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Frigo solaire pour la conservation de vaccins . Description du projet. Objectif Développement d’un prototype de frigo solaire destiné à la conservation de vaccins. Projet de coopération au développement en collaboration avec l’Université de Ouagadougou (UO) au Burkina Faso. - PowerPoint PPT Presentation
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Frigo solaire pour la
conservation de vaccins
ObjectifDéveloppement d’un prototype de frigo solaire
destiné à la conservation de vaccins
Description du projet
Projet de coopération au développement en collaboration avec
l’Université de Ouagadougou (UO) au
Burkina Faso
Page 2
Etapes du projet
Etude préliminaireConception et dimensionnement
Achat des matériauxConstruction à l’ULB
Evaluation du prototype
Reconstruction au Burkina FasoOutil d’enseignement et reproduction
Page 3
Cahier des charges
Page 4
Contraintes• Production de 5 kg de glace• 3 jours d’autonomie en absence de soleil• Volume maximum : 2m³• Frigo transportable• Isolation de la chambre froide: panneaux sous
vide• Quantité de vaccins (choléra, polio, méningite) :
2/3 kg• Couples frigorifiques : silicagel/eau ou
ammoniac/eau
Etapes du projet
Etude préliminaireConception et dimensionnement
Achat des matériauxConstruction à l’ULB
Evaluation du prototype
Reconstruction auBurkina FasoOutil d’enseignement et reproduction
Page 5
Construction
recyclable toxicité coût
Silicagel/eauadsorption
Ammoniac/eauabsorption
Principe de fonctionnement
Machine frigorifique à adsorption
Page 6
complexe
simple 54€/kg
28€/2,5l
Choix du couple de l’absorbeur de chaleur
Principe de fonctionnement
Tubes en acier
Absorbeur plan
Page 7
Choix de l’absorbeur de chaleur
Chauffage (7h-10h)
Principe de fonctionnement
1
Cycle frigorifique à adsorption
Rayonnement solaire augmentation de
température dans le capteur
But : atteindre la température de désorption
Objectif : eau des bacs glacePage 8
Principe de fonctionnement
Désorption (10h-16h)
Eau fixée sur le silicagel se désorbe phase vapeur
Circulation de cette vapeur d’eau
Condensation phase liquide
évaporateur vide
Bacs d’eau remplis Page 9
Cycle frigorifique à adsorption
2
3
Principe de fonctionnement
Eau est stockée et se refroidie dans la tuyauterie
19h : ouverture de la vanne
Évaporateur : eau liquide du cycle
eau liquide des bacs
Cycle frigorifique à adsorption
Refroidissement (16h-19h)
Volet ouvert
Page 10
Principe de fonctionnement
Adsorption (19h-7h)
4
Page 11
Diminution de la température extérieure
évaporation de l’eau du cycle congélation de l’eau dans les bacs
refroidissement du volume utile adsorption de l’eau du cycle formation d’un cycle en 24h
Cycle frigorifique à adsorption
Volet ouvert
Etapes du projet
Etude préliminaireConception et dimensionnement
Achat des matériauxConstruction à l’ULB
Evaluation du prototype
Reconstruction au Burkina FasoOutil d’enseignement et reproduction
Page 12
Etude théorique
Quantité d’eau dans le cycle
Énergie pour former 5 kg de glace : masse d’eau évaporée :
Page 13
Etude théorique
Quantité de silicagel
• Hypo : adsorption d’eau par le silicagel = 38%
Msilicagel min =2,8kg
• Épaisseur min de l’absorbeur = 2-3 cm• Coefficient de sécurité
Choix : Msilicagel = 7 kg épaisseur = 2,2 cm
Page 14
Bilan énergétique du capteur• But : estimer la surface du capteur telle que tdésorption total < tensoleillement par jour
• tdésorption total = tchauffe + tdésorption
Etude théorique
Page 15
Chauffe Désorption
Calcul de tchauffe
où Mtot = Meau + Msilicagel + Macier
si Tdésorption = 340 K (67 °C) et surface = 0,95*0,95 m²
tchauffe = 50 min
Etude théorique
Bilan énergétique du capteur
Page 16
Bilan énergétique du capteur• Calcul de tdésorption :
Et Si Tdésorption = 340 K (67 °C) et surface = 0,95*0,95 m²
tdésorption = 7h30
tdésorption total = 8h20
Etude théorique
Page 17
Calcul thermique• But : estimer les épaisseurs d’isolant pour conserver
la glace• Outil : Femlab• Méthode : calcul de flux de chaleur au travers du
bahut
Puissance pour conserver 5kg pendant 3 jours = puissance de fonte
P = meau Lfusion / t
épaisseurs d’isolant = 30 cm
Etude théorique
Page 18
Etapes du projet
Etude préliminaireConception et dimensionnement
Achat des matériauxConstruction à l’ULB
Evaluation du prototypeReconstruction au Burkina FasoOutil d’enseignement et reproduction
Page 19
2 parties principales
Frigo solaire
Capteur solaire
Bahut
Page 20
Capteur solaire
absorbeurpolyuréthane
vitreVolet d’aération
Page 21
L’absorbeur de chaleur renferme le silicagel
Capteur solaire
Choix des matériaux : absorbeur en acier profilés triangulaires en
grillage inox Dimensions : surface de 0,95m*0,95m
épaisseur de 2,6cm Page 22
Le boîtierstructure contenant l’absorbeur conserve la chaleur
Choix des matériaux : aluminium
Dimensions : plaque du fond : 1,14m * 1,14m hauteur du boîtier : 17,5 cm
Capteur solaire
Page 23
La vitre création d’un effet de serre
Capteur solaire
Choix des matériaux : verre
Dimensions : 1,12m*1,12m
Page 24
L’isolant empêche les pertes thermique vers l’extérieur recouvre les parois latérales internes et le
fond du boîtier Choix des matériaux : polyuréthane
Dimensions : épaisseur = 10 cm
Capteur solaire
Page 25
Le volet aération du capteur solaire en fin de journée
Capteur solaire
Choix des matériaux : bois
volet
charnières
Page 26
Bahut
Bahut extérieur & porteBahut intérieur
Evaporateur & bacs d'eau
Page 27
Bahut
Structure extérieure protège l'ensemble et soutient le capteur
respecte la contrainte d'encombrement et calcul thermique
Choix du matériau : aluminium
Dimensions : bahut : 100x100x70 cm³
porte : 30x100x100 cm³
Ajout des roulettes, charnières et loquets
Page 28
Bahut
Page 29
Structure intérieure Renferme le volume utile Support pour
l’évaporateur
et les bacs Espace disponible pour
3kg de vaccins Respecte contrainte
thermique
Dimensions : 40x40x40cm³
Choix du matériau : Aluminium
Bahut Isolant
Isole thermiquement le volume utile
Supporte la structure du bahut intérieur
rigide
Choix du matériau : polyuréthane
Dimensions : 30cm
Page 31
Bahut
Choix du matériau : Acier
Evaporateur L’eau s’évapore en retirant de la chaleur de
l’enceinte frigorifique Source de froid Maximise échange de chaleur et surface
d’évaportion
Page 33
Dimensions : 40x40x5 cm³
Bahut
Evaporateur
Construction :– Soudure = opération
complexe– Limitation du nombre
de soudures– Développée de la tôle– Pliage avant soudure
Page 34
Bahut
Choix du matériau : Acier
Dimensions : 20x40x4cm³
Bacs d’eau Deux réservoirs contenant de la glace pour pouvoir
régler la temperature à l’intérieur de l’enceinte Surface d’échange maximale avec l’évaporateur Ensemble contient 5L d’eau
Page 36
Connexion bahut-capteur
Autres élements : - Condenseur- Serpentin (stockage de l'eau)- Vanne à l'entrée du bahut- Raccourci avec vanne
Tuyaux Connectent bahut, capteur
et condenseur Etanchéité assurée par des
brasures
Choix de matériau : cuivre
Page 37
Connexion bahut-capteur
CondenseurVannes
Serpentin
Page 38
Etapes du projet
Etude préliminaireConception et dimensionnement
Achat des matériauxConstruction à l’ULB
Evaluation du prototype
Reconstruction au Burkina FasoOutil d’enseignement et reproduction
Page 39
Evaluation et tests
Tests prévus :• Isolation : temps pour que 5kg de glace fondent dans le
frigo • Capteur : temps necessaire pour atteindre la T° de
désorption• Tuyauterie : vérifier l'étanchéité en mettant sous pression• Contenu utile : vérification que la température du frigo se
situe dans une gamme de 2 à 8°C (vaccins)• Ensemble : test complet (avec chauffage artificiel du
capteur)
Page 40
Conclusion
Contraintes respectées?Contraintes Statut
Production de 5 kg de glace À valider
3 jours d’autonomie en absence de soleil À valider
Volume maximum (2m³) Ok
Frigo transportable OkIsolation de la chambre froide (panneaux sous vide) Pas disponible sur place
Quantité de vaccins (2/3 kg) OkCouples frigorifiques (silicagel/eau ou ammoniac/eau) Ok
Page 41
Conclusion
Démarche de l'ingénieur :
• Analyse théorique du problème• Solution pratique, compromis• Gestion de groupe : nécessite une implication de
chacun et une bonne organisation• Dialogue avec techniciens et personnes
ressources• Action concrète pour le développement
Page 42
Etapes du projet
Etude préliminaireConception et dimensionnement
Achat des matériauxConstruction à l’ULB
Evaluation du prototypeReconstruction au Burkina FasoOutil d’enseignement et reproduction
Page 43
Départ au Burkina Faso
Prochaine étape : Ouagadougou• Billets d'avions réservés• Vaccination
Sur place :• Construction d'un 2ème prototype• Test et validation en condition réelle• Expérience unique, rencontre d'une autre culture, ...
Page 44