Table des mati�res - Pr�c�dente - Suivante

3.3.3. �conomie d'�nergie au niveau des s�choirs

3.3.3.1. Rappel

Nous avons vu que le rendement calorifique moyen des s�choirs statiques �tait de 1 500 � 1800 kcal/kg d'eau �vapor�e et que celui des s�choirs continus �tait d'environ 1200 kcal/kg d'eau (cf. 3.2.4.). Il est possible d'agir sur certains facteurs pour limiter les pertes d'�nergie.

3.3.3.2. Les possibilit�s d'�conomie. Comment intervenir?

a) On pourra tout d'abord r�duire les pertes par conduction-rayonnement en isolant les parties chaudes du s�choir. Ceci repr�sente un investissement assez faible mais l'�conomie qui en r�sulte reste limit�e.

b) LE CHAUFFAGE DIRECT

La suppression de l'�changeur peut �tre envisag�e pour �viter de gaspiller des calories. Nous avons parl� des risques d'un s�chage direct utilisant le fuel comme combustible. Cette solution n�cessite un parfait r�glage du br�leur � fuel.

Le plus simple, est de pr�voir une conversion en gaz naturel ou au butane liqu�fi� avec modification du g�n�rateur d'air chaud, mais ces gaz sont rarement commercialis�s dans les pays en d�veloppement.

c) R�CUP�RATION DE LA CHALEUR DU GRAIN

La chaleur sensible du grain pourra �tre r�cup�r�e par la m�thode dite de �dry�ration� ou en fran�ais �Refroidissement Lent Diff�r�.

Le refroidissement lent diff�r�

- Principe

On utilise la chaleur emmagasin�e par le grain au cours du s�chage pour �liminer les derniers �points d'humidit�.

- Technique

• Apr�s le s�chage, le refroidissement du grain ne s'effectue plus dans la partie basse du s�choir mais dans des cellules de refroidissement �quip�es d'un syst�me de ventilation.

La zone de refroidissement est transform�e en zone de s�chage ce qui augmente le d�bit du s�choir.

• Les grains de ma�s sortant du s�choir � une humidit� de trois points sup�rieure � celle de sauvegarde, et � une temp�rature de l'ordre de 50� C - 60� C sont transf�r�s dans la cellule de �temporisation� o� ils vont reposer pendant environ 8 � 12 h. Cette p�riode de repos permet une migration de l'eau du grain de l'amande vers la p�riph�rie, homog�n�ise la r�partition d'eau dans le grain et supprime les tensions internes dues aux gradients hydrothermiques.

• Apr�s la p�riode de repos, l'application d'une ventilation avec de l'air ambiant � raison de 40 � 60 m�/h/m� pendant 10 � 15 h permet d'une part de refroidir le grain, et d'autre part, gr�ce au r�chauffement de l'air par la chaleur du grain, d'�vacuer les derniers points d'humidit�.

• Apr�s refroidissement complet le grain est transf�r� dans les cellules de stockage.

Fig. 56: Sch�ma du principe de la m�thode de s�chage par dry�ration. (D'apr�s I.T.C.F.)

- Int�r�ts du R.L.D.

• �conomies d'�nergie de 15 % � 25 %.
• Augmentation de d�bit du s�choir de 30 % � 40 %.

L'augmentation du d�bit de s�chage par la dry�ration est li�e � 4 facteurs:

1� La section r�serv�e au refroidissement dans le s�choir continu est supprim�e et utilis�e pour le s�chage.

2� Le produit sort � humidit� plus �lev�e; il y a donc moins d'eau � enlever dans le s�choir.

3� L'air de s�chage peut �tre port� � temp�rature plus �lev�e, sans risque de calciner le grain sortant du s�choir.

4� L'efficacit� totale de l'op�ration est augment�e.

R�SULTATS D'ESSAIS DE D�BIT

• Diminution de la fragilit� du grain

Les r�sultats obtenus au cours des essais sur mais sont tr�s nets.

Essais de s�chage de ma�s de 25 � 14 % selon divers proc�d�s. Incidences sur le taux de brisures (r�sultats Thomson et Foster):

Par rapport au s�chage classique, la dry�ration r�duit tr�s nettement le pourcentage de grains f�l�s (43,6 � 7,6 %) et le pourcentage des brisures (11,3 � 6,7 %).

La dur�e de pause d'homog�n�isation influe sur le taux de brisures; les meilleurs rendements en grains entiers ont �t� obtenus avec des temps d'homog�n�isation de 12 heures.

- Inconv�nients

Des condensations pouvant se produire lors du refroidissement et permettre le d�veloppement ult�rieur des moisissures, il est IMP�RATIF de vider la cellule lorsque le refroidissement est achev�. Cette technique ne doit donc pas �tre utilis�e si le refroidissement est fait dans la cellule de stockage.

• N�cessit� d'une cellule de refroidissement avec ventilation sp�ciale.

• Le syst�me n�cessite un �vacuateur de bu�es efficace. Il est �galement conseill� d'isoler la zone de dry�ration du reste du silo.

• L'�l�vateur de grains encore humides et chauds doit �tre surdimensionn� et �galement �quip� d'une �vacuation de bu�es.

• Vue la temp�rature des grains � la sortie du s�choir la mesure de l'humidit� devra �tre faite par une �tuve (on ne pourra utiliser un humidim�tre �lectrique que si l'on a auparavant refroidi brutalement l'�chantillon pr�lev�).

La dry�ration reste cependant un syst�me int�ressant d'�conomie d'�nergie et avec l'emploi d'un chauffage direct au gaz on peut esp�rer descendre � 950 kcal/kg d'eau �vapor�e.

d) RECHERCHE D'UNE MEILLEURE SATURATION DE L'AIR

La technique de s�chage � courants crois�s utilis�e dans les s�choirs continus fait que tout au long de son circuit dans le s�choir le grain est attaqu� par un air ayant toujours les m�mes caract�ristiques. En haut du s�choir, l'air chaud rencontre le grain tr�s humide et ressort pratiquement satur�. Par contre, en bas de la colonne de s�chage, le grain �tant d�j� fortement s�ch�, les transferts d'eau sont beaucoup plus difficiles. Le d�bit sp�cifique �tant le m�me, l'air qui ressort est loin de la saturation, donc sa temp�rature est encore �lev�e (60� C environ) et il peut �tre recycl�.

Ainsi, l'air sortant du g�n�rateur d'air chaud est envoy� dans la partie basse de la colonne de s�chage. L'air us� qui en ressort est renvoy� dans la partie haute o� il se sature en traversant et s�chant le grain humide. Cette technique permet d'abaisser la consommation sp�cifique � 850 kcal/kg d'eau �vapor�e.

Fig. 57: Principe du s�choir � double circulation d'air (VIM).

Elle pr�sente cependant l'inconv�nient de sous-utiliser la partie haute du s�choir. La temp�rature d'attaque n'�tant plus que de 60� C la quantit� d'eau �vapor�e dans cette zone est faible par rapport � ce qu'elle pourrait �tre si on utilisait une temp�rature sup�rieure. Cet inconv�nient est �limin� dans les s�choirs suivants:

S�choir surr�g�n�r�

Dans ce s�choir, � deux �tages, l'air us� sortant du premier �tage est m�lang� avec de l'air sortant de la zone de refroidissement.

Ce m�lange, avant d'attaquer l'�tage sup�rieur du s�choir, est r�chauff� � une temp�rature �lev�e (de l'ordre de 150� C); il peut ainsi s�cher le grain humide qui arrive au s�choir. L'air us� sortant du s�choir est alors pratiquement satur�.

Cette technique permet une �conomie de 25 % par rapport � un s�choir classique en chauffage direct et de 35 % par rapport � un s�choir conventionnel �quip� d'un br�leur � �changeur. Elle permet d'abaisser la consommation thermique sp�cifique � 760 kcal/kg d'eau �vapor�e. La capacit� de s�chage est accrue de 120 %.

Fig. 58: S�choir surr�g�n�r�. (Doc. FAO).

Des essais en vraie grandeur ont en effet donn� les r�sultats suivants (essais ITCF - 1977):

Sur le m�me principe il est possible de concevoir des s�choirs � �tages multiples avec r�glage �chelonn� des temp�ratures d'air.

e) R�CUP�RATION D'UNE PARTIE DE LA CHALEUR DE VAPORISATION DE L'EAU

Tous les proc�d�s d�crits pr�c�demment sont th�oriquement limit�s dans leurs performances par la quantit� de chaleur n�cessaire � la vaporisation de l'eau.

On pourra r�cup�rer une partie de cette chaleur en condensant l'eau contenue dans l'air us�. La chaleur ainsi r�cup�r�e permettant un pr�chauffage (40� C - 45� C) de l'air neuf arrivant au s�choir.

Nous pouvons reprendre le sch�ma de principe pour un s�choir bi�tag�. L'air tr�s chaud (150� C) qui attaque les grains (tr�s humides) de l'�tage sup�rieur est recycl�. Cet air bien satur� et chaud est condens� au niveau d'un laveur, l'eau r�cup�r�e est chaude. Au niveau d'un �changeur eau-air (10 fois plus performant qu'un �changeur airair), elle c�de sa chaleur � l'air frais entrant dans la partie inf�rieure du s�choir en le pr�chauffant � 40� C - 45� C.

Cette technique devrait permettre de parvenir � des consommations thermiques sp�cifiques de l'ordre de 700 kcal/kg d'eau �vapor�e, voire moins.

Des mises au point sont cependant encore n�cessaires. L'air ayant travers� le grain est en effet charg� de poussi�res et de pellicules qui risquent de provoquer des colmatages au niveau de l'�changeur.

Nous venons de voir quels types d'actions peuvent �tre men�es au niveau d'un s�choir en vue d'�conomiser l'�nergie. Cependant nous n'avons parl� l� que de s�choirs utilisant des sources d'�nergies �classiques� telles que fuel ou gaz. R�cemment sont apparus sur le march� des s�choirs utilisant la biomasse comme source �nerg�tique.

Fig. 59: Principe du s�choir �bi�tag� � �conomiseur. (D'apr�s ITCF.)

3.3.4. Utilisation de la biomasse pour le s�chage

Dans l'op�ration de s�chage le combustible est tr�s co�teux surtout depuis le rench�rissement des produits p�troliers qui ont l'�norme avantage d'�tre faciles � stocker et � utiliser (existence de br�leurs faibles et r�gul�s). Pour les petits s�choirs isol�s leur emploi n'est pas envisageable et pour les grands il est de moins en moins �conomique.

Deux solutions de remplacement offrent de l'int�r�t: le s�chage solaire et l'emploi de combustibles de remplacement.

Le s�chage solaire offre l'avantage d'une �nergie gratuite mais irr�guli�re et peu concentr�e.

L'�nergie solaire re�ue au sol �tant en moyenne de 5,5 kwh/m�/jour ceci correspond au pouvoir calorifique de (5,5 x 860) / 4 000 = 1,2 kg de bois sec. Bien entendu le rendement de la captation ou de la combustion a une tr�s grande importance pour l'utilisation de ces potentiels �nerg�tiques.

En pratique, � moins d'employer des capteurs de grande surface ou de s�cher des produits de quelques pour cent d'humidit� seulement, le d�bit des s�choirs solaires est limit�. Les sous-produits cellulosiques, lorsqu'ils sont disponibles sur le site, renferment une �nergie calorifique importante et apte � r�chauffer les grandes masses d'air n�cessaires au s�chage.

L'�nergie calorifique des sous-produits est souvent sous-estim�e, alors qu'elle est consid�rable.

Ainsi:

- une plantation de cocotiers � 150 arbres par hectare et 67 noix par arbre et par an, fournit en noix et palmes l'�quivalent calorifique de 5450 kg de fuel;

- l'usinage d'une tonne de riz produit 200 kg de balle (�quivalent � 60 kg de fuel). Dans un s�choir ayant un rendement �vaporatoire de 2 000 mth/kilo d'eau �vapor�e, ce qui est moins que moyen, ces 200 kg de balle permettent d'�vaporer 330 kg d'eau, soit de s�cher une tonne de paddy de 35 %. � 14 %. L'humidit� initiale est souvent bien inf�rieure, et la balle est g�n�ralement suffisante pour produire l'�lectricit� n�cessaire � l'usinage.

De nombreux autres exemples peuvent �tre cit�s. En premi�re approximation le pouvoir calorifique des sous-produits cellulosiques est estim� � 3,300 th/kg que l'on exprime �galement par:

�3 kg de sous-produit = 1 kg de fuel�

(Cf. 3.2.5. pour conna�tre le P.C.I. de diff�rents bio-combustibles).

a) G�N�RATEURS D'AIR CHAUD UTILISANT DES SOUS-PRODUITS

Ces mat�riels sont encore peu nombreux et souvent au stade du d�veloppement, Nous distinguerons les mat�riels par puissance, ce qui correspond g�n�ralement � un contexte socio-�conomique.

• Petite puissance.
• Moyenne puissance.
• Grande puissance.

- G�n�rateurs de petite puissance (moins de 50 thermies/heure)

Pour m�moire, rappelons que le bois est le combustible presque exclusif � ce niveau avec de graves probl�mes de d�forestation dans de nombreuses r�gions du monde. Le s�chage n'entre que pour une tr�s faible part dans ce fl�au, car les zones d�ficitaires en bois sont g�n�ralement s�ches.

L'un des petits s�choirs utilisant le bois est le mod�le BROOKS d�crit plus loin au chapitre IV.

Des mod�les d�riv�s ont �t� r�alis�s, tous con�us avec un �changeur pour �viter le risque d'incendie. Ainsi celui de l'Universit� de Ife (Nig�ria) permet de s�cher 200 kg de grain (couche de 10 cm d'�paisseur) de 25 � 12 % en 4 heures avec une consommation de 60 kg de bois, ce qui correspond � un rendement �vaporatoire de 1,73 kg de bois par kilo d'eau, donc plus de 5 thermies par kilo d'eau �vapor�e, ce qui est tr�s d�favorable et explique pourquoi ce type de s�choir ne conna�t qu'une diffusion tr�s limit�e.

L'emploi de sous-produits ne faisant pas l'objet - comme le bois - de transactions commerciales, est souvent plus int�ressant.

Aux Philippines, l'I.R.R.I. a mis au point deux g�n�rateurs � balle de riz. L'un est r�alis� en briques avec une ossature m�tallique (Fig. 61) et l'autre en t�les m�talliques.

Avec une consommation de 3 � 4 kg de balle par heure, le r�chauffage de l'air atteint 14� C (29� � 43� C) pour un d�bit d'air de 73 m� heure (rendement du r�chauffage d'air de l'ordre de 10 % seulement). La temp�rature maximum atteinte est de 60� C avec une consommation de 8 kg/heure, mais la combustion est alors moins compl�te.

- G�n�rateurs de moyenne puissance (50 � 200 thermies/heure)

Ces mat�riels pr�sentent un int�r�t particulier pour les pays en d�veloppement car ils correspondent � des structures villageoises ou communautaires aptes � supporter un investissement hors de port�e des agriculteurs individuels et impossible � rentabiliser � leur �chelle. Toutefois, peu de mat�riels sont actuellement vulgarisables car ils ne correspondent pas � une gamme de puissance int�ressant les pays d�velopp�s pour lesquels les priorit�s sont d'une part le chauffage domestique avec de petites chaudi�res � eau et d'autre part, les grands s�choirs de plus d'un millier de thermies.

Certains constructeurs proposent cependant des g�n�rateurs polycombustibles � �changeur air-air de puissance comprise entre 50 et 200 thermies pouvant r�pondre � de nombreux besoins, Les foyers en briques r�fractaires permettent une bonne mont�e en temp�rature et une combustion r�guli�re du produit, mais les briques r�fractaires sont rarement disponibles sur place et sont co�teuses � importer. De plus il faut pr�voir une r�fection du foyer apr�s plusieurs ann�es (selon l'intensit� d'utilisation). Les foyers m�talliques ayant une inertie thermique faible sont plus sensibles aux variations d'alimentation et d'humidit� du produit mais offrent l'avantage d'une implantation et d'une maintenance ais�es.

Fig. 60: Sch�ma d'un s�choir statique avec g�n�rateur d'air chaud � bois et �changeur air-air. (D'apr�s MAZUHELI - Autriche.)

Fig. 61: Sch�ma d'un foyer � balle de riz. (I.R.R.I. - Philippines,)

Fig. 62: G�n�rateur polycombustible � �changeur air-air. (D'apr�s Doc. WESTFALIA.)

Fig. 63: Sch�ma g�n�rateur � rafles de mais sur s�choir continu. (D'apr�s Doc. ROULIN.)

Avant toute acquisition il est prudent de proc�der � des essais avec le fournisseur afin de v�rifier d'une part la r�gularit� de fonctionnement du foyer avec le produit � br�ler, et d'autre part, l'absence de colmatage des grilles par des cendres fusibles apr�s refroidissement; de �cuisants��checs ayant �t� observ�s pour cette raison.

Notons que tr�s souvent le foyer peut recevoir un br�leur d'appoint � fuel ce qui permet de r�gulariser le fonctionnement et de pallier des d�ficiences d'approvisionnement.

Les foyers � combustion directe travaillant en exc�s d'air, leur rendement est souvent moyen (50 � 70 %) et l'emploi de br�leursgazog�ne est une nouvelle orientation int�ressante avec la mise au point actuelle de gazog�nes polycombustibles. Le gazog�ne offre l'avantage d'une combustion plus r�guli�re et produit un gaz directement utilisable dans un br�leur simple � gaz pauvre. Les premiers mod�les commercialisables devraient �tre rapidement disponibles.

- G�n�rateurs de grande puissance (au-del� de 500 thermies/heure)

Depuis tr�s longtemps les sous-produits sont utilis�s dans des foyers de chaudi�res industrielles pour la production de vapeur et transformation en �nergie m�canique ou �lectrique. La balle de riz a longtemps assur� l'ind�pendance �nerg�tique des rizeries avant d'�tre supplant�e par le groupe �lectrog�ne Diesel dont l'exploitation est devenue � nouveau co�teuse. Pour le s�chage, les premi�res applications ont �t� r�alis�es sur des s�choirs de mais de semence en �pis car ce proc�d� - ayant un mauvais rendement - est tr�s co�teux en combustible. Plusieurs types de foyers sont utilis�s: en acier, briques, b�ton ou c�ramique r�fractaires. Un �changeur air-air ou une chambre de dilution compl�tent l'installation. Pour certains un s�chage pr�alable des rafles est pr�vu par recyclage d'air us�.

Ces g�n�rateurs de grande puissance ne sont encore test�s qu'avec des rafles et de la paille et sur un petit nombre d'installations. Devant atteindre le niveau de fiabilit� d'un �quipement industriel il est probable que leur compl�te mise au point exigera encore plusieurs campagnes d'essais.

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