La circulation de l’air est essentielle (en séchage conventionnel et par déshumidification) pour le transfert de la chaleur nécessaire au réchauffement du bois, à l’évaporation de l’eau de surface et au transport de cette humidité. Plus la vitesse de l’air est élevée, plus le taux de transfert d’énergie à la surface du bois est grand. Ceci se traduit par une augmentation du taux d’évaporation de l’eau à la surface du bois Quel gain de productivité peut-on obtenir à la suite d’une augmentation de la vitesse de l’air de 100 pi/min?
Cette étude a pour objectif de déterminer l’impact de la vitesse de l’air sur la productivité, la qualité et la consommation énergétique du séchage du bois de construction ÉPS de l’est du Canada. Initialement, le logiciel de modélisation Drytek a été utilisé pour étudier l’effet de la vitesse de l’air sur la productivité du séchage. Les résultats des modélisations du sapin baumier, du pin gris et de l’épinette noire ont démontré un effet positif sur la productivité à la suite de l’augmentation de la vitesse de l’air.
Des essais de laboratoire ont été faits sur du bois de construction d’épinette noire 2x4x8’ provenant de la région du Lac-St-Jean au Québec. Ces essais utilisant le même programme de séchage dicté par la teneur en humidité ont été réalisés pour quatre vitesses de l’air différentes soit 300, 600, 900 et 1200 pi/min.
L’étude a démontré que la vitesse de l’air a un impact sur la productivité du séchage d’environ 2 % par augmentation de 100 pi/min de la vitesse de l’air considérant une teneur en humidité initiale de 40 % et une teneur en humidité finale de 15 %. Les gains de temps de séchage ont été obtenus uniquement de l’état vert au point de saturation des fibres (PSF). Le PSF correspond à une teneur en humidité de 25 à 30 %. Mentionnons qu‘aucune diminution du temps de séchage n’a été observée sous le PSF à la suite de l’augmentation de la vitesse de l’air. Ainsi, une teneur en humidité initiale supérieure à 40 % procure des gains supérieurs à 2 % par 100 pi/min et une teneur en humidité initiale inférieure à 40 % procure des gains inférieurs à cette valeur.
Les variations de teneur en humidité finale entre les pièces et à l’intérieur des pièces sont similaires pour les essais réalisés à différentes vitesses de l’air. Ceci révèle une qualité des sciages semblable entre les essais. De même, le gauchissement évalué visuellement dans les empilements ne montrait pas de différence significative.
La consommation électrique spécifique du système de ventilation est respectivement de 0,1, 0,2, 0,6 et 1,0 kWh/kgeau évaporée pour les essais réalisés à 300, 600, 900 et 1200 pi/min. Cette consommation spécifique est applicable uniquement au séchoir de laboratoire utilisé. Des données industrielles préliminaires nous permettent de croire que la consommation électrique spécifique de l’épinette noire est 0,06, 0,11, 0,14 et 0,18 kWh/kgeau évaporée pour les séchoirs industriels les plus efficaces avec les mêmes vitesses de l’air respectives mentionnées plus haut. Ces valeurs sont à confirmer dans une deuxième phase du projet.
Des calculs économiques relatifs aux gains en productivité obtenus par l’augmentation de la vitesse de l’air montrent qu’il est possible d’augmenter les revenus annuels pour une capacité de séchage donnée. Un gain en productivité d’environ 2 % par augmentation de 100 pi/min de la vitesse de l’air se traduit par une augmentation des revenus de 1$/Mpmp séché pour un différentiel de prix sec-vert de 50 $/Mpmp. L’augmentation passe à 2$/Mpmp pour un différentiel de prix sec-vert de 100$/Mpmp. Les coûts additionnels doivent cependant être soustraits de ces revenus potentiels pour obtenir le profit additionnel associé à l’augmentation de la vitesse de l’air. À titre d’exemple, la modification ou l’ajout de déflecteurs ou l’ajustement de l’angle des pales des ventilateurs peuvent procurer des augmentations de la vitesse de l’air à coût très minime pour l’entreprise. La modification ou l’ajout de déflecteurs n’entraînera pas d’augmentation de la consommation électrique significative puisque la même quantité d’air par unité de temps est déplacée. Le changement du système de ventilation pour un système plus puissant impliquera un certain coût en capital et une hausse de la consommation électrique par Mpmp séché. Les coûts additionnels d’opération reliés à ces changements devront être pris en considération avant de procéder à une modification.
Il est possible d’optimiser la gestion de la vitesse de l’air en fonction de l’étape de séchage de façon à réduire davantage les coûts d’énergie électrique reliés au système de ventilation, En effet, la vitesse des ventilateurs peut être réduite lorsque la teneur en humidité du bois se situe sous le PSF. Une étude réalisée précédemment chez Forintek a démontré qu’il est possible de réduire la consommation électrique du système de ventilation sans affecter la productivité des séchoirs en abaissant la vitesse des ventilateurs sous le PSF. La présente étude confirme que sous le PSF aucun gain en productivité n’est réalisé par une augmentation de la vitesse de l’air. Les usines ayant déjà des vitesses de l’air élevées ont donc intérêt à baisser la vitesse de rotation en fin séchage pour profiter d’économies d’énergie non négligeables. La détermination du PSF et l’utilisation d’un variateur de vitesse sur le système de ventilation sont nécessaires pour réaliser les gains.
Un logiciel a été utilisé dans le cadre de cette étude pour modéliser l’écoulement de l’air dans un séchoir expérimental de Forintek. L’écoulement de l’air dans le séchoir avec un empilement réel a été modélisé. Par la suite, la vitesse de l’air obtenue à la sortie de l’empilement par modélisation a été comparée à celle mesurée réellement dans le séchoir. Des valeurs similaires entre la modélisation et la réalité démontrent le potentiel d’un tel outil pour simuler des modifications au niveau de la géométrie d’un séchoir donné. L’impact direct d’une modification (ex : ajout de déflecteurs, angle des déflecteurs et du toit) sur l’écoulement de l’air pourrait être vérifié avant de procéder aux modifications du séchoir.
En résumé, il est très important de considérer les points suivants lors d’une modification du système de ventilation:
Favoriser le passage de l’air dans les empilements. Il faut s’assurer d’avoir de bonnes pratiques de lattage et d’empilement et d’utiliser adéquatement les déflecteurs.
Optimiser l’angle des pales des ventilateurs, ce qui permet d’utiliser adéquatement la puissance installée des moteurs.
S’assurer de la disponibilité de l’énergie calorifique. En effet, la même quantité d’énergie calorifique sera nécessaire pour sécher la même quantité de bois, mais dans un intervalle de temps plus court.
Envisager l’utilisation d’un variateur de vitesse pour diminuer la ventilation en dessous du PSF. Cette mesure favorise la réduction de la consommation énergétique.
Considérer l’impact de la vitesse de l’air sur les systèmes de contrôle utilisant le DTAB (différence de température à travers le bois). La modification de la vitesse de l’air peut modifier les lectures des DTAB habituelles et nécessiter des ajustements des programmes de séchage.
Des travaux supplémentaires s’avèrent nécessaires pour compléter les recommandations générées par ce projet. Dans la prochaine année, le sapin baumier et le pin gris seront testés pour déterminer le gain en productivité potentiel de l’augmentation de la vitesse de l’air pour ces essences. La gestion et l’utilisation de la consommation électrique des systèmes de ventilation industriels seront également approfondies. Les différents travaux seront réalisés en collaboration avec le Laboratoire des technologies de l’énergie d’Hydro-Québec à Shawinigan dans le cadre du programme ÉlectroBois II.