>En assimilant la vapeur deau un gaz parfait, la formule de Clausius Clapeyron donne: </p><p>a,s2T</p><p>s PTR</p><p>MTdPd =</p><p>En remplaant T</p><p>sTdPd</p><p>, on obtient: </p><p>( ) </p><p> =</p><p> 1TR</p><p>M</p><p>T</p><p>PTP</p><p>T 2a,s</p><p>Tws </p><p>En remplaant ( )Tws TPT , on obtient: </p><p>( ) </p><p> += 1</p><p>TRM.</p><p>T</p><p>P.TT</p><p>T</p><p>P</p><p>T</p><p>P2a,s</p><p>wa,sw,s (2) </p><p>En combinant les quations (1) et (2), la densit de flux de masse deau vapore scrit: </p><p>( ) ( )TT1TR</p><p>M</p><p>T</p><p>P</p><p>RhM</p><p>PPTR</p><p>hMJ w2</p><p>a,smva,s</p><p>m </p><p> += (3) </p><p>Ceci est de la forme: ( ) ( )TTBPPAJ wva,s += (4) avec: </p><p>TRhMA m= et </p><p> = 1</p><p>TRM</p><p>TR</p><p>PhMB</p><p>2a,sm </p><p>Si la masse deau est soumise une radiation incidente G , le bilan dnergie scrit: J.QG = (5) </p><p>O ( )TT.hQ w = est la densit du flux de chaleur chang par convection. En combinant les quations (4) et (5), la densit de flux de masse vapore scrit: </p><p>( ) GBh</p><p>BPP</p><p>hB1</p><p>AJ va,s </p><p>++</p><p>+</p><p>= (6) </p><p>Les termes J , C et D sont de la forme: </p><p>( ) G.DPPCJ va,s += ; += Bh hAC ; += Bh BD Dans le cas dune couche limite laminaire, le rapport du transfert de chaleur celui </p><p>de masse est fonction de Lewis, ( )LeF , dfini par: </p></li><li><p>A. Fadhel et al. </p><p>130 </p><p>( ) 3/2pm Pr</p><p>ScC..h</p><p>hLeF </p><p>== En introduisant ( )LeF , C et D scrivent: </p><p>3/2</p><p>2p</p><p>a,s</p><p>m</p><p>ScPr1</p><p>TRM</p><p>TRC</p><p>PM1</p><p>TRhM</p><p>C</p><p>+</p><p>= ; 3/2</p><p>a,s</p><p>2p</p><p>PrSc</p><p>1TR</p><p>MPM</p><p>TRC</p><p>1D</p><p>+= </p><p>Pour la vapeur deau K315T , 18 m.s10.6C = et 228 m.s10.85,6D = . En modifiant les coefficients C et D , les pertes en eau lors du schage combin sont: </p><p>( ) G.DPP.CtdXd</p><p>Am</p><p>J va,sps +== (7) </p><p>C et D dfinissent des conductances au transfert de masse, C exprime la conductance globale de transfert de masse et D un coefficient qui est due au rayonnement incident, [2-4]. </p><p>3. MATERIELS ET METHODES Notre tude exprimentale est aborde par deux types dexpriences diffrentes et </p><p>complmentaires: une srie de mesures exprimentales au laboratoire (soufflerie) et une deuxime srie de mesures exprimentales sous serre, en plein air et dans un schoir, o les paramtres de schage sont en variation continue dans le temps. </p><p>3.1 Prtraitement du raisin Les expriences du schage ont t effectues sur le raisin type Sultanine. On </p><p>calcule approximativement la surface dune baie et on la multiplie par le nombre de baies utilis pour obtenir la surface totale de lchantillon. </p><p>Le pr-traitement du raisin consiste recueillir tout dabord les grappes et de les laver leau froide pour enlever la poussire et les agents contaminants. Ensuite un blanchiment dans une solution alcaline (1% dhydroxyde de sodium) chauffe 90 C est appliqu. Le trempage, dune dure de 2 ou 3 secondes, entrane dans la peau du raisin des craquelures qui acclrent sa dshydratation [2]. Les grappes sont ensuite rinces leau frache, pour interrompre laction chimique et viter de cuire le produit. Puis, on place le raisin sur la plaque mtallique perfore. </p><p>3.2 Exprimentation au laboratoire Il sagit dune petite soufflerie de laboratoire circuit ouvert, laquelle une </p><p>principale modification lui a t apporte qui consiste placer un projecteur (1000 W) diffrents niveaux au-dessus du produit. Cette soufflerie est installe dans une grande salle isole, pour affaiblir les variations thermiques et hygromtriques du milieu extrieur. </p><p>La figure 1 illustre lensemble du dispositif exprimental de la soufflerie et indique les principaux lments de linstallation. Il est constitu dun ventilateur, dun systme de chauffage, dune veine, dun projecteur et des instruments de mesure. </p></li><li><p>CICME2008: Schage du raisin en plein air, dans un schoir et sous serre </p><p>131 </p><p>Le systme de chauffage est constitu de rsistances lectriques chauffantes de puissance de 3000 W, placs l'intrieur du tunnel. La temprature de lair l'intrieur de la veine est maintenue constante en gardant la mme puissance de chauffage. </p><p>La veine dessai, construite en plexiglas, est un tunnel rectangulaire de 800 mm de longueur, 250 mm de largeur et 250 mm de hauteur. Le plateau de schage est plac lintrieur de la veine. Le plexiglas de la face suprieure de la veine a t remplac par du verre ordinaire pour que la lumire provenant du projecteur atteigne le produit. Le projecteur (de puissance 1 kW) est plac des niveaux diffrents au-dessus du plateau. La vitesse de lair est ajuste par le variateur de vitesse du ventilateur. </p><p> Fig. 1: Soufflerie de laboratoire </p><p>Lors des essais faits au laboratoire, nous nous sommes placs dans les mmes conditions de contact air-produit en utilisant un coulement dair parallle la couche du produit. Les paramtres de schage (rayonnement incident, vitesse de lair, temprature et lhumidit de lair) sont maintenus constantes lors des essais de schage (conditions contrles). </p><p>Pour mesurer la temprature du produit, trois thermocouples de type K ont t utiliss. La temprature du produit est obtenue en faisant la moyenne des tempratures de ces trois thermocouples, placs en diffrents endroits dans le produit. </p><p>La vitesse de lair dans le schoir est mesure par un anmomtre (Testo 440) permettant des mesures de vitesse dans la gamme du 0 - 15 m/s. </p><p>Le rayonnement incident est mesur laide dun pyranomtre de type Kipp-Zonen (modle CM3). </p><p>Lhumidit relative et la temprature de lair sont mesures par un capteur HMP35C (modle Vaisala HMP35C). Les enregistrements ont t raliss en connectant les thermocouples et le capteur HMP35C une chane dacquisition Campbell type 21X. </p><p>Cette chane permet lenregistrement des donnes exprimentales avec une prcision de 0.1 C pour les tempratures et une prcision de 3 % pour lhumidit relative. </p></li><li><p>A. Fadhel et al. </p><p>132 </p><p>La masse de lchantillon au cours du temps est mesure par une balance (Mettler-Toledo) de capacit 600 g et de prcision 0.1g. La temprature du produit sur le plateau, la temprature de lair, lhumidit relative de lair au-dessus de la surface du produit et la masse de lchantillon sont mesures des intervalles de 20 min pendant les expriences. </p><p>Lacquisition et le traitement des donnes se fait par lintermdiaire dun micro ordinateur travers une connexion IEEE. </p><p>Tableau 1: Conditions de schage de dix-huit expriences sur le raisin au laboratoire G </p><p>(W/m2) Ta </p><p>(C) Va </p><p>(m/s) Tpmoy (C) </p><p>Tmoy (C) </p><p>Max |T-Tmoy| </p><p>T (C) </p><p>HRmoy (%) </p><p>Max |HR-HRmoy| </p><p>HR (%) </p><p>0 32 0.5 28.8 29.0 6.5 0.60 66 21 8.88 0 32 1.5 23.5 24.7 3.9 0.53 74 20 7.54 0 43 0.5 42.7 45.0 3.0 0.75 34 6 2.75 0 43 1.5 41.2 45.3 2.6 1.14 34 5 3.10 0 53 0.5 51.3 53.4 1.3 0.36 16 4 2.69 0 53 1.5 42.1 46.6 6.3 2.76 22 6 3.82 </p><p>400 32 0.5 37.4 32.6 1.7 0.71 53 5 2.15 400 32 1.5 38.2 36.3 3.1 1.40 34 8 3.37 400 43 0.5 48.1 43.3 2.4 0.61 43 5 3.61 400 43 1.5 42.0 44.1 5.2 1.44 34 11 3.93 400 53 0.5 57.8 53.3 7.2 0.90 21 3 5.13 400 53 1.5 47.5 51.5 2.7 1.24 22 3 4.12 </p><p>750 32 0.5 38.6 30.8 1.1 0.40 56 4 1.27 750 32 1.5 37.1 32.6 2.8 1.09 62 9 3.75 750 43 0.5 47.6 41.8 2.1 1.15 38 4 3.45 750 43 1.5 43.6 43.2 1.5 0.33 36 2 0.67 750 53 0.5 60.4 52.0 4.2 1.61 21 3 5.13 750 53 1.5 51.5 53.6 5.6 1.27 20 3 2.92 </p><p>3.3 Exprimentation lextrieur Le deuxime dispositif est constitu principalement dune balance de prcision </p><p>introduite dans une cage en bois et dune chane dacquisition. Pour les essais lair libre, la grille mtallique perfore contenant le produit a t entoure de ses quatre cots par une cloche forme de quatre morceaux de verre mince ordinaire, soutenue par un socle en bois afin dviter les altrations dues aux courants dair excessifs. </p><p>Le troisime dispositif est un schoir solaire de type indirect fabriqu lI.N.R.S.T. Ce schoir est dot dun dispositif de pesage permettant de mesurer la masse du produit dune manire permanente sans le faire sortir du caisson de dessiccation. </p><p>Dans les essais de schage sous serre, en plein air et dans le schoir, les paramtres de schage sont en variation continue dans le temps (conditions variables). Le mme matriel est utilis pour mesurer et enregistrer les tempratures du produit sur le plateau, les tempratures de lair, lhumidit relative et la masse de lchantillon. </p><p>Lirradiation solaire est mesure laide dun pyranomtre LI-200SZ 5 modle LiCor LI-200 avec une prcision de 5 % dans une gamme de 0 1000 W/m. La </p></li><li><p>CICME2008: Schage du raisin en plein air, dans un schoir et sous serre </p><p>133 </p><p>chane dacquisition Campbell type 21X est utilise pour lenregistrement des paramtres physiques des intervalles de temps de 10 min. </p><p>Une fois lopration de schage termine, on place lchantillon dans une tuve 120 C pendant 12 heures, ensuite on le pse pour dterminer sa masse sche. </p><p>4. RESULTATS ET INTERPRETATIONS 4.1 Effets des paramtres de schage </p><p>Les expriences ralises au...</p></li></ul>

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