Thermal Performance and Drying Characteristics of a Solar Assisted Refractance Window Dryer Based on CFD Simulation and Experimental Validation
Cette étude valide un système de séchage par fenêtre de réfractance assisté par l'énergie solaire grâce à une combinaison de simulation CFD et d'essais expérimentaux, démontrant que les configurations hybrides réduisent considérablement le temps de séchage et améliorent l'efficacité énergétique tout en préservant la qualité des produits agricoles sensibles à la chaleur.
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Conserver la nourriture en éliminant son eau est l'un des plus vieux tours de l'humanité pour empêcher les récoltes de se gâter. Pendant des siècles, les gens ont compté sur le soleil et le vent pour sécher les fruits, les légumes et les céréales, une méthode qui ne nécessite aucun combustible mais laisse la nourriture vulnérable à la poussière, aux insectes et aux intempéries irrégulières. Bien que les machines modernes puissent sécher la nourriture rapidement et en toute sécurité, elles exigent souvent d'énormes quantités d'électricité ou de combustibles fossiles, ce qui fait grimper les coûts et les émissions de carbone. Le défi pour les scientifiques est de trouver un moyen de sécher la nourriture de manière rapide et sûre, tout en étant assez doux pour préserver les nutriments et assez économique pour fonctionner avec de l'énergie renouvelable. C'est ici qu'entre en scène une technique appelée séchage par fenêtre de réfractance. Au lieu de bombarder la nourriture avec de l'air chaud, cette méthode fait flotter une fine couche de nourriture sur un film transparent qui repose sur un canal d'eau chaude. La chaleur traverse le film pour atteindre la nourriture, la séchant rapidement sans que celle-ci ne touche jamais l'eau ou ne soit brûlée par des flammes directes.
Dans une étude récente, des chercheurs ont cherché à améliorer cette méthode de séchage douce en la combinant avec l'énergie solaire et en la testant à l'aide de puissantes simulations informatiques. Ils voulaient voir s'ils pouvaient concevoir un système utilisant le soleil pour chauffer l'eau, et s'ils pouvaient ajuster la conception pour rendre le séchage encore plus rapide et uniforme. Pour ce faire, ils ont construit un prototype physique de séchoir assisté par le solaire et ont créé un modèle informatique tridimensionnel détaillé de la façon dont la chaleur et l'air circulent à l'intérieur de celui-ci. L'équipe a testé trois versions différentes de la machine : une version standard qui repose uniquement sur l'eau chaude, une deuxième version qui ajoute un radiateur infrarouge supplémentaire au-dessus de la nourriture, et une troisième version qui combine le radiateur infrarouge avec un échangeur de chaleur pour évacuer l'humidité plus efficacement. Ils ont mené des expériences en utilisant des tranches de pomme de terre, un aliment de test courant, à diverses températures d'eau et vitesses de courroie pour voir à quelle vitesse l'eau quittait les tranches et comment les différentes machines performaient.
Le modèle informatique, qui suivait le flux d'air et la propagation de la chaleur à l'intérieur de la chambre de séchage, a révélé que le système crée une température très homogène à travers la nourriture. L'eau chaude sous le film maintenait la surface de la zone de séchage stable autour de 60 degrés Celsius, une température suffisamment élevée pour sécher la nourriture rapidement mais assez basse pour protéger les vitamines et les saveurs délicates. La simulation a montré que l'air à l'intérieur de la chambre circule selon un courant ascendant naturel, emportant l'air humide loin de la nourriture et la remplaçant par de l'air frais, ce qui aide le processus de séchage à se poursuivre de manière fluide. Lorsque les chercheurs ont comparé les prédictions de l'ordinateur avec leurs mesures réelles, les chiffres correspondaient étroitement, le modèle n'étant erroné que d'environ 5 degrés Celsius au maximum. Cela a confirmé que le modèle informatique était un outil fiable pour comprendre le fonctionnement de la machine sans avoir besoin de construire et de tester chaque variation possible à la main.
Les tests en conditions réelles ont montré que le séchoir solaire standard fonctionnait bien, mais que les versions modifiées étaient nettement meilleures. La version dotée du seul radiateur infrarouge supplémentaire séchait les tranches de pomme de terre 18 % plus vite que le modèle standard. La version la plus avancée, qui combinait le radiateur infrarouge avec l'échangeur de chaleur, a réduit le temps de séchage de 37 %. Dans le scénario le plus rapide, utilisant la machine la plus avancée avec une eau très chaude, le système éliminait l'humidité à un taux de 22 grammes par minute, contre seulement 13,2 grammes par minute pour la configuration standard dans les mêmes conditions. Les chercheurs ont constaté que la température de l'eau chaude avait l'impact le plus important sur la vitesse ; augmenter la température de l'eau de 82 à 98 degrés Celsius réduisait le temps de séchage de moitié. Bien que le déplacement plus rapide de la nourriture à travers la machine réduise le temps passé à sécher, cela signifiait aussi que la nourriture passait moins de temps à perdre son eau, de sorte que la vitesse globale de la courroie était un équilibre entre capacité et efficacité.
Au-delà de la simple vitesse, l'étude a souligné que cette approche est un candidat sérieux pour un traitement alimentaire durable. Le système a atteint une efficacité thermique comprise entre 35 et 40 %, ce qui est bien supérieur au séchage traditionnel au soleil en plein air ou même à de nombreux séchoirs solaires à armoire conventionnels. Comme la chaleur est transférée de manière si uniforme et que la nourriture ne devient jamais trop chaude, le produit séché est censé conserver davantage sa couleur naturelle, sa saveur et ses composés bénéfiques pour la santé que les aliments séchés par d'autres méthodes. Les chercheurs ont conclu qu'en utilisant l'énergie solaire pour chauffer l'eau et en affinant le flux d'air et les éléments de chauffage, ils ont créé un système de séchage qui est non seulement économe en énergie, mais aussi doux pour la nourriture. Cette technologie offre une voie prometteuse pour que les agricteurs et les petits transformateurs de produits alimentaires réduisent le gaspillage et préservent leurs récoltes grâce au soleil, transformant un simple principe physique en un outil pratique pour un avenir plus durable.
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