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La ventilation

1. Ventilation de refroidissement
2. Ventilation s�chante

Au cours du stockage, les grains m�me s'ils sont aux normes commerciales d'humidit� respirent, ils perdent donc du poids et leur qualit� peut �tre alt�r�e. Cela peut se traduire par une diminution de l'aptitude � la panification pour le bl� tendre, une baisse du pouvoir germinatif pour les orges de brasserie, une d�gradation de la qualit� amidonni�re pour le ma�s, un d�veloppement de moisissures ou des pullulations d'insectes. Tout ceci peut �tre �viter en refroidissant le grain, le principal rem�de contre tous ces d�g�ts est la ventilation de refroidissement.

1. Ventilation de refroidissement

1.1 Principes
1.2 Conduite
1.3 Autres types de ventilation
1.4 Donn�es techniques sur l'installation de ventilation
1.5 Pr�cautions techniques � respecter pour une ventilation efficace

1.1 Principes

L'objectif essentiel de la ventilation est le refroidissement du grain et son maintien � une temp�rature suffisamment basse pour assurer une bonne conservation, accessoirement, le but recherch� peut �tre un l�ger s�chage. La ventilation d'une masse de grain stock� a deux effets simultan�s, mais dont la r�alisation compl�te a des dur�es tr�s diff�rentes.

Dans un premier temps, relativement court, la ventilation abaisse la temp�rature du grain jusqu'� celle de l'air, c'est l'effet de refroidissement. Dans un deuxi�me temps, si la ventilation se poursuit suffisamment longtemps l'effet obtenu peut �tre un l�ger s�chage. Dans un cas comme dans l'autre, les ph�nom�nes physiques commandant les �changes de chaleur et d'eau d�coulent des lois d'�quilibre entre l'air et le grain.

Le premier �quilibre se produit tr�s rapidement en ventilation: il concerne la temp�rature du grain. Avant la ventilation, elle est plus �lev�e que celle de l'air, apr�s ventilation elle se stabilisera � une valeur l�g�rement sup�rieure, �gale ou inf�rieure � la temp�rature de cet air de ventilation. Le r�sultat final d�pend de l'humidit� relative de l'air:

Le diagramme ci-apr�s, �tabli � partir de tous ces param�tres, pr�cise les conditions dans lesquelles la ventilation est la plus efficace.

Pour la r�alisation de cet �quilibre de temp�rature entre l'air et le grain, les besoins en air sont limit�s de 800 � 1500 m3 d'air par m�tre cube de grain quelle que soit l'ampleur du refroidissement.

Le deuxi�me �quilibre est celui concernant l'alignement de la teneur en eau du grain sur l'humidit� relative de l'air de ventilation. Cette �volution est tr�s lente, pour la r�alisation de ce deuxi�me �quilibre, les besoins en air sont beaucoup plus importants, de l'ordre de 50 000 � 80 000 m3 d'air par m3 de grain. Il faudrait donc de 150 � 300 jours de ventilation continue pour s�cher le grain de 2 � 3 points.

Lors d'une ventilation, c'est la partie inf�rieure de la cellule (par o� arrive l'air) qui est refroidie la premi�re compl�tement. Juste au-dessus s'�tablit une zone de transition, dans laquelle se fait le refroidissement, qui monte tr�s lentement. Le sommet du tas ne commence � refroidir que lorsque la zone de transition l'atteint il n'est compl�tement refroidi que lorsque la zone de transition l'a compl�tement travers�.

On ne doit arr�ter d�finitivement la ventilation que lorsque la temp�rature de la couche sup�rieure du grain devient voisine de la temp�rature de l'air (�cart inf�rieur � 2 ou 3 �C).

Principe de la ventilation.

1.2 Conduite:

Le grain stock� perd du poids parce qu'il respire et cela d'autant plus qu'il est plus chaud. Parall�lement la chaleur d�gag�e par la respiration �chauffe le grain qui va respirer encore plus, donc s'�chauffer encore plus et ainsi de suite (voir chapitre: m�canismes d'alt�ration des grains).

L'exp�rience montre qu'il faut maintenir le grain en dessous de 12 �C pour une bonne conservation. A la moisson, le grain est presque toujours chaud (25 � 35 �C suivant les conditions de r�colte). Comme il conduit mal la chaleur, un tas de grain ne peut se refroidir tout seul lorsque la temp�rature ext�rieure baisse, donc pour refroidir il faut ventiler.

En cas de stockage de longue dur�e, au printemps et en �t�, la temp�rature de la masse de grain s'�l�ve lentement. Pour �viter qu'elle d�passe 12 �C, le meilleur moyen consiste � abaisser la temp�rature du lot de grain pendant l'hiver vers 10 �C pour un stockage inf�rieur � 6 mois et vers 5 �C pour une conservation d'un an. Pour refroidir, il faut faire circuler de l'air plus froid que le grain, dans toute la masse de grain.

On ventilera de pr�f�rence la nuit:

Mais il n'est pas possible de ramener en une seule fois du grain de 30 ou 35 �C � 10 �C car en �t� la diff�rence de temp�rature entre grain et air n'est g�n�ralement jamais aussi importante. Il faut donc proc�der par �tape ou dose de ventilation:

Dans la pratique une dose de ventilation ne peut �tre appliqu�e qu'en plusieurs nuits. Interrompre la ventilation pendant la journ�e est sans cons�quence nocive, tant que la dur�e totale d'une dose de ventilation ne d�passe pas la dur�e pendant laquelle la couche sup�rieure du grain peut se conserver sans grands dommages: quelques jours pour du grain aux normes de teneur en eau, m�me si la temp�rature est �lev�e.

ATTENTION: Si la diff�rence de temp�rature entre air et grain est trop forte, il se produira des condensations d'eau sur les parois de la cellule, provoquant des zones plus humides et des moisissures. Aussi il ne faut ventiler en automne et hiver que lorsque l'�cart de temp�rature entre air et grain se situe entre 5 et 7 �C.

Pour d�cider de l'opportunit� d'une dose de ventilation il faut imp�rativement de surveiller la temp�rature.

D�s le chargement de la cellule, il est indispensable de surveiller la temp�rature de l'air et du grain (� l'aide d'un appareillage thermom�trique).

Diagramme de conduite de la ventilation pour c�r�ales aux normes (doc. itcf).

QUESTION PRATIQUE:

Peut-on r�humidifier le grain par la ventilation ?

Si un refroidissement �quivaut � une perte de l'eau contenue dans le grain, l'inverse n'est pas toujours vrai.

Une r�humidification accidentelle ou voulue ne peut se faire que si l'air est tr�s humide et plus chaud que le grain (si l'air est sec et plus chaud que le grain, il y a s�chage). Ce sont des conditions climatiques que l'on peut rencontrer au printemps lorsque la temp�rature ambiante commence � remonter. Un tel proc�d� n'est pas utilisable dans la pratique en raison de la quantit� d'�nergie mise en oeuvre, des risques de condensation et de moisissures et des faibles chances de remplir toutes les conditions favorables. A titre d'exemple, il faudrait ventiler pendant 135 heures avec un d�bit sp�cifique de 20 m3/h/m3 pour remonter l'humidit� d'un lot d� 13,6 � 15,2, la temp�rature de ce lot �tant de 7 �C.

L'exp�rience se solde par une consommation de 1500 kWh pour 500 m3 (400 q) de grain !

Le grain va-t-il se r�humidifier si on ventile par temps de pluie ou de brouillard ?

La r�ponse est NON.

Une ventilation de refroidissement effectu�e par temps humide ne r�humidifie pas le grain � partir du moment o� l'air de ventilation est plus froid que le grain.

REFROIDISSEMENT = PERTE D'EAU

Ceci a �t� maintes fois v�rifi� par des exp�riences r�alis�es par l'ITCF.

Le r�sultat est-il le m�me avec de l'air ne ou de l'air humide ?

L'humidit� de l'air a une influence sur la ventilation des grains, mais seulement au niveau de l'ampleur du refroidissement.

Air humide (80 � 100 %): faible perte d'eau, refroidissement moyen,

Air sec.. (50 � 80 %): perte d'eau importante, refroidissement plus important de quelques degr�s.

Lors du refroidissement de deux lots de grain effectu� en plusieurs �tapes (par exemple de 30 � 10 �C) l'un avec de l'air diurne g�n�ralement sec, l'autre avec de l'air nocturne plus froid et plus humide, la deuxi�me solution pr�sente l'avantage de provoquer une perte d'eau totale inf�rieure de 0,5 point � celle d�coulant d'une ventilation avec de l'air sec.

IL EST DONC PARFAITEMENT POSSIBLE DE NE VENTILER QUE LA NUIT, D'ARRETER LE VENTILATEUR DANS LA JOURNEE ET DE LE REMETTRE EN MARCHE LA NUIT SUIVANTE.

L'orge de brasserie demande-t-elle des pr�cautions de stockage particuli�res ?

L'orge de brasserie est plus d�licate � conserver que le bl� parce qu'il faut lui conserver son pourvoir germinatif.

Pour cette raison, l'orge de brasserie doit �tre trait�e comme des semences. C'est elle qui sera ventil�e en priorit� sur les autres c�r�ales si toute l'installation de stockage n'est pas ventilable simultan�ment: m�me avec une humidit� de 15 %, de l'orge de brasserie tr�s chaude (au-dessus de 30 �C) n'est pas conservable plus d'une ou 2 semaines: alors que ramen�e aux environs de 10 �C, elle peut �tre conserv�e jusqu'au printemps (6 mois).

UN POUVOIR GERMINATIF SUPERIEUR A 95 % EST L'EXIGENCE FONDAMENTALE DES MALTEURS.

Est-il possible d'automatiser les op�ration de refroidissement du grain ?

L'automatisation partielle de la ventilation permet de simplifier ces op�rations et supprime aussi l'obligation de surveiller continuellement le grain pendant son refroidissement. Elle est possible en intercalant sur le circuit d'alimentation du moteur �lectrique, les �l�ments suivants:

1.3 Autres types de ventilation:

Pour des c�r�ales � humides � au-del� de 17 % de teneur en eau, dans ce cas, la ventilation est surtout utilis�e comme moyen de conservation provisoire sur des grains en attente de passage au s�choir, qu'il s'agisse de c�r�ales humides d'�t� en provenance des moisonneuses-batteuses, ou du ma�s demi-sec ayant d�j� subi un pr�s�chage. Le but recherch� est le pr�stockage ou le stockage interm�diaire avant conditionnement d�finitif.

Attention l'installation de ventilation doit correspondre � un d�bit sp�cifique dans le grain de l'ordre de 50 m3 d'air/h par m3 de grain. Ce type de ventilation effectu�e avec une installation non con�ue pour cela est plus n�faste que b�n�fique.

Ce cas particulier de ventilation a pour but de refroidir le ma�s chaud (50 � 60 �C) et encore un peu humide sortant du s�choir (18 � 19 %), tout en contribuant � �vacuer une certaine quantit� d'eau par utilisation de la chaleur accumul�e dans le grain.

Le d�bit sp�cifique d'air doit aussi dans ce cas �tre de 50 m3 d'air/h par m3 de grain alors qu'il n'est que de 10 � 20 m3 d'air/h par m3 de grain, pour une ventilation de refroidissement classique.

Pratiqu�e sur des petits lots de c�r�ales d'�t� r�colt�es humides, ce proc�d� a pour but de s�cher le grain en quelques jours. Le d�bit d'air doit �tre encore plus important: 100 � 150 m3 d'air/h par m3 de grain. Un chapitre lui est consacr� plus loin.

Ces consid�rations sur la multiplicit� des applications de la ventilation tendent � montrer qu'il est pratiquement impossible de r�aliser une installation parfaitement polyvalente. Les extrapolations hasardeuses pouvant conduire � des catastrophes, mieux vaut demander le conseil d'un sp�cialiste.

QUESTIONS PRATIQUES:

Comment ventiler du colza avec un ventilateur pr�vu pour le bl� ?

Le colza est une denr�e tr�s fragile comme tous les ol�agineux et de par la petite dimension de ses grains, tr�s exigente en pression et en puissance de ventilation. Son importance relative �tant globalement faible vis-�-vis des c�r�ales � paille ou du mais, peu d'installations sont pr�vues sp�cialement pour le colza, en particulier pour fonctionner avec des pressions et des d�bits sp�cifiques corrects.

Les solutions permettant d'am�liorer les conditions de ventilation du colza sont en g�n�ral des compromis (entre les donn�es techniques et �conomiques) � choisir en fonction de chaque cas:

Comment savoir si l'air traverse effectivement le grain ?

M�me lorsque l'on n'est pas �quip� en mat�riel de mesure tr�s complexe, il est possible d'avoir une id�e de la qualit� de son installation � l'aide d'observations tr�s simples:

Ces valeurs de d�bits et de pression ne sont valables que pour le ventilateur � x �. Mais dans tous les cas, l'ordre d�croissant des d�bits reste le m�me.

Exemple: Cellule de 240 m3 (6 m de hauteur et 7,12 m de diam�tre). Le ventilateur � x � �quipant cette cellule fournit les d�bits suivants (� 2 950 tr/mn).

Exemple de calcul du d�bit d'un ventilateur:

D�bit sp�cifique choisi: 20 m3/h par m3 de grain
Cellule cylindrique: Diam�tre: 3,28 m et hauteur 5 m
Volume: 42 m3
Le ventilateur devra d�biter: 42 x 20 = 840 m3/h

QUESTION PRATIQUE:

Le ventilateur a-t-il une influence sur l'air de ventilation ?

Au cours de son passage dans le ventilateur, l'air est comprim� l�g�rement afin de pouvoir traverser toute la couche de grain. Cette pression est exprim�e en mm de colonne d'eau (mm C.E.) ou en Pascals.

Cette compression de l'air, comme dans une pompe � v�lo. a pour cons�quence de le r�chauffer: plus la pression est �lev�e, plus l'air est r�chauff�.

L'exp�rience montre que l'air se r�chauffe de 1 �C pour une pression de 85 mm C.E. Ceci veut dire que pour les cas courants, le r�chauffage de l'air ne d�passe pas 2 � 3 �C.

Exemples de calcul du temps de refroidissement:

Temps de refroidissement en heures:

Ainsi pour un d�but sp�cifique n = 20

Le temps de refroidissement est: heures

Pour un d�bit sp�cifique n = 5

Le temps de refroidissement est: heures

1.4 Donn�es techniques sur l'installation de ventilation:

Principe de base d'une installation.

Pour refroidir compl�tement un lot de grain, il faut une quantit� d'air sensiblement constante, variant peu avec les temp�ratures du grain et de l'air:

1 000 m3 d'air par m3 de grain = dose sp�cifique

La temp�rature atteinte en fin de refroidissement d�pendra de la temp�rature de l'air. Le refroidissement doit �tre termin� avant que la couche sup�rieure du tas n'ai souffert. Pour du grain aux normes, on peut supporter 2 � 3 semaines. Si l'on ne ventile que la nuit, sur une dur�e de 10 heures par nuit, on dispose au maximum de 15 � 20 jours soit 150 � 200 heures par dose. En pratique, il sera prudent de faire plus vite pour garder une marge de s�curit�. Le principal �l�ment caract�risant les qualit�s d'une installation est le d�bit sp�cifique, ou d�bit d'air pour 1 m3 de grain ventil�, il est souvent fix� � 20 m3/h/m3 de grain. Connaissant le volume de la cellule � ventiler, on en d�duit le d�bit d'air n�cessaire en m3/heure: d�bit d'air = d�bit sp�cifique x volume de grain (voir exemple ci-contre).

A partir de ces �l�ments:

Dur�e de ventilation = dose sp�cifique: d�bit sp�cifique (voir exemple ci-contre).

Exemple de calcul pour le choix d'un ventilateur:

Soit une cellule carr�e de 5 m de c�t� et 5 m de haut

Surface au sol: 5 x 5 = 25 m2.

Volume: 25 x 5 = 125 m3

Prenons un d�bit sp�cifique de 20 m3/h/m3. Le d�bit minimum que devra fournir le ventilateur sera de: 125 m3 x 20 m3/h/m3 = 2 500 m3/h

La pression statique calcul�e est de 44 mm CE

La pression dynamique d�termin�e d'apr�s les courbes constructeurs est de 2,5 mm CE

Donc, notre ventilateur devra fournir au minimum:

La puissance absorb�e est de 0,69 x 46,5 x 1,334 : 75 = 0,57 cv (0,42 kW) donc un moteur de 0,75 cv (0,55 kW) convient.

Pour que l'air traverse toute la couche de grain, il faut vaincre les frottements en donnant � l'air une pression statique qui d�pend de la nature du grain (grosseur) et de la hauteur de la cellule. Cette pression est exprim�e en millim�tres de colonne d'eau (mm CE) ou en Pascal (Pa).

D�bit et pression statique sont les caract�ristiques de base d'une installation et servent notamment � choisir un ventilateur bien adapt�.

Si l'installation ne doit servir que pour un seul type de grain, on prendra un d�bit sp�cifique � n � de 20 m3/h/m3.

Dans le cas fr�quent o� l'installation doit servir pour divers types de grains, elle sera g�n�ralement calcul�e pour le bl� (sauf dans les r�gions du sud-ouest � dominante ma�s.

Le ventilateur qui met l'air en mouvement est caract�ris� par une courbe d�bit-pression: plus la pression demand�e augmente, plus son d�bit diminue et inversement.

Aussi, avec du ma�s qui demande une pression moindre que le bl�, une m�me installation d�bitera plus; le d�bit sp�cifique sera plus grand. Ce sera l'inverse avec de l'orge, et plus encore avec du colza.

Pour une m�me installation, l'�chelle des d�bits sp�cifiques peut se r�partir de la fa�on suivante:

Ainsi dans le cas du colza, pour �viter d'utiliser des ventilateurs trop importants, il faut s'en tenir � un d�bit sp�cifique de 10; mais, il convient de surveiller attentivement la temp�rature de la partie haute de la cellule.

Choix du ventilateur:

La pression n�cessaire pour que l'air traverse toute la masse ne d�pend, pour un grain et un d�bit sp�cifique donn�s, que de la hauteur du tas. Elle est g�n�ralement exprim�e en millim�tres de colonne d'eau (mm CE). On calcule � partir de la vitesse de l'air dans le grain et la nature de la c�r�ale (voir guide pratique sur la ventilation des grains).

Cette pression statique ne tient pas compte des frottements sur les gaines de ventilation. Mais nous verrons dans les pages suivantes que ces frottements peuvent �tre pratiquement n�glig�s si l'installation est bien con�ue. Nous chercherons sur les catalogues des fournisseurs un ventilateur satisfaisant.

Il faut cependant y ajouter une pression dynamique (la force du vent) qui d�pend essentiellement de la vitesse de l'air; dans une installation correcte, la vitesse de l'air peut �tre reli�e au d�bit.

Pour d�terminer la pression dynamique, la solution la plus s�re consiste � consulter les courbes caract�ristiques du ventilateur (courbes � demander au constructeur).

La puissance absorb�e est reli�e au d�bit et � la pression par la formule:

Le rendement est g�n�ralement indiqu� par le constructeur pour chaque condition d'utilisation. On peut cependant faire une premi�re estimation en le prenant �gal � 75 %.

La puissance du moteur d'entra�nement doit toujours �tre sup�rieure � la puissance maximale qui sera demand�e par le ventilateur. L'�cart entre ces deux puissances correspond � des normes qu'il convient de respecter:

L'�l�ment qui indique la bonne ou mauvaise utilisation du circuit triphas� EDF s'appelle le cos g Cette valeur, qui ne correspond pas au rapport entre la puissance du ventilateur et la puissance du moteur, ne peut �tre mesur�e que par un sp�cialiste. Cet �l�ment appara�t sur les plaques moteurs (par exemple cos g = 0,84 correspondant � la valeur maximale obtenue par le moteur) et sur les factures EDF sous forme de puissance r�active r�ellement consomm�e et de p�nalit�s correspondantes.

Le seuil de p�nalit� se situant � partir d'un cos g inf�rieur � 0,82 la de plage de meilleure utilisation est comprise entre 0,82 et 0,85.

Lorsque le ventilateur est entra�n� par un ensemble poulie-courroie, il convient de prendre une marge de s�curit� plus importante entre la puissance du moteur et la puissance calcul�e pour tenir compte du rendement de transmission.

Exemples:

Les diff�rents types de ventilateurs:

Les gaines de ventilation:

Elles assurent:

Leur disposition rappelle celle d'un arbre:

Dans certaines grosses installations, la gaine principale est �quip�e de trappes permettant de faire passer l'air dans chaque cellule, de mani�re ind�pendante. Ce syst�me, tr�s commode, a pour inconv�nient la difficult� de rendre �tanches les trappes, les fuites d'air peuvent �tre importantes, surtout lorsque les cellules sont vides.

Fuites d'air = mauvaise ventilation, gaspillage d'�nergie

Contrairement � une opinion g�n�ralement r�pandue, un ventilateur travaille dans de meilleures conditions lorsque la surface ventil�e est plus grande.

Ceci est obtenu:

Au passage de l'air de la gaine secondaire dans le grain, la surface totale de passage doit �tre telle que la vitesse de l'air n'y d�passe pas 0,25 m/s.

Si l'on place une gaine � l'aspiration, avant le ventilateur, son diam�tre devra �tre au moins 1,5 fois celui de l'ouie d'aspiration.

Les coudes inutiles ou trop brusques, les sections de gaines trop petites, augmentent consid�rablement la pression, donc diminuent le d�bit et font gaspiller de l'�nergie.

La r�partition des gaines de ventilation d�pend de la forme de la cellule et de leur disposition par rapport au tas de grain. Si le nombre de gaines est insuffisant, le bas de la cellule ne sera pas bien ventil�.

Zones non ventil�es

Dans une gaine de section donn�e, ne pas faire passer un d�bit sup�rieur �:

Section
cm
2
Gaine principale m3/h
(pour une vitesse de 8 m/s)
Gaine secondaire m3/h
(pour une vitesse de 4 m/s)
100 300 150
400 1 200 600
900 2 600 1 300
1 600 4 600 2 300
2 500 7 200 3 600
3 600 10 400 5 200
4 900 14 100 7 050
6 400 18 400 9 200
8 100 23 300 11 650
10 000 28 800 14 400

D�bit maxi (m3/h) dans les gaines

Avantages:

La pression diminue mais le d�bit augmente.

Le temps de ventilation simultan�e de 2 cellules ou plus est inf�rieur au temps n�cessaire pour les ventiler l'une � la suite de l'autre.

La consommation globale d'�lectricit� est plus faible.

Pr�cautions � prendre:

Le grain doit �tre de m�me nature,

La hauteur de grain doit �tre la m�me,

Si l'on ne prend pas ces pr�cautions, l'air passe dans le cellule la moins haute ou dans celle contenant les grains les plus gros (dans l'ordre: ma�s, bl�, orge, colza).

Pour certains types de ventilateur, surveiller le disjoncteur, la puissance ayant tendance � augmenter avec le d�bit.

Ne pas faire descendre le d�bit sp�cifique � des valeurs trop faibles.

La forme et la section des gaines doivent r�pondre � certaines normes:

La r�sistance des gaines au passage de l'air pourra �tre consid�r�e comme n�gligeable si leur conception r�pond � quelques normes:

La vitesse de l'air dans les gaines sera d'autant plus faible que le diam�tre de ces gaines est important. EVITER LES GAINES TROP PETITES.

Cellules rondes:

Les gaines de ventilation sont g�n�ralement livr�es avec la cellule. Le r�seau peut �tre en forme d'anneaux, ou de croix, enterr� ou pos� sur le sol. Pour les cellules en b�ton � fond conique, les gaines peuvent �tre radiales.

Leur r�partition dans la cellule est du domaine du constructeur, Certaines cellules m�talliques rondes sont �quip�es, au lieu des gaines habituelles, d'un plancher perfor� m�tallique. Ce montage, d'un prix plus �lev� que celui des gaines permet une meilleure r�partition de l'air dans la cellule. En effet, le plancher repose sur un support m�tallique ou en parpaings qui, dans la mesure o� ces derniers sont correctement dispos�s, permet � l'air de se disperser sur toute la section de la cellule.

Cellules ou cases rectangulaires:

Cas g�n�ral: dans les cellules rectangulaires, dont la hauteur est g�n�ralement plus faible qu'en cellules rondes, la forme du dessus du tas a une grande importance.

Dans le cas le plus simple on admet que la hauteur du tas est constante. La r�partition des gaines d�pend alors de la hauteur du tas (sch�ma ci contre).

Disposition des gaines dans une cellule rectangulaire (Hauteur H).

Pour d�terminer le nombre de gaines n�cessaires, nous remarquons:


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