Modélisation du séchage en continu d'une nappe de fibres sur un tambour métallique chauffé par induction électrique

Un modèle prévisionnel de l'évolution de l'humidité et de la température au cours du séchage d'une nappe mince de fibres en contact avec une surface métallique chauffée par induction électrique a été posé. Il calcule également la température dans le tambour en fonction de la position. Des bilans massique et énergétique différentiels sont établis et le concept de la dérivée substantielle est utilisé pour relier les variables d'état en fonction du temps et de la position. Les processus de conduction, de convection, de radiation, d'induction thermique ainsi que le transfert d'énergie dû à la vaporisation de l'eau sont considérés explicitement. Le modèle prend en compte explicitement les perturbations dues aux variations dans l'humidité de la nappe à l' entrée du procédé. Il calcule la réponse du procédé face à ces perturbations ainsi qu'aux variables manipulées que sont la vitesse de rotation du cylindre, la puissance électrique fournie au système ainsi que la surface de contact de la nappe avec le tambour. Multiples expériences réalisées sur un banc d'essai ont permis de caractériser la réponse du procédé de séchage (température du tambour, humidité et température de la nappe) sous différentes combinaisons de conditions impliquant les variables manipulées et l'humidité de la nappe à l'entrée. Les essais ont également permis de calculer le rendement énergétique du procédé. Des mesures complémentaires de la température du tambour pendant le chauffage ont permis de bien caractériser les profils d'induction thermique dans ce dernier. L'ensemble de ces données a également permis de bien caractériser la valeur des divers paramètres du modèle et de préciser les tendances observées en fonction des variables du procédé. Les simulations effectuées ont permis de constater un degré élevé de correspondance entre les calculs et les résultats expérimentaux. Le modèle fut également utilisé pour calculer les conséquences de modifications effectuées dans le design du prototype sur le rendement énergétique.Abstract: A model was developed that predicted the evolution of the humidity and the temperature of a thin web of fibrous material during drying on the surface of a metal cylinder heated by electric induction. It also gave the temperature of the cylinder surface as a function of position. The established mass and energy balances and the concept of substantial derivatives were used to relate the state variables as a function of both time and position. The model explicitly considered heat conduction, convection and radiation as well as energy transfer caused by the evaporation of the water. Variations in the humidity of the web arriving at the cylinder were also considered. The model predicted the process responses to perturbations in the manipulated variables, these being the rotational speed of the cylinder, the electric power fed to the system, as well as the area of the web in contact with the cylinder surface. Several experiments carried out using the pilot scale dryer allowed characterization of the responses of the drying process (cylinder temperature, web humidity and temperature) to different combinations of conditions of the manipulated process variables and the initial web humidity. These trials also gave the energetic efficiency of the process. Good characterization of the thermal induction profiles was obtained from complementary measurements of the cylinder temperature during heating. The complete' data established the values of various model parameters and specified the observed tendencies of the system as a function of the manipulated variables. The simulations carried out showed a high degree of correspondence between the model predictions and the experimental results. The model was also used to calculate how modifications in the design of the prototype equipment influenced the energetic efficiency