Frigo solaire pour la

conservation de vaccins

ObjectifDéveloppement d’un prototype de frigo solaire

destiné à la conservation de vaccins

Description du projet

Projet de coopération au développement en collaboration avec

l’Université de Ouagadougou (UO) au

Burkina Faso

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Etapes du projet

Etude préliminaireConception et dimensionnement

Achat des matériauxConstruction à l’ULB

Evaluation du prototype

Reconstruction au Burkina FasoOutil d’enseignement et reproduction

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Cahier des charges

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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

Etapes du projet

Etude préliminaireConception et dimensionnement

Achat des matériauxConstruction à l’ULB

Evaluation du prototype

Reconstruction auBurkina FasoOutil d’enseignement et reproduction

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Construction

recyclable toxicité coût

Silicagel/eauadsorption

Ammoniac/eauabsorption

Principe de fonctionnement

Machine frigorifique à adsorption

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complexe

simple 54€/kg

28€/2,5l

Choix du couple de l’absorbeur de chaleur

Principe de fonctionnement

Tubes en acier

Absorbeur plan

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Choix de l’absorbeur de chaleur

Chauffage (7h-10h)

Principe de fonctionnement

1

Cycle frigorifique à adsorption

Rayonnement solaire augmentation de

température dans le capteur

But : atteindre la température de désorption

Objectif : eau des bacs glacePage 8

Principe de fonctionnement

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

Cycle frigorifique à adsorption

2

3

Principe de fonctionnement

Eau est stockée et se refroidie dans la tuyauterie

19h : ouverture de la vanne

Évaporateur : eau liquide du cycle

eau liquide des bacs

Cycle frigorifique à adsorption

Refroidissement (16h-19h)

Volet ouvert

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Principe de fonctionnement

Adsorption (19h-7h)

4

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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

Cycle frigorifique à adsorption

Volet ouvert

Etapes du projet

Etude préliminaireConception et dimensionnement

Achat des matériauxConstruction à l’ULB

Evaluation du prototype

Reconstruction au Burkina FasoOutil d’enseignement et reproduction

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Etude théorique

Quantité d’eau dans le cycle

Énergie pour former 5 kg de glace : masse d’eau évaporée :

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Etude théorique

Quantité de silicagel

• Hypo : adsorption d’eau par le silicagel = 38%

Msilicagel min =2,8kg

• Épaisseur min de l’absorbeur = 2-3 cm• Coefficient de sécurité

Choix : Msilicagel = 7 kg épaisseur = 2,2 cm

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Bilan énergétique du capteur• But : estimer la surface du capteur telle que tdésorption total < tensoleillement par jour

• tdésorption total = tchauffe + tdésorption

Etude théorique

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Chauffe Désorption

Calcul de tchauffe

où Mtot = Meau + Msilicagel + Macier

si Tdésorption = 340 K (67 °C) et surface = 0,95*0,95 m²

tchauffe = 50 min

Etude théorique

Bilan énergétique du capteur

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Bilan énergétique du capteur• Calcul de tdésorption :

Et Si Tdésorption = 340 K (67 °C) et surface = 0,95*0,95 m²

tdésorption = 7h30

tdésorption total = 8h20

Etude théorique

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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 = meau Lfusion / t

épaisseurs d’isolant = 30 cm

Etude théorique

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Etapes du projet

Etude préliminaireConception et dimensionnement

Achat des matériauxConstruction à l’ULB

Evaluation du prototypeReconstruction au Burkina FasoOutil d’enseignement et reproduction

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2 parties principales

Frigo solaire

Capteur solaire

Bahut

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Capteur solaire

absorbeurpolyuréthane

vitreVolet d’aération

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L’absorbeur de chaleur renferme le silicagel

Capteur solaire

Choix des matériaux : absorbeur en acier profilés triangulaires en

grillage inox Dimensions : surface de 0,95m*0,95m

épaisseur de 2,6cm Page 22

Le boîtierstructure contenant l’absorbeur conserve la chaleur

Choix des matériaux : aluminium

Dimensions : plaque du fond : 1,14m * 1,14m hauteur du boîtier : 17,5 cm

Capteur solaire

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La vitre création d’un effet de serre

Capteur solaire

Choix des matériaux : verre

Dimensions : 1,12m*1,12m

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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

Capteur solaire

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Le volet aération du capteur solaire en fin de journée

Capteur solaire

Choix des matériaux : bois

volet

charnières

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Bahut

Bahut extérieur & porteBahut intérieur

Evaporateur & bacs d'eau

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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

porte : 30x100x100 cm³

Ajout des roulettes, charnières et loquets

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Bahut

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Structure intérieure Renferme le volume utile Support pour

l’évaporateur

et les bacs Espace disponible pour

3kg de vaccins Respecte contrainte

thermique

Dimensions : 40x40x40cm³

Choix du matériau : Aluminium

Bahut

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Structure intérieure

Bahut Isolant

Isole thermiquement le volume utile

Supporte la structure du bahut intérieur

rigide

Choix du matériau : polyuréthane

Dimensions : 30cm

Page 31

Bahut

Page 32

Bahut

Choix du matériau : Acier

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

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Dimensions : 40x40x5 cm³

Bahut

Evaporateur

Construction :– Soudure = opération

complexe– Limitation du nombre

de soudures– Développée de la tôle– Pliage avant soudure

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Bahut

Page 35

Bahut

Choix du matériau : Acier

Dimensions : 20x40x4cm³

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

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Connexion bahut-capteur

Autres élements : - Condenseur- Serpentin (stockage de l'eau)- Vanne à l'entrée du bahut- Raccourci avec vanne

Tuyaux Connectent bahut, capteur

et condenseur Etanchéité assurée par des

brasures

Choix de matériau : cuivre

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Connexion bahut-capteur

CondenseurVannes

Serpentin

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Etapes du projet

Etude préliminaireConception et dimensionnement

Achat des matériauxConstruction à l’ULB

Evaluation du prototype

Reconstruction au Burkina FasoOutil d’enseignement et reproduction

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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)

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Conclusion

Contraintes respectées?Contraintes Statut

Production de 5 kg de glace À valider

3 jours d’autonomie en absence de soleil À valider

Volume maximum (2m³) Ok

Frigo transportable OkIsolation de la chambre froide (panneaux sous vide) Pas disponible sur place

Quantité de vaccins (2/3 kg) OkCouples frigorifiques (silicagel/eau ou ammoniac/eau) Ok

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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

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Etapes du projet

Etude préliminaireConception et dimensionnement

Achat des matériauxConstruction à l’ULB

Evaluation du prototypeReconstruction au Burkina FasoOutil d’enseignement et reproduction

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Départ au Burkina Faso

Prochaine étape : Ouagadougou• Billets d'avions réservés• Vaccination

Sur place :• Construction d'un 2ème prototype• Test et validation en condition réelle• Expérience unique, rencontre d'une autre culture, ...

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Merci pour votre attention!

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