La diffusion infrarouge est-elle prise en compte lors de l'utilisation de tubes chauffants en fibre de carbone pour sécher des matériaux humides dans la production industrielle ?

Dans la production industrielle, le chauffage électrique est couramment utilisé pour chauffer et sécher les matériaux humides. Les principaux principes de séchage sont les suivants : le premier consiste à chauffer les matériaux à une température ambiante élevée pour les sécher ; le deuxième utilise les micro-ondes pour chauffer et sécher les matériaux ; le troisième utilise le chauffage par rayonnement infrarouge ; et le quatrième implique un séchage par déshydratation à basse température. Ces procédés varient en termes de techniques mais ont le même objectif : expulser l'humidité des matériaux mouillés, ce qui permet d'obtenir un produit sec et de réduire les coûts de stockage et de transport ainsi que la durée de stockage.

Aujourd'hui, examinons brièvement s'il est nécessaire de tenir compte de la structure microscopique des matériaux et de leur effet sur la réflexion et la diffusion du rayonnement infrarouge lors de l'utilisation de tubes chauffants en fibre de carbone pour le séchage.

L'intensité de la diffusion du rayonnement par les liquides et les solides est directement proportionnelle à leur température thermodynamique et est affectée par la densité du matériau, qui augmente généralement avec la densité. En outre, elle est liée à la tension superficielle du liquide, augmentant à mesure que la tension superficielle diminue. L'eau a le coefficient de tension superficielle le plus élevé et présente donc une diffusion du rayonnement plus faible que les autres liquides.

Lorsque le rayonnement infrarouge de moyenne ou de grande longueur d'onde interagit avec les granules d'amidon ou les cellules végétales, il excite des vibrations complexes. Les vibrations d'une particule ne sont donc pas constantes et la diffusion du rayonnement par la particule comprend les effets combinés de la réflexion, de la réfraction et du rayonnement secondaire.

Les phénomènes de diffusion au niveau moléculaire se produisent généralement là où le matériau est hétérogène, comme dans les zones présentant des gradients de densité, des gradients d'humidité, des gradients de température, une anisotropie et des inhomogénéités structurelles. Les pores et capillaires irréguliers à l'intérieur du matériau, ainsi que les bords des surfaces liquides capillaires, peuvent entraîner une diffusion du rayonnement et des changements dans la direction du rayonnement. Ainsi, lors de l'étude des effets de chauffage du rayonnement infrarouge des tubes chauffants en fibre de carbone, il est nécessaire d'examiner si ces effets de diffusion peuvent avoir un impact sur le rayonnement.

Les parois des pores et les membranes cellulaires des matériaux végétaux sont constituées de particules colloïdales, qui servent de centres de diffusion dans le matériau, ce qui entraîne des diffusions multiples. Même dans les matériaux de moins de 1μm d'épaisseur, plus de deux cas de diffusions multiples peuvent se produire, absorbant l'énergie du rayonnement. Par conséquent, les caractéristiques du matériau et le transfert de chaleur par rayonnement sont étroitement liés.

Des substances comme le bois, le thé et les fruits ont des structures colloïdales poreuses qui présentent des bandes d'absorption élevées pour le rayonnement infrarouge autour d'une longueur d'onde de 20μm. Cette forte absorption est due au fait que tous les composants de la structure colloïdale poreuse absorbent le rayonnement infrarouge. Par conséquent, lors de l'utilisation de tubes chauffants en fibre de carbone pour chauffer ou sécher ces matériaux, il est essentiel de faire correspondre les longueurs d'onde d'absorption maximale des matériaux.

Les matériaux contenant de l'humidité, en particulier dans certaines bandes spectrales, présentent une faible réflectivité au rayonnement infrarouge. Ce phénomène est particulièrement visible dans les couches superficielles du bois contenant de l'humidité, ce qui entraîne une réduction de la réflectivité. Lorsque la teneur en humidité augmente dans ces bandes spectrales, le taux d'absorption de l'énergie du rayonnement infrarouge augmente également.