Frigo solaire pour la conservation de vaccins Description

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 Page 2

Etapes du projet Etude préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outil d’enseignement et reproduction Page 3

Cahier des charges Contraintes • Production de 5 kg de glace • 3 jours d’autonomie en absence de soleil • Volume maximum : 2 m³ • 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 Page 4

Etapes du projet Etude préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outil d’enseignement et reproduction Page 5

Principe de fonctionnement Choix du couple de l’absorbeur de chaleur Construction recyclable toxicité coût Silicagel/eau adsorption simple 54€/kg Ammoniac/eau absorption complexe 28€/2, 5 l Machine frigorifique à adsorption Page 6

Principe de fonctionnement Choix de l’absorbeur de chaleur Tubes en acier Absorbeur plan Page 7

Principe de fonctionnement Cycle frigorifique à adsorption 1 Chauffage (7 h-10 h) Rayonnement solaire augmentation de température dans le capteur But : atteindre la température de désorption Objectif : eau des bacs glace Page 8

Principe de fonctionnement Cycle frigorifique à adsorption 2 Désorption (10 h-16 h) § 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

Principe de fonctionnement Cycle frigorifique à adsorption 3 Volet ouvert Refroidissement (16 h-19 h) § Eau est stockée et se refroidie dans la tuyauterie § 19 h : ouverture de la vanne Évaporateur : eau liquide du cycle eau liquide des bacs Page 10

Principe de fonctionnement Cycle frigorifique à adsorption 4 Volet ouvert Adsorption (19 h-7 h) § 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 24 h Page 11

Etapes du projet Etude préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outil 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, 8 kg • Épaisseur min de l’absorbeur = 2 -3 cm • Coefficient de sécurité Choix : Msilicagel = 7 kg épaisseur = 2, 2 cm Page 14

Etude théorique Bilan énergétique du capteur • But : estimer la surface du capteur telle que tdésorption total < tensoleillement par jour • tdésorption total = tchauffe + tdésorption Chauffe Désorption Page 15

Etude théorique Bilan énergétique du capteur Calcul de tchauffe où Mtot = Meau + Msilicagel + Macier si Tdésorption = 340 K (67 °C) et surface = 0, 95*0, 95 m² tchauffe = 50 min Page 16

Etude théorique Bilan énergétique du capteur • Calcul de tdésorption : Et Si Tdésorption = 340 K (67 °C) et surface = 0, 95*0, 95 m² tdésorption = 7 h 30 tdésorption total = 8 h 20 Page 17

Etude théorique 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 5 kg pendant 3 jours = puissance de fonte P = meau Lfusion / t épaisseurs d’isolant = 30 cm Page 18

Etapes du projet Etude préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outil d’enseignement et reproduction Page 19

Frigo solaire 2 parties principales Capteur solaire Bahut Page 20

Capteur solaire Volet d’aération vitre polyuréthane absorbeur Page 21

Capteur solaire L’absorbeur de chaleur renferme le silicagel Choix des matériaux : absorbeur en acier profilés triangulaires en grillage inox Dimensions : surface de 0, 95 m*0, 95 m épaisseur de 2, 6 cm Page 22

Capteur solaire Le boîtier structure contenant l’absorbeur conserve la chaleur Choix des matériaux : aluminium Dimensions : plaque du fond : 1, 14 m * 1, 14 m hauteur du boîtier : 17, 5 cm Page 23

Capteur solaire La vitre création d’un effet de serre Choix des matériaux : verre Dimensions : 1, 12 m*1, 12 m Page 24

Capteur solaire 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 Page 25

Capteur solaire Le volet aération du capteur solaire en fin de journée charnières volet Choix des matériaux : bois Page 26

Bahut Evaporateur & bacs d'eau Bahut intérieur Bahut extérieur & porte 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 : 100 x 70 cm³ porte : 30 x 100 cm³ Ajout des roulettes, charnières et loquets Page 28

Bahut Structure intérieure Renferme le volume utile Support pour l’évaporateur et les bacs Espace disponible pour 3 kg de vaccins Respecte contrainte thermique Choix du matériau : Aluminium Dimensions : 40 x 40 cm³ Page 29

Bahut Structure intérieure Page 30

Bahut Isolant Isole thermiquement le volume utile Supporte la structure du bahut intérieur rigide Choix du matériau : polyuréthane Dimensions : 30 cm Page 31

Bahut Page 32

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 : 40 x 5 cm³ Page 33

Bahut Evaporateur Construction : – Soudure = opération complexe – Limitation du nombre de soudures – Développée de la tôle – Pliage avant soudure Page 34

Bahut Page 35

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 5 L d’eau Choix du matériau : Acier Dimensions : 20 x 4 cm³ Page 36

Connexion bahut-capteur Tuyaux Connectent bahut, capteur et condenseur Etanchéité assurée par des brasures Choix de matériau : cuivre Autres élements : - Condenseur Serpentin (stockage de l'eau) Vanne à l'entrée du bahut Raccourci avec vanne Page 37

Connexion bahut-capteur Serpentin Vannes Condenseur Page 38

Etapes du projet Etude préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outil d’enseignement et reproduction Page 39

Evaluation et tests Tests prévus : • Isolation : temps pour que 5 kg 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 (2 m³) Ok Frigo transportable Ok Isolation de la chambre froide (panneaux sous vide) Pas disponible sur place Quantité de vaccins (2/3 kg) Ok Couples 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 préliminaire Conception et dimensionnement Achat des matériaux Construction à l’ULB Evaluation du prototype Reconstruction au Burkina Faso Outil 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

Merci pour votre attention! Page 45