Économies d'énergie au séchage des céréales par induction avec méthode de chauffage par induction
Chaque année, le Kazakhstan produit environ 17 à 19 millions de tonnes de céréales en poids propre, exporte environ 5 millions de tonnes de céréales, et le volume moyen de la consommation intérieure atteint 9 à 11 millions de tonnes. Le développement de l'industrie céréalière et la promotion des exportations de céréales nécessitent le développement de l'infrastructure de stockage, de transport et de séchage des céréales, y compris la construction de nouveaux silos à grains et la reconstruction des anciens, la construction de terminaux portuaires et l'achat de navires à cargaison sèche et de transporteurs de céréales (Baum, 1983). Il est nécessaire de moderniser l'industrie et cette tâche exige des efforts intensifs de la part de l'État et des producteurs nationaux de céréales.
Les participants au Forum céréalier kazakh d'Astana V KAZGRAIN-2012 ont discuté de l'état actuel du marché céréalier, des tendances et des attentes en matière de prix, ainsi que des défis à relever en matière de logistique et d'infrastructure. Il a été noté qu'il y a 10 ans, le Kazakhstan ne pouvait pas être considéré comme un exportateur de céréales, alors qu'aujourd'hui les questions d'exportation sont reconnues comme prioritaires. La production et le séchage des céréales occupent l'une des premières places dans le complexe agro-industriel et dans l'économie dans son ensemble.
L'analyse de l'expérience de nombreuses entreprises manufacturières dans le traitement post-récolte des céréales prouve que la tâche principale pour assurer la sécurité et la qualité des graines nouvellement récoltées est leur séchage. L'importance du séchage des grains augmente dans les zones humides : un retard dans le séchage ou l'exécution de cette opération en violation des régimes technologiques entraînent inévitablement des pertes de récolte. D'après les recherches, dans une humidité de 25-28% du tas pendant trois jours, la germination diminue de 20%. Et les pertes de matière sèche sont de 0,7-1% par jour lorsque l'humidité du tas de grains est de 37% (Ginzburg, 1973).
Les facteurs importants de l'utilisation efficace des séchoirs dans l'agriculture sont l'obtention d'une meilleure qualité de grain, l'augmentation de la largeur de bande des unités, ainsi que la réduction des coûts énergétiques. La base de l'amélioration de l'efficacité des séchoirs existants dans l'agriculture est d'assurer une élimination suffisante et stable de l'humidité d'un mètre cube dans les caméras des séchoirs à grains. L'une des raisons est que les unités de refroidissement, intégrées dans l'arbre de séchage, ne créent pas les conditions optimales pour un refroidissement complet du grain, ce qui réduit le volume effectif de l'arbre de séchage et l'élimination de l'humidité d'un mètre cube de la caméra.
Depuis 2010, la production de blé affiche une tendance stable à la croissance : la superficie cultivée a augmenté de 17%, le rendement de 25% et le rendement total de 52%. Au 1er janvier 2012, le Kazakhstan comptait 258 silos d'une capacité de stockage de 14 771,3 milliers de tonnes et des élévateurs d'une capacité de stockage de 14 127,8 milliers de tonnes. L'augmentation du rendement et de la récolte brute nécessite l'amélioration de la technologie de séchage afin d'éviter les pertes de récoltes et de maintenir la qualité des grains.
La méthode la plus prometteuse pour le séchage des céréales et l'élimination de l'humidité est le méthode de chauffage par induction qui reste peu étudié et rarement utilisé dans la pratique en raison des imperfections considérables des technologies de fabrication des convertisseurs de fréquence. Bien que les équipement de chauffage par induction se développe actuellement et son utilisation pour le séchage des céréales devient préférable aux méthodes de chauffage traditionnelles (Zhidko, 1982).
Actuellement, le chauffage par induction est utilisé pour le durcissement superficiel des produits en acier, le chauffage à travers la déformation plastique (forgeage, estampage, pressage, etc.), la fusion des métaux, le traitement thermique (recuit, tempérage, normalisation, trempe), le soudage, la soudure, le brasage, les métaux. Le chauffage indirect par induction est utilisé pour le chauffage d'équipements technologiques (pipelines, réservoirs, etc.), le chauffage de liquides, le séchage de couches et de matériaux (par exemple, le bois). Le paramètre le plus important des installations de chauffage par induction est la fréquence. Pour chaque processus (durcissement de la surface, chauffage à cœur), il existe une gamme de fréquences optimale, qui offre les meilleures performances technologiques et économiques. Des fréquences de 50 Hz à 5 MHz sont utilisées pour le chauffage par induction.
Les avantages du chauffage par induction sont les suivants
- La transmission de l'énergie électrique directement dans le corps de chauffe permet de chauffer directement les matériaux.
- La transmission de l'énergie électrique directement dans le corps chauffant ne nécessite pas de dispositifs de contact. Ceci est utile pour les lignes automatisées
- Lorsque le matériau chauffant est un diélectrique, par exemple un grain, la puissance est répartie uniformément dans tout le volume du matériau chauffant. Par conséquent, cette méthode d'induction permet de chauffer rapidement
- Dans la plupart des cas, le chauffage par induction permet d'accroître la productivité et d'améliorer les conditions de travail. Le dispositif à induction peut être considéré comme une sorte de transformateur, lorsque l'enroulement primaire (inducteur) est connecté à la source de courant alternatif et que le matériau chauffant sert de secondaire.
La réduction du coût de l'ensemble de l'installation passe par le développement et la mise en œuvre de dispositifs de chauffage par induction de conception simple.
La principale différence entre le chauffage par induction et les méthodes traditionnelles de séchage réside dans le chauffage volumétrique. La chaleur pénètre dans le produit (matériau) et non à partir de la surface ; elle se forme dans tout le volume en une seule fois, ce qui permet de sécher efficacement les céréales tout en consommant peu d'énergie. L'humidité est répartie uniformément dans le matériau séché pendant le processus de chauffage par induction. L'induction ne suppose pas de transfert de chaleur entre l'appareil de chauffage et le matériau. Les autres méthodes de séchage nécessitent de chauffer l'air, puis de transférer la chaleur de l'air chaud au matériau. À chaque étape - le chauffage de l'air, son transport et le transfert de la chaleur aux produits - les pertes de chaleur sont inévitables.
Aujourd'hui, les entreprises du Kazakhstan n'utilisent pratiquement pas de chauffages à induction, car ils sont très coûteux. Les anciens modèles de lampes de machines de chauffage par induction sont dépassés et ne sont pas fabriqués.
Séchage des grains par chauffage à induction. Séchage en couche descendante
Nous proposons la méthode de séchage des céréales par chauffage par induction (figure 1), dans laquelle les céréales passent, sous l'effet de la gravité, dans l'arbre de séchage. Au sommet du séchoir, les céréales sont chargées par des convoyeurs à godets ou d'autres dispositifs de transport, puis elles entrent dans la tour de séchage. Dans la caméra de la tour de séchage, l'inducteur, connecté à un convertisseur de fréquence, crée un champ électromagnétique (flux) à haute fréquence.
Séchage en couche descendante. La couche tombante représente un flux de grains en mouvement gravitationnel fortement déchargé, partiellement compensé par un flux de gaz ascendant (freinage aérodynamique). La concentration réelle des grains augmente au cours du mouvement. Séchage en couche suspendue. L'état de suspension du grain est atteint dans le courant ascendant du gaz lorsque l'on augmente la vitesse de l'alimentation électrique. Au cours du processus, toute la surface du grain est impliquée dans l'échange de chaleur et d'humidité avec le gaz. Le temps de séjour du grain dans le tube pneumatique ne dépasse pas quelques secondes ; la température de l'agent de séchage est de 350-400 °C. Cependant, la réduction de l'humidité ne représente qu'une fraction de pour cent. C'est pourquoi les appareils à couches pondérées de grains ne sont pas utilisés comme séchoir séparé, mais comme élément d'un séchoir combiné à plusieurs chambres.
Conclusion
Aujourd'hui, les entreprises agricoles et les silos sont principalement équipés de séchoirs à arbre à écoulement direct. Ces séchoirs présentent des irrégularités considérables dans le chauffage et le séchage des grains, ce qui entraîne des coûts de séchage thermique importants. La raison principale est l'imperfection de l'alimentation en agent de séchage et en air atmosphérique des couches déshydratantes du grain.
Le refroidissement efficace des grains séchés est une condition importante de la qualité du travail des sécheurs de grains. Les dispositifs de refroidissement des séchoirs à grains sont conçus de manière à ce que la température des grains à la sortie ne dépasse pas de plus de 10°C la température de l'air atmosphérique. Cependant, dans la pratique, cette valeur atteint plus de 12°C lorsque la température de l'air est supérieure à 15°C. En outre, les séchoirs à grains modernes permettent un refroidissement très inégal des différentes couches de grains. Dans ce contexte, l'application du séchage par induction peut être la méthode la plus appropriée en termes de productivité, de qualité et de rentabilité.
Références
Baum, A., 1983. Le séchage des céréales [en russe], Moscou : Kolos
Ginzburg, A., 1973. Essentiels de la théorie et de la technologie du séchage des denrées alimentaires [en russe], Moscou : Industrie alimentaire
Zhidko, V., 1982. Séchage des grains et séchoirs à grains [en russe], Moscou : Kolos