Salut Did,
Je me suis livré à quelques calculs sur la reprise d'humidité par les granulés, je vous les communique:
Données de base
Sur un diagramme de Mollier, on lit que la saturation en eau de l'air à 20°C correspond à 17 g d'eau par m3 d'air. Mais à 10°C on sature à 9 g d'eau par m3.
Le taux d'humidité relative varie selon les régions, et selon l'environnement (par exemple cave avec sol terre dans un terrain peu filtrant) mais on peut tabler sur 60 à 80% dhumidité en France alors que dans le sahara, ce taux descend à 20%.
Chaleur latente de vaporisation de l'eau (Lv) en fonction de la température T*:
T ( en ° C ) 0,01 50 100 150 200 250 300 320 350 370 374,14
Lv en kJ/kg 2501 2383 2257 2114 1941 1716 1405 1239 893 442 0
Evolution du PCI avec le taux d'humlidité
Soit 1 kg de granulés de PCI 5,20 kWh/kg et de taux d'humidité 3%
Pour passer d'un PCI de 5,20 kWh/kg à un PCI de 4,9 kWh/kg il faut que ce granulé absorbe une certaine quantité d'eau.
Conséquence*: cette quantité d'eau X après humidification change la masse du granulé, si après humidification le taux d'humidité du granulé passe à 10% d'eau, on a
X/(0,97 +X)=0,10 soit X=0,097 + 0,1X X=0,097/0,9 X= 0,10777 soit 107 g d'eau/kg de granulés
et le kg de granulés de départ devient une masse de 0,97+0,10777= 1,077777 kg
La masse initiale de 1 kg a été augmentée de 7,8%
Pour 5 tonnes de granulés par exemple il faut «*ajouter*» 538 kg d'eau*!!
PCI d'un granulé à 0% d'humidité
Le PCI de 1 kg de granulés à 3% d'humidité peut s'analyser comme le PCI de granulés à 0% d'humidité moins l'énergie pour échauffer de 20 à 100°C puis vaporiser les 3% d'eau qu'il contient.
La chaleur latente de vaporisation de l'eau est 2257 kJ/kg d'eau à 100°C.
La capacité calorifique de l'eau est de 4180 J/kg/°C
donc pour échauffer et vaporiser les 0,030 kg d'eau du granulé à 3% d'humidité, il faut
0,030 x 4180x80 + 0,030x2257000 = 77742 J ou 77742/3600= 21,595 Wh ou encore 0,0216 kWh
et le PCI du granulé à 0% devient (5,20+0,0216)/0,97=5,383 kWh
Que devient le PCI des granulés après humidification à 10%*?
La masse d'eau ajoutée est 0,1077 g et l'énergie nécessaire à son «échauffement et sa vaporisation est
0,1077x4180x80 + 0,1077x2257000 = 279094 J ou 279094/3600= 77,53 Wh ou 0,0775 kWh
Et le PCI du granulé à 10% d'humidité devient (5,383 – 0.0775)/1.0777= 4,92 kWh
On retrouve bien le fait que le granulé est passé de 5,2 à 4,92 kWh/kg de granulé
Humidification du granulé dans le silo
Supposons que la reprise d'humidité s'est produite après livraison, au cours du stockage. La masse séche de granulés n'a pas changée, mais seulement la masse apparente, qui a augmentée de 7,8% (la masse d'eau qui a été absorbée)
En supposant le rendement de combustion inchangé, la perte d'énergie est limitée à l'échauffement et la vaporisation de l'eau qui a été capturée lors du stockage, soit 78 g d'eau par kg de granulés livrés.
Soit 0,078x4180x80 + 0,078x2257000 = 202129 J ou 56,15 Wh (ou 0,05615 kWh)
Cela correspond à 0,05615/5,2= 10,8% de perte d'énergie pour l'utilisateur par rapport au granulé livré
C'est à dire beaucoup plus que la variation apparente de PCI (5,2 – 4,92)/5,2 = 5,4%
Humidification par l'air, Quantité d'air nécessaire
Pour 1 kg de granulés livrés à 3% il faut 7,8% d'eau pour passer ce granulé à 10% d'humidité soit 78 g d'eau. Quelle est la quantité d'air (saturé en eau) correspondante?
air à 20°C saturé en eau, cela correspond à 78/17= 4,59 m3/kg de granulés
air à 10°C saturé en eau, cela correspond à 78/9=8,67 m3/kg de granulés
Conclusions
Autrement dit, l'humidification dans un silo nécessite un contact prolongé avec l'air.
Le contact avec l'air initial du dessus du silo lors du remplissage ne suffit pas à l'humidifier, car la quantité d'air est trop faible. Le transfert depuis le camion (qui devrait être équipé d'une cartouche pour dessécher l'air à l'aspiration du compresseur) ne suffit pas non plus à humidifier le granulé, car la quantité d'air est de l'ordre de 4 fois celle des granulés.
Par contre une aération permanente et assez forte du silo suffira à la longue pour l'humidifier jusqu'à 10%. Prenons par exemple un silo de 10 m3 rempli avec 5 tonnes de granulés (soit un volume occupé de 7,5 m3), il reste 2,5 m3 d'air au dessus.
Nous avons vu qu'il fallait 4,59 m3 d'air à 20°C saturé d'eau par kg de granulés, soit pour 5 tonnes 4,59x5000= 22950 m3 d'air à 20°C
Si l'air au dessus des granulés est à 20°C et est renouvelé toutes les heures, il faudra 382 jours (en supposant que toute l'humidité de l'air soit capturée) donc environ une année entière pour humidifier le granulé. Si cet air est à 10°C il faudra à peu près le double de temps.
Si le renouvellement d'air est plus limité, par exemple un volume par jour, il faudra 22950/2,5 = 9180 jours pour passer à 10% d'humidité, soit environ 25 ans.
En 220 jours (1 saison de chauffe) le granulé aura subi une augmentation de 2,40 % de l' augmentation de 10-3=7% soit 0,168% d'augmentation de l'humidité des granulés (négligeable).
C'est aussi pourquoi il faut que l'air moteur de l'aspiration entre silo et chaudière soit toujours le même.
Cordialement,
Herve
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