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3.1.2. Influence
de l'inertie des déchets
3.1.3. Variation
des vitesses d'air au voisinage d'une entrée d'aspiration
3.1.4 Coefficient
de contraction ou perte de charge du capotage
Une installation classique d'aspiration est composée de différents
circuits et dispositifs qui permettent la captation, le transport et l'évacuation
des déchets produits par l'opération d'usinage. On trouve ainsi successivement
(voir Figure 17) :
Un
circuit "aspirant" «A» reliant les
bouches de captation fixées sur les machines au ventilateur, avec dans l'ordre :
le capteur ou capot d'aspiration ;
le réseau de gaine
Un ou plusieurs groupes moto-ventilateur
«B» qui créent la pression dynamique nécessaire
à l'efficacité du réseau ;
Un circuit "refoulant" «C» qui
transporte les déchets jusqu'au séparateur «D» ;
Un séparateur qui comme son appellation
l'indique, permet la séparation des matières transportées et de l'air ayant
servis au captage ;
Un réseau de recyclage de l'air épuré,
selon les cas et les besoins «E»;
Un circuit de transport pneumatique «F» qui
reprend les mêmes éléments, circuits, ventilateurs, séparateur précités;
Un système de stockage, silo, trémie,
container, poubelle ou sac «G» qui permet d'éviter que les déchets restent stockés
dans le séparateur ;
Un système d'extraction (pour l'industrie
du bois) «H» dont la fonction est de permettre une évacuation
des déchets stockés, au préalable, d'une façon efficace et régulière ;
Et parfois un circuit d'alimentation automatique
de chaudière.
Pour chacune des parties de l'installation d'aspiration nous
retrouverons certaines données, comme les débits et les pertes de charges,
vues précédemment mais d'une façon beaucoup plus approfondie et ciblée.
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Figure 17 Schéma type d'une installation classique d'aspiration de sciures et copeaux
3.1 LES CAPTEURS
L'ampleur et le coût d'un système de dépoussiérage sont intimement
liés au volume d'air extrait.
Il s'ensuit que la détermination exacte de ce volume d'air
est l'une des conditions primordiales requises pour réaliser un dépoussiérage
rationnel. La seconde condition est que la source de poussière soit confinée
de façon à ce que la vitesse de l'air résultant de cette restriction, soit
suffisante pour entraîner les particules libérées.
3.1.1. Conception du Capotage
Le capotage doit être déterminé en fonction du procédé et
du mode de génération des polluants. Il est conseillé, si cela est possible,
de profiter de la trajectoire naturelle des gaz ou des poussières (et notamment
de la force ascensionnelle des fumées, s'il y a lieu), pour mieux les canaliser
et surtout éviter toute conception de capotage, fondée sur un entraînement
à "contre-courant" qui se révèle toujours d'une moindre efficacité
pour une dépense énergétique supérieure.
Dans l'industrie du bois cette précédente condition n'est
pas facile à réaliser pour la plupart des machines. Le capotage d'un outil
de machine à bois répondra à des contraintes propres au fonctionnement de
la machine avant celles de l'aéraulique. Il ne devra pas gêner le fonctionnement
des organes de maintien du matériau à usiner (presseurs, guide, etc. ...).
Le capotage devra pouvoir s'enlever ou s'escamoter rapidement pour le remplacement
des outils.
Pour bien concevoir un capotage, il faut répondre aux différents
paramètres suivants :
s'adapter au plus prés de la zone de formation
des déchets, copeaux, poussières, fumées ;
ne pas gêner le fonctionnement de l'outil
;
s'assurer que l'orientation du captage
sera dans la trajectoire de projection des déchets ;
être suffisamment enveloppant, mais non
complètement fermé, pour capter les particules résiduelles adhérant à l'outil
(scie, meule) ;
être escamotable ou démontable facilement
pour les changements d'outillage ;
être suffisamment résistant selon les caractéristiques
et les vitesses de projection des déchets à capter ;
être suffisamment dimensionné pour accepter
la concentration instantanée maximale correspondant au plus fort enlèvement
de matière permis par l'outillage.
Figure 18 Principe de production et de dégagement des déchets lors d'un usinage
3.1.2. Influence de l'inertie des déchets
Toutes les machines productrices de déchets détachent ceux-ci
par un mouvement du tranchant d'un outil Figure (18). On observe généralement deux types de mouvements
: un mouvement circulaire ou un mouvement rectiligne (ex. scie circulaire
ou à ruban).
Dans le cas d'un outil à mouvement circulaire, les déchets
de la coupe s'accumulent dans le creux des dents entre le corps de l'outil
et la matière usinée. Ils sont donc entraînés dans un mouvement de rotation
autour de l'axe de l'outil. Ce mouvement de rotation est générateur d'une
force centrifuge qui a tendance à refouler les déchets vers l'extérieur. Dès
que ceux-ci cessent d'être emprisonnés entre le matériau usiné et l'outil,
la force centrifuge les projette tangentiellement à l'outil, au point où celui-ci
cesse d'être en contact avec le bois.
Mais tous les déchets ne s'échappent pas au point T; du fait
de leur masse ils ne sont pas tous concentrés sur la tangente Tx.
Les plus légers s'échappent plus tard sur les tangentes Uy et Vz
Figure 19 Tourbillons d'air parasites gênant la captation correcte des déchets
Par ailleurs il y a lieu de tenir compte de la force vive
des déchets, à laquelle s'oppose l'action de la résistance de l'air. La résultante
de ces deux sollicitations fait que les particules les plus grosses et les
plus lourdes sont projetées à une distance importante de l'outil tandis que
les plus légères perdent rapidement leur vitesse; elles sont ensuite soumises
à la seule force de la pesanteur.
On peut donc admettre qu'une partie des déchets dont la force
vive est importante
pourra être projetée
directement dans l'entrée de la bouche d'aspiration, à condition, bien entendu
que le capotage soit conçu pour capter ces particules dans le sens de leurs
mouvements. En revanche, les très fines poussières auront, à une faible distance
de l'outil, déjà perdu leur mouvement de projection.
La conception des capots doit aussi tenir comptes de l'existence
possible de phénomènes parasites, tels que la réflexion des particules sur
les parois du capot qui peut les entraîner dans une direction incorrecte et
progressivement hors du capot, ou tels que la recaptation par l'outil, ou
encore tels que des tourbillons d'air dirigés en sens contraire de l'aspiration.
La figure 19 donne une idée de ces phénomènes parasites.
3.1.3. Variation des vitesses d'air au voisinage d'une entrée d'aspiration
La vitesse de l'air varie très rapidement d'un point à un
autre tout autour de la bouche du capot. La figure 20 montre d'après les résultats
de DALLA-VALLE, la forme des surfaces d'égale vitesse devant une bouche d'aspiration
circulaire sans collerette et avec collerette (Figure 20). Les vitesses
sont indiquées en pourcentage de la vitesse moyenne dans la section d'entrée
de V. Cette figure montre que la
vitesse décroît très rapidement avec la distance au dispositif de captage.
Par exemple, à une distance d'un diamètre de l'ouverture, la vitesse de l'air
n'est plus dans l'axe que d'environ 7% de V sans collerette et d'environ 10% de V avec une collerette.
Figure 20 Surface d'égale vitesse devant une bouche d'aspiration circulaire
d'après DALLA-VALLE
Autre exemple : on peut indiquer que pour une vitesse d'air
de 20 m/s à l'intérieur d'une conduite, de diamètre 200 mm sans collerette,
la vitesse sera seulement de 12 m/s à 50 mm de distance à l'extérieur et,
dans l'axe de la bouche , de 6 m/s à 100 mm et de 1,5 m/s à 200 mm.
La forme des courbes d'égales vitesses dépend d'autres facteurs
directement imputables à la géométrie du capot, par exemple :
la proportion entre le grand et le petit
côté, si l'entrée est de section rectangulaire ;
la présence d'un flasque ou collerette
sur le pourtour de l'entrée qui repousse vers l'extérieur les courbes d'égales
vitesses et par conséquent accroît l'efficacité du capot (voir figure 21a)
;
la présence d'un plan de prolongeant sur
une face constitutive du capot qui repousse également vers l'extérieur les
courbes d'égales vitesses (voir figure 21a).
le rapport de la section entre la bouche
d'entrée et la conduite
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| Figure 21 a)
efficacité d'un capot accrue par la présence d'un flasque b) exemple de cotation d'un capot de toupie c) juxtaposition de deux capots |
Les diverses expériences montrent que le profil de la courbe
affecte une zone de moins en moins importante à l'arrière de la bouche d'entrée,
au fur et à mesure de l'augmentation de la section. Généralement le rapport
maximum entre la section de la conduite et la section du capot est de I/16.
la longueur de la trémie de raccordement est généralement de 1,5 fois le Diamètre
(voir figure 21b).
On notera aussi l'action combinée de plusieurs capots juxtaposés
; on voit sur la figure 21c qu'il peut être plus intéressant de juxtaposer
deux ou plusieurs capots de plus faibles dimensions plutôt que de réaliser
un seul grand où la répartition du débit d'air sera difficile.
