Etude de faisabilité d'un système solaire pour la pasteurisation des jus de fruits (pomme de cajou) : conception et simulation

Abstract

La pasteurisation est un processus de conservation d’aliments qui consiste à les chauffer à une température donnée durant une durée bien déterminée avant un refroidissement brusque, de manière à éliminer un bon nombre de micro-organismes. Dans cette étude, nous avons travaillé avec le CERER (centre d’études et de recherches sur les énergies renouvelables) où nous avons conçu et simulé un pasteurisateur solaire utilisant la technologie du chauffe-eau solaire à coût réduit. Cet appareil est destiné à pasteuriser les jus de fruits pour les industries ainsi que pour les consommateurs ruraux et urbains. D’un rendement de 100 L/h, cette machine sera entièrement en inox, compte tenu des normes de sécurité alimentaire et elle sera indépendante de l’énergie électrique pour son fonctionnement avec possibilité de stockage thermique. Il est question de proposer, une solution basée sur la technologie solaire, pour qu’elle soit substituée au gaz (butane) ou à l’électricité, actuellement utilisés pour la pasteurisation pour la majeure partie des agro-industries. Cette technologie est celle des chauffe-eaux solaires, qui produira de l’eau chaude nécessaire à la pasteurisation. Quatre cas d’études ont été menés dans les mêmes conditions de fonctionnement (débit, température, volume, section de passage du jus), à savoir : - deux cylindres coaxiaux dont le jus circule à l’intérieur et l’eau chaude dans l’extérieur et vice versa ; - un cylindre et un serpentin dont le jus circule à l’intérieur du serpentin et l’eau chaude à l’extérieur et vice versa. Un programme de simulation numérique a été développé sur Ansys Fluent 2020 R1 pour étudier l’évolution de la température du jus à travers notre surface d’échange. Le cas où le jus circule dans le serpentin offre des résultats plus satisfaisants. Il est beaucoup plus accessible que les autres avec un coefficient d’échange global thermique U= 901,57 W/m2K. Soit le seul qui respecte bien l’ordre de grandeurs des coefficients globaux des fluides en fonction de leurs viscosités. De plus les résultats de la simulation montrent que la température de sortie du jus peut atteindre 83 °C. Ce qui veut dire que notre pasteurisateur respecte bien les normes nutritionnelles car au-delà de 90 °C on attaque l’intégrité chimique de certains éléments de l’aliment. Le coût de fabrication (en annexe) de ce pasteurisateur est de 2915750 FCFA pour une durée de vie estimée à 10 ans.