Frigo solaire pour la conservation de vaccins

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Isaac Charbonneau
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1 Frigo solaire pour la conservation de vaccins

2 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

3 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

4 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 Page 4

5 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

6 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 /2,5l Machine frigorifique à adsorption Page 6

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

augmentation de température dans le capteur But :

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

9 Principe de fonctionnement Cycle frigorifique à adsorption 2 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

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

de l eau du cycle congélation de l eau dans les bacs refroidissement du

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

12 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

13 Etude théorique Quantité d eau dans le cycle Énergie pour former 5 kg de glace : masse d eau évaporée : Page 13

14 Etude théorique Quantité de silicagel Hypo : adsorption d eau par le silicagel = 38% M silicagel min =2,8kg Épaisseur min de l absorbeur = 2-3 cm Coefficient de sécurité Choix : M silicagel = 7 kg épaisseur = 2,2 cm Page 14

15 Etude théorique Bilan énergétique du capteur But : estimer la surface du capteur telle que t désorption total < t ensoleillement par jour t désorption total = t chauffe + t désorption Chauffe Désorption Page 15

16 Etude théorique Bilan énergétique du capteur Calcul de tchauffe où M tot = M eau + M silicagel + M acier si T désorption = 340 K (67 C) et surface = 0,95*0,95 m² tchauffe = 50 min Page 16

17 Etude théorique Bilan énergétique du capteur Calcul de tdésorption : Et Si T désorption = 340 K (67 C) et surface = 0,95*0,95 m² t désorption = 7h30 t désorption total = 8h20 Page 17

18 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 5kg pendant 3 jours = puissance de fonte P = m eau L fusion / t épaisseurs d isolant = 30 cm Page 18

19 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

20 Frigo solaire 2 parties principales Capteur solaire Bahut Page 20

21 Capteur solaire Volet d aération vitre polyuréthane absorbeur Page 21

profilés triangulaires en grillage inox Dimensions

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

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

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

25 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

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

27 Bahut Evaporateur & bacs d'eau Bahut intérieur Bahut extérieur & porte Page 27

28 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 cm³ porte : 30x100x100 Ajout des roulettes, charnières et loquets Page 28

29 Bahut Structure intérieure Renferme le volume utile Support pour l évaporateur et les bacs Espace disponible pour 3kg de vaccins Respecte contrainte thermique Choix du matériau : Aluminium Dimensions : 40x40x40cm³ Page 29

30 Bahut Structure intérieure Page 30

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

32 Bahut Page 32

33 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 Page 33

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

35 Bahut Page 35

36 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 Page 36

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

38 Connexion bahut-capteur Vannes Serpentin Condenseur Page 38

39 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

40 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

41 Conclusion Contraintes respectées? Contraintes Production de 5 kg de glace À valider Statut 3 jours d autonomie en absence de soleil À valider Volume maximum (2m³) Frigo transportable Isolation de la chambre froide (panneaux sous vide) Quantité de vaccins (2/3 kg) Couples frigorifiques (silicagel/eau ou ammoniac/eau) Ok Ok Pas disponible sur place Ok Ok Page 41

42 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

43 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

44 Départ au Burkina Faso Prochaine étape : Ouagadougou Billets d'avions réservés Vaccination Sur place : Construction d'un 2 ème prototype Test et validation en condition réelle Expérience unique, rencontre d'une autre culture,... Page 44

45 Merci pour votre attention! Page 45

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