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Projet:autocascade pour freeze drying

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FDer


Membre
Messages : 43

vendredi 25 mai 2012 à 19:37:18     
Bonjour,
voilà j'ai un projet peut être un peu fou qui est de construire une machine à lyophiliser.A freeze drying machine comme le diraient nos amis d'outre manche :-D
Rien à voir avec de l'overclocking mais tout à voir avec des systèmes de refroidissement de type cascade pour obtenir moins de -60°c .

Un petite vidéo explicative du principe:

deshydrater de la creme glacée

Plus sérieusement, le système de refroidissement devrait maintenir une température de -70°c , ce serait un piège à froid pour empêcher la vapeur d'eau de se condenser dans la pompe a vide et causer une perte rapide de cette dernière.Pour cela j'envisageait une auto-cascade avec un mélange de propane/CO2.Je pense que la puissance du systeme de refroidissement ne devra pas être énorme due au fait qu'il n'y aura pas vraiment de charge .Le but est d'avoir un maximum de surface d'échange pour permettre à toute la vapeur de se condenser.

J'ai fait un petit schéma pour vous montrer ce que j'envisage comme projet final:

Image

la chambre principale est maintenue a -30°c avec un système de refroidissement qui sera récupéré d'un congélateur typique, elle permettra de descendre la température des substances a déshydrater. cette chambre sera aussi munie d'un élément chauffant radiatif(radiatif car dans le vide, point de convection :-D ), car lorsque la pression diminuera et que l'eau se sublimera , elle pompera des calories du milieu et il faudra chauffer pour garder les -30°c.

Pour se qui est du piège a froid c'est la que j'ai un peu de mal dans la conception: je cherche a faire quelque-chose le moins coûteux possible avec un maximum de débrouillardise. c'est pourquoi j'avais penser a une autocascade propane/dioxyde de carbone suivant le schéma suivant (les vases d'expansion ne sont pas représentés, ni le système de remplissage etc c'est juste pour le principe):


Image


Qu'est ce que vous en pensez?

Pour la longueur des capillaires comment dois-je faire pour la calculer? je pensais utiliser le théorème de Bernoulli mais bon je me trompe très certainement de route :-D
Aussi pour la puissance du compresseur je pensais récupérer un compresseur de congélateur(environ 1,5Kw) pensez vous que cela sera suffisant pour condenser l'eau de quelques kilos de nourriture ?

Merci d'avance pour votre aide
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Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17358

vendredi 25 mai 2012 à 20:21:01     
Hello,

Projet intéressant pour sûr

J'ai cependant une question :

- Quelle sera la puissance de ce corps de chauffe radiant ? Je veux bien que l'évaporation de l'eau soit une transition endothermique, mais il faudra développer malgré tout une bonne puissance côté évaporateur pour avoir en fonctionnement continu ce corps de chauffe, non ? Pour du -30°C cela dit ça reste assez facilement gérable avec un solide compresseur et un détendeur thermostatique.

Concernant l'autocascade, c'est une bonne base, mais le couple R290/R744 ne fonctionnera pas pour des T° < ~ -50°C, il faudra sans doute s'orienter vert d'autres fluides de second étage, tel que l'éthane ( R170 ) ou le trifluoromethane ( R23 ) ou encore l'éthylène pourquoi pas ( R1150 ).

La détente par capillaire n'obéit malheureusement pas à de simples règles de calculs empiriques, mais à des équations complexes que certains constructeurs ont compilés dans des logiciels bien spécifiques. A notre niveau on est basiquement incapable de pouvoir prédire une longueur donnée pour n'importe quel fluide, ça sera de l'expérimentation, du moins pour l'étage inférieur ( je mettrais un détendeur thermostatique avec du R404a/R507 au premier étage ).

Pour le reste tu as l'air de connaître ton sujet, mais juste au cas où ... Il existe des pompes à vides qui peuvent s'accommoder de vapeurs d'eau, ainsi que des huiles non hygroscopiques et chimiquement neutres à l'H2O ( $$$ ... ), reste à voir le niveau de vide exigé.

En tout cas projet original, j'avais entendu parler de ces lyophilisateurs, mais sans connaître le fonctionnement au complet !

Message édité par Sk_rmouche le vendredi 25 mai 2012 à 20:23:19
FDer


Membre
Messages : 43

vendredi 25 mai 2012 à 20:49:57     
Wouhaw quelle rapidité merci

pour les élements chauffants je pensais utiliser ce genre de résistance qui ont l'avantage d’être vraiment bon marché et facilement trouvable d'occasion surtout en cette période

Merci pour le conseil sur les fluides réfrigérant en fait j'avais envisagé le mélange suite à la lecture de ceci : http://www.cooling-masters.com/systeme.php?id=26 et vu la facilité d'obtention des deux gaz j'avait foncé mais je pense que je vais devoir chercher à me fournir des gaz un peu plus exotiques que le propane et le dioxyde de carbone ^^

Pour ce qui est de la détente je pense que je me tournerai plus vers des détendeurs réglables CPEV ou des détenteurs thermostatiques (que je découvre suite à ton message )

En ce qui concerne le vide j'avoue que je n'ai pas encore trop d'idée sur la pompe que je vais acheter . Sur les différents brevets que j'ai put lire, les enceintes étaient mises à une pression de l'ordre de 1 à 5 mmHg.Pour ce qui est des pompes à vide résistante à l'eau je pense que c'est une bonne idée mais ma crainte est que l'eau évacuée se solidifie dans le mécanisme de la pompe de plus étant étudiant mon budget n'est pas très élevé :-D


Pour ce qui est de la réalisation sa risque de prendre du temps ^^ Je suis sensé être en examen
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17358

vendredi 25 mai 2012 à 21:34:42     
Tu peux rester au propane ( dans ce cas le détendeur thermostatique risque d'être difficile à trouver ) mais pour le dioxyde de carbone, son point triple mal placé fais qu'il est compliqué de l'exploiter dans un circuit frigo ( réfrigérant " fluidifiant ", design particulier de l'évaporateur etc ... Les solutions employées ne sont que du bricolage car en équivalent commercial ou industriel on utilise le R23 ou l'éthane, le CO2 restant largement utilisé au dessus de -50°C pour ses excellentes propriétés thermodynamiques ).

De l'éthane pourrait être une solution intéressante côté performance, inflammabilité du composé mis-à-part. De mes lectures j'ai pu voir qu'on l'utilisait à hauteur de 10% en mélange avec du dioxyde de carbone, il semblerait que ça retarde l'apparition de la phase solide, et qu'en tout cas ça soit un bon agent ( hydrocarbure ) qui fasse office de "solvant", mais personnellement j'ai préféré utiliser du R23, moins performant mais aussi moins emmerdant.

800 watts de puissance c'est conséquent et ce genre de résistance n'est pas très rayonnante, peut-être peux-tu utiliser une lampe infra-rouge comme celles que j'utilise dans mon étuve ? ( http://img208.imageshack.us/img208/1466/160520121133.jpg ).

Peut-être que j'oublie quelque chose, n'étant pas habitué de ce genre de machine, mais peut-être pourrais-tu essayer de tricher sur la baisse de pression ( par exemple limiter cette dernière à qqchose comme 50 mbar dans un premier temps, et condenser la vapeur recueillie dans ton piège avec un système mono-étagé classique ( peut-être même le même compresseur que pour la chambre ? ), et ensuite descendre jusqu'au palier maximal de la pompe, le peu de vapeur restant étant relativement sans incidence sur les pompes à palettes classique.

Message édité par Sk_rmouche le vendredi 25 mai 2012 à 21:35:33
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27441

vendredi 25 mai 2012 à 21:37:13     
pour la resistance je verrait plus ce genre qui chauffe pas mal ^^

http://www.adepem.com/060052_resistance-qu...lg_mc807wr.html
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17358

vendredi 25 mai 2012 à 21:45:55     
C'est pas mal ça, ça aurait été peut-être plus intelligent d'inclure ça dans mon enceinte
FDer


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Messages : 43

vendredi 25 mai 2012 à 22:02:02     
Vis a vis des résistances en fait je pensais utiliser les résistances de barbecue mais en apportant plus que 220v ?Parce que les ampoules a IR je ne sais pas si elles tiendront le coup dans la chambre a vide de plus j'ai un peu peur que les cycles de dépressurisations ne fragilisent le verre des ampoules.Pour ce qui est des résistances en quartz c'est pas une mauvaise idée

Pour l’éthane ne risque-t-il pas de former un azéotrope avec le propane?Je vais voir pour le R23 si je sais m'en procurer

Pour ce qui est de descendre à 50 mBar le problème est que je n'aurai alors pas la transition solide gaz de l'eau et j'aurai des problèmes pour garder l’intégrité structurelle des produits que je mettrai dans la chambre. mais sa reste encore a explorer)
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27441

vendredi 25 mai 2012 à 22:02:54     
ça chauffe bien les résistance en tube quartz , j'ai un appareil allemand de je sais pas quoi qui a 250W en IR comme ça et la même puissance en UV , photothérapie en force ?
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17358

vendredi 25 mai 2012 à 22:15:12     
QUOTE (FDer) :

Pour ce qui est de descendre à 50 mBar le problème est que je n'aurai alors pas la transition solide gaz de l'eau et j'aurai des problèmes pour garder l’intégrité structurelle des produits que je mettrai dans la chambre. mais sa reste encore a explorer)

Tu peux préciser quel est le niveau de vide optimal que tu dois obtenir ? Parce que plus on descend plus c'est complexe, et puis quid de l'étanchéité de la chambre aussi, c'est souvent le plus casse-pied, demande à Rosco ici présent

Pas d'azéotrope à ma connaissance avec l'éthane, c'est très utilisé en auto-cascade commerciale, avec l'éthylène le méthane, le r14 et d'autres composés que je ne connais pas. Rien ne t'empêche par ailleurs d'utiliser autre chose que du propane au premier étage. Tu peux aussi partir sur une cascade classique à deux étages ( un peu plus encombrant mais plus facile à mettre en œuvre ).
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27441

vendredi 25 mai 2012 à 22:17:47     
en fait on part d'un produit congelé qu'ont sèche sa race sous vide ? me trompe-je ?
FDer


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Messages : 43

vendredi 25 mai 2012 à 22:23:52     
Pour ce qui est du vide, le point triple de l'eau etant a 10mbar je pense qu'il faudrait aller en dessous http://upload.wikimedia.org/wikipedia/comm..._de_l%27eau.svg

Le but étant d'obtenir une sublimation de la glace pour garder la structure de la chose à déshydrater.

J'était partit au debut sur l'idée de l'autocascade parce que sa ne requierait qu'un seul compresseur mais vu qu'on trouve des congelateurs pour une bouchée de pain sur ebay je vais voir a faire une cascade a deux etage sa sera surement moins prise de tête
FDer


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Messages : 43

vendredi 25 mai 2012 à 22:24:16     
voilà kissagogo en somme c'est sa ^^ :-D
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17358

vendredi 25 mai 2012 à 22:44:36     
Ok, en dessous de 10 mbar une pompe à vide double étage de frigoriste devrait faire l'affaire ( comme dans la vidéo de ton premier post )
FDer


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Messages : 43

vendredi 25 mai 2012 à 23:12:13     
http://www.hardeman-outillage.com/HTML/pav.html


la pompe 128L/m te semblerait-elle suffisante pour disant une chambre faite à partir d'une bouteille de gaz de 100L déclassée (je pensais découper à la meuleuse d'angle une bouteille déclassée pour en faire la chambre à vide, et le piège a froid serait une bouteille de 25L )
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17358

vendredi 25 mai 2012 à 23:15:19     
Ouep c'est du tout bon ce genre de pompe, ça tolère un peu de vapeurs d'eau, au pire si elle est trop contaminée tu vidanges l'huile et c'est bon, dedans c'est de la fonte d'alu généralement, ça tient un peu d'humidité, mais pas les acides engendrés par les réactions huile/H2O.

Ça tourne bien à l'huile moteur, testé approuvé sur deux pompes différentes !
FDer


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Messages : 43

vendredi 25 mai 2012 à 23:25:33     
Niquel
Par contre pour le système de régulation de la température et de la pression , je pensais utiliser un système basé sur un arduino.
Pour la température pas de problème mais pour la pression je ne sais pas quel type de sonde utiliser , j'avais penser a un vacuostat mais sa ne permet pas de réglage fin de la pression
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27441

vendredi 25 mai 2012 à 23:28:18     
http://fr.wikipedia.org/wiki/Lyophilisation

hé bé quand je lis les pression nécessaires ici ça fait froid ( lol ) dans le dos il y a un facteur 1000 quasiment avec ce projet .
FDer


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Messages : 43

vendredi 25 mai 2012 à 23:35:42     
Boah la pompe que j'ai indiqué descend jusqu'à 2 x 10-1 Pa ce qui fait 2µbar donc bon même si c'est le maximum je pense que la pression optimale se réglera après construction , sa fait partie des ajustements mineurs de fin de projet
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17358

vendredi 25 mai 2012 à 23:41:07     
T'façon à ce niveau de vide faut que l'étanchéité de la chambre soit aux petits oignons, parce que proche de la dépression maximale, t'es aussi quasiment à débit nul, donc la moindre rentrée d'air limitera de facto le vide moyen.

Ca me rappelle l'ULTX des deux illuminés, un rotatif qui tire à 300 mbars dans le caisson, et ça descend pas plus bas avec la porosité du bois

Edit : pour les mesures de vide assez poussé de manière fiable, il faut un vacuoscope au mercure ( bonne chance pour en trouver ). En équivalent électronique je sais pas ce qui se fait, mais y'a fort à parier que ça va douiller $$$. Les manomètres classiques à monter sur la pompe peuvent indiquer grossièrement quand est-ce que tu auras atteint + ou - ton palier, ou l'eau va effectivement commencer à s'évaporer ( se sublimer plutôt ) Essaie de voir si la pompe que tu achètes possède un ballast, ça pourrait être utile dans ton cas.

Température un petit régulo PID -200 + 1200 ira bien, en thermocouple type K, ou PT100 si plus de précision t'intéresse.

Message édité par Sk_rmouche le vendredi 25 mai 2012 à 23:47:46
FDer


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vendredi 25 mai 2012 à 23:44:04     
En même temps je vais faire dans le luxe :-D je vais essayer de faire le maximum en inox et j'ai quelques amis soudeurs professionnels (ok ils sont encore aux études mais ils sont en soudure^^) qui vont donner un coup de main pour assembler le bordel
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17358

vendredi 25 mai 2012 à 23:46:58     
Super, inox et soudure effectivement tu peux difficilement faire mieux
FDer


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Messages : 43

vendredi 25 mai 2012 à 23:49:08     
Des que j'ai fini ma p1 au boulot alors
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27441

samedi 26 mai 2012 à 00:30:57     
le soucis c'est qu'il faut bien entrer les denrées donc du joint mastoc ^^
FDer


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Messages : 43

samedi 26 mai 2012 à 13:43:32     
Oui pas faire passer les câbles des appareils de mesure j'ai toujours pas d'idée non plus je pensais chercher des connecteurs filetés , que j'integrerait dans un trou dans la paroi de l'enceinte principale mais sa s’avère difficile à trouver^^

Pour les fluides réfrigérant de premier étage je viens de trouver ce site : http://www.eurorefrigerant.com/ qui a l'air sympa avec des tarifs assez intéressants pour un particulier.

En se qui concerne la mesure de la température du plateau je viens de découvrir ce capteur : http://www.digikey.com/product-detail/en/M...-AAA-ND/1647940

Pour la porte d'entrée des denrées je pensais utiliser une porte avec un énorme joint torique et un système de fermeture du type "fermeture mécanique " http://fr.wikipedia.org/wiki/Bouchon_m%C3%A9canique je sais pas comment sa s’appelle , mais vous voyez le principe ^^ avec un levier et un cran de fermeture.
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17358

samedi 26 mai 2012 à 14:02:14     
Faut voir ouais, vu que le niveau de vide exigé est assez bas faudra bien fagoter cette histoire de joint ^^
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