Please use this identifier to cite or link to this item: http://dspace.univ-ouargla.dz/jspui/handle/123456789/25694
Title: Experimental study of a solar drying process with improved thermal performances
Authors: HADIBI, Tarik
BOUBEKRI, Abdelghani
MENNOUCHE, Djamel
Keywords: التجفيف الشمسي
؛ معجون الطماطم
؛ مبادل حراري
المياه الجوفية
Issue Date: 10-May-2021
Series/Report no.: 2021;2021
Abstract: Résumé Cette thèse vise à étudier, expérimentalement et par modélisation, le séchage solaire de deux agro-produits à fort impact national, à forte perte saisonnière et à haute valeur nutritionnelle que sont la tomate en pâte et l'ail. Diverses techniques ont été étudiées, utilisant des systèmes de séchage par convection et de séchage solaire hybride intégré à un chauffage auxiliaire tel que l'échangeur de chaleur à eau géothermique (GWHE) et une résistance électrique, d'une part, ou couplés à un processus de séchage innovant comme le séchage par expansion (Détente Instantanée Contrôlée (DIC) suivie de Séchage à Air Chaud (HAD)), d'autre part. Le séchage par convection contrôlée avec une température comprise entre 45 et 60 °C a réduit le temps de séchage de 5,6 h et 4,3 h, pour des vitesses d'air de 1,5 et 2,5 m s-1, respectivement. Le séchage hybride à l'aide d'un échangeur de chaleur à eau géothermique (GWHE) a permis de sécher la pâte de tomate en 18 heures consécutives, avec une température de séchage moyenne de 38 °C la nuit. Le système hybride s'est avéré plus approprié et plus attrayant en termes de qualité visuelle et économique avec un retour d’investisement de 2,21 ans contre 8,44 ans pour le séchoir basique. Parmi huit modèles mathématiques, le modèle proposé avec un coefficient de corrélation le plus élevé R2 = 0,9996 s'est avéré plus approprié pour décrire le comportement de séchage en utilisant quatre techniques de séchage de la pâte de tomate. Les échantillons de pâte de tomate ont été pré-séchés à 0,6 (g/g, d.b) en utilisant le système hybride intégré à un échangeur GWHE ensuite traités par la technologie de détente instantanée contrôlée (DIC). La technologie DIC avec (P = 0,3 MPa, t = 30 s) a réduit systématiquement le temps de séchage par rapport au séchage solaire hybride de 7 h à 1,5 h. La diffusivité a été améliorée de 386, 162 et 157% pour la technologie DIC par rapport aux échantillons de contrôle, pour des températures de séchage de 39, 50 et 70 °C, respectivement. De plus, l'utilisation de la technologie DIC a amélioré la qualité visuelle de la pâte de tomate séchée avec une faible consommation d'énergie par rapport aux systèmes de séchage conventionnels. L'analyse énergétique et exergétique du Séchage Hybride Solaire-Electrique (HSED) de l'ail a été réalisée en mode passif et actif. Avec une énergie de fabrication de 919,62 kWh, le temps de récupération énergétique du HSED variait entre 0,32 et 0,62 an avec un rendement exergétique compris entre 69,61%-89,86%. De plus, le potentiel d'amélioration était de l'ordre de 0,036 à 1,693 kW, respectivement, et le facteur d'impact environnemental le plus élevé de 40,35% a été atteint au rendement exergétique maximal.Abstract This thesis aims to investigate, experimentally and by modelling, the solar drying of two agro-products with high national impact, large seasonal loss and high nutritional values which are tomato in paste form and garlic. Various techniques were investigated, using convective drying and hybrid solar drying systems integrated with auxiliary heating such as geothermal water heat exchanger and electric resistance, on one hand, or coupled to innovative drying process as swell drying (Instant Controlled Pressure Drop (DIC) followed by Hot Air Drying (HAD)), on the other hand. Controlled convective drying with temperature in the range of 45-60 °C reduced drying time by 5.6 h and 4.3 h, for air velocities of 1.5 and 2.5 m s-1, respectively. Hybrid drying using geothermal water heat exchanger (GWHE) allowed to dry tomato paste in 18 consecutive hours, with average drying temperature of 38 °C at night. The hybrid system was found to be more suitable and attractive in both visual quality and economically with a payback period of 2.21 years compared with 8. 44 years for basic dryer. Among eight mathematical models, the proposed model with highest correlation coefficient R2 =0.9996 was found to be more suitable to describe the drying behavior using four drying techniques of tomato paste. Samples of tomato paste were pre-dried to 0.6 (d.b) using the hybrid system provided with GWHE and then treated by instant controlled pressure drop (DIC) technology. DIC technology with (P =0.3 MPa, t =30 s) reduced systematically the drying time compared with hybrid solar drying from 7 h to 1.5 h. Effective moisture diffusivity improved by 386, 162, and 157% for DIC technology compared with controlled samples, for drying temperature of 39, 50 and 70 °C, respectively. Moreover, using DIC technology enhanced the visual quality of dried tomato paste with low energy consumption compared to conventional drying systems. Energy and exergy analysis of Hybrid Solar-Electric Drying (HSED) of garlic has been carried out under passive and active mode. With embodied energy of 919.62 kWh, the energy payback time for the HSED varied between 0.32 and 0.62 years with exergy efficiency in the range of 69.61%-89.86%. In addition, improvement potential was in the range of 0.036-1.693 kW, respectively, and the highest environmental impact factor of 40.35% was achieved at the maximum exergy efficiency. Keywords: Solar Drying; Tomato Paste; Garlic; Heat Exchanger; Geothermal Water; Payback Period; Instant Controlled Pressure Drop DIC; Energy Consumption; Quality ملخـــص تهدف هذه الأطروحة إلى التحقيق تجريبيًا ومن خلال نمذجة التجفيف الشمسي لمنتجين زراعيين ذوي تأثير وطني كبير إلى جانب خسارة موسمية كبيرة وقيمة غذائية عالية هما الطماطم في شكل معجون والثوم.استعملت تقنيات مختلفة للتجفيف بالحمل الحراري وأنظمة التجفيف الشمسي الهجين المدمجة مع التسخين الإضافي مثل مبادل حراري يعمل بالمياه الجوفية والمقاومة الكهربائية ، من ناحية ، أو مقترنة بعملية التجفيف المبتكرة مثل التجفيف باستعمال التحرير اللحظي للضغط (DIC) ، من ناحية أخرى. سمح التجفيف الحراري المتحكم فيه تحت درجة حرارة في حدود 45-60 درجة مئوية بتقليل مدة التجفيف بمقدار 5.6 ساعة و 4.3 ساعة ، لسرعات هواء تبلغ 1.5 و 2.5 م/ثا على التوالي. يسمح التجفيف الهجين باستخدام المبادل الحراري للمياه الجوفية (GWHE) بتجفيف معجون الطماطم خلال 18 ساعة متتالية ، بمتوسط درجة حرارة تجفيف 38 درجة مئوية في الليل. لوحظ أن النظام الهجين أكثر ملاءمة وجاذبية من حيث الجودة ومن الناحية الاقتصادية مع فترة استرداد رأس المال المدفوع مقدرة بــــــــ 2.21 سنة مقارنة بـــــــ 8.44 سنة للمجفف العادي. من بين ثمانية نماذج رياضية ، وجد أن النموذج المقترح ذو أعلى معامل ارتباط R2 =0.9996 أكثر ملاءمة لوصف وتتبع سلوك التجفيف باستخدام أربع تقنيات تجفيف لمعجون الطماطم. عينات من معجون الطماطم مجففة مسبقًا إلى 0.6 (d.b) باستخدام النظام الهجين المزود بـ GWHE و معالجة بتقنية (DIC). سمحت تقنية التحرير اللحظي للضغط DIC مع (P = 0.3 MPa ، t = 30 s) بتقليل مدة التجفيف مقارنة بالتجفيف الشمسي الهجين من 7 ساعات إلى 1.5 ساعة. تم تحسين انتشار الرطوبة بنسبة 386 و 162 و 157٪ لتقنية DIC مقارنة بالعينات الشاهدة، بدرجة حرارة تجفيف تبلغ 39 و 50 و 70 درجة مئوية على التوالي. علاوة على ذلك ، فإن استخدام تقنية DIC يعزز الجودة المرئية لمعجون الطماطم المجفف مع استهلاك منخفض للطاقة مقارنة بأنظمة التجفيف التقليدية. تم إجراء تحليل الطاقة للتجفيف الهجين بالطاقة الشمسية والكهربائية (HSED) للثوم في حالة التجفيف العادي والنشط. مع الطاقة المجسدة البالغة 919.62 كيلوواط ساعة ، تراوح وقت استرداد الطاقة لـ HSED بين 0.32 و 0.62 سنة مع تفاوت كفاءة الطاقة من 69.61٪ إلى 89.86٪. بلغت قيمة التحسن في حدود 0.036-1.693 كيلوواط ، على التوالي ، وتم تحقيق أعلى معامل تأثير بيئي بنسبة 40.35٪ بأقصى كفاءة طاقوية.
Description: “Thermo-énergétique”
URI: http://dspace.univ-ouargla.dz/jspui/handle/123456789/25694
Appears in Collections:Département de Génie des procédés - Doctorat

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Final Thesis_T_H_compressed.pdf2,03 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.