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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES

Amélioration du bilan énergétique des serres de Guyenne

PROJET APPLIQUÉ DE FIN D’ÉTUDES EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU

PROGRAMME DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE

Présenté par : David Gingras et François Breton

Superviseur : M. François Godard, ing., Ph.D.

Représentant industriel : M. Réjean Dubé, ing. (Directeur général),

Les Serres Coopératives de Guyenne, Guyenne

24 avril 2009

PAFE : Amélioration du bilan énergétique des serres de Guyenne

David Gingras François Breton Hiver 2009 II

REMERCIEMENTS

Ce rapport résume notre démarche d’optimisation du rendement énergétique des Serres

Coopératives de Guyenne, que nous avons réalisé au cours de la session hiver 2009. Sans l’aide

précieuse de plusieurs collaborateurs, ce travail aurait été impossible à accomplir et nous

désirons témoigner notre reconnaissance à toutes ces personnes.

Tout d’abord, on remercie Les Serres Coopératives de Guyenne pour nous avoir donné la

chance de relever un tel défi. Notre superviseur de projet M. Réjean Dubé ing, M. Martin

Rouleau, Mme Diane Lebreux et tout le monde qui a participé de près ou de loin à la réalisation

de ce rapport. Votre disponibilité et un support technique efficace furent grandement appréciés.

Merci à notre professeur superviseur, M. François Godard, ing.,Ph.D., qui a suivi avec intérêt et

dévouement la progression de notre projet. Son savoir et ses directives nous ont guidés tout au

long de notre cheminement. Un merci spécial à M. Yves Ruel, ing., pour ses conseils portant

sur l’analyse économique de nos propositions.

Nous avons eu la précieuse collaboration d’ingénieurs représentants des fournisseurs

d’équipement ; M. Sébastien Brasseur, M. Denis Boutin et M. Steeve Messier qui nous on

assisté lors de la sélection des appareils. Soulignons la participation de M. Bruno Gauthier qui

nous a prêté l’ensemble de ses catalogues.

Nous voulons aussi remercier nos familles, amis et tous nos partenaires des baccalauréats en

génie de l’Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue qui nous ont épaulés.


David Gingras François Breton Hiver 2009 III

RÉSUMÉ

L’énergie utilisée pour le chauffage des serres nordiques représente un fort pourcentage des

dépenses annuelles encourues pour maintenir ces activités. Malgré le climat plus froid, les

horticulteurs doivent user de créativité pour demeurer compétitifs.

C’est pourquoi la Coopérative des Serres de Guyenne nous a mandatés pour améliorer le bilan

énergétique de leurs opérations. Ce projet final de fin d’études en génie électromécanique

présente des pistes de solutions qui visent à rendre plus efficace les installations existantes.

Plusieurs avenues ont été étudiées, tel que le changement du recouvrement des serres en verres,

le dimensionnement d’un séchoir à écorce, l’implantation d’un système de récupération de

chaleur et la déshumidification de l’air. Pour chaque solution, vous trouverez des études

théoriques, pratiques et économiques qui permettront d’évaluer l’efficacité de chacune de

celles-ci. Les solutions retenues ont été choisies en misant sur un investissement raisonnable,

une haute efficacité et en respectant notre conscience écologique.


David Gingras François Breton Hiver 2009 IV

ABSTRACT

The energy consumed to heat greenhouses, especially in the northern regions, represents a

strong percentage of the annual spendings related to this activity. Even though the climate is

colder, the horticulturalists must be creative in order to stay competitive.

The objective of this final project in electromechanical engineering is to suggest solutions to

increase the overall efficiency of energy consumption from Les Serres Coopératives de

Guyenne. Many potential solutions have been studied; the upgrade of the covering from the

glass greenhouses, the implantation of an energy recovering system, the design of a rotary drier

and the dehumidification of the inside air. For each solution, you will find a detailed description

of our approach to evaluate the efficiency of each proposition. We have made our decision

considering a reasonable initial cost, a high efficiency and respecting our ecological awareness.


David Gingras François Breton Hiver 2009 V

TABLE DES MATIÈRES

REMERCIEMENTS ..................................................................................................................... II

RÉSUMÉ .................................................................................................................................... III

ABSTRACT ............................................................................................................................... IV

TABLE DES MATIÈRES ............................................................................................................ V

LISTE DES TABLEAUX .......................................................................................................... IX

LISTE DES SYMBOLES ET ABRÉVIATIONS ...................................................................... XI

LISTE DES FIGURES ............................................................................................................. XIII

1. INTRODUCTION ............................................................................................................. 1

2. ÉTUDE DES BESOINS ET MANDAT ............................................................................ 2

2.1 Présentation de l’entreprise ............................................................................................ 2

2.2 Description et caractérisation du procédé ...................................................................... 3

2.3 Inventaire des données opérationnelles et expérimentales recueillies ........................... 4

2.3.1 Ensoleillement ............................................................................................................ 4

2.3.2 Taux d’humidité et température à l’intérieur des serres ............................................. 5

2.3.3 Consommation d’huile ............................................................................................... 6

2.3.4 Température extérieure ............................................................................................... 6

2.3.5 Efficacité des types de recouvrement de serre ........................................................... 7

2.3.6 Séchage des écorces, courbe de séchage .................................................................... 7

2.3.7 Consommation d’écorce ............................................................................................. 8

2.3.8 Dimensions des serres ................................................................................................ 8

2.3.9 Consommation de gaz carbonique ............................................................................. 9

2.3.10 Efficacité des chaudières ............................................................................................ 9


David Gingras François Breton Hiver 2009 VI

2.4 Revue de la documentation .......................................................................................... 10

2.4.1 Institut québécoise du développement de l’horticulture ornementale ...................... 10

2.4.2 Mass Transfert Operations, Treybal ......................................................................... 10

2.4.3 Heat Transfert, A Practical Approach, Yunus A. Çengel ........................................ 10

2.5 Objectifs, contraintes et restrictions ............................................................................. 11

2.5.1 Objectifs ................................................................................................................... 11

2.5.2 Contraintes ................................................................................................................ 11

2.5.3 Restrictions ............................................................................................................... 11

2.6 Formulation du mandat ................................................................................................ 11

3. CADRE THÉORIQUE ET ÉLABORATION DES HYPOTHÈSES ............................. 13

3.1 Coût du kilowattheure d’écorce et du kilowatt ............................................................ 13

3.2 Remplacement du recouvrement des serres. ................................................................ 15

3.2.1 Économie réalisée en changeant le recouvrement .................................................... 16

3.2.2 Économie d’énergie .................................................................................................. 16

3.2.2.1 Économie de puissance ............................................................................................ 18

3.2.2.2 Profit causé par un rendement supérieur des plants ................................................. 18

3.3 Système de récupération d’énergie dans les cheminées ............................................... 19

3.3.1 Estimation du temps de fonctionnement des chaudières à l’huile ............................ 20

3.3.2 Économie d’énergie .................................................................................................. 22

3.3.3 Économie de puissance ............................................................................................ 23

3.4 Système de récupération et de chauffage l’été ............................................................. 23

3.4.1 Puissance moyenne requise pour le chauffage de nuit ............................................. 24

3.4.2 Coût de l’électricité consommée par le système ...................................................... 24

3.4.3 Énergie dissipée par le système de récupération ...................................................... 25


David Gingras François Breton Hiver 2009 VII

3.4.4 Valeur de l’économie d’huile ................................................................................... 26

3.4.5 Économie totale du système de récupération de chaleur .......................................... 26

3.5 Système de déshumidificateurs .................................................................................... 27

3.5.1 Perte de chaleur due à l’ouverture des panneaux ..................................................... 29

3.5.2 Perte de CO2 due à l’ouverture des panneaux .......................................................... 30

3.6 Dimensionnement du séchoir ....................................................................................... 30

3.6.1 Calcul de la masse volumique .................................................................................. 32

3.6.2 Détermination des variables de design du séchoir ................................................... 32

3.7 Installation d’un tuyau de déviation ............................................................................. 41

4. MISE EN ŒUVRE DU MANDAT ................................................................................. 42

4.1 Recherche de solutions & études de praticabilité ........................................................ 42

4.1.1 Changement du recouvrement de verre .................................................................... 42

4.1.2 Récupération de chaleur dans les cheminées ........................................................... 43

4.1.3 Déshumidificateurs ................................................................................................... 44

4.1.4 Installation d’un tuyau de déviation ............................................................................. 44

5 ÉTUDE DES COÛTS ...................................................................................................... 45

5.1 Changement du recouvrement de verre ....................................................................... 45

5.2 Récupération de chaleur dans les cheminées ............................................................... 46

5.3 Déshumidificateurs ...................................................................................................... 47

5.4 Tuyau de déviation de la chaudière à biomasse ........................................................... 48

6. SANTÉ ET SÉCURITÉ .................................................................................................. 50

6.1 Séchoir et système d’admission d’écorce .................................................................... 50

6.2 Système de récupération dans les cheminés ................................................................ 50

6.3 Limite d’exposition au CO2 ......................................................................................... 51


David Gingras François Breton Hiver 2009 VIII

7. RECOMMANDATIONS ................................................................................................ 52

3. Emmagasiner l’écorce dans un abri, ............................................................................ 52

8. CONCLUSION ................................................................................................................ 53

9. BIBLIOGRAPHIE ........................................................................................................... 54

ANNEXES .................................................................................................................................. 55

Ensoleillement ......................................................................................................................... 56

Taux d’humidité et température à l’intérieur des serres ......................................................... 62

Consommation annuelle d’huile ............................................................................................. 68

Température externe minimale, moyenne et maximale .......................................................... 70

Coefficient global d’échange de chaleur du recouvrement de verre ....................................... 76

Coefficient global d’échange de chaleur du recouvrement de polyéthylène .......................... 85

Spécifications du fournisseur Cannon Boiler Works .............................................................. 95

Brochure des économiseurs de chaleur ................................................................................... 98

Soumission des économiseurs ............................................................................................... 100

Script Matlab ......................................................................................................................... 101

Graphiques de l’étude du séchoir .......................................................................................... 103

Fiche technique des déshumidificateurs ............................................................................... 107


David Gingras François Breton Hiver 2009 IX

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2-1 : Ensoleillement minimal, maximal et moyen .......................................................... 4

Tableau 2-2 : Température et humidité relative interne des serres ............................................... 5

Tableau 2-3 : Température externe minimales, moyennes et maximales ..................................... 6

Tableau 2-4 : Coefficient global d’échange de chaleur (U) pour différents recouvrement .......... 7

Tableau 2-5 : Efficacité et valeur calorifique de différentes sources d’énergie ........................... 9

Tableau 3-1 : Données sur le coût du kWh d’écorce et du coût du kW ..................................... 13

Tableau 3-2 : Propriété de l’eau dans la chaudière à biomasse .................................................. 14

Tableau 3-3 : Coût moyen du kWh ............................................................................................. 15

Tableau 3-4 : Données expérimentales requises pour les calculs de pertes thermiques ............. 16

Tableau 3-5 : Données des recouvrements ................................................................................. 17

Tableau 3-6 : Données pour le calcul des pertes de puissance ................................................... 17

Tableau 3-7 : Donnée sur la production de tomates supplémentaire .......................................... 19

Tableau 3-8 : Performance des échangeurs proposés ................................................................. 20

Tableau 3-9 : Données pour l’estimation du temps de fonctionnement des chaudières ............. 21

Tableau 3-10 : Données pour le calcul de faisabilité du système de récupération de chaleur.... 24

Tableau 3-11 : Variation du débit et de la longeur du séchoir .................................................... 39

Tableau 3-12 : Variation du débit et de la longeur du séchoir .................................................... 40

Tableau 3-13 : Énergie perdue par la chaudière à biomasse ...................................................... 41

Tableau 5-1 : Données sur l’analyse financière .......................................................................... 45

Tableau 5-2 : Coûts et économies du changement du recouvrement ......................................... 46

Tableau 5-3 : Résultats de l’analyse financière du changement du recouvrement ..................... 46

Tableau 5-4 :Coûts et économies de la récupération de chaleur dans les cheminées ................. 47


David Gingras François Breton Hiver 2009 X

Tableau 5-5 : Résultats de l’analyse financière de la récupération de chaleur dans les cheminées

.................................................................................................................................................... 47

Tableau 5-6 :Coûts et économies de l’installation de déshumidificateurs ................................. 48

Tableau 5-7 : Résultats de l’analyse financière de l’installation de déshumidificateurs ............ 48

Tableau 5-8 :Coûts et économies de l’installation du tuyau de déviation .................................. 49

Tableau 5-9 : Résultats de l’analyse financière de l’installation du tuyau de déviation ............. 49

Tableau 10: Données pour le calcul du coefficient global d’échange de chaleur du recouvrement

de verre ....................................................................................................................................... 77

Tableau 11: Donnée sur les propriétés de l’air intérieur à 249,10 K .......................................... 77

Tableau 12: Donnée sur les propriétés de l’air extérieur à 245,34 K ......................................... 80

Tableau 13: Données pour le calcul du coefficient global d’échange de chaleur du recouvrement

de polyéthylène ........................................................................................................................... 86

Tableau 14: Donnée sur les propriétés de l’air intérieur à 286,41 K (Tfilm) ............................... 86

Tableau 15: Donnée sur les propriétés de l’air extérieur à 244,06 K (Tfilm) ............................... 90


David Gingras François Breton Hiver 2009 XI

LISTE DES SYMBOLES ET ABRÉVIATIONS

è é à è ° é à é è ° é °⁄

é / û é $/

é û é / û é $/ û $/

û é é $/ $ É é é é é $

û é é $/ $ é é é é $/ ,

/ $/ û $/

, é é û é / û é . .

. à / . . /

, é é / , é é é è / . è , /

/ . è , à é /

é / é é é é é / é é é

/ $ É é é $/

, é è û é é é é è / é

è é é $é û é é é $ , é é è $ $É, é $

⁄ [kg air sec]

∆ é à é à / é /

é ⁄ é é /


David Gingras François Breton Hiver 2009 XII

é / é / é / ] é , ⁄ é ° ] é ° ]

⁄ ] ⁄

é , /

é é , é / é

é / é

∆ , é ° ∆ é é °

/ ³ é

é


David Gingras François Breton Hiver 2009 XIII

LISTE DES FIGURES

Figure 2-1 : Vue aérienne des serres de Guyenne ........................................................................ 2

Figure 2-2: Pépinière .................................................................................................................... 3

Figure 2-3: Plants de tomates ....................................................................................................... 3

Figure 2-4 : Modélisation 3D des serres ....................................................................................... 8

Figure 3-1 : diagramme des variables du séchoir ....................................................................... 31

Figure 3-2 : Schéma pour le calcul de la masse volumique ....................................................... 32

Figure 3-3 : évolution des températures dans le séchoir ............................................................. 33

Figure 4-1 : Recouvrement de polyéthylène à double paroi ....................................................... 42

Figure 4-2 : Recouvrement de panneaux de verre simple .......................................................... 42

Figure 4-3 :Échangeur de chaleur pour cheminée (constructeur : Cannon Boiler Works) ......... 43

Figure 4-4;Déshumidificateurs proposés .................................................................................... 44

Figure 5: Recouvrement de verre ............................................................................................... 76

Figure 6: Schéma du transfert de chaleur d’un panneau de verre ............................................... 76

Figure 7: Recouvrement de polyéthylène à double parois .......................................................... 85

Figure 8: Schéma du transfert de chaleur d'un recouvrement de polyéthylène double .............. 85


David Gingras François Breton Hiver 2009 1

1. INTRODUCTION

De nos jours, la consommation d’énergie est un sujet d’actualité sur lequel les entreprises se

penchent afin de réduire leurs coûts d’exploitation. Par exemple, les horticulteurs dans les pays

nordiques doivent à tout prix optimiser leur consommation d’énergie afin d’assurer la

rentabilité de leurs activités. Ils doivent développer des avenues pour trouver des sources

d’énergie abordables et facilement exploitables, tout en restant écologiques. En Abitibi-

Témiscamingue, Les Serres Coopératives de Guyenne œuvrent depuis trois décennies à la

production de différentes variétés de tomates. Étant donné que ces serres se situent entre le

48ième et le 49ième parallèle, celles-ci demandent d’importantes quantités d’énergie afin de

maintenir une température permettant la croissance des végétaux. Pour ce faire, cette

coopérative utilise les résidus issus des activités de d’autres entreprises, soit des huiles usées et

des écorces. Les huiles offrent un rendement énergétique très élevé, mais les écorces doivent

être traitées pour en offrir un équivalent. En fait, elles doivent être sèches afin de permettre une

combustion efficace. Actuellement, la coopérative a mandaté une entreprise pour construire un

séchoir à contre courant, puisqu’elle n’était pas satisfaite du rendement offert par leur chaudière

à écorce. Jusqu’à maintenant, aucune étude technique n’a été effectuée sur cette construction.

La coopérative nous demande donc d’évaluer théoriquement le rendement de ce séchoir et

d’apporter les correctifs, si cela est nécessaire.

Il existe plusieurs types de serres, faites avec différents matériaux et de formes distinctes. Aux

Serres de Guyenne, on trouve des recouvrements de verre et des serres en polyéthylène à

double paroi. Après avoir observé les deux types de recouvrement pendant plusieurs années, M.

Réjean Dubé (Directeur général) a mentionné que les recouvrements de polyéthylène double

offrent une isolation supérieure à celle du verre simple. Il se demande s’il est économiquement

avantageux de faire ce changement. L’investissement pour changer le recouvrement de toutes

les serres est important, plus de 500 000 dollars. C’est pourquoi la coopérative aimerait

connaître la quantité d’énergie économisée grâce à cette amélioration et le retour sur

l’investissement



2. ÉTUDE DES BESOINS ET MANDAT

2.1 Présentation de l’entreprise

Les Serres Coopératives de Guyenne œuvrent dans la région depuis 1980. Elles sont situées à

Guyenne entre La Sarre et Amos en Abitibi-Ouest (figure 2-1). Cette coopérative a été créée

par un groupe de citoyens afin de relancer l’activité économique de leur village. Aujourd’hui,

cette entreprise produit plusieurs variétés de tomates, de fleurs, d’arbres et de plantes diverses.

Elle possède 90 membres travaillant en majorité sur le site. Pendant la saison estivale, plus de

300 employés y travaillent. La production de haute qualité qui en résulte fait la fierté de la

communauté. Ils cultivent au delà 3,9 millions de livres de tomates annuellement. La

production atteint donc entre 11 364 et 23 636 kilogrammes (25 et 52 mille livres) de tomates

par jour de récolte, trois fois par semaine. De plus, la coopérative possède la plus grosse

pépinière d’épinettes noires au Québec et la troisième au Canada. Lors de notre visite, nous

avons été impressionnés par l’ampleur des installations (figure 2-2). Dans cette immense serre,

on y dénombre plus d’un million d’arbres. Nous avons aussi visité les serres qui sont utilisées à

la culture des tomates. Nous avons observé, avec étonnement, que les pieds de tomates

atteignent en moyenne 50 pieds de longueur (figure 2-3). Les producteurs couchent au sol les

plants pour les exploiter au maximum. Il est intéressant de constater que notre climat nordique

ne représente pas un obstacle insurmontable à la production de tomates. Il est possible pour une

entreprise de tirer son épingle du jeu dans un marché très compétitif lorsque les gens se

regroupent autour d’un objectif commun.

Figure 2-1 : Vue aérienne des serres de Guyenne



Figure 2-2: Pépinière

Figure 2-3: Plants de tomates

2.2 Description et caractérisation du procédé

La production de tomates et d’arbres nécessite une logistique complexe et la situation

géographique nordique des serres rend cette tâche encore plus ardue. Cette coopérative utilise

cinq chaudières pour chauffer ses immenses serres. Elle utilise des huiles usées et de la

biomasse forestière (des écorces et des sciures de bois) comme source d’énergie. L’huile usée

est récoltée à l’aide d’un camion citerne qui s’approvisionne en Abitibi-Témiscamingue et dans

le Nord du Québec (territoire de la Baie James). La coopérative récolte différents types d’huile,

comme de l’huile à moteur, à transmission et hydraulique. Cette huile est brûlée par trois

chaudières, soit une de 500 hp (4,89 MW) et deux de 200 hp (1,96 MW). Une chaudière de

réserve de 400 hp (3,92 MW) s’ajoute aux trois autres. Les chaudières de 200 hp sont situées

au même endroit et elles utilisent la même cheminée pour expulser les gaz de combustion.

L’eau chauffée circule dans des tuyaux entre chaque rangée de plants de tomates et elle est

ensuite réacheminée aux chaudières. Cette canalisation de distribution de chaleur sert

également de rails pour le déplacement des employés, qui assurent l’entretien des plants.

Afin de laisser pénétrer la lumière, les serres sont munies de plafonds en verre ou en

polyéthylène. À la suite de plusieurs observations, les travailleurs ont remarqué que l’utilisation

du verre comporte des inconvénients, tel que la faible isolation, l’effet de loupe en été (il y fait

trop chaud), etc. Alors, dans ce projet, il sera question d’évaluer s’il est possible de rentabiliser

le remplacement des vitres des serres par une toiture de polyéthylène à double épaisseur.



La principale problématique quant à l’utilisation de la biomasse est le taux d’humidité contenue

dans celle-ci. Par exemple, lorsque les arbres sont récoltés peu de temps après une tempête,

l’écorce est couverte de neige. Il est donc impossible pour la chaudière de fournir son plein

rendement puisque la quantité d’eau contenue dans l’écorce est trop grande. Afin de remédier à

ce problème, la coopérative a demandé à une entreprise de fabriquer un séchoir à écorce. Ce

séchoir utilise l’énergie des gaz d’échappement à l’aide d’un échangeur de chaleur pour sécher

l’écorce. Alors, la coopérative nous a demandé d’optimiser le rendement du séchoir actuel en

apportant les modifications nécessaires.

2.3 Inventaire des données opérationnelles et expérimentales recueillies

2.3.1 Ensoleillement

Le soleil fourni un apport énorme en énergie dans les serres. Il est primordial de connaître

l’ensoleillement afin de bien estimer les charges de chauffage et de climatisation. Les Serres

Coopératives de Guyenne utilisent un système qui permet d’enregistrer l’ensoleillement à tous

les deux heures. Il fût possible d’obtenir ces données sous forme de graphiques sur une période

d’un an. Chaque graphique contient des données sur l’ensoleillement minimum, maximum et

moyen durant le mois indiqué. Il est possible de consulter ces données en annexe à la page 56.

Tableau 2-1 : Ensoleillement minimal, maximal et moyen

Période (année 2008 à 2009) Minimum[W/m2]

Moyen [W/m2]

Maximum[W/m2]

1 mars 2008 au 31 mars 7 167 529 31 mars au 29 avril 14 190 644 30 avril au 29 mai 9 197 720 31 mai au 30 juin 19 209 737 30 juin au 29 juillet 14 217 704 31 juillet au 30 août 13 202 615 31 août au 30 septembre 11 163 554 30 septembre au 29 octobre 17 97 403 31 octobre au 30 novembre 5 66 256 30 novembre au 29 décembre 0 35 165 31 décembre au 30 janvier 2009 0 55 253 31 janvier au 2 mars 0 90 418



Dans le tableau 2-1 on aperçoit les valeurs d’ensoleillement minimales, maximales et moyennes

pour chaque période inscrite.

2.3.2 Taux d’humidité et température à l’intérieur des serres

L’humidité est un facteur très important lorsqu’il est question d’horticulture. Les plantes

respirent et elles produisent beaucoup d’humidité. Les horticulteurs contrôlent constamment

l’humidité dans leurs serres afin de réduire la condensation et l’accumulation d’eau au sol. Les

bactéries et moisissures se développent très rapidement dans les milieux humides, c’est

pourquoi il faut éviter les flaques d’eau sur le plancher. Sinon, des maladies pourraient se

développer et compromettre les activités des serres. L’humidité relative est une valeur

nécessaire pour dimensionner les différents équipements de conditionnement d’air. Nous avons

obtenu ces données sous forme de graphique sur une période d’un an. On trouve sur ces

graphiques, l’humidité relative et la température interne des serres sur une base mensuelle. Il est

possible de consulter ces graphiques en annexe à la page 62.

Tableau 2-2 : Température et humidité relative interne des serres

Température interne Humidité relative Période (année 2008 à 2009)

Minimale[°C]

Moyenne[°C]

Maximale[°C]

Minimale [%]

Moyenne[%]

Maximale[%]

1 mars 2008 au 31 mars 16 18 24 75 89 99 1avril au 30 avril 15 19 24 63 88 99 1 mai au 31 mai 14 18 24 54 84 99 1 juin au 30 juin 14 19 27 52 86 100 1 juillet au 31 juillet 14 19 28 61 87 100 1 août au 31 août 14 19 27 61 85 100 1 septembre au 30 septembre

15 19 27 69 86 99

1 octobre au 31 octobre 16 17 22 74 86 99 1 novembre au 30 novembre

16 18 22 70 83 96

1décembre au 31 décembre

8 14 18 34 59 89

1 janvier au 31 janvier 2009 13 19 24 42 62 84 1 février au 28 février 17 19 25 57 80 95

Dans le tableau 2-2 on trouve les valeurs minimales, maximales et moyennes des températures

et des taux d’humidité relatives interne des serres pour chaque période inscrite.



2.3.3 Consommation d’huile

Pour déterminer les besoins en énergie, nous avons récolté les données de consommation

d’huile sur une base annuelle. En utilisant la capacité calorifique de l’huile usée, il est possible

d’avoir une bonne approximation des besoins d’énergie pour le chauffage durant les différentes

saisons. Les données sur la consommation d’huiles ont été prises sur des intervalles de temps

variables, alors nous avons seulement des consommations journalières moyennes d’huile. La

consommation d’huile usée annuelle est d’environ 478 612 gallons U.S. [1,81x106 litres]. On

trouve la consommation d’huile détaillée en annexe à la page 68.

2.3.4 Température extérieure

La température extérieure est parmi les valeurs les plus importantes pour calculer la charge de

chauffage et de climatisation. Nous avons également recueillis la température extérieure sur une

base annuelle. En annexe, on trouve des valeurs de températures minimales, moyennes et

maximales pour chaque journée pendant l’année 2008.

Tableau 2-3 : Température externe minimales, moyennes et maximales

Température externe [°C]

Période (année 2008 à 2009) Moyenne minimale

Moyenne Moyenne maximale

1 janvier 2008 au 31 Janvier ‐29,75 ‐12,62 2,31 1février au 29 février ‐22,85 ‐14,57 ‐5,41 1 mars au 31 mars ‐17,04 ‐10,65 0,61 1 avril au 30 avril ‐7,79 3,09 13,69 1 mai au 31 mai ‐0,02 5,88 12,19 1 juin au 30 juin 7,9 13,94 21,15 1 juillet au 31 juillet 10,46 15,30 20,7 1 août au 31 août 9,66 14,69 21,62 1 septembre au 30 septembre 2,21 9,84 21,11 1octobre au 31 octobre ‐4,55 2,73 13,775 1 novembre au 31 novembre 2008 ‐12,59 ‐2,67 12,03 1 décembre au 31 décembre ‐28,875 ‐15,19 ‐0,09

Dans le tableau 2-3 on trouve la température moyenne de la période inscrite. Également, sont

présentées les températures moyennes journalières, minimales et maximales connues dans la

même période.



2.3.5 Efficacité des types de recouvrement de serre

Sur le marché, il existe plusieurs types de serre. Par exemple, on trouve des serres ayant des

recouvrements de verre, de polyéthylène et de polycarbonate. Pour chaque type de

recouvrement, il peut y avoir différentes configurations tel que des parois simples et doubles.

Tableau 2-4 : Coefficient global d’échange de chaleur (U) pour différents recouvrement

Matériaux de recouvrement Facteur de transmission de chaleur

Coefficient U [W/m2‐°C] [Btu‐h/pi2‐°F]

Verre simple (3 mm) 6,3 1,1 Verre double (6mm) 4,0 0,70 Polyéthylène simple 6,3 1,10 Polyéthylène double 4,0 0,70 Polycarbonate simple <6,7 <1,14 Polycarbonate double 3,4 0,6

Le tableau 2-4 indique le coefficient global d’échange de chaleur des principaux matériaux de

recouvrement de serres. Ils ont été normalisés par la Society of Automotive Engineers (SAE).

Ces données ont été prises dans le document intitulé « Clinique sur La gestion de l’énergie en

serre » produit par l’Institut québécois du développement de l’horticulture ornementale. Il n’est

pas mentionné dans celui-ci les hypothèses posées (température, vitesse de l’air, etc.) pour le

calcul de ces coefficients. Ceux-ci sont à titre indicatif, cependant ils seront utile afin de les

comparer avec nos propres résultats. En comparant ceux-ci, on remarque que le verre simple, le

polyéthylène simple et le polycarbonate simple possède un coefficient U relativement similaire.

L’ajout d’une deuxième paroi permet de diminuer considérablement le coefficient de 36% à

47%. Fait plus intéressant, les recouvrements de polyéthylène double paroi sont

approximativement 57,5 % plus efficaces que ceux en verre simple.

2.3.6 Séchage des écorces, courbe de séchage

Un grand pourcentage d’humidité dans le combustible a une incidence négative sur le

rendement de la chaudière à biomasse. La cause de cette baisse de rendement est qu’une grande

proportion de l’énergie générée par la combustion est dépensée pour évaporer l’eau contenue

dans l’écorce. Nous avons recueillie un échantillon dans le monticule situé juste à côté du

bâtiment qui abrite la chaudière et le séchoir. Cet échantillon, d’environ 1kg, a été pris au cœur



du monticule alors que l’opérateur venait tout juste de manipuler la matière avec une chargeuse

sur roue. La représentativité d’un échantillon prélevé au centre est meilleure que si nous

l’avions pris sur la couche externe qui risque d’être altérée par contact avec le milieu extérieur.

Afin de déterminer le pourcentage d’humidité de cet échantillon, nous avons effectué un test de

séchage dans les fours du local D012 à l’université du Québec à Rouyn-Noranda. Deux bacs en

aluminium ont servis de support. Le four étant réglé à 105°C, la masse des deux bacs a été

relevée à toutes les 30 minutes durant six heures, et une dernière mesure a été prise après

24heures pour connaître la masse anhydre. Suite aux calculs présentés en annexe, ce test a

révélé un pourcentage d’humidité moyen de 68,94% (kg d’eau/ kg de solide humide).

2.3.7 Consommation d’écorce

La chaudière à biomasse a été ajoutée aux installations car les chaudières à l’huile ne

subvenaient plus aux besoins de chauffage des serres qui ont connues une expansion

considérable au fil des ans. En période hivernale, ils consomment 50 tonnes d’écorce par jour.

En 2008, le coût annuel de cette consommation s’élève à environ 150 000 dollars.

2.3.8 Dimensions des serres

Les serres de Guyenne sont subdivisées en blocs qui sont répartis sur différents niveaux.

Chaque bloc contient plusieurs unités de serres. Avec la participation de M. Réjean Dubé, nous

avons mesuré la hauteur des murs de chaque bloc. Deux formes de recouvrement sont présents ;

à double pignons triangulaires et à pignon simple avec extrémité arquée. Chaque bloc fût

modélisé à l’aide du logiciel Inventor (figure 2-4), pour ensuite en tirer le volume total à

chauffer, 181 227m³. Ce résultat du logiciel est validé par une approximation préliminaire qui

négligeait la courbure du recouvrement. Également à l’aide de ce modèle, nous obtenons la

superficie des serres, 37 215 m² ce qui a permis de calculer la quantité d’énergie injectée dans

les serres par le soleil.

Figure 2-4 : Modélisation 3D des serres



2.3.9 Consommation de gaz carbonique

Afin de maximiser la croissance et le rendement des plants de tomates, l’air ambiant des serres

est enrichi en dioxyde de carbone. Pour y parvenir, la coopérative achète du CO2 liquide qui est

injecté dans les serres au besoin. 26 remplissages du réservoir par année sont nécessaires, à

5000 dollars par remplissage, cette dépense de 130 000 dollars est considérable. Nous croyons

que ce montant pourrait être diminué si l’ouverture des fenêtres était moins fréquente,

particulièrement en période estivale lorsqu’il est nécessaire de ventiler les serres pour abaisser

la température.

2.3.10 Efficacité des chaudières

Selon la clinique sur la gestion de l’énergie en serres, référence [1], les fournaises à l’huile

offrent un rendement de 70%. Cette performance est avantageuse en comparaison avec la

biomasse qui donne un rendement de 60%. À noter que plus la biomasse est sèche plus sa

valeur calorifique augmente pour des raisons précédemment expliquées. À masse égale, l’huile

donne 240% plus d’énergie lors de sa combustion que l’écorce sèche.

Tableau 2-5 : Efficacité et valeur calorifique de différentes sources d’énergie

Combustibles Unité de volume

Équivalence brute (kWh/unité)

Efficacité Équivalence nette (kWh/unité)

Huile #2 l 11,07 70% 7,75 Huile #6 l 11,86 70% 8,30 Gaz naturel m³ 10,33 75% 7,51 Propane l 7,03 75% 5,27 Bois humide kg 2,20 60% 1,32 Bois sec kg 5,50 60% 3,30 Électricité kWh 1,00 99% 0,99



2.4 Revue de la documentation

Plusieurs documents nous ont informés des travaux et des accomplissements réalisés dans le

passé pour nous guider dans notre recherche de solutions. Cette section présente brièvement les

quelques uns des ouvrages qui nous ont été grandement utiles tout au long du projet.

2.4.1 Institut québécoise du développement de l’horticulture ornementale

Afin d’en apprendre plus sur la production horticole, M. Dubé nous a fournie un document

portant sur la gestion d’énergie en serre. Ce document a été produit par l’Institut québécois du

développement de l’horticulture ornementale. Plus précisément, ce document traite des sujets

suivant ; les pertes de chaleur, le chauffage de la serre, méthode directe d’économie d’énergie,

méthode indirecte d’économie d’énergie, etc.

2.4.2 Mass Transfert Operations, Treybal

Pour bien comprendre le processus de séchage dans un séchoir rotatif, cet ouvrage nous a été

proposé par notre professeur superviseur. On y explique les principes de conservation de masse

et d’enthalpie associés aux opérations de séchage. Les données requises pour appliquer ces

équations sont exhaustives, des hypothèses devront inévitablement être posées pour élaborer

nos calculs. Des équations de design y sont présentées pour fournir des lignes directrices sur le

dimensionnement des équipements.

2.4.3 Heat Transfert, A Practical Approach, Yunus A. Çengel

Ce livre de transfert de chaleur nous a fourni de l’information concernant le contrôle de la

qualité de l’air des bâtiments. Spécialement pour la portion du gain solaire à travers les

recouvrements des serres. On y expose la théorie des échangeurs de chaleur, information très

pertinente à notre projet.



2.5 Objectifs, contraintes et restrictions

Afin de bien diriger notre projet, nous avons défini avec le représentant industriel et notre

professeur superviseur des objectifs, contraintes et restrictions.

2.5.1 Objectifs

- Définir s’il est économiquement rentable de modifier le matériau de recouvrement, soit

remplacer le verre simple par un revêtement de polyéthylène à double paroi.

- Évaluer le rendement du système de séchage d’écorce.

- Améliorer le rendement de celui-ci si nécessaire.

- Récupérer le maximum d’énergie des gaz de combustion.

- Réduire le temps d’ouverture des volets de ventilation.

2.5.2 Contraintes

- La longueur et le diamètre du séchoir sont fixés

- Le débit massique d’écorce doit être d’une à deux tonnes par heure au séchoir.

- La consommation d’huile ne doit pas être réduite sur une base annuelle, car la collecte

de cette dernière est subventionnée et très rentable.

2.5.3 Restrictions

- Le coût du projet doit être amorti sur une période de 10 ans au maximum.

- Le volume d’huile usée ne doit pas dépasser 500 000 gallons U.S.

2.6 Formulation du mandat

Le client, les Serres Coopératives de Guyenne, désire améliorer son bilan énergétique, soit

réduire son coût de chauffage. Pour y parvenir, la coopérative désire optimiser le rendement de

sa chaudière à biomasse. Celle-ci est alimentée par des résidus de sciage provenant de la Scierie

Blanchet localisée à Amos. Trois autres chaudières sont en opération sur le site, celles-ci

fonctionnent avec de l’huile usée provenant de machinerie. Puisque la coopérative reçoit un

crédit gouvernemental pour la collecte de ces huiles, les efforts seront ciblés sur la

consommation d’écorce. Cette écorce, qui est entreposée à l’extérieur, possède un pourcentage



d’humidité de 68,75 % sur une base humide en hiver. Alors, on dépense beaucoup trop

d’énergie pour évaporer cette eau dans le processus de combustion. C’est la raison pour laquelle

un séchoir rotatif à contre-courant a été construit. L’énergie thermique provient des gaz

d’échappements de la chaudière, par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur installé dans la

cheminée.

Également, la coopérative est allée de l’avant avec le remplacement du revêtement supérieur de

la majorité de sa superficie. Le nouveau revêtement en polyéthylène à double paroi offre une

meilleure isolation que le verre à paroi simple. L’investissement requis pour changer le verre

des dernières serres est de 500 000 dollars. La coopérative aimerait connaître les économies

reliées à cette dépense et connaître la période de retour sur l’investissement avec un taux

d’actualisation de 7% par année.

Tout au long du rapport, des solutions seront élaborées en passant, entre autres, par les étapes

suivantes :

• Vérifier la performance du séchoir actuel, en particulier le débit massique des écorces,

le débit et la température de l’air dans le séchoir et le taux d’humidité des écorces à la

sortie.

• Élaborer des calculs de séchage afin de proposer des modifications à la conception

actuel pour optimiser son rendement en atteignant un taux d’humidité acceptable.

• Obtenir des données météorologiques pour la région de Guyenne.

• Établir le coût de kWh de chauffage d’écorce ainsi que le nombre total de kWh de

chauffage consommé par année.

• Calculez les économies d’énergie réalisées par la modification du revêtement, les

associées à un coût de chauffage et faire les calculs économiques pertinents.

• Proposer d’autres améliorations simples pour réduire les coûts de chauffage.



3. CADRE THÉORIQUE ET ÉLABORATION DES HYPOTHÈSES

Dans cette section, des études sur les différentes solutions permettant d’améliorer le bilan

énergétique de la coopérative seront présentées. Dans l’ordre ; remplacer le recouvrement des

serres, dimensionner un séchoir à écorce, implanter un système de récupération de chaleur et

déshumidifier l’air des serres. Cependant, en premier lieu, nous allons calculer le coût du

kilowattheure d’écorce et le coût de la puissance installée. Les études suivantes ont été faites

selon un cadre théorique et en élaborant des hypothèses qui sont présentées au fur et à mesure.

3.1 Coût du kilowattheure d’écorce et du kilowatt

Afin de bien évaluer l’économie réaliser pour chacune des solutions étudiées, nous allons

estimer le coût de revient de chaque kilowattheure de chauffage produit pas la chaudière à

biomasse. Nous avons recueillis toutes les données nécessaires grâce au système informatique

de la coopérative. Notre étude porte sur les trois premiers mois de l’an où la consommation

d’écorce est maximale, soit 50 tonnes par jour. Étant donné que les solutions étudiées

permettront de réduire la puissance de chauffage requise, nous évaluerons aussi le coût

d’installation d’un kilowatt de chauffage. En réduisant la puissance nécessaire de chauffage,

celle-ci sera disponible pour un besoin de chauffage supplémentaire pour le projet

d’agrandissement des serres. Alors, cette puissance économisée a une valeur et elle sera

calculée en considérant la puissance et le coût total de la chaudière à biomasse.

Tableau 3-1 : Données sur le coût du kWh d’écorce et du coût du kW

Coût Écorce 15 $/tonne (métrique) Main d’œuvre (Entretien, plein d’écorce, etc) 60 $/jour Électricité (Ventilateur, pompe, système électronique, etc) 280 $/jour Amortissement de la chaudière 85 $/jour

Dans le tableau 3-1 on trouve les données nécessaires au calcul du coût du kilowattheure. Elles

ont été fournies par M. Dubé.



Tableau 3-2 : Propriété de l’eau dans la chaudière à biomasse

Température moyenne Débit [kg/s]

Chaleur spécifique [kJ/°C kg] Entrée [°C] Sortie [°C]

Janvier 2008 64,29 70,97 113,56 4,188 Février 2008 65,34 72,56 113,56 4,189 Mars 2008 68,57 75,60 113,56 4,191 Janvier 2009 71,59 80,26 113,56 4,195

Les données du tableau 3-2 permettent de calculer la puissance moyenne produite par la

chaudière à biomasse. À l’aide des données de température et de débit fournis par le système

informatique de la chaudière, il a été possible de calculer des moyennes de température des

mois où le fonctionnement de celle-ci est maximal.

Calcul pour connaître la puissance moyenne de la chaudière à écorce.

(3.1)

où :

è é à è ° é à é è ° é °⁄

é /

70,97° 64,29° 4,188 °⁄ 113,56 ⁄ 3 176,94

Calcul du nombre de kilowattheure moyen produit par jour.

, 24 (3.2)

où :

, /

, 3 176,94 24 76 246,56 /

Calcul du coût moyen du kilowattheure



,

(3.3)

où :

û é $/ é û é /

û é $/ û $/

û é é $/

50 ⁄ 15$/ 60 280 85 $/76 246,56 /

0,0154 $/

Tableau 3-3 : Coût moyen du kWh

Mois Puissance moyenne [kW]

Nombre de kWh produit [kWh/jour]

Coût moyen du kilowattheure [$/kWh]

Janvier 2008 3 176,94 76 246,56 0,0154 Février 2008 3 434,57 82 429,68 0,0143 Mars 2008 3 345,79 80 298,96 0,0146 Janvier 2009 4 130,25 99 126 0,0119 Moyenne 3 521,8875 84 525,3 0,0139

Nous estimons un coût moyen du kilowattheure d’écorce de 0,014 $. Ce coût comporte les

principaux frais reliés aux activités de la chaudière, soit le coût d’écorce, la main d’œuvre et

l’électricité. Dans le tableau 3-3 on trouve les résultats pour chaque mois inscrit. Si nous

comparons ce coût du kilowattheure à celui du coût d’électricité, nous pouvons en conclure que

l’écorce est une source d’énergie peu dispendieuse.

En moyenne, la chaudière fournie une puissance de chauffage de 3 522 kW pour un coût total

de 300 000 dollars. Alors, il est possible d’estimer un coût de puissance installée de 85,18

$/kW.

3.2 Remplacement du recouvrement des serres.

Comme mentionné précédemment, les serres de la coopérative sont constituées de deux types

de recouvrement, soit en verre ou en polyéthylène. Afin de vérifier l’efficacité des deux types

de parois, des calculs de transfert de chaleur seront élaborés dans cette section. Selon les



principes de la transmission de chaleur, il existe quatre types de transferts, soit la conduction, la

radiation, la convection forcée ou naturelle. Dans le cas des serres, nous retrouvons les quatre

types de transferts. Afin de baser nos calculs sur la réalité, nous avons utilisé des données

environnementales du site de la coopérative. Suite à ces calculs économiques et d’efficacités, il

sera possible de tirer des conclusions et d’évaluer s’il est économiquement rentable de changer

les panneaux de verre par des doubles pellicules de polyéthylène.

Tableau 3-4 : Données expérimentales requises pour les calculs de pertes thermiques

Vitesse de l’air Température Humidité relative [%] Extérieur 11 [m/s] -20 °C 75 Intérieur 1 [m/s] 23 °C 90

Dans le tableau 3-4, ou trouve les données utilisées pour les calculs de pertes thermiques.

3.2.1 Économie réalisée en changeant le recouvrement

Le changement d’un recouvrement de panneaux de verres simple pour celui en polyéthylène

double permet d’obtenir un meilleur rendement des serres. Étant donnée que le recouvrement

de polyéthylène double couche est plus isolant, il est possible de réaliser des économies

d’énergie liées au chauffage. Il permet aussi de réduire la puissance de chauffage requise pour

maintenir une température interne cible. En été, il permet aussi de réduire l’effet de loupe que

produit le recouvrement de verre, la température interne est ainsi plus adéquate. De plus, il nous

a été confié par M. Dubé que les serres de polyéthylène double augmentent considérablement la

productivité annuelle des plants de tomates. Par contre, le revêtement de polyéthylène a une

durée de vie inférieure à celle de verre, qui se limite à quatre ans. Dans les sections suivantes,

nous allons évaluer l’économie potentielle du changement des serres de verres par celle de

polyéthylène double.

3.2.2 Économie d’énergie

Maintenant que les performances des recouvrements sont connues, on peu déduire l’économie

réalisée en remplaçant le recouvrement de panneau de vitre par celui de polyéthylène double.

Pour se faire, les températures moyennes internes et externes des serres ont été utilisées pour

connaître la différence de température. Ensuite, nous avons évalué les pertes pour chacun des



types de recouvrement. Finalement, la moyenne des différences de pertes sera calculée afin de

la rapporter en argent en se basant sur le coût du kWh d’écorce.

Tableau 3-5 : Données des recouvrements

Verre simple Polyéthylène double Superficie du recouvrement [m2] 9 759 11 117 Coefficient U [W/m2 K] 3,48 1,44

Les valeurs des coefficients globaux d’échange de chaleur du tableau 3-5 ne tiennent pas

compte du transfert de chaleur produit par le cadrage qui supporte les panneaux de verre et les

toiles. Ceci pourrait expliquer la différence entre ceux proposés par l’Institut québécois du

développement de l’horticulture ornementale (tableau 2-4). Afin de calculer les économies liées

au changement du recouvrement, nous considérons que les pertes de chaleur au niveau des

cadrages sont les mêmes pour les deux types de recouvrement. Toujours dans le tableau 3-5, on

remarque que les superficies sont différentes pour chaque type de recouvrement. Ceci est dû à

la forme ovale du recouvrement de polyéthylène qui offre une surface supérieure à celui en

verre. Les calculs qui ont permit d’établir les coefficients U sont présentés en annexe aux pages

76 à 94.

Tableau 3-6 : Données pour le calcul des pertes de puissance

Température moyenne Taux de pertes Période interne

[°C] externe

[°C] Delta [°C]

Vitre [kW]

Polyéthylène [kW]

Différence [kW]

1 mars 2008 au 31 mars 18 -10,65 28,65 967,44 455,48 511,96 1avril au 30 avril 19 3,09 15,91 537,24 252,94 284,30 1 mai au 31 mai 18 5,88 12,12 409,26 192,68 216,58 1 juin au 30 juin 19 13,94 5,06 170,86 80,44 90,42 1 juillet au 31 juillet 19 15,3 3,7 124,94 58,82 66,12 1 août au 31 août 19 14,69 4,31 145,54 68,52 77,02 1 septembre au 30 septembre 19 9,84 9,16 309,31 145,63 163,68 1 octobre au 31 octobre 17 2,73 14,27 481,86 226,86 255,00 1 novembre au 30 novembre 18 -2,67 20,67 697,97 328,61 369,36 1décembre au 31 décembre 14 -15,19 29,19 985,67 464,06 521,61 1 janvier au 31 janvier 2009 19 -12,62 31,62 1067,72 502,69 565,03 1 février au 28 février 19 -14,57 33,57 1133,57 533,69 599,88 Moyenne 18,17 0,81 17,35 585,95 275,87 310,08

Les résultats du tableau 3-6 ont été obtenus à l’aide d’une feuille de calcul Excel. On trouve ce

fichier intitulé Économie recouvrement sur le disque compact en annexe.



Voici le calcul qui permet d’évaluer l’économie réalisée au temps présent comme si le

changement du recouvrement de verre par celui de polyéthylène était déjà effectué.

$ (3.4)

où :

É $ É $/an

W û é $/

$ 310,08 8 760 0,014 $⁄ 38 028 $/

Il y aurait une économie moyenne de 38 028 $ annuellement si le recouvrement serait remplacé

par celui en polyéthylène double paroi.

3.2.2.1 Économie de puissance

Les serres de polyéthylène à double paroi nécessitent une puissance de chauffage inférieure à

celles de verre à simple paroi. Il est donc possible d’affirmer qu’il y aurait une puissance qui

serait disponible pour le chauffage de serres additionnelles pour des projets d’agrandissement

futur.

$ (3.5)

où :

$ É é é é é $ û é é $/

$ 310,08 85,18 $⁄ 26 412,61 $

L’économie de puissance libérée aurait une valeur approximative de 26 412,61 $

3.2.2.2 Profit causé par un rendement supérieur des plants

Le changement du recouvrement a une influence directe sur la production de tomates. M. Dubé

nous a mentionné que les plants de tomates produisent environ cinq kilogrammes de tomates



par mètre carré de plus annuellement lorsque les recouvrements sont en polyéthylène double.

Cette donnée provient de l’évaluation du rendement de production des deux types de

recouvrement.

Tableau 3-7 : Donnée sur la production de tomates supplémentaire

Superficie des serres en verres 8 486,6 m2

Masse additionnelle de tomates 5 kg/m2

Prix de vente des tomates 2,2 $/kg Coût de production 1,1$/kg

Les données du tableau 3-7 ont été fournies par M. Dubé.

$ , (3.6)

où :

$ é é é é $/ ,

/ $/ û $/

$ 8 486 5 2,2 $⁄ 1,1 $⁄⁄ 46 676 $/

Le rendement supérieur des plants de tomates, causé par le changement du recouvrement, aurait

le potentiel de générer un profit supplémentaire de 46 676 dollars par année.

3.3 Système de récupération d’énergie dans les cheminées

L’horticulture dans les pays nordiques demande énormément d’énergie pour assurer le

chauffage des serres. Étant donné qu’il y a une transformation d’énergie, il y a des pertes dû au

rendement non optimal des équipements. La combustion de l’huile usée génère des gaz à très

haute température, soit 287,78°C (550 F). Ceux-ci comportent donc une certaine quantité

d’énergie directement expulsée dans l’atmosphère. En général, des chaudières comme celles

utilisées par la coopérative ont une efficacité énergétique d’environ 70 %. Alors, il y a 30% de

l’énergie qui est perdue dans l’environnement. Il existe sur le marché des échangeurs qui ont la

capacité de récupérer une partie de l’énergie de ces gaz en réduisant leur température. Il n’est

pas possible de récupérer la totalité de l’énergie, car il y aurait de la condensation. Ceci



produirait de l’acide dû à la teneur en souffre de l’huile usée ce qui abimerait l’équipement par

corrosion. De plus, si le gaz de combustion est trop refroidi, il aurait de la difficulté à bien

s’évacuer de la cheminée ce qui est dû à la poussée d’Archimède. Dans la section qui suit, on

trouve des études qui permettent d’évaluer la quantité d’énergie qui aurait le potentiel d’être

récupérée.

Le constructeur des échangeurs de chaleur estime une récupération d’énergie d’environ cinq

pourcent de la puissance totale des chaudières à l’huile. Nous avons fait parvenir les paramètres

de fonctionnement des chaudières au constructeur Canon Boiler Works et ils nous ont proposé

deux échangeurs. Leurs propositions étaient accompagnées de fiches techniques dans lesquelles

on trouve des données concernant les paramètres de fonctionnement et d’efficacité des

chaudières munies de leur échangeur. Il est possible de consulter ces rapports en annexe à la

page 97. Dans les sections suivantes, les calculs qui permettent d’établir le potentiel énergétique

récupérable seront présentés. Ceux-ci ont été effectués en considèrent que les chaudières

fonctionnent à plein régime, car leur puissance actuelle n’est pas modulée. C’est-à-dire que dès

leur mise en marche, elles fonctionnent à leur capacité maximale.

Tableau 3-8 : Performance des échangeurs proposés

Model Puissance récupérée [Btu/h]

Puissance récupérée

[kW] Échangeur 500 hp E2 1H 4-12-9.5 801 443 234,82 Échangeur 2x200 hp E2 1H 4-14-6 641 155 187,86 Total - 1 443 598 422,68

Les données du tableau 3-8 ont été prises dans les fiches techniques produites par l’entreprise

Cannon Boiler Works (page 95).

3.3.1 Estimation du temps de fonctionnement des chaudières à l’huile

Pour estimer la quantité d’énergie récupérée sur une base annuelle, il faut évaluer le temps de

fonctionnement annuel des chaudières. La consommation annuelle d’huile est d’environ

478 612 gallons U.S. Donc, à partir de ce volume de combustible, nous serons en mesure de

calculer la quantité d’énergie consommée annuellement par les chaudières à l’huile usée.



Tableau 3-9 : Données pour l’estimation du temps de fonctionnement des chaudières

Volume d’huile annuelle brulé 478 612 gallons U.S. Puissance total des chaudières à l’huile 900 Hp Rendement des chaudières 0,7 Capacité calorifique de l’huile usée 44 000 kJ/kg Densité de l’huile 880 kg/m3

Huile [m3 /gallons U.S.] 0,0037854 Hp de chaudière [kW/Hp]] 9,7886

L’équation suivante permet de quantifier la quantité d’énergie brûlée annuellement.

, . , (3.7)

où :

, é é û é / û é . .

. à / . . /

, é é /

,478 612 . 0,0037854 880 44 000

. . 70 150 490 /

Cette équation permet de calculer l’énergie consommée pendant un an pour un fonctionnement

continu.

,. ,

.

(3.8)

où :

, é é é è / . è , /

/ . è

,900 9,8093 ⁄ 31 536 000 /

0,7397 732 586,1 /



En effectuant une proportion entre les quantités d’énergie, il est possible de connaître le nombre

d’heures de fonctionnement moyen par jour.

.,

, (3.9)

où :

, à é / é /

.70 150 490 / 24 /

397 732 586,1 /4,24 /

L’estimation donne un fonctionnement moyen de 4,24 heures par jour sur une base annuelle.

3.3.2 Économie d’énergie

Il est maintenant possible de calculer l’économie qu’offrent les récupérateurs d’énergie dans les

cheminées.

é . (3.10)

où :

é é é é é / é é é

/

é 422,6812 4,24 ⁄ 365 ⁄ 654 141,43 /

Voici le calcul pour connaître les économies réalisées rapportées sur le coût du kWh d’écorce.

$ é W (3.11)

où :

$ É é é $/ W û é $/



$ 654 141,43 ⁄ 0,014 $⁄ 9 158$

Ce calcul n’inclut pas la consommation d’électricité de ce système.

3.3.3 Économie de puissance

L’installation d’un système permet d’avoir une puissance additionnelle de chauffage. Cette

puissance pourrait, par exemple, chauffer des serres additionnelles.

$ (3,12)

où :

é é é û é é $/

$ 422,6812 85,18 $⁄ 36 004 $

La puissance additionnelle disponible pour ce système aurait une valeur approximée de 36 000 dollars.

3.4 Système de récupération et de chauffage l’été

Ce système de récupération d’énergie est basé sur le principe de climatiser les serres lorsque la

température est à la hausse, et ce pour emmagasiner cette énergie dans un réservoir d’eau. La

climatisation aura principalement lieu lors de la saison estivale pendant un fort ensoleillement

et sera assurée par un système principalement conçu de thermopompes. De cette façon, il sera

possible de réduire la ventilation des serres et ainsi diminuer les pertes de gaz carbonique. Il

sera aussi possible de réduire l’humidité relative de l’air puisque la climatisation permet de

faire condenser la vapeur d’eau. Lorsqu’il y aura une demande de chauffage, il suffira de

renverser le système afin de puiser l’énergie emmagasinée dans le réservoir d’eau et de la

redistribuer dans les serres durant la nuit. Ainsi, on réduit la consommation d’huile, la

conservant pour les périodes plus froides.



Tableau 3-10 : Données pour le calcul de faisabilité du système de récupération de chaleur

Volume d’huile brûlée durant la nuit 3 785,4 [litre] Capacité calorifique de l’huile 37,843 [MJ/litre] Rendement des chaudières à l’huile 0,7 Coefficient de performance du système de récupération de chaleur 2 Coût du kWh d’électricité 0,07$/kWh

3.4.1 Puissance moyenne requise pour le chauffage de nuit

Nous posons l’hypothèse que le chauffage s’effectue pendant une période de huit heures

pendant la nuit. Par l’équation suivante, nous calculons la puissance nécessaire que le système

doit délivrer pour compenser le volume d’huile qui aurait été brûlée pour la même charge de

chauffage.

,

(3.13)

où :

é è û é é é é / è à

,

3 785,4 143,26 / 0,78 3600

3,48

Le système de thermopompes doit avoir une puissance de 3,48 mégawatts pour être équivalent

à 1 000 gallons d’huile brûlée pendant une période de huit heures.

3.4.2 Coût de l’électricité consommée par le système

La source d’énergie pour le fonctionnement des thermopompes est l’électricité. Nous allons

estimer la consommation électrique du système de récupération afin de déterminer son coût de

fonctionnement. La consommation électrique de ce système est principalement due aux

pompes, thermopompes et ventilateurs. Il faut manipuler l’énergie deux fois, pour

l’emmagasiner dans un réservoir d’eau pendant le jour (pendant huit heures) pour ensuite la



diffuser dans les serres durant la nuit (pendant huit heures). Nous posons donc l’hypothèse que

le système fonctionne pendant 16 heures par journée.

(3.14)

où :

é è / é è é é

3,48 16 2

27,84 /

Selon notre estimé, le système consommerait 27,84 mégawattheures par jour.

Voici le calcul du coût d’électricité :

$é ,é (3.15)

où :

$é û é é é $/

$é 27,84 ⁄ 0,07 $⁄ 1948,8 $/

Le fonctionnement de ce système coûterait 1 948,8 dollars par jour si le coût du kilowattheure

d’électricité est de 0,07$.

3.4.3 Énergie dissipée par le système de récupération

Lors du fonctionnement du système pendant la nuit, celui-ci libère une puissance de chauffage

additionnelle créée par les pertes thermiques des moteurs. Celle-ci est égale à celle consommée

en électricité. Cette puissance fournie une énergie et sa valeur sera déterminée dans les calculs

suivants.



$ ,,

(3.16)

où :

$ , é é è $

$ ,3,48 8 0,014$/

2 194,88 $

L’énergie dissipée par le système de récupération aurait une valeur de 194,88 dollars par

rapport au coût du kilowattheure d’écorce.

3.4.4 Valeur de l’économie d’huile

Étant donné le but de ce système est d’économiser de l’huile, nous allons déterminer la valeur

de l’huile économisée par rapport coût du kilowattheure d’écorce.

$É, , (3.17)

où :

$É, é $

$É, 3,48 8 0,014$/ 389,79$

L’économie d’huile à une valeur de 389,79 dollars selon le coût du kilowattheure d’écorce.

3.4.5 Économie totale du système de récupération de chaleur

En soustrayant les économies par le coût d’électricité, nous réalisons que ce système ne permet

pas de faire des économies. Selon les paramètres de départ, nous obtenons un déficit de

1 364,13 dollars. Ceci nous indique que le coût du kilowattheure d’électricité, quoique très

abordable au Québec, est encore trop cher par rapport au coût du kilowattheure d’écorce produit

par la chaudière à biomasse. Cette solution pourrait être envisageable dans le futur s’il y a un

plus petit écart entre le coût du kilowattheure d’électricité et d’écorce.



3.5 Système de déshumidificateurs

Les plants de tomates ont un rendement optimal dans un milieu où l’humidité relative est

élevée. Rappelons que l’humidité relative, donnée sous forme de pourcentage, est le ratio entre

la quantité d’eau présente dans l’air et le maximum d’eau que l’air peut contenir, le point de

saturation, à une température donnée. La cible d’humidité relative des serres est d’environ 80%.

Afin de conserver un environnement qui avoisine ces conditions, le seul moyen dont dispose la

coopérative est d’ouvrir les panneaux des serres. À l’aide de ventilateurs de petites puissances

(générant une circulation de 1m/s) suspendus au plafond et des vents à l’extérieur, l’échange

entre l’air plus sec de dehors vers l’intérieur survient. Quand l’humidité atteint une valeur

acceptable, on referme les ouvertures. Cette pratique comporte deux inconvénients majeurs.

L’hiver, quoi que très sec, l’air qui entre est froid, ce qui augmente considérablement la charge

de chauffage des installations. De plus, pour toutes les saisons, cet échange avec l’extérieur

entraîne des pertes de CO2 qui sont dispendieuses.

Alors, au lieu de ventiler pour contrôler l’humidité, on considère l’implantation d’un système

de déshumidification. Ce système sera conçu pour déshumidifier la portion des serres réservée à

la culture des tomates, puisque les données que nous possédons concernent cette section. Afin

de bien dimensionner l’équipement, on évalue la quantité d’eau à retirer quand l’humidité

relative croit rapidement de 80% jusqu’à 100%. Avec un abaque psychométrique, on détermine

le contenu en eau de l’air à 19°C, 80%HR, puis à 24°C, 100%HR.

0,011

0,019

Également à l’aide de l’abaque psychométrique, on trouve le volume massique moyen;

0,842 0,8682

³

Ensuite, on détermine la masse d’air sec dans les serres;

105 204 ³0,855 ³⁄

123 045,6 (3.18)



Ainsi, on détermine la quantité d’eau à retirer;

∆ 123 045,6 0,019 0,011 984,4 (3.19)

À partir des graphiques qui présentent l’évolution du taux d’humidité des serres, on évalue que

l’humidité relative passe de 80-100% en sept heures.

∆7

140,6 (3.20)

Puisqu’un kg d’eau occupe un volume d’un litre, notre système devra être suffisamment

efficace pour retirer 140,6 l/h de l’air ambiant. Nous allons dimensionner l’équipement pour

être apte à puiser cette masse d’eau dans un environnement à 20°C, 80% HR. Pour la gamme de

température plus haute, le transfert de chaleur avec le serpentin de refroidissement sera

accentué par le gradient de température supérieur. Afin de limiter le débit de sortie des

déshumidificateurs, 10 unités seront réparties dans les serres, chacune retirant 14,06 l d’eau par

heure.

14,06

Évaluons la température de sortie et le débit d’air requis pour y parvenir. Le point de

condensation étant à 16,5°C, on refroidi jusqu’à 13°C pour extraire l’eau de l’air,

référence [5]p.683;

(3.21)

où;

: é , / : à é , @ 20° , 80% 0,012 ⁄ : à , @ 13° , 100% 0,009 ⁄

Alors le débit d’air requis est donné par;

4686,7

Sous forme de débit volumétrique, utilisant @ 20°C, 80%HR;

4686,7 4686,7 0,845³

3960³ 2330



L’énergie retirée de l’environnement est donnée par;

(3.22)

où;

: é à , : @20° , 80% 50 ⁄ : @13° , 100% 37 ⁄ : @ 13° 54,6 /

Ainsi;

4686,7 50 37 14,06 54,6 60 159,4

3.5.1 Perte de chaleur due à l’ouverture des panneaux

C’est le taux de changement d’air des serres qui dirige les pertes d’énergie découlant de

l’échange avec le milieu extérieur. Selon la référence [1] page 8, on suppose qu’avec un

recouvrement de polyéthylène double, le volume d’air des serres est renouvelé une fois au deux

heures. Puisque ce taux peut atteindre quatre fois/h pour les vieilles installations de verre, on

suppose qu’une fois les panneaux ouverts, le taux de renouvellement sera de six fois/ h. Les

pertes seront directement proportionnelles au débit d’air.

105 204 ³0,845 ³⁄

124 501,8

124 501,8 sec6

747 010,8

é 124 501,8 sec0,5

62 250,9

L’enthalpie de l’air extérieur en hiver est négligeable, alors les pertes de chaleur entraînées par

la ventilation sont donnés par;

∆ (3.23)



où;

∆ é : @20° , 80% 50 ⁄

Donc;

747 010,8 62 250,9 50 34 237 995

3.5.2 Perte de CO2 due à l’ouverture des panneaux

Comme mentionné précédemment, en plus des pertes de chaleur, la ventilation apporte

l’inconvénient de la diminution du pourcentage de CO2 dans l’air ambiant des serres. En

utilisant le taux de renouvellement de l’air des serres, on fait la comparaison du contenu en gaz

carbonique de l’air quand les ouvertures sont closes et en mode de ventilation.

100

(3.24)

où;

: é 0,058% 580 : é é 114,7 /

Lorsque les panneaux sont fermés;

é 100

é0,24%

Puis en mode de ventilation;

100

0,07%

On remarque que la concentration de dioxyde de carbone dans les serres diminue d’un facteur

supérieur à trois quand il y a ventilation.

3.6 Dimensionnement du séchoir

La coopérative a fait l’investissement d’un séchoir rotatif, dans le but d’augmenter la puissance

et le rendement de leur chaudière à biomasse. Ce séchoir est alimenté en chaleur par un

échangeur positionné à l’échappement de la chaudière. La température des gaz d’échappement



varie entre 350-400°F lorsque la chaudière fonctionne à plein régime. C’est cette source de

chaleur qui alimente le séchoir, l’air sec et frais de l’air ambiant transite dans l’échangeur ou la

température s’élève. Ce ne sont pas les gaz d’échappement qui sont envoyés directement dans

le séchoir. Cela pour des raisons de qualité de l’air ambiant dans le bâtiment qui abrite le

séchoir. De plus, il y a beaucoup de vapeur d’eau à l’échappement, ce qui nuit au séchage. En

s’appuyant sur la démarche présentée dans la référence [2], nous allons faire l’analyse du

séchoir actuel et faire les recommandations qui découleront de nos calculs.

Figure 3-1 : diagramme des variables du séchoir

Les principes de conservation de masse et d’énergie s’appliquent bien aux procédés de séchage.

La loi est simple, rien ne se perd et rien ne se crée. Alors ce qui entre d’un côté doit forcément

sortir de l’autre, c’est le transfert d’énergie entre le gaz et le solide qui active le séchage. La

figure 3-1 illustre les variables qui seront utilisées pour déterminer le débit requis, où;

où :

: é , / : é , / : é , / : é , / : é , , ⁄ : é , ° : é , ° : , ⁄ : , ⁄

: ,



Dans notre étude, nous allons supposer que l’opération est adiabatique, Q=0.

3.6.1 Calcul de la masse volumique

À partir de l’échantillon de nos tests de séchage;

Figure 3-2 : Schéma pour le calcul de la masse volumique

0,13 0,18 0,045 0,001053 ³

0,15

142,45 ³

Cet échantillon, légèrement compacté, pèse 150g de solide sec. Ainsi, on trouve la masse

volumique de l’écorce en vrac, sèche. Le rapport moyen de la masse anhydre/ masse initiale est

de 0,3105. Ainsi, on trouve la masse volumique humide ;

142,45 ³

0,3105 458,78³

3.6.2 Détermination des variables de design du séchoir

Selon notre superviseur en entreprise, la consommation journalière atteint 50 tonnes, ce qui

correspond à un débit massique, (kg/s);

501000

24 3600 0,5787

Le débit de solide sec à la sortie du séchoir est donné par, référence [2] p.705;

1 (3.25)



Les tests effectués sur le séchoir alors qu’il était en opération ont révélé une baisse du

pourcentage d’humidité de deux à trois %. Nous présenterons les calculs pour une humidité de

66% à la sortie et de 69% à l’entrée.

0,5787

1 0,66

0,1968

Puis on détermine la quantité d’eau à retirer;

1 2 (3.26)

où;

1 1100 1 2 2 100 2

0,1968 2,2258 1,9412 0,0560

La figure 3-3 illustre les variations de température du gaz et du solide lors du passage dans le

séchoir.

Figure 3-3 : évolution des températures dans le séchoir

Nous connaissons la température d’entrée de l’air, 60°C (140°F) qui nous est donnée par un

thermomètre installé à cet endroit. On estime la température du solide à l’entrée à 0°C, en



raison de la présence de cristaux de glace dans l’écorce. Pour effectuer les calculs subséquents,

on pose les hypothèses suivantes :

0° 20° 30° 60° 25°

Avec un abaque psychométrique, on constate qu’avec une baisse de la température, l’air perd

son aptitude à contenir de l’humidité. Comme la chaudière à biomasse fonctionne

principalement l’hiver, nous utiliserons la teneur en eau de l’air saturé à 0°C.

2 0,004

Pour calculer l’enthalpie du solide, nous devons connaître la capacité calorifique. Nous prenons

des formulations issues de la référence [6] p.17, en supposant que l’écorce à un comportement

semblable au bois. Cette propriété est variable à la teneur en humidité. On débute par

déterminer la capacité du bois sec à la température étudiée (T);

0,1031 0,003867 ⁄ °

(3.27)

Puis, on y ajoute la correction qui tient compte de la teneur en eau selon la formule;

0,011 0,01

⁄ ° (3.28)

où;

; 4,187

Avec;

0,06191; 2,36 10 ; 1,33 10

Donc;

3,2895



2,3559

Ainsi, nous pouvons maintenant calculer l’enthalpie du solide à l’entrée et à la sortie en

fonction de notre cible de séchage, référence [2] p.700;

(3.29)

0

314,5069

Puis, pour le gaz , référence[2] p.700;

2502,3 (3.30)

2502,3 Où ;

1,005 1,884

1,005 1,884

Alors;

70,7614

Nous ne connaissons pas encore la teneur en humidité du gaz à la sortie du séchoir, , c’est

pour cette variable que nous allons résoudre dans les étapes qui suivent, en posant les équations

de bilan de masse et d’enthalpie;

Bilan de masse, référence [2] p.700;

(3.31)



Bilan d’enthalpie, référence [2] p.700;

(3.32)

En remplaçant Gs par son expression (3.31), puis en multipliant par des deux côtés;

En introduisant l’expression de 3.30 , puis en isolant pour , on trouve;

1,0051,884 2502,3

(3.33)

0,0137

Cette valeur de teneur en eau du gaz à la sortie du séchoir nous fournie également, en ramenant

dans l’équation (3.31), le débit d’air sec requis pour l’opération.

5,7749

Comme les dimensions du séchoir sont connues : diamètre de 2,08m et 15,24m de long, on

obtient le débit par unité de surface en divisant par l’aire de section.

4

1,6985 ²

Nous ne connaissons pas le pourcentage d’humidité critique de l’écorce. Toutefois, nous savons

que cette valeur ne sera jamais atteinte puisque le pourcentage d’humidité à la sortie demeure

relativement élevé ( 45%, ⁄ ). Alors, on suppose que le séchage se

passe exclusivement dans la zone II, où le taux de séchage est constant.

En se référant à la figure 3-3, on calcul l’enthalpie du solide au début et à la fin de la zone II, où

TSint = TSA,



252,18 ⁄

209,67 ⁄

Débutons par l’étude de la zone III, référence [2] p.704,

∆∆

(3.34)

à partir d’une balance d’enthalpie;

56,47°

∆ 3,53°

On utilise la moyenne logarithmique pour déterminer l’écart moyen entre le gaz et le solide;

∆ln

33,13°

∆∆

0,1065

Maintenant pour la zone I, bilan d’enthalpie;

33,34°

∆ 8,34°



∆ln

18,56°

∆∆

0,4491

Puis, pour la zone II;

∆ 23,14°

∆ln

22,99°

∆∆

1,0061

Ainsi, on détermine le nombre total d’unité de transfert de chaleur;

1,5617

Puisque l’aire de contact entre le solide et le gaz peut difficilement être évaluée, le taux de

transfert de chaleur Ua sera considéré comme une variable. Étant donné le manque

d’informations spécifiques, on utilise la relation, référence [2] p.704;

237 ,

(3.35)

Avec;

12

; 2,08

163,4534³



La longueur d’une unité de transfert de chaleur est donnée par, référence [2] p.704;

(3.36)

Avec

10,6166

Enfin, on évalue la longueur requise du séchoir, référence [2] p.704;

_ 16,58 (3.37)

Regardons, pour les conditions actuelles, la variation du débit d’air et de la longueur, en

fonction de la variation du taux d’humidité à la sortie du séchoir;

Tableau 3-11 : Variation du débit et de la longeur du séchoir

humidité % débit longueur humidité % débit longueur(kg eau/kg solide humide) [kg air/s] [ m ] [kg air/s] [m]

68 3,11 12,08 61 12,42 23,6767 4,44 14,54 60 13,75 24,7366 5,77 16,58 59 15,08 25,7265 7,11 18,33 58 16,41 26,6564 8,44 19,88 57 17,74 27,5363 9,77 21,26 56 19,07 28,3662 11,10 22,51 55 20,40 29,15

La corrélation entre la théorie et les conditions réelles est excellente. Dans le tableau3-11, la

zone de 66-67% d’humidité concorde avec la longueur du séchoir. Afin d’augmenter la

performance du séchoir, peu d’options s’offrent à nous. On écarte les possibilités de modifier

les dimensions du séchoir, celui-ci étant déjà sur place. Alors, les deux paramètres sur lesquels

nous avons la possibilité d’intervenir sont le débit et la température d’entrée du gaz. Selon les

équations, il est clair qu’il faut augmenter la température d’entrée pour atteindre un pourcentage

d’humidité intéressant, avoisinant 50%, à la sortie du séchoir. Une méthode d’essais-erreur,

tentant de faire corréler les courbes avec la longueur du séchoir en place, nous a menée aux

hypothèses suivantes;



0° 60° 70° 200° 95°

Observons les résultats dans le tableau3-12;

Tableau 3-12 : Variation du débit et de la longeur du séchoir

humidité % débit longueur humidité % débit longueur(kg eau/kg solide humide) (kg air/s) ( m ) (kg eau/kg solide humide) (kg air/s) ( m )

68 1,78 7,01 56 7,30 13,7167 2,24 7,92 55 7,76 14,0666 2,70 8,71 54 8,22 14,4065 3,16 9,41 53 8,68 14,7264 3,62 10,05 52 9,14 15,0363 4,08 10,62 51 9,60 15,3362 4,54 11,16 50 10,06 15,6261 5,00 11,65 49 10,52 15,9060 5,46 12,11 48 10,98 16,1759 5,92 12,54 47 11,44 16,4358 6,38 12,95 46 11,90 16,6857 6,84 13,34 45 12,36 16,93

On remarque qu’avec ces nouvelles hypothèses, la cible d’humidité à la sortie est atteignable,

voyons si le débit d’air requis est réaliste;

Un débit de 11kg air sec/ s, exprimé sous forme de vitesse donne;

@ 368 0,9157³

3,28 11,8

Ce résultat est réaliste et réalisable. Maintenant, pour élever la température d’entrée jusqu’à

200°C, nous allons dimensionner un échangeur, installé directement dans le foyer de la

chaudière à biomasse.



Rapidement, on se rend compte que le débit requis dans le séchoir est trop important pour le

faire passer dans un échangeur, compte tenu de l’espace disponible dans le foyer. De plus,

l’énergie requise pour élever la température de l’air à 200°C est importante;

é ∆

é 11 1,016 ° 200 20 ° 2458,7 2,5

Ce qui correspond à une trop grande fraction de la puissance de la chaudière. Nous avons

observé une pointe de 4,1MW délivré par la chaudière en janvier 2008. Alors plus la moitié de

l’énergie dégagée par chaudière serait utilisé pour chauffer l’air, affectant gravement le

rendement de celle-ci puisque cette énergie ne serait plus disponible pour chauffer l’eau. C’est

pourquoi cette option est rejetée. Des courbes, décrivant la variation des variables en jeux,

tracées à l’aide de Matlab sont présentés en annexe p.104.

3.7 Installation d’un tuyau de déviation

Suite à l’étude des données provenant du système informatique de la chaudière à biomasse,

nous avons fait l’observation d’une perte considérable de puissance. Nous avons remarqué que

la chaudière à biomasse demande une charge de chauffage lorsqu’elle est hors fonction. Vous

pouvez consulter ces données dans le fichier Excel, intitulé : Données serres de guyenne, que

l’on trouve dans le disque compact en annexe.

Tableau 3-13 : Énergie perdue par la chaudière à biomasse

Énergie Valeur Économie 875,136 MWh/an 12 252 $



4. MISE EN ŒUVRE DU MANDAT

4.1 Recherche de solutions & études de praticabilité

Plusieurs avenues sont envisageables quand on parle d’amélioration du rendement énergétique.

Suite à l’étude théorique de la section précédente, nous allons présenter ici les solutions qui

sont réalisables.

4.1.1 Changement du recouvrement de verre

Les recouvrements en polyéthylène à double paroi affichent de nombreux avantages sur ceux en

verre à paroi simple. Notamment au niveau de l’isolation. La qualité supérieure de la finition et

d’assemblage fait en sorte que le taux de renouvellement de l’air diminue entre 0,2 et une fois

par heure, en comparaison avec une à deux pour les anciennes constructions en verre, référence

[1] p.8. Cela fait en sorte que les coûts de chauffage sont réduits, qu’il y a moins de problèmes

de condensation et que l’effet de loupe est très atténué. La combinaison de tous ces facteurs se

fait sentir sur la productivité des plants de tomates. En fait, les plants produisent 5kg/m² de

plus, lorsqu’ils poussent dans une serre en polyéthylène double en comparaison avec les serres

de verre.

Puisque le reste des installations des serres sont en polyéthylène à double paroi, tout est en

place à la coopérative de Guyenne pour compléter le changement des recouvrements. Le seul

inconvénient est l’entretient plus exigeant, les pellicules devant être remplacées à tous les

quatre ans. C’est un moindre mal par rapport aux avantages qui rapportent de l’argent.

Figure 4-1 : Recouvrement de polyéthylène à double paroi

Figure 4-2 : Recouvrement de panneaux de verre simple



4.1.2 Récupération de chaleur dans les cheminées

Dans notre recherche de nouvelles sources d’énergie, nous avons identifié que les cheminées

des chaudières à l’huile en représentent une intéressante. Tous les gaz de combustion sont

rejetés à l’extérieur. Ces gaz, dont la température avoisine les 290°C (550°F), représentent une

source d’énergie thermique importante qui ne devrait pas être négligée ainsi. Afin d’en profiter,

des serpentins d’échange devraient être implantés dans le passage des cheminés pour récupérer

une partie de cette énergie. L’échangeur que nous avons sélectionné est air-eau. Afin de

distribuer la chaleur emmagasinée dans l’eau, celle-ci circulera dans les serres, avec des

serpentins, sur lesquels on souffle un débit d’air pour en extraire la chaleur. En fonction de

l’efficacité du système, ce gain thermique permettra de réduire la consommation de biomasse.

L’espace libre à côté des chaudières est suffisante pour installer les échangeurs. Cette solution

est envisageable, en prenant les précautions qui s’imposent pour éviter la condensation, ce qui

perturberait l’écoulement des gaz.

Figure 4-3 :Échangeur de chaleur pour cheminée (constructeur : Cannon Boiler Works)

La figure 3-1 nous donne un aperçu d’un échangeur proposé par l’entreprise.



4.1.3 Déshumidificateurs

Il est évident que de ventiler directement avec l’air extérieur n’est pas le moyen le plus efficient

pour contrôler l’humidité des serres. Les pertes de chaleur et de gaz carbonique qui en

découlent sont importantes. Il est possible de réchauffer l’air à la sortie des déshumidificateurs,

quoique, l’air à 13°C renvoyé dans les serres constitue un gain notable par rapport à l’air

extérieur qui atteint fréquemment -20°C. Si nos hypothèses concernant le renouvellement d’air

sont valables, les économies réalisées rentabiliseront le projet en peu de temps. On prévoit

placer les déshumidificateurs le long des murs, de façon à ne pas nuire au déplacement des

employés qui entretiennent les plantes.

Figure 4-4;Déshumidificateurs proposés

4.1.4 Installation d’un tuyau de déviation

L’installation d’un tuyau de déviation permet d’éliminer la perte de chaleur causée par la

chaudière à biomasse en isolant celle-ci du circuit de chauffage. Pour effectuer cette déviation,

nous proposons d’utiliser un tuyau doté de deux valves. Celles-ci permettront de diriger l’eau

soit dans la chaudière ou dans le tuyau de déviation. Non estimons que cette installation peut

s’effectuer dans moins d’une journée.



5 ÉTUDE DES COÛTS

Maintenant que nous avons fait l’étude sur la faisabilité de plusieurs solutions, nous allons faire

une analyse financière pour chacune d’elle. Cette analyse permettra de déceler les solutions les

plus avantageuses du point de vue financier. Les études seront faites selon les données du

tableau 5-1.

Tableau 5-1 : Données sur l’analyse financière

Taux d’actualisation annuel 7 % Taux d’intérêt annuel sur emprunt 4,5 % Subvention gouvernementale visée 30 % Nombre d’année d’amortissement 10 ans Nombre de paiements annuels 12 Taux d’inflation du coût du kWh d’écorce pour les 5 premières années 7,5 % Taux d’inflation 2 du coût du kWh d’écorce après 5 ans 2,2 % Taux d’imposition marginal 20%

Le taux d’actualisation est celui utilisé par la coopérative lors de leurs études financières.

Habituellement, elle réussit à obtenir 30 % des coûts des projets en subvention provenant des

gouvernements. Elle souhaite que l’amortissement s’effectue sur une période de 10 ans. Deux

taux d’inflation ont été prévus afin de tenir compte des éventuelles hausses du coût d’écorce. Le

taux d’inflation pour les cinq premières années a été établi en considérant que le coût de la

tonne d’écorce doublera durant les cinq premières années. Le coût de la tonne d’écorce devra

doubler d’ici cinq ans selon les prédictions de la coopérative. Le second taux d’inflation est

prévu par rapport à celui du Québec, soit environ 2,2 %.

5.1 Changement du recouvrement de verre

La coopérative nous a mentionné que le coût pour le changement du recouvrement de verre par

celui de polyéthylène double est de 500 000 dollars. Selon nos estimés, il sera possible

d’économiser 2,729 MWh et les plants de tomates devraient produire l’équivalent de 46 676

dollars supplémentaires en tomates.



Tableau 5-2 : Coûts et économies du changement du recouvrement

Coût Investissement Entretien Électricité Économies

Serres (18x27 778$)

Changement des recouvrements (au 4 ans)

-

Énergie économisée 2 716 MWh

Production de tomate supplémentaire

46 676,3/an

Puissance économisée 2 654$/an

Total= 500 000 $ 2 250 $/an - 99 164 $/an

Tableau 5-3 : Résultats de l’analyse financière du changement du recouvrement

Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3 Coût total du projet 500 000 $ 500 000 $ 500 000 $ Capital investit (CI) 350 000 $ 175 000 $ 0 $ Subvention gouvernementale 150 000 $ 150 000 $ 150 000 $ Emprunt 0 $ 175 000 $ 350 000 $ Nombre de mois sur le retour de l’investissement

68 53 -

Paiement mensuel 0 $ 1 806,07 $ 3 612,14 $ Valeur actuelle nette (VAN) 215 637,62 206 924,65 $ 198 211,68 $

Selon l’analyse financière, nous pouvons conclure que cette solution est envisageable. Dans les

trois scénarios, la valeur actuelle nette est supérieure au capital investit. Cette solution sera

retenue et conseillée au client.

5.2 Récupération de chaleur dans les cheminées

Selon la soumission reçue par le fournisseur MASTER (annexe page 102), le coût des deux

échangeurs est de 150 000 dollars. À cette somme, il faut prévoir environ 20 000 dollars pour

l’installation, la tuyauterie, les contrôles, le démarrage et les accessoires (pompe échangeurs à

plaques).



Tableau 5-4 :Coûts et économies de la récupération de chaleur dans les cheminées


- Pompes (2x1 800$) - Économiseurs (150 000$) - Tuyauteries (2 000) - Contrôles (1 500) - Échangeur à plaques (2 000$) - Installation (3 000$)

1 h/semaine 15$/heure

2,23 kW pendant

4,24 h/jour 0,07$/kWh

Énergie économisée 422,68 kW

pendant 4,24 h/jour

0,014$/kWh

Total= 162 100 $ 780 $/an 243 $/ans 15 582 $/ans

Tableau 5-5 : Résultats de l’analyse financière de la récupération de chaleur dans les cheminées

Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3 Coût total du projet 162 100 $ 162 100 $ 162 100 $ Capital investit (CI) 113 470 $ 56 735 $ 0 $ Subvention gouvernementale 48 630 $ 48 630 $ 48 630 $ Emprunt 0 $ 56 735 $ 113 470 $ Nombre de mois sur le retour de l’investissement

Retour non atteint

Retour non atteint

Retour non atteint

Paiement mensuel 0 $ 585,53 $ 1 171,06 $ Valeur actuelle nette (VAN) -24 957,41 $ -27 782,16 $ -30 606,91 $

Cette analyse financière a été effectuée et en considérant un temps de fonctionnement des

chaudières à l’huile de 4,24 heures par jour pendant un an. L’analyse permet de conclure que

celle-ci n’est pas économiquement viable. Cette solution pourrait être envisageable dans le futur

si le temps moyen de fonctionnement des chaudières augmente considérablement. De ce fait, il

y aurait une plus grande quantité d’énergie récupérée, cependant le volume d’huile brûlée

devrait aussi augmenter. Une hausse significative du kilowattheure d’écorce permettrait aussi

de rentabiliser cette solution.

5.3 Déshumidificateurs

L’ajout de déshumidificateurs permet de diminuer les renouvellements d’air pour contrôler

l’humidité. Cette analyse est basée sur l’hypothèse que l’implantation de déshumidificateurs

réduit la ventilation. Celle-ci est équivalente à deux renouvellements complets d’air par jour des

serres où il y a une production de tomate, et ce pendant 120 jours par année (jours d’hiver).



Tableau 5-6 :Coûts et économies de l’installation de déshumidificateurs


- Pompe (5 000$) - Déshumidificateur (10x3 000$) - Tuyauteries (10 000$) - Contrôles (1 500) - Installation (8 000$)

1 hr/semaine

15$/heure

15,09 kW

pendant

7 h/jour 0,07$/kWh

Énergie économisée

2 283,5 MWh

Total= 54 500 $ 780 $/an 887 $/ans 31 969,46 $/ans

Tableau 5-7 : Résultats de l’analyse financière de l’installation de déshumidificateurs

Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3 Coût total du projet 54 500 $ 54 500 $ 54 500 $ Capital investit (CI) 38 150 $ 15 750 $ 0 $ Subvention gouvernementale 16 350 $ 16 350 $ 16 350 $ Emprunt 0 $ 15 750 $ 31 500 $ Nombre de mois sur le retour de l’investissement 20 12 -

Paiement mensuel 0 $ 196,86 $ 393,72 $ Valeur actuelle nette (VAN) 185 915,26 $ 184 965,55 $ 184 015 $

L’analyse démontre que cette solution est très rentable. Le retour sur l’investissement est rapide

et l’investissement de départ est relativement faible. De plus, en réduisant le renouvellement de

l’air, il serait aussi possible de réduire les pertes de gaz carbonique et ainsi réaliser une

économie additionnelle. Cette solution est retenue.

5.4 Tuyau de déviation de la chaudière à biomasse

En détournant l’eau de la chaudière à biomasse lorsqu’elle ne fonctionne pas, nos calculs

démontrent qu’il est possible d’économiser de l’énergie. Étant donné que cette solution

demande un faible investissement, il y aura seulement 1 scénario.



Tableau 5-8 :Coûts et économies de l’installation du tuyau de déviation


- Tuyauteries (300 $) - Valve (2x100 $) - Installation (150 $)

- -

Énergie économisé

875 MWh

Total= 650 $ - - 12 251,9 $/an

Tableau 5-9 : Résultats de l’analyse financière de l’installation du tuyau de déviation

Scénario 1 Coût total du projet 650 $ Capital investit (CI) 650 $ Subvention gouvernemental - Emprunt - Nombre de mois sur le retour de l’investissement 1

Paiement mensuel - Valeur actuelle net (VAN) 89 209,46 $

Nous pouvons conclure que cette solution est très rentable et que le retour sur l’investissement

est quasiment instantané.

Nous avons trois solutions à proposer qui, selon nos études, semblent très rentable. Sur le

disque compact en annexe vous trouverez le fichier Excel, intitulé analyse_économique, qui a

permis de faire l’analyse financière de ces solutions.



6. SANTÉ ET SÉCURITÉ

Les accidents en milieu de travail sont de tristes évènements trop souvent causés par la

négligence. Que ce soit de la part du travailleur ou de l’employeur, chacun doit faire preuve de

vigilance. Avec le temps, on apprend des erreurs du passé et des mesures sont mises de l’avant

pour réduire le nombre d’accidents. Les ingénieurs jouent un rôle de premier plan dans la

prévention. Lorsque cette considération est prise en compte lors des premières étapes de la

conception des équipements, cela facilite la mise en œuvre des règles de sécurité. Dans cette

section, nous allons présenter nos recommandations à l’égard de la santé et sécurité des

travailleurs œuvrant aux serres de Guyenne.

6.1 Séchoir et système d’admission d’écorce

L’ensemble des équipements reliés à l’opération de la chaudière à biomasse possède des pièces

mobiles qui requièrent une attention particulière. Notamment les entraînements à chaîne. Ceux-

ci devraient être recouverts d’un garde-chaîne pour éliminer les risques de coincement.

La grande vis sans fin qui longe le mur de l’entrepôt à écorce représente un risque important.

Le passage pour l’opérateur est étroit (environ 1,2m) et il est possible, suite à un faux pas, de

trébucher directement dans le canal de circulation. Puisque l’ouverture au dessus du canal ne

peut pas être recouverte, car c’est l’admission d’écorce, on suggère l’installation d’une

passerelle au dessus de celle-ci. Il arrive que des agglomérats d’écorce gelée restent coincés

dans le canal. Présentement, l’opérateur les déloge en les fragmentant avec une hache. La même

méthode pourrait encore être utilisée, sauf en utilisant un pic à glace, du haut de la passerelle.

6.2 Système de récupération dans les cheminés

L’eau qui circule à l’intérieur des échangeurs est à très haute température, 135°C. Celle-ci fait

en sorte que l’eau doit être pressurisée pour demeurer à l’état liquide. En suivant les

recommandations du fabricant, des précautions particulières devront être prises lors de

l’entretien des échangeurs si jamais cette solution est exécutée.



6.3 Limite d’exposition au CO2

Selon le CCHST (Centre Canadien d’Hygiène et de Sécurité au Travail), la limite d’exposition

moyenne pondérée en fonction du temps (TLV-TWA) est de 5000ppmv. Pour l’instant, nos

calculs révèlent une concentration inférieure à cette valeur, 1580ppmv. Alors, un taux de

renouvellement de l’air de 0,5 fois par heure est suffisant pour garder la concentration sous la

limite suggérée, en supposant que le CO2 est distribué de façon constante. Rappelons que pour

passer de ppmv à ppmm, on doit multiplier par le ratio de la masse molaire du dioxyde de

carbone sur la masse molaire de l’air (44/28,95).



7. RECOMMANDATIONS

Cette section présente les idées qui restent à développer, l’efficacité énergétique étant un sujet

vaste, il reste pratiquement toujours de la place pour des améliorations.

1. Munir les cheminés de catalyseurs afin de réduire les émissions polluantes.

2. Vérifier le rendement de la configuration du circuit d’eau chaude.

3. Emmagasiner l’écorce dans un abri, suite à une conversation avec le fournisseur

d’écorce (M. David Dubé, Matériaux Blanchette), celui-ci affirme que l’écorce qu’il

vend contient entre 50-55% d’humidité (kg eau/kg solide humide).

4. Élaborer les plans de détails du circuit de pompage des déshumidificateurs.

5. Augmenter l’isolation des serres en diminuant le taux de renouvellement d’air. Cela en

calfeutrant toutes les fuites qui donnent sur l’extérieur, notamment autour des passages

de la tuyauterie.



8. CONCLUSION

Suite à plusieurs centaines d’heures de travail, nous sommes très fiers et heureux d’avoir réussi

à apporter des solutions permettant d’améliorer le bilan énergétique des Serres Coopératives de

Guyenne. Nous avons proposé des solutions en respectant les objectifs, contraintes et

restrictions fixés au début du projet. Selon nos études, nous avons évalué la faisabilité et la

rentabilité des solutions proposées. Certaines d’entres elles ne sont pas économiquement

rentables, car l’écart entre le coût du kilowattheure d’électricité et celui d’écorce est trop grand.

Nous avons tout de même trois solutions réalisables, soit le changement du recouvrement de

verre, l’installation de déshumidificateurs et l’installation d’un tuyau de déviation. Nous

sommes confiants que nos solutions soient réalisables, mais elles devront être étudiées

d’avantage afin d’effectuer des études de rentabilité plus rigoureuses. De plus, les plans de

détails devront être élaborés avant de procéder à l’installation des équipements.

Puisque c’était notre première expérience dans l’efficacité énergétique en milieu horticole, nous

avons été confrontés à l’inconnu. Nous avons appris beaucoup de notions qui n’étaient pas

couvertes dans notre formation. Par exemple, nous avons dû nous familiariser avec les unités

autres que celles du système international. Cette expérience nous ouvre la voie vers le marché

du travail, nous sommes motivés à l’idée de débuter notre carrière professionnelle.

Le projet nous a permis d’appliquer les connaissances acquises lors de notre formation en génie

électromécanique. Nous avons utilisé la théorie portant sur la thermodynamique, le transfert de

chaleur, la mécanique du bâtiment et la chimie entre autres domaines. Nous avons aussi appris

une panoplie de nouvelles applications : les technologies de chauffage et de climatisation

disponible sur le marché, les procédées de production hydroponique de tomates en serres, les

processus de récolte de biomasse, etc. Cette expérience enrichissante nous suivra toute notre

vie, c’est sans l’ombre d’un doute que cet apprentissage nous servira dans un projet d’ingénierie

futur.



9. BIBLIOGRAPHIE

Livres :

1. Bilodeau, Gilbert, Clinique sur La gestion de l’énergie en serre, Institut québécois du

développement de l’horticulture ornementale, 1ière édition, 2002.

2. Treybal, Robert E., Mass-transfert operations, McGraw-Hill book company, 3rd edition,

1980.

3. Çengel, Yunus A., Heat Transfert: A practical approach, McGraw-Hill book company,

1st edition, 1998.

4. Incropera / DeWitt / Bergman / Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John

Wiley & Sons, 6th edition 2007.

5. Çengel/ Boles, Thermodynamics, An engineering approach, McGraw-Hill book

company 4th edition 2002.

6. Simpson/TenWolde, Wood handbook, Wood as an engineering material, Forest

Products Laboratory. 1999.

Sites web :

1. TRANE, http ://www.trane.com/Default.asp, Consulté le 2008-01-31

2. TRANSFAB ÉNERGIE, http ://www.transfab.com/, Consulté le 2008-02-18

3. MASTER, http ://www.master.ca/fr/consommateurs/, Consulté le 2008-02-18

4. ENERTRACK, http ://www.enertrak.com/, Consulté le 2008-02-28

5. CANNON BOILER WORKS’ INC, http ://www.cannonboilerworks.com/, Consulté le

2008-02-28



ANNEXES



Ensoleillement



Taux d’humidité et température à l’intérieur des serres



Consommation annuelle d’huile

Semaine Inventaire du début [Galon U.S.]

Inventaire de la fin [Galon U.S.]

Nombre de jours dans la période

Consommation dans la période [Galon U.S.]

Consommation journalière moyenne [Galon U.S.]

Date inventaire

Huile livrée

2 202745 188319 11 16333 1 485 11 janvier,

2008 1 907

3 188319 184882 7 12894 1 842 18 janvier,

2008 9 457

4 184882 178545 5 9772 1 954 23 janvier,

2008 3 435

5 178545 168639 9 14745 1 638 1 février, 2008

4 839

6 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

7 168634 165151 10 15540 1 554 11 février,

2008 12 057

8 165151 156887 10 17123 1 712 21 février,

2008 8 859

9 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

10 156887 150597 11 13951 1 268 3 mars, 2008 7 661

11 150597 141290 11 16860 1 533 14 mars, 2008

7 553

12 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

13 141290 132362 12 16860 1 405 26 mars, 2008

7 932

14 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

15 132362 143597 15 17386 1 159 10 avril, 2008

28 621

16 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

17 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

18 143597 160032 21 14745 702 1 mai, 2008 31 180

19 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

20 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

21 160032 171045 21 19463 927 22 mai, 2008 30 476

22 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

23 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

24 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

25 171045 201667 28 16860 602 19 juin, 2008 47 482

26 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

27 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

28 201667 197480 18 17386 966 7 juillet, 2008

13 199

29 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

30 197480 203797 17 13422 790 24 juillet, 2008

19 739

31 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

32 203797 230997 15 10543 703 8 août, 2008 37 743

33 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

34 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

35 230997 233356 18 18170 1 009 26 août, 2008

20 529



36 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

37 233356 244449 16 16860 1 054 11

septembre, 2008

27 953

38 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

39 244449 247203 12 18180 1 515 23

septembre, 2008

20 934

40 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

41 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

42 247203 255509 22 18170 826 15 octobre,

2008 26 476

43 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

44 255509 238527 12 25110 2 093 27 octobre,

2008 8 128

45 238527 245052 10 18690 1 869 6 novembre,

2008 25 215

46 245052 237441 8 16333 2 042 14

novembre, 2008

8 722

47 237441 224240 6 15010 2 502 20

novembre, 2008

1 809

48 224240 219404 8 20288 2 536 28

novembre, 2008

15 452

49 219404 212111 7 15275 2 182 5 décembre,

2008 7 982

50 212111 204669 5 11582 2 316 10

décembre, 2008

4 140

51 204669 195993 9 21133 2 348 19

décembre, 2008

12 457

52 195993 192438 5 6820 1 364 24

décembre, 2008

3 265

1 192438 181105 7 13108 1 873 1 775



Température externe minimale, moyenne et maximale

Janvier 2008 Jour Température

moyenne journalière [°C]

Jour Température moyenne journalière [°C]

1 -20,14 17 -5,02 2 -23,63 18 -9,01 3 -22,93 19 -24,93 4 -5,46 20 -29,75 5 -4,47 21 -24,45 6 0,13 22 -17,84 7 2,32 23 -22,42 8 1,13 24 -25,48 9 -1,39 25 -14,58 10 -9,28 26 -12,80 11 -9,21 27 -10,13 12 -12,90 28 -4,88 13 -17,38 29 -1,89 14 -11,83 30 -6,74 15 -14,41 31 -20,93 16 -19,29

Février 2008 Jour Température



1 -15,43 17 -6,69 2 -10,39 18 -8,25 3 -7,25 19 -19,58 4 -6,88 20 -21,66 5 -6,14 21 -17,62 6 -19,41 22 -11,75 7 -19,63 23 -11,92 8 -12,26 24 -5,41 9 -9,33 25 -5,93 10 -9,73 26 -18,89 11 -19,88 27 -22,85 12 -21,14 28 -22,83 13 -14,38 29 -18,92 14 -18,87 15 -21,79 16 -17,65



Mars 2008 Jour Température



1 -10,41 17 -11,38 2 -11,72 18 -2,07 3 -3,77 19 -0,93 4 -16,40 20 -8,39 5 -15,99 21 -14,47 6 -8,68 22 -12,74 7 -11,66 23 -16,78 8 -16,91 24 -17,04 9 -15,89 25 -6,42 10 -15,00 26 -6,62 11 -5,23 27 -8,83 12 -16,19 28 -11,43 13 -15,29 29 -11,68 14 -6,92 30 -7,70 15 -2,83 31 0,62 16 -10,18

Avril 2008 Jour Température



1 -4,61 17 8,88 2 -7,79 18 1,21 3 0,19 19 4,38 4 4,21 20 7,58 5 4,00 21 10,50 6 7,51 22 13,69 7 4,16 23 9,41 8 2,56 24 5,85 9 1,81 25 8,89 10 -3,98 26 10,23 11 -3,35 27 5,91 12 -1,75 28 -1,62 13 -1,30 29 -1,73 14 -0,78 30 -2,33 15 2,76 16 8,23



Mai 2008 Jour Température



1 1,13 17 3,78 2 5,05 18 5,43 3 6,33 19 -0,02 4 5,18 20 1,78 5 5,09 21 3,77 6 4,63 22 5,39 7 3,03 23 7,68 8 3,41 24 9,00 9 5,43 25 12,19 10 8,13 26 2,49 11 9,25 27 1,02 12 12,12 28 7,66 13 8,68 29 9,57 14 9,14 30 8,79 15 5,64 31 8,96 16 5,65

Juin 2008 Jour Température



1 9,26 17 9,81 2 10,12 18 7,90 3 10,46 19 10,89 4 10,94 20 13,98 5 14,48 21 15,39 6 17,15 22 13,20 7 21,15 23 11,38 8 20,80 24 14,79 9 11,38 25 17,07 10 12,96 26 16,38 11 8,98 27 17,78 12 9,69 28 15,79 13 16,10 29 17,48 14 19,06 30 13,88 15 17,28 16 12,82



Juillet 2008 Jour Température



1 13,70 17 10,46 2 14,44 18 13,93 3 12,34 19 16,36 4 14,73 20 15,96 5 18,17 21 16,86 6 20,70 22 17,68 7 16,97 23 16,85 8 14,98 24 14,72 9 16,86 25 16,71 10 10,98 26 17,23 11 12,81 27 13,73 12 14,41 28 14,48 13 16,48 29 16,23 14 14,16 30 14,70 15 12,20 31 15,90 16 19,23

Août 2008 Jour Température



1 16,74 17 13,47 2 13,38 18 13,17 3 14,53 19 9,66 4 17,99 20 13,50 5 18,30 21 18,10 6 16,54 22 19,29 7 14,28 23 21,62 8 13,87 24 13,58 9 11,99 25 11,07 10 14,53 26 11,47 11 12,78 27 14,86 12 11,97 28 16,13 13 11,66 29 14,76 14 14,28 30 14,72 15 16,47 31 14,78 16 15,90



Septembre 2008 Jour Température



1 18,71 17 7,45 2 21,11 18 3,27 3 18,34 19 9,44 4 10,70 20 8,64 5 8,30 21 2,48 6 8,53 22 7,58 7 8,03 23 13,63 8 10,04 24 16,28 9 8,16 25 12,58 10 8,38 26 11,77 11 10,18 27 14,16 12 10,88 28 5,98 13 11,93 29 4,83 14 9,18 30 2,21 15 6,02 16 6,40

Octobre 2008 Jour Température



1 3,74 17 0,62 2 0,41 18 1,89 3 0,47 19 4,71 4 2,16 20 3,72 5 2,10 21 -1,68 6 1,71 22 -2,43 7 3,19 23 -2,11 8 3,63 24 0,78 9 7,13 25 4,93 10 7,38 26 4,68 11 5,06 27 1,60 12 6,53 28 -3,11 13 13,78 29 -4,55 14 10,48 30 -3,29 15 4,40 31 3,61 16 4,23



Novembre 2008 Jour Température



1 -2,28 17 -6,37 2 -2,98 18 -7,53 3 1,68 19 -9,88 4 6,96 20 -10,08 5 12,03 21 -11,99 6 9,98 22 -11,92 7 7,06 23 -12,59 8 6,28 24 -5,19 9 -0,87 25 -4,19 10 -3,48 26 -3,40 11 -4,10 27 -3,09 12 -5,20 28 -6,12 13 -1,99 29 -5,90 14 4,48 30 -4,74 15 -0,56 16 -4,18

Décembre 2008 Jour Température



1 -5,60 17 -11,64 2 -8,01 18 -18,82 3 -2,98 19 -28,88 4 -12,13 20 -27,43 5 -14,59 21 -25,75 6 -9,17 22 -24,51 7 -22,53 23 -17,28 8 -21,63 24 -7,27 9 -12,65 25 -19,60 10 -22,63 26 -14,94 11 -18,20 27 -3,48 12 -18,12 28 -0,09 13 -20,99 29 -9,19 14 -7,16 30 -18,44 15 -5,46 31 -23,18 16 -18,68



Coefficient global d’échange de chaleur du recouvrement de verre

Ce recouvrement est fait de panneaux de verre et ils sont fixés à un cadrage d’aluminium. Il y

seulement un panneau qui sépare l’intérieur des serres de l’environnement extérieur. La figure 5

est une photographie prise du recouvrement de panneaux de verre de l’une des serres de la

coopérative.

Figure 5: Recouvrement de verre

Le transfert thermique du recouvrement est dû à une conduction, une radiation et de deux

convections forcées.

Figure 6: Schéma du transfert de chaleur d’un panneau de verre



La figure 6 schématise le transfert de chaleur à travers d’une paroi de verre. Elle comprend

aussi le schéma équivalent sous la forme d’un circuit électrique.

Tableau 10: Données pour le calcul du coefficient global d’échange de chaleur du recouvrement de verre

Surface [m2]

Épaisseur [m]

Coefficient

Température [K]

Panneaux de verre (2x1) 2 0,006 0,7 [w/m K] - Température de surface (T1) - - - 247,53 Température de surface (T2) - - - 249,10 Température infinie extérieure (Text) - - - 243,15 Température infinie intérieure (Tserre) - - - 296,15 Convection forcée extérieure (hf1) - - 38,74 [W/m2 K] - Convection forcée intérieure (hf2) - - 3,90 [W/m2 K] - Radiation extérieur (hr) - - 3,18 [W/m2 K] -

Les températures de surface (T1, T2) ont été calculées suite à plusieurs itérations. Sur le disque

compact en annexe, on trouve le fichier Excel, Étude du recouvrement de verre, qui a permis

d’obtenir ces températures. Afin d’obtenir les différents coefficients pour le calcul de la

résistance équivalente du système (le panneau de verre et son environnement), nous avons

utilisées des températures de surface prise au pyromètre infrarouge lors d’une de nos visite

comme estimés initiaux. Ensuite, nous avons modifiée celles-ci afin de faire converger le flux

thermique à travers de chacune des résistances thermiques (calcul itératif).

2.1.1.1 Coefficient thermique de convection forcée intérieure

Le début du transfert de chaleur est initié par la convection forcée produite par les ventilateurs

de circulation d’air à l’intérieur des serres. La résistivité de cette convection sera calculée selon

les paramètres du tableau 1.

Tableau 11: Donnée sur les propriétés de l’air intérieur à 249,10 K

ν2 k2 Pr2

13,45x10-6 [m2/s] 24,11x10-3 [W/m K] 0,7141

Les données du tableau 2 ont été obtenues en interpolant celles de la table A.4 page 941 du livre

Fundamentals of Heat and Mass transfer [4].

Voici le calcul du nombre de Reynolds (table 6.2, page 337, référence [4])



(a.1)

où:

à é / é é é /

L1 / 1

13,45 10 /74 349,44

Le nombre de Reynolds est inférieur à 500 000, alors l’écoulement est laminaire.

La corrélation utilisée pour le calcul du nombre de Nusselt provient de la table 7,9 page 455

référence [4].

0,664 / / (a.2)

où:

0,664 73 046 , 0,71 / 162

Voici l’équation permettant de calculer le coefficient de convection forcée (équation 7.23, page

408 référence [4]).

(a.3)

où:

é é / Conductivité thermique de l air W m⁄ K



162 24,10 10 / 1

3,90 /

Voici l’équation permettant de calculer les pertes de chaleur [kW] (équation 6,12, page 353

référence [4]).

(a.4)

où:

é

é é

3,90 2 296,15 249,10 366,99

Nous obtenons un taux de pertes de chaleur de 369,283 W pour un panneau de vitre de deux

mètres carrés. Nous allons utiliser ce taux pour le reste de l’étude afin de calculer les

températures de surface. La température de surface T2 a été trouvée au préalable en effectuant

des itérations.

2.1.1.2 Calcul de la température de surface T2

Le panneau de verre est constitué d’un milieu plein, alors on y retrouve un taux de transfert de

chaleur par conduction au travers celui-ci. Nous connaissons la valeur de la température sur la

paroi interne, maintenant nous allons calculer celle extérieur. L’équation a.5 nous permet

d’isoler la variable recherchée, T2



(a.5)

où:

C / é é

É

366,99 0,006 0,7 / 2

249,10 247,53

La température de surface extérieure est de 247,53 K.

2.1.1.3 Coefficient thermique de convection forcée extérieure

Le transfert thermique se termine par une convection forcée en parallèle avec une radiation.

Nous allons tout d’abord calculer le coefficient de convection forcée du transfert de chaleur de

la surface extérieur du panneau de verre.

Tableau 12: Donnée sur les propriétés de l’air extérieur à 245,34 K

ν1 k1 Pr1

7,23x10-6 [m2/s] 17,70x10-3 [W/m K] 0,7386




(a.6)



où:

à é / é é é /

11,11 / 1 7,23 10 /

1 536 652,84

Le nombre de Reynolds calculé nous indique que l’écoulement de l’air est turbulent, car il est

supérieur à 5x105 (page 362, référence [4]).

La corrélation utilisée pour le calcul du nombre de Nusselt est prise dans la table 7,9 page 455

référence [4]. Cette corrélation moyenne considère que l’écoulement est turbulent.

0,037 / 871 / (a.7)

où:

moyen é

0,037 1 536 652,84 ⁄ 871 0,7386 ⁄ 2 188,44



(a.8)

où:

é é / Conductivité thermique de l air extérieur W/m K



2 188,44 17,70 10 / 1

38,74 /

2.1.1.4 Coefficient thermique de radiation

Une surface chaude rayonne toujours dans un environnement moins chaud. Nous allons calculer

le coefficient thermique de radiation afin de calculer le coefficient global d’échange de chaleur.

L’équation ci-dessous permet de calculer le coefficient de radiation.

(a.9)

où:

é é, 0,95 5,76 /

é é é é

/

0,95 5,67 10 W/m K 247,53 243,15 247,53 243,15 3,18 W/m K

2.1.1.5 Résistance équivalente du recouvrement de verre

Maintenant que toutes les valeurs des coefficients de transmission de chaleur sont connues,

il est possible de calculer la résistance équivalente du recouvrement de verre.

Voici l’équation qui permet de calculer la résistance équivalente (équation 3.19, page 101,

référence [4]).

é1 1 1

/ (a.10)

où:

é é é /



é

3,90 2 0,006 0,7 2

38,74 2

3,18 2

é 0,1444 ⁄

2.1.1.6 Flux thermique surfacique total du recouvrement de verre

Maintenant que tous les paramètres du transfert de chaleur sont connus, il est possible de

calculer une approximation du flux thermique d’un recouvrement de panneaux de verre.

L’équation a.11 (équation 3.19, page 101, référence [4]) permet de calculer le coefficient

thermique global de transmission de chaleur.

é1

(a.11)

où:

é /

1é 0,1444 2

3,46 ⁄

Nous obtenons un coefficient global d’échange de chaleur de 3,46 [W/m2K]. Ce coefficient

étant connu, il est possible de calculer le flux thermique du recouvrement de verre.

Voici l’équation permettant de calculer le flux thermique.

(a.12)

3,46

296,15 243,15 183,38 ⁄



Les calculs indiquent que le flux thermique au travers de la paroi de verre est de 183,38

[W/m2].



Coefficient global d’échange de chaleur du recouvrement de polyéthylène

Le recouvrement de polyéthylène à double parois permet de mieux isoler les serres. C’est grâce

à sa couche d’air d’un centimètre entre ses deux parois qui permet une meilleure isolation. Dans

l’étude qui suit, nous allons calculer le coefficient de transfert de chaleur global de ce

recouvrement. La figure 3 est une photographie prise du recouvrement de polyéthylène double

parois.

Figure 7: Recouvrement de polyéthylène à double parois

Le transfert thermique du recouvrement est dû à une radiation, trois conductions et deux

convections forcées.

Figure 8: Schéma du transfert de chaleur d'un recouvrement de polyéthylène double



La figure 3 schématise le transfert de chaleur au travers d’un recouvrement de polyéthylène à

double parois. Elle comprend aussi le schéma équivalent sous la forme d’un circuit électrique.

Tableau 13: Données pour le calcul du coefficient global d’échange de chaleur du recouvrement de polyéthylène

Surface [m2]

Épaisseur [m]

Coefficient Température [K]

Pellicule de polyéthylène (2x1) 2 1,52E-4 0,48 [w/m°K] - Température de surface (T1) - - - 244,95 Température de surface (T2) - - - 244,97 Température de surface (T3) - - - 276,64 Température de surface (T4) - - - 276,66 Température infinie extérieure (Text) - - - 243,150 Température infinie intérieure (Tserre) - - - 296,150 Convection forcée extérieure (hf1) - - 39,10 [w/m2 K] - Convection forcée intérieure (hf2) - - 3,90 [w/m2 K] - Radiation extérieurs (hr) - - 2,80 [w/m2 K] - Conduction dans l’air - - 0,024 [w/m K] -

Les températures de surface (T1, T2, T3 et T4) ont été calculées de la même manière que celles du

recouvrement de verre, soit par itérations. On trouve aussi le fichier Excel, Étude recouvrement

polyéthylène, qui a permis d’obtenir ses températures sur le disque compact en annexe.

2.1.1.7 Coefficient thermique de convection forcée intérieure

Tout comme le recouvrement de verre le début du transfert de chaleur est initié par la

convection forcée produite par les ventilateurs de circulation d’air à l’intérieur des serres. La

résistance de cette convection sera calculée selon les paramètres du tableau 4.

Tableau 14: Donnée sur les propriétés de l’air intérieur à 286,41 K (Tfilm)

ν2 k2 Pr2

14,68x10-6 [m2/s] 25,21x10-3 [W/m K] 0,7105






(a.13)

où:

à é / é è é é é /

1 / 1 14,68 10 /

68 119,89

Le nombre de Reynolds est inférieur à 500 000, alors l’écoulement est laminaire.

La corrélation utilisée pour le calcul du nombre de Nusselt moyen a été trouve dans la table 7,9

page 455 référence [4].

0,664 / / (a.14)

où:

0,664 68 119,89 , 0,71 / 154,64



(a.15)

où:



é é / Conductivité thermique de l air intérieur W/m K

[m]

154,64 25,21 10 / 1

3,90 /

Voici l’équation permettant de calculer le flux d’énergie.

(a.16)

où:

é

é é

3,90 2 296,15 276,66 152,02

Nous obtenons un taux de 152,02 W pour une surface de deux mètres carrés. Ce flux va nous

permettre de calculer les autres températures de paroi. Il est important de préciser que la valeur

de température T4 a été obtenue suite à un processus itératif.


Le recouvrement de polyéthylène est constitué de deux pellicules, alors on y retrouve un taux

de transfert de chaleur par conduction au travers la première. L’équation a.17 nous permet

d’isoler la variable qui représente la température de surface T3.

(a.17)

É

où:



é è / é é

É É é è

152,02 0,000154 0,48 / 2

276,66 276,64

La température de surface T3 est de 276,64 K. Celle-ci nous permettra de calculer la

température de surface T2 dans le calcul suivant.


Entre les deux couches de polyéthylène, on trouve une couche d’air de 1 centimètre

d’épaisseur. Cette couche d’air offre une isolation. Selon des études expérimentale, il a été

démontré que le mode de transmission au travers d’une couche d’air inférieure à 13 centimètre

est par conduction (référence [3],page 744).

(a.18)

où:

/ é é °

É

152,02 0,010,024 / 2

276,64 244,97

La température de surface T2 est de 244,97 K. Celle-ci nous permettra de calculer la

température de surface T1 dans le calcule suivant.




Étant donné que la deuxième paroi est identique à la première, sa résistance thermique est la

même que celle trouvé précédemment.

É

où:

é é

152,02 0,000154 0,48 / 2

244,97 244,95

La température de surface T1 est de 244,95 K. Celle-ci nous permettra de calculer le coefficient

thermique de convection forcée extérieure.

2.1.1.1 Coefficient thermique de convection forcée extérieure

L’une des étapes finale du transfert de chaleur est faite par la convection forcée produite par la

vitesse de l’air à l’extérieur des serres. Cependant, elle n’agit pas seule, elle est en parallèle

avec le flux thermique de radiation. Les calculs suivant déterminent le coefficient de convection

forcée extérieure.

Tableau 15: Donnée sur les propriétés de l’air extérieur à 244,06 K (Tfilm)

ν1 k1 Pr1

7,13x10-6 [m2/s] 17,60x10-3 [W/m K] 0,7390

Les données du tableau 15 ont été obtenues en interpolant celles de la table A.4 page 941 du

livre Fundamentals of Heat and Mass transfer [4].




(a.19)

où:

à é / é è é é é /

11,11 / 1 7,13 10 /

1 558 204,77

Le nombre de Reynolds calculé nous indique que l’écoulement de l’air est turbulent, car il est

supérieur à 5x105.

La corrélation utilisée pour le calcul du nombre de Nusselt moyen a été trouve dans la table 7,9

page 455 référence [4]. Cette corrélation considère que l’écoulement est turbulent.

0,037 / 871 / (a.20)

où:

é

0,037 1 558 204,77 ⁄ 871 0,7390 ⁄ 2 222,18

(a.21)

où:

é é /



2 222,18 17,60 10 / 1

39,1 /

2.1.1.2 Coefficient thermique de radiation

En parallèle avec la convection forcée extérieure, le flux thermique de radiation est produit par

le rayonnement d’une surface chaude dans un environnement moins chaud.

L’équation ci-dessous permet de calculer le coefficient de radiation.

(a.22)

où:

é é è é, 0,85 5,76 /

é é é é

0,85 5,67 10 / 244,95 243,15 244,95 243,15

2,8 /

2.1.1.3 Résistance équivalente du recouvrement de polyéthylène

Maintenant que toutes les valeurs des coefficients de transmission de chaleur sont connues, il

est possible de calculer la résistance équivalente du recouvrement de polyéthylène à double

paroi à l’étude.

é1 2 É 1 1

/ (a.23)

où:

é é é é è /



é

3,90 2 2 0,000152

0,48 2 0,01 0,024 2

39,1 2

2,80 2

é0,3487

2.1.1.4 Flux thermique surfacique total du recouvrement de polyéthylène

Maintenant que tous les paramètres du transfert de chaleur sont connus, il est possible de

calculer une approximation de flux thermique surfacique d’un recouvrement de polyéthylène à

double parois. En utilisant l’équation a.24 (équation 3.19, page 101, référence [4]), on calcul le

coefficient thermique global de transmission de chaleur.

é1

(a.24)

1é 0,3487 2

1,43 ⁄

Alors nous obtenons un coefficient global d’échange de chaleur de 1,43 [W/m2K]. En utilisant

ce coefficient, il est possible de calculer le flux thermique du recouvrement.

Voici l’équation permettant de calculer le flux thermique.

(a.25)

1,4372 ⁄ 296,15 243,15 76,17 W/m



Les calculs indiquent que le flux thermique au travers d’un recouvrement de polyéthylène à

double paroi est de 76,17 W/m2. Soit une réduction des pertes de 58,7% par rapport à une paroi

de verre simple.



Spécifications du fournisseur Cannon Boiler Works



Brochure des économiseurs de chaleur



Soumission des économiseurs



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%dimensionnement du séchoir à écorce------------------------------- %auteur: François Breton clc; clear all; hum_in=69; hum_out=[68:-1:45] %(kg eau/kg de solide) X1= hum_in/(100-hum_in) X2= hum_out./(100-hum_out) %(kg eau/kg solide sec) Y2=0.004; %(kg eau/kg air sec)-> abaque psychométrique air@ 0°C m = 0.5787; %(kg/s) converti à partir de 2tonnes/heure Ss= m.*(1-hum_out/100) %(kg de solide sec/s) eau_out= Ss.*(X1-X2) %(kg eau/s) TG2=60; TG2K=TG2+273; %(°C, kelvin) TG1=25; TG1K=TG1+273; TS1=0; TS1K=TS1+273; TS2=30; TS2K=TS2+273; TS_int=20; Cp_wood_out=((0.1031+0.003867*TS2K)+0.01.*hum_out.*4.187)./((1+0.01.*hum_out)+hum_out.*(-0.06191+0.000236*TS2K-0.000133.*hum_out)) Cp_wood_in= ((0.1031+0.003867*TS1K)+0.01*hum_in*4.187)/((1+0.01*hum_in)+hum_in*(-0.06191+0.000236*TS1K-0.000133*hum_in)) %(kJ/kg*K) HG2= (1.005+1.884*Y2)*TG2+2502.3*Y2 %HG1= (1.005+1.884*Y1)*TG1+2502.3*Y1 HS1= Cp_wood_in*TS1+X1*4.187*TS1 HS2= Cp_wood_out*TS2+X2*4.187*TS2 %(kJ/kg K) %balance de masse----------------------------------- %Gs= Ss*(X1-X2)/(Y1-Y2) %balance enthalpie---------------------------------- Y1= [(X1-X2)*HG2+ HS2.*Y2-(X1-X2)*1.005*TG1-HS1*Y2]./[HS2+(X1-X2)*(1.884*TG1+2502.3)-HS1] %(kg eau/kg air sec) Gs= Ss.*(X1-X2)./(Y1-Y2) %(kg air sec/s) Gs2=Gs./3.4 %(kg air sec/ m²*s) HG1= (1.005+1.884.*Y1)*TG1+2502.3.*Y1 %(kJ/kg K) %hypothèse de séchage seulement dans la zone II HSA= Cp_wood_in*TS_int+ X1*4.187*TS_int



HSB= Cp_wood_out*TS_int+ X2*4.187*TS_int%(kJ/kg K) %calculs pour zoneIII-------------------------------- TGD = -((Ss.*(HS2-HSB))./(Gs*(1.005+1.884*Y2))-TG2) delta_tg3= (Ss.*(HS2-HSB))./(Gs*(1.005+1.884*Y2)) delta_tm3= ((TG2-TS2)-(TGD-TS_int))./log((TG2-TS2)./(TGD-TS_int)) Ntog3 = delta_tg3./delta_tm3 %calculs pour zoneI-------------------------------- TGC = (Ss*(HSA-HS1)./(Gs.*(1.005+1.884.*Y1)))+TG1 delta_tg1= (Ss.*(HSA-HS1)./(Gs.*(1.005+1.884.*Y1))) delta_tm1= ((TG1-TS1)-(TGC-TS_int))./log((TG1-TS1)./(TGC-TS_int)) Ntog1 = delta_tg1./delta_tm1 %calculs pour zoneII-------------------------------- Csmoy = ((1.005+1.884.*Y1)+(1.005+1.884*Y2))/2 delta_tg2 = TGD-TGC delta_tm2= ((TGD-TS_int)-(TGC-TS_int))./log((TGD-TS_int)./(TGC-TS_int)) Ntog2 = delta_tg2./delta_tm2 NtOG = Ntog1+Ntog2+Ntog3 Gmoy = Gs2.*(1+(Y1+Y2)./2) Ua = (237.*Gmoy.^0.67)./2.08 %W/m³K HtOG= Gs2.*(Csmoy.*1000)./Ua Z= NtOG.*HtOG %(m) %tracer les graphiques du débit et de la longueur requise---------- figure (1) plot(hum_out,Z); grid on title('Variation de la longueur du séchoir') xlabel('pourcentage humidité (kg eau/kg de solide humide)') ylabel('longueur (m)') hold on figure (2) plot(hum_out,Gs2); grid on title('Variation du débit de gaz') xlabel('pourcentage humidité (kg eau/kg de solide humide)') ylabel('débit de gaz sec (kg/m²*s)') hold on figure (3) plot(hum_out,Y1); grid on title('Variation de la teneur en humidité du gaz à la sortie') xlabel('pourcentage humidité (kg eau/kg de solide humide)') ylabel('humidité (kg eau/ kg air sec)')



Graphiques de l’étude du séchoir

Pour les conditions évaluées en fonctionnement;

0° 20° 30° 60° 25°

45 50 55 60 65 700.009

0.01

0.011

0.012

0.013

0.014

0.015

0.016

0.017

0.018Variation de la teneur en humidité du gaz à la sortie

pourcentage humidité (kg eau/kg de solide humide)

hum

idité

(kg

eau/

kg

air s

ec)



Puis pour les températures souhaitées;

0° 60° 70° 200° 95°

45 50 55 60 65 700

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10Variation du débit de gaz


débi

t de

gaz

sec

(kg/

m²*

s)

45 50 55 60 65 7010

15

20

25

30

35

40Variation de la longueur du séchoir


long

ueur

(m)



45 50 55 60 65 700.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045Variation de la teneur en humidité du gaz à la sortie


hum

idité

(kg

eau/

kg

air s

ec)

45 50 55 60 65 700.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4Variation du débit de gaz


débi

t de

gaz

sec

(kg/

m²*

s)



45 50 55 60 65 707

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17Variation de la longueur du séchoir


long

ueur

(m)



Fiche technique des déshumidificateurs

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