Soutenance mémoire
Au début du 19ème siècle, la voie ferrée avait fait partie de notre voie de communication avec l’évolution comme suit : de 1901 à 1913, le circuit Antananrivo-Toamasina (TCE), 1912 – 1923 réalisation du circuit Tananarive-Antsirabe (TA), 1914 – 1923 réalisation du circuit Moramanga–Ambatosoratra (MLA) et 1926 – 1936 réalisation du circuit Vodiala-Morarano. Le relief de Madagascar, les caractéristiques des rails et des roues (en acier), le genre des locomotives utilisés (locomotives Diesels-électriques), ces sont des facteurs qui entraînent le patinage (indice d’insuffisance de l’adhérence entre les roues et les rails). Et pour éviter ces patinages, les responsables ont trouvé le moyen d’assurer la bonne circulation des trains, en pratiquant le sablage des rails pour améliorer l’adhérence entre les roues et les rails.
Malgré ses avantages, grande capacité de transport (des voyageurs et des produits), ponctualité, main d’œuvre minime, maintenance et frais de transport moins coûteux, la voie ferrée a connu un disfonctionnement, mais maintenant il vient de reprendre ses activités grâce à l’effort apporté par la société MADARAIL. Ce dernier réhabilite de nombreuses infrastructures et renouvelle des matériels au sein de la voie ferrée. Et notre thème de mémoire qui s’intitule sur « L’étude d’installation d’étuvage de sable» fait partie de ce renouvellement des matériels. Ce sujet est donc un projet à réaliser par la société MADARAIL étudié en collaboration avec l’ESPA, la filière Génie Industriel département Génie Mécanique et Productique.
ETUDE DE SABLE EN VUE D’ AMELIORATION D’ ADHERENCE
Besoin en sable
A la reprise du transport ferroviaire par la société MADARAIL, le nombre de train utilisé a augmenté, alors le besoin en sable a aussi augmenté. Les données concernées sont les suivantes.
● Besoin en sable sec : 1m3 /train
● Rotation du train : tous les 3 jours
● Nombre de trains utilisés : 12
➤ Donc le besoin en sable sec : 120m3 /mois Cette estimation augmente 20% en saison de pluie :
➤ Ce besoin devient : 150m3 /mois Donc par jour on a :
• En saison sèche : 4m3 /j
• En saison de pluie : 5m3 /j .
Selon les données de la société Madarail l’installation du séchoir sera fait à Antananarivo. Pour cette raison nous avons intérêt à choisir les sables de rivière parmi les variétés de sables comme les sables de mer, les sables de désert…
Propriétés du sable à sécher
La résistance à la température
Pour le type de sable étudier, on sait que le quartz occupe la plupart de volume alors il vaut mieux qu’on analyse l’état du quartz sous différentes températures.
● à la température 573°C, le quartz ordinaire ou bas devient quartz haut ce qui entraîne de changement des propriétés physiques. Si on refroidit le quartz, il revient à son état initial.
● entre 870 et 1470°C, le quartz prend sa forme tridymite.
● au dessus de 1470°C, il prend sa forme cristobalite
● à 1710°C le quartz fond.
Définition du sable sec :
On considère le sable sec comme un sable dépourvu de son humidité superficielle ou toute humidité à l’extérieur des grains. Nous savons que l’humidité a un rapport avec la masse volumique alors nous allons analyser l’état du sable en fonction de sa masse volumique. Durant le séchage, l’humidité du sable diminue, mais en fonction de la vitesse du séchage, c’est à dire que si la vitesse du séchage est grande cette diminution est brusque. Mais on remarque qu’à partir d’un certain temps t0 d’un séchage la masse volumique du sable est presque invariable, et sa valeur est environ d’une constante ρ0 = 1160 kg/m3. On remarque qu’à ce stade le sable est dépourvu totalement de son humidité superficielle. Donc nous allons considérer que si cette valeur de la masse volumique ρ0 = 1160 kg/m3 est atteint, notre sable est sec.
Phénomène d’amélioration d’adhérence
Par définition l’adhérence est un ensemble des forces qui assurent un contact mutuel entre deux corps. Pour le train l’insuffisance d’adhérence se traduit par le patinage de roue, Mais ceci est fonction des quelques paramètres comme :
● La vitesse de déplacement du train
● La vitesse de rotation de la roue
● La charge totale du train
Et il est proportionnel à
● l’effort transmis à la jante
● la surface de la zone d’assemblage.
Et c’est pour ça qu’on détecte le patinage par le rapport de la vitesse de déplacement du train et la vitesse de rotation de la roue.
Le contact roue sur rail :
Analyser le contact des roues sur rails pendant le déplacement du train nécessite la considération d’au moins deux coefficients :
● le coefficient d’adhérence et
● le coefficient de frottement.
Ils sont définis comme le rapport entre l’effort tangentiel T et la charge du train Q, mais au départ du train on parle du coefficient d’adhérence et durant le déplacement on parle du coefficient de frottement.
Amélioration d’adhérence
En général on parle d’adhérence entre roue et rail au départ ou à l’arrêt du train car c’est là qu’on trouve des patinages, mais il se peut que ce phénomène se présente aussi au cours du parcours en fonction de la pente du circuit, de la saison et de la charge. La valeur du coefficient d’adhérence est proportionnelle à la zone d’assemblage S1. Pour améliorer ce coefficient il suffit de chercher le moyen d’augmenter la zone d’assemblage, c’est l’utilité du sablage du rail.
Le but du sablage des rails est de:
● maximiser l’aire S1, c’est-à-dire qu’on fait diminuer S2, au départ et à l’arrêt (on rappel que S2 tend à augmenter au fur à mesure que T/Q augmente)
● minimiser l’écart entre les deux vitesses, la vitesse de périphérique de la roue et la vitesse de translation de la roue pour éviter le patinage
● augmenter la puissance requière à la jante, et aussi l’effort produit par la jante (T)
● accroître la valeur que le coefficient d’adhérence peut prendre et
● diminuer celle du coefficient de frottement au départ et à l’arrêt.
Graphiquement ce processus d’amélioration d’adhérence se présente comme suit.
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Table des matières
INTRODUCTION
I. ETUDE DE SABLE EN VUE D’ AMELIORATION D’ ADHERENCE
I.1. Besoin en sable
I.2. Les caractéristiques des sables existants
I.3. Propriétés du sable à sécher
I.4. Détermination de l’humidité du sable
I.4.1. Définition du sable sec
I.4.2. Détermination de l’humidité pratique
I.5. Phénomène d’amélioration d’adhérence
I.5.1. Contact roue sur rail
I.5.2. Amélioration d’adhérence
I.5.3. Processus du sablage
I.6. Criblage du sable
I.6.1. Détermination des seuils du tamis
I.6.2. Résultats du criblage
I.6.3. Rendement du criblage
I.7. Conclusion
II. MODELISATION DE LA VITESSE DE SECHAGE DU SABLE
II.1. Notion de la vitesse de séchage
II.1.1. Le coefficient de transfert global
II.1.2. La pression partielle de vapeur de l’air asséchant
II.1.3. La pression partielle de vapeur dans le sable
II.2. Détermination de K1, K2 et K3
II.2.1. Modélisation des courbes des isothermes de sorption
II.2.1.1. Modèle du séchoir
II.2.1.2. Description du séchoir
II.2.1.3. Circuit électrique
II.2.2. Processus d’expérimentation (Objectif, Moyen, Résultats)
II.2.3. Calcul des paramètres K1, K2 et K3
II.2.3.1. Diagramme du calcul
II.2.3.2. Les interfaces de simulation
II.3. Conclusion
III.MODELISATION DU SECHOIR SOLAIRE
III.1. Modélisation de l’unité de séchage
III.1.1. Description du séchoir
III.1.2. Visualisation des différents transferts thermiques intervenant dans une tranche du séchoir
III.1.3. Les hypothèses de la modélisation
III.1.4. Description des échanges thermiques
III.1.4.1. Les coefficients d’échange par conduction
III.1.4.2. Les coefficients d’échange par convection
III.1.4.3. Les coefficients d’échange par rayonnement
III.1.5. Modélisation du séchoir
III.1.5.1. Schéma électrique équivalent à une tranche du séchoir
III.1.5.2. Les équations de transferts thermiques associées
III.1.5.3. Les expressions des différentes puissances
III.1.6. Méthode de résolution
III.2. Essais pratiques
III.2.1. Les résultats des essais
III.2.1.1. Variation de la température du sable en fonction du temps
III.2.1.2. Variation de la température du sable le long du séchoir
III.2.2. Analyse des résultats
III.3. Simulation informatique du fonctionnement du séchoir
III.3.1. L’organigramme du système
III.3.2. Les interfaces de simulation
III.4. Conclusion
IV.MODELISATION DU SECHOIR A BRULEUR
IV.1. Etude de la chambre de séchage
IV.1.1. Modèle du séchoir
IV.1.2. Paramètres du choix
IV.1.3. Circulation d’air dans le séchoir
IV.1.4. Etude des caractéristiques de l’air au cours du circuit
IV.1.4.1. Hypothèses
IV.1.4.2. Circuit de l’air asséchant
IV.1.5. La durée du séchage
IV.1.6. La vitesse de déplacement du tapis
IV.2. L’échangeur
IV.2.1. Modèle et principe
IV.2.1.1. Type de l’échangeur
IV.2.1.2. Modèle de l’échangeur
IV.2.2. Les coefficients d’échanges
IV.2.2.1. Les flux thermiques dans l’échangeur
IV.2.2.2. Les coefficients d’échanges
IV.2.2.3. Les coefficients d’échange global
IV.2.3. L’efficacité de l’échangeur
IV.2.4. Le nombre des tubes
CONCLUSION
