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Problèmes de poudre liés au comportement de l'écoulement par gravité
Une chaîne de traitement des poudres industrielle typique comprend plusieurs réservoirs de stockage (bacs, trémies, silos, trémies, grands récipients pour vrac (GRV), sacs, etc.), des étapes d'alimentation ou de manutention (convoyeur à bande, convoyeur à vis, convoyeur pneumatique, chutes gravitaires, etc.) et des étapes de traitement (broyage, mélange, séchage, ensachage, etc.). L'un des principaux problèmes industriels consiste à faire en sorte que la poudre soit déchargée de manière fiable depuis le stockage jusqu'à l'étape suivante du processus. Par conséquent, pour comprendre l'application des mesures de flux de poudre, il est utile d'avoir quelques connaissances de base sur les schémas de flux et les obstructions de flux qui peuvent se produire à l'intérieur des cuves de stockage sur une ligne de traitement.
Quels sont les schémas d'écoulement des poudres qui peuvent se produire dans un réservoir de stockage ?
Il existe principalement deux schémas d'écoulement différents :
L'écoulement à cœur (illustré à la figure 1a) peut être considéré comme le schéma d'écoulement par défaut et se caractérise par l'évacuation de la poudre par un canal d'écoulement préférentiel au-dessus du point d'aspiration de l'orifice de sortie. La poudre est aspirée dans le canal d'écoulement à partir de la surface libre supérieure de l'inventaire. Cela donne un régime de décharge "premier entré, dernier sorti" et, si le système fonctionne en mode continu (plutôt qu'en mode discontinu), la poudre autour des parois de la section inférieure restera statique dans la cuve jusqu'à ce qu'elle soit vidée.
Le débit massique (illustré à la figure 1b) est le schéma d'écoulement souhaitable pour les poudres qui s'écoulent mal ou qui sont sensibles au temps, mais il doit être spécifiquement conçu à cet effet. Dans ce cas, tout le contenu de la cuve est "vivant", ce qui donne un régime de décharge "premier entré, premier sorti". Pour ce faire, les parois de la trémie doivent être suffisamment raides et lisses. Pour un matériau de paroi/angle de convergence donné, le frottement de la paroi de la poudre doit être inférieur à une valeur critique. En outre, la décharge du produit doit être contrôlée par une vanne ou un alimentateur qui permet à la poudre de s'écouler sur toute la surface de la section transversale de l'orifice de sortie. (C'est ce dernier point qui empêche de nombreuses cuves de fonctionner en débit de masse).
Un test de frottement des parois permettra d'évaluer approximativement si une géométrie de trémie donnée peut supporter un débit massique (à condition que la zone de sortie soit entièrement active). Pour un calcul exact du demi-angle de la trémie à débit massique maximal, il faut procéder à la fois à des essais de frottement des parois et à des essais de fonction d'écoulement. Quels sont les obstacles à l'écoulement de la poudre qui peuvent se produire ? Il existe principalement deux types d'obstacles à l'écoulement :
Le "Rat-holing" (figure 2a) est le principal obstacle à l'écoulement dans un récipient à écoulement central, où la poudre dans le canal d'écoulement au-dessus de la sortie se décharge et laisse une structure interne stable.
La formation d'une voûte (illustrée à la figure 2b) est l'obstruction de l'écoulement dans un récipient à écoulement massif, où une voûte de poudre stable se forme à travers la sortie ou les parois convergentes de la trémie, empêchant ainsi l'écoulement.
Pour une poudre donnée, il existe une dimension de sortie critique qui doit être dépassée pour garantir une décharge fiable d'un récipient à écoulement central ou à écoulement en masse. Il s'agit du diamètre critique du trou de rat Drh et du diamètre critique de la voûte DC ou Dp (en fonction de la géométrie de la trémie - voir figure 3). Le testeur d'écoulement de poudre AMETEK Brookfield (PFT) peut calculer ces dimensions critiques à la suite d'une mesure de la fonction d'écoulement. Pour obtenir des dimensions précises, il faut également procéder à un test de frottement des parois. Il convient de noter que pour une poudre donnée, le diamètre du trou de rat est nettement plus important que le diamètre de la voûte.
Principales différences entre les poudres et les fluides
Pour les fluides newtoniens, la résistance au cisaillement (viscosité) est indépendante de la pression normale mais dépend du taux de cisaillement. Dans les poudres, l'effet de ces facteurs est inversé, de sorte que la contrainte de cisaillement d'une poudre dépend fortement de la contrainte normale mais est indépendante de la vitesse de cisaillement. Par conséquent, lors de la caractérisation des poudres, les essais sont effectués à une vitesse unique mais sur une gamme de contraintes normales. L'autre différence essentielle est que les poudres sont anisotropes, de sorte que les contraintes ne sont pas égales dans toutes les directions et qu'elles sont frictionnelles, de sorte qu'elles peuvent générer des contraintes de cisaillement aux limites de la paroi (voir la section sur le frottement de la paroi).
Une chaîne de traitement des poudres industrielle typique comprend plusieurs réservoirs de stockage (bacs, trémies, silos, trémies, grands récipients pour vrac (GRV), sacs, etc.), des étapes d'alimentation ou de manutention (convoyeur à bande, convoyeur à vis, convoyeur pneumatique, chutes gravitaires, etc.) et des étapes de traitement (broyage, mélange, séchage, ensachage, etc.). L'un des principaux problèmes industriels consiste à faire en sorte que la poudre soit déchargée de manière fiable depuis le stockage jusqu'à l'étape suivante du processus. Par conséquent, pour comprendre l'application des mesures de flux de poudre, il est utile d'avoir quelques connaissances de base sur les schémas de flux et les obstructions de flux qui peuvent se produire à l'intérieur des cuves de stockage sur une ligne de traitement.
Quels sont les schémas d'écoulement des poudres qui peuvent se produire dans un réservoir de stockage ?
Il existe principalement deux schémas d'écoulement différents :
L'écoulement à cœur (illustré à la figure 1a) peut être considéré comme le schéma d'écoulement par défaut et se caractérise par l'évacuation de la poudre par un canal d'écoulement préférentiel au-dessus du point d'aspiration de l'orifice de sortie. La poudre est aspirée dans le canal d'écoulement à partir de la surface libre supérieure de l'inventaire. Cela donne un régime de décharge "premier entré, dernier sorti" et, si le système fonctionne en mode continu (plutôt qu'en mode discontinu), la poudre autour des parois de la section inférieure restera statique dans la cuve jusqu'à ce qu'elle soit vidée.
Le débit massique (illustré à la figure 1b) est le schéma d'écoulement souhaitable pour les poudres qui s'écoulent mal ou qui sont sensibles au temps, mais il doit être spécifiquement conçu à cet effet. Dans ce cas, tout le contenu de la cuve est "vivant", ce qui donne un régime de décharge "premier entré, premier sorti". Pour ce faire, les parois de la trémie doivent être suffisamment raides et lisses. Pour un matériau de paroi/angle de convergence donné, le frottement de la paroi de la poudre doit être inférieur à une valeur critique. En outre, la décharge du produit doit être contrôlée par une vanne ou un alimentateur qui permet à la poudre de s'écouler sur toute la surface de la section transversale de l'orifice de sortie. (C'est ce dernier point qui empêche de nombreuses cuves de fonctionner en débit de masse).
Un test de frottement des parois permettra d'évaluer approximativement si une géométrie de trémie donnée peut supporter un débit massique (à condition que la zone de sortie soit entièrement active). Pour un calcul exact du demi-angle de la trémie à débit massique maximal, il faut procéder à la fois à des essais de frottement des parois et à des essais de fonction d'écoulement. Quels sont les obstacles à l'écoulement de la poudre qui peuvent se produire ? Il existe principalement deux types d'obstacles à l'écoulement :
Le "Rat-holing" (figure 2a) est le principal obstacle à l'écoulement dans un récipient à écoulement central, où la poudre dans le canal d'écoulement au-dessus de la sortie se décharge et laisse une structure interne stable.
La formation d'une voûte (illustrée à la figure 2b) est l'obstruction de l'écoulement dans un récipient à écoulement massif, où une voûte de poudre stable se forme à travers la sortie ou les parois convergentes de la trémie, empêchant ainsi l'écoulement.
Pour une poudre donnée, il existe une dimension de sortie critique qui doit être dépassée pour garantir une décharge fiable d'un récipient à écoulement central ou à écoulement en masse. Il s'agit du diamètre critique du trou de rat Drh et du diamètre critique de la voûte DC ou Dp (en fonction de la géométrie de la trémie - voir figure 3). Le testeur d'écoulement de poudre AMETEK Brookfield (PFT) peut calculer ces dimensions critiques à la suite d'une mesure de la fonction d'écoulement. Pour obtenir des dimensions précises, il faut également procéder à un test de frottement des parois. Il convient de noter que pour une poudre donnée, le diamètre du trou de rat est nettement plus important que le diamètre de la voûte.
Principales différences entre les poudres et les fluides
Pour les fluides newtoniens, la résistance au cisaillement (viscosité) est indépendante de la pression normale mais dépend du taux de cisaillement. Dans les poudres, l'effet de ces facteurs est inversé, de sorte que la contrainte de cisaillement d'une poudre dépend fortement de la contrainte normale mais est indépendante de la vitesse de cisaillement. Par conséquent, lors de la caractérisation des poudres, les essais sont effectués à une vitesse unique mais sur une gamme de contraintes normales. L'autre différence essentielle est que les poudres sont anisotropes, de sorte que les contraintes ne sont pas égales dans toutes les directions et qu'elles sont frictionnelles, de sorte qu'elles peuvent générer des contraintes de cisaillement aux limites de la paroi (voir la section sur le frottement de la paroi).
