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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.
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Description du projet Objectif Développement d’un prototype de frigo solaire destiné à la conservation devaccins Projet de coopération au développement en collaboration avec l’Université de Ouagadougou (UO) au Burkina Faso
Etapes du projet Etude préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outild’enseignement et reproduction
Cahier des charges • 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 préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outild’enseignement et reproduction
Principe de fonctionnement Choix du couple de l’absorbeur de chaleur simple 54€/kg complexe 28€/2,5l Machine frigorifique à adsorption
Principe de fonctionnement Choix de l’absorbeur de chaleur Tubes en acier Absorbeur plan
Principe de fonctionnement Cycle frigorifique à adsorption Chauffage (7h-10h) 1 • Rayonnement solaire • augmentation de température dans le capteur • But : atteindre la température de désorption Objectif : eau des bacs glace
Principe de fonctionnement Cycle frigorifique à adsorption Désorption (10h-16h) 2 • Eau fixée sur le silicagel se désorbe phase vapeur • Circulation de cette vapeur d’eau • Condensation phase liquide évaporateur vide Bacs d’eau remplis
Principe de fonctionnement Cycle frigorifique à adsorption Volet ouvert Refroidissement (16h-19h) 3 • Eau est stockée et se refroidie dans la tuyauterie • 19h : ouverture de la vanne Évaporateur : eau liquide du cycle eau liquide des bacs
Principe de fonctionnement Cycle frigorifique à adsorption Volet ouvert Adsorption (19h-7h) 4 • 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
Etapes du projet Etude préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outild’enseignement et reproduction
Etude théorique • Quantitéd’eaudans le cycle Énergie pour former 5 kg de glace : masse d’eauévaporée :
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
Etude théorique • Bilanénergétique du capteur • But : estimer la surface du capteurtelleque tdésorption total < tensoleillement par jour • tdésorption total = tchauffe + tdésorption Chauffe Désorption
Etude théorique • Calcul de tchauffe oùMtot = Meau + Msilicagel + Macier siTdésorption = 340 K (67 °C) et surface = 0,95*0,95 m² tchauffe = 50 min • Bilan énergétique du capteur
Etude théorique • Bilanénergétique 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 • Calculthermique • But : estimer les épaisseursd’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 = meauLfusion / t épaisseursd’isolant = 30 cm
Etapes du projet Etude préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outild’enseignement et reproduction
Frigo solaire • 2 parties principales • Capteursolaire • Bahut
Capteur solaire Volet d’aération vitre polyuréthane absorbeur
Capteur solaire L’absorbeur de chaleur renferme le silicagel Choix des matériaux : absorbeur en acier profiléstriangulaires en grillage inox Dimensions : surface de 0,95m*0,95m épaisseur de 2,6cm
Capteur solaire • Le boîtier structure contenantl’absorbeur conserve la chaleur Choix des matériaux : aluminium Dimensions : plaque du fond : 1,14m * 1,14m hauteur du boîtier : 17,5 cm
Capteur solaire La vitre création d’un effet de serre Choix des matériaux : verre Dimensions : 1,12m*1,12m
Capteur solaire L’isolant empêche les pertesthermiqueversl’extérieur recouvre les paroislatéralesinternes et le fond du boîtier Choix des matériaux : polyuréthane Dimensions : épaisseur = 10 cm
Capteur solaire Le volet aération du capteur solaire en fin de journée charnières volet Choix des matériaux : bois
Bahut • Evaporateur & bacs d'eau Bahut extérieur & porte • Bahut intérieur
Bahut Structure extérieure protègel'ensemble et soutient le capteur respecte la contrainted'encombrement et calculthermique Choix du matériau : aluminium Dimensions : bahut : 100x100x70 cm³ porte : 30x100x100 cm³ Ajout des roulettes, charnières et loquets
Bahut • Structure intérieure • Renferme le volume utile • Support pour l’évaporateur • et les bacs • Espacedisponible pour • 3kg de vaccins • Respectecontrainte • thermique • Dimensions : 40x40x40cm³ Choixdu matériau : Aluminium
Bahut • Structure intérieure
Bahut Isolant • Isolethermiquement le volume utile • Supporte la structure du bahutintérieur • rigide Choix du matériau : polyuréthane Dimensions : 30cm
Bahut • 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 Choix du matériau : Acier Dimensions : 40x40x5 cm³
Bahut Evaporateur Construction : • Soudure = opérationcomplexe • Limitation du nombre de soudures • Développée de la tôle • Pliageavantsoudure
Bahut • 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 Choix du matériau : Acier Dimensions : 20x40x4cm³
Connexion bahut-capteur • Tuyaux • Connectentbahut, capteur et condenseur • Etanchéitéassurée par des brasures • Choix de matériau : • cuivre • Autresélements : • Condenseur • Serpentin (stockage de l'eau) • Vanne à l'entrée du bahut • Raccourci avec vanne
Connexion bahut-capteur Serpentin Vannes Condenseur
Etapes du projet Etude préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outild’enseignement et reproduction
Evaluation et tests Tests prévus : • Isolation : temps pour que 5kg de glace fondentdans le frigo • Capteur: temps necessaire pour atteindre la T° de désorption • Tuyauterie: vérifierl'étanchéité en mettantsouspression • Contenu utile : vérificationque la température du frigo se situedansunegamme de 2 à 8°C (vaccins) • Ensemble : test complet (avec chauffageartificiel du capteur)
Conclusion Contraintes respectées?
Conclusion Démarche de l'ingénieur : • Analyse théorique du problème • Solution pratique, compromis • Gestion de groupe : nécessiteune implication de chacun et unebonne organisation • Dialogue avec techniciens et personnesressources • Action concrète pour le développement
Etapes du projet Etude préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outild’enseignement et reproduction
Départ au Burkina Faso Prochaineétape : Ouagadougou • Billets d'avionsréservés • Vaccination Sur place : • Construction d'un 2ème prototype • Test et validation en condition réelle • Expérience unique, rencontred'uneautre culture, ...