AERAULIQUE ELEMENTAIRELa statique des fluides permet l'tude de l'action des fluides sur les parois solides situes l'intrieur ou l'extrieur du fluide, cette action se traduit gnralement par la prsence de force de pression.La dynamique des fluides non seulement tient compte des efforts de pression dus la prsence du fluide mais, prend aussi en considration la trajectoire, la vitesse, l'acclration, l'nergie cintique ou potentielle des diffrentes molcules qui constituent le fluide.Dans les installations d'aspiration ou de transport pneumatique, le mouvement de l'air rsulte de la proprit bien connue des fluides qui tendent naturellement uniformiser leur pression et donc s'couler d'une zone o la pression est plus leve vers une zone o la pression est plus faible. Par consquent, la condition ncessaire pour raliser un mouvement d'air entre deux points est qu'il existe une diffrence de pression de l'air entre ces deux points ; celle-ci peut tre cre par la prsence dans le circuit d'un ventilateur capable d'assurer une zone de surpression en aval.L'aptitude de l'air se mettre en mouvement puis transporter un matriau quelconque solide ou gazeux ne dpend pratiquement que de sa vitesse. Il n'y a donc aucune autre considration prendre en compte. Les vitesses pratiques ncessaires pour transporter des dchets seront surtout fonction de la densit des produits en cause et de leur surface.Le problme du technicien en installation d'aspiration consistera, entre autres adopter d'une part une vitesse suffisamment importante en fonction du dchet transporter, mais pas trop rapide pour ne pas demander trop d'nergie et tre source de bruit ou d'usure.2.1.VITESSE D'AIRAprs dtermination partir de critres de captage des dbits d'aspiration, le dimensionnement des canalisations doit tre effectu en fonction de la vitesse moyenne de l'air. Cette vitesse de transport est facteur essentiel pour les rseaux d'vacuation de l'air poussireux : elle doit tre suprieure une valeur minimale de faon viter une sdimentation des poussires et un bouchage des canalisationsSi les polluants sont uniquement des gaz ou des vapeurs, la vitesse de transport sera choisie de faon raliser un quilibre entre les cots d'installation (vitesse lente gros diamtre = prix tuyauterie importante) et de fonctionnement (vitesse rapide petit diamtre = consommation); elle sera en gnral de l'ordre de 18 20m/s.POLLUANTSVitesse

Exemplesmini (m/s)

Gaz, vapeurs5 6

FumesFumes d'oxyde de zinc et d'aluminium7 10

Poussirestrs fines et lgrespeluches trs fines de coton10 13

Poussires sches et poudresPoussires fines de caoutchouc, de moulage de Baklite, peluches de jute, poussire de savon, de coton13 18

Poussires industrielles moyennesAbrasif de ponage sec, poussires de meulage, de granit, de calcaire, d'amiante , de bois sec18 20

Poussires industrielles lourdesPoussires de fonderie, de dcochage, de sablage, de bois humide20 23

Poussires lourdes et humidesPoussires de ciment humide, de sciures d'corce, de chaux vive> 24

La Norme CE envisage de dfinir des vitesses minimales de 25 m/s pour les poussires du bois sches et de 28 m/s pour les poussires du bois humide.

Les vitesses doivent tre choisies pour chaque installation en fonction de la nature et des proprits des polluants. Elles sont d'autant plus grandes que les particules sont de masse volumique et de dimensions leves. Le tableau ci-contre, donne titre indicatif des vitesses de transport minimales pour diffrents cas d'air pollu. Dans le cas des poussires inflammables, on ne descendra pas en dessous d'une vitesse d'air minimale de 20 m/s.D'autre part, on vitera d'utiliser des vitesses trop leves de faon limiter les pertes d'nergie, le bruit araulique et l'abrasion des tuyauteries.D'une faon gnrale, le dimensionnement des tuyauteries rsulte d'un compromis technico-conomique entre:les diamtres de tuyauterie standard ;les pertes de charge admissibles ;les vitesses minimales de transport ;les phnomnes d'abrasion ;les phnomnes de bruit ;l'humidit de l'air ;la prsence ventuelle de gaz corrosifs ;etc.2.2. Relation entre vitesse de l'air et dbit d'une conduite

On appelle dbit d'air le volume d'air qui traverse une section de conduite dans l'unit de temps considr (exemple: 3600 m3/h)2.2.1.1re relation Le dbit, au temps t, dans une conduite de section uniforme, est gal au produit de la section de cette conduite par la vitesse du flux d'air traversant cet instant t.Exemple : soit, au temps t, une conduite circulaire de diamtre 200 mm traverse par un flux d'air de 25 m/s ; le dbit cet instant t sera de :Q = VSou Q = dbit d'air en m3/sV = vitesse d'air en m/sS = surface tuyauterie en m2

Consquence : le dbit tant le volume qui entre dans une conduite par unit de temps est obligatoirement aussi le volume qui s'en coule ; il reste donc toujours gal lui-mme. C'est ainsi que, si une conduite ne prsentant qu'une seule entre et qu'une seule sortie n'est pas d'une section constante, la vitesse de l'air est obligatoirement diffrente le long de cette conduite.2.2.2.2me relation Lorsque deux conduites A et B se rejoignent en une conduite C le dbit de la conduite C est gal au dbit A additionn du dbit B :

La vitesse de l'air dans le conduit C est le dbit total ramen la section du conduit C :

Figure 5 - Jonction de deux conduites en un seul conduit

Exemple : soit deux conduites A et B se joignant dans une conduite C (voir Figure 5)Le dbit dans la conduite A est : Le dbit dans la conduite B est : Par consquent, le dbit dans la conduite C est :

et la vitesse dans cette mme conduite C est de :

Ces calculs, ainsi que tous ceux pratiqus dans les tudes d'installation d'aspiration, ne tiennent pas compte de la compressibilit du fluide et supposent que celui-ci est de poids spcifique constant, ce qui n'est pratiquement exact que pour des vitesses infrieures 100 m/s : erreur infrieure 1% jusqu' 60 m/s, infrieure 2% jusqu' 100 m/s.

En rsum, rappelons que le seul facteur prendre en considration pour le transport pneumatique d'un matriau est la vitesse de l'air destin entraner ce matriau. Le transport ne devient possible qu'au moment o la vitesse est suffisante.2.3.Les pressions mises en jeu en araulique

Dans les installations d'aspiration le dplacement de l'air se traduit par des frottements qui s'exercent sur les conduites avec plus ou moins de forces suivant la nature plus ou moins grossire de la surface intrieure des parois. Ces frottements s'effectuent naturellement beaucoup plus fortement lorsque les conduites prsentent des coudes, des rtrcissements, des largissements ou des convergences.C'est l'ensemble des pressions dynamiques et statiques d'un rseau qui dterminera la consommation lectrique prvoir au ventilateur.On peut considrer que l'un des buts majeurs d'un technicien en installation d'aspiration est de dfinir la diffrence de pression ncessaire installer pour que le flux d'air soit toujours suffisant pour entraner les dchets malgr les obstacles obligatoirement existants tout au long d'un circuit.2.3.1.Pression dynamique HdUne pression dynamique donne correspond la force requise pour acclrer la masse d'un fluide depuis l'tat de repos jusqu' une vitesse donne ; elle est gale la force qui s'opposant l'coulement, serait capable d'immobiliser la masse du fluide en mouvement ; elle ne s'exerce que dans la direction de l'coulement du fluide.La pression dynamique est aussi nomme pression cintique.

En unit lgale (systme SI), la pression P est exprime en pascal (Pa) et a l'expression :

P = g h

ouP = masse volumique de l'air en kg/m3 ( 15c sous une pression normale 1,013 bar ou 760mm de mercure, =1,226 kg/m3)g = acclration de la pesanteur en m/s2 (g= 9,81 m/s2)h = hauteur de la colonne d'air en mP = 1,226 x 9,81 x hPour des raisons pratiques en araulique, l'habitude est d'exprimer les pressions non pas en pascal (unit lgale SI) mais en millimtre de colonne d'eau (mm CE) qui est la valeur lue directement sur les appareils de mesure utiliss. Si Hde est la hauteur lue en mm CE, la pression P en pascal aura pour expression :

' tant la masse volumique de l'eau = 1000 kg/m3

Soit 1 mm CE = 9,81 Pa ou 1 Pa = 0,102 mm CeD'une manire gnrale 1 mm CE 10 Pa ou 1 daPa

En galant les deux expressions et de la pression, il vient :

ou soit

D'o on tire : En application du thorme des forces vives la chute de la particule considre, la variation pendant un temps donn de la force vive totale de la particule est gale la somme des travaux des forces ayant agit pendant ce mme temps sur la particule.

force vive = nergie cintiqueLa vitesse initiale tant nulle, la force vive initiale l'est aussi, et la variation de force vive totale de la particule de densit est donc gale :

La force ayant agi pendant le mme temps sur la particule est la force de la pesanteur ; son travail est donc : soit :

En portant la valeur dans l'expression prcdente, elle devient :

Formules retenir :

2.3.2.Pression statique HsNous avons vu prcdemment que tout obstacle plac sur le chemin des filets d'air exerce sur ceux-ci une action de freinage qui se traduit par une chute de la vitesse de l'air.Par consquent, si on dsire un maintien de la vitesse de l'air malgr les obstacles existants, il faut fournir un effort supplmentaire en donnant au fluide un surcrot d'nergie destin vaincre les forces de frottement.Cette pression complmentaire exerce sur le fluide, sous un certain dbit est appele Pression Statique. Elle sexerce dans toutes les directions.La pression statique se mesure perpendiculairement la direction du mouvement de l'air (voir Figure 6).

Figure 6 Mesure de la pression statique

Selon la position de la mesure (refoulement ou aspiration) la pression statique peut tre soit suprieure, soit infrieure la pression atmosphrique.2.3.3.Pression totale Ht

On appelle pression totale existant dans une conduite araulique la somme des deux pressions dynamiques et statiques (la pression totale est parfois aussi nomme pression d'arrt).La pression totale Ht est donc la somme algbrique des pressions statique et dynamique:

La valeur de la pression totale est significative du choix du ventilateur. Dans des conditions d'emploi bien dfinies, un ventilateur est gnrateur d'une pression totale constante.Les diffrents termes peuvent tre mesurs sparment l'aide d'un tube PITOT (du nom de son inventeur voir Figure 10)

Figure 7 : Pression statique, totale et dynamique(cas en dpression)

2.3.4.Relation entre les pertes de charge et la pression dynamique

Nous avons vu que l'air s'coulant entre deux sections d'une canalisation subit une chute de pression totale p (Pa) appele perte de charge. Les pertes de charge reprsentent l'nergie dgage sous forme de chaleur dans l'unit de volume sous l'effet des frottements ds la viscosit de l'air ; elles sont lies la vitesse de l'coulement et donc la pression dynamique.De nombreuses tudes arauliques ont t entreprises afin de dterminer une relation simple entre la perte de charge statique et les diverses caractristiques du fluide et des tuyauteries composant un circuit d'aspiration.L'Anglais REYNOLDS mit en vidence l'existence d'un facteur sans dimension appel nombre de REYNOLDS dont la valeur est significative de l'ensemble araulique considr (fluide et circuit de transport).La perte de charge (exprime en Pascal) significative d'une conduite cylindrique peut s'exprimer alors par la formule suivante:

ou HS = ( l / d ) V / 16,

l, d longueur et diamtre du conduit (m), coefficient de friction li au nombre de Reynolds,V vitesse du fluide (m/s).Pour de la gaine d'acier lisse ce coefficient est environ de: = 0,025 l / d pour 80 < d < 125 mm = 0,022 l / d pour 125 < d < 225 mm = 0,020 l / d pour d > 225 mm

Mais en rgle gnrale on se sert d'abaques du type de celui prsent Figure 9 (Tableau de pertes de charge par frottement d'aprs RIETSCHEL et BRABEE). Il en est de mme pour le calcul des pertes de charge particulires comme les coudes, les culottes de drivation, les tranglements ou largissements ou:

K coefficient de singularit donn dans la bibliographie et certains abaques (voir ci dessous)

Figure 8 : Exemples (pour mmoire) de valeurs du coefficient de pertes de charge singulires kpour des lments non arodynamiques

Figure 9 : Pertes de charge par frottement dans des gaines circulaires en tles noire lisses

2.4.TUBE DE PITOT C'est l'appareillage le plus utilis, c'est aussi l'appareil reconnu officiellement lors de mesures contradictoires. Associ un manomtre inclin, il permet de relever des pertes de charges dynamiques sans risque d'erreur. Principe de mesure

Figure 10 Tube de PITOT

La section intrieure du tube de PITOT dont l'extrmit ouverte fait face l'coulement d'air reoit le choc de la vitesse de l'air et transmet la pression totale Ht.La partie intrieure, dont les perforations n'ont pas de rapport avec la vitesse ne communique que la pression statique Hs.Le niveau de fluide dans l'indicateur de pression est influenc, d'un cot par la pression totale et, de l'autre par la pression statique.Par consquent, la diffrence de niveau indique la pression totale diminue de la pression statique, c'est dire la pression dynamique. Celle-ci peut tre lue directement sur une chelle gradue en Pa ou mm CE (Figure 10).

2.5.REPARTITION DE LA VITESSE DE L'AIR DANS LES TUYAUTERIES CYLINDRIQUES EN REGIME STABILISEL'coulement de l'air s'effectue selon une courbe parabolique de rpartition des vitesses comme il est indiqu sur la figure 11.La concavit de la parabole est variable selon le nombre de REYNOLDS

Figure 11 Distribution de la vitesse de l'air

Pour dterminer la vitesse moyenne, il faut placer le tube de PITOT une certaine distance de l'axe central (7/10 8/10 de cet axe): ou une distance de r / 4 de la paroi extrieure.La valeur de la vitesse moyenne mesure par rapport la vitesse maximale au centre est gale environ : 0,8En rgime perturb, la courbe de rpartition des vitesses s'crase d'un cot ou de l'autre de l'axe central plus ou moins intensment selon l'effet de turbulence de vitesse d'air. Il n'est pas possible d'effectuer des mesures suffisamment prcises dans les zones perturbes et on se rapprochera de la Norme sur les releves de mesures voir chapitre ci-aprs.Un rgime est prsum stable environ 5 D avant et 3D aprs tout accident.2.6.ETUDE DES PRESSIONS MISES EN JEU2.6.1.ExprimentationL'air est mis en mouvement dans une conduite, de faon continue et stable par un organe moteur qui est le ventilateur. Ce ventilateur, par la rotation de sa turbine, refoule l'air sur l'une de ces faces et cre un appel d'air sur l'autre (Figure 11). Cette action peut tre prolonge par des conduites qui, runissant deux points, permettent un mouvement continu de l'air entre ces deux points.Nous avons vu prcdemment quels sont les obstacles qui, gnralement, freinent l'air dans les conduites.Pour une meilleure comprhension des phnomnes, commenons par raisonner sur un dispositif exprimental simplifi qui permet de raliser artificiellement les divers freinages rencontrs dans la pratique et d'analyser leur incidence.De part et d'autres du ventilateur sont amnages deux chambres de mesures. Ces chambres peuvent recevoir diffrents types d'obturations.Lorsque les orifices ne sont masqus par aucun obstacle on constate que les pressions statiques sont pratiquement identiques et nulles de chaque cot du ventilateur. Selon la position (aspiration ou soufflage) et selon les ouvertures de la plaque d'obturation (voir Figure 11) on notera une dpression ou une pression par rapport la pression atmosphrique.Des rsultats comparables seraient obtenus en plaant les tuyauteries l'entre de la chambre D ou la sortie de la chambre S (Figure 12).

Figure 12 Dispositif exprimental permettant de raliser artificiellement divers freinages de l'airet d'analyser les consquences en pressions statiques

2.6.2.Notion de perte de chargeNous avons vu que le mouvement de l'air s'tablissait entre deux points lorsque la pression de l'air entre ces deux points tait diffrente. Il en rsulte que l'on doit s'attendre, si l'on effectue diverses mesures de pressions statiques en plusieurs points chelonns sur une installation de transport pneumatique, ce que les pressions mesures aillent en dcroissant au fur et mesure qu'on s'loigne du ct du refoulement, par exemple du ventilateur, pour s'approcher de la bouche de sortie (Figure 12).

La pression statique en A devra maintenir le dbit d'air sur l'ensemble des pressions statiques comprises entre A et S. De mme, la pression au point B maintient le dbit d'air requis contre l'ensemble des freinages qu'il subit entre B et S. Donc l'air qui s'coule entre le point B et la sortie S subit sensiblement moins d'action de freinage que celui qui s'coule entre A et S.La diffrence des pressions statiques entre les points A et B est appele perte de charge entre A et B.Ainsi pour l'tude de la pression ncessaire, sous laquelle devra fonctionner le ventilateur installer pour fournir le dbit d'air requis, il sera ncessaire de dcomposer l'installation en tronons lmentaires pour lesquels la perte de charge est facile calculer.2.6.3.Pression dynamique et pression totale dans les conduites en dpression et en surpressionLa pression dynamique, nous l'avons vu, rsulte exclusivement de la vitesse de l'air ; ainsi, si la mesure est faite avec le tube de PITOT bien dirig l'encontre du mouvement d'air, la pression dynamique sera toujours positive, que la conduite soit en surpression ou en dpression. Une pression ne peut naturellement jamais tre ngative. Mais en aspiration, on convient d'appeler pression ngative une pression infrieure la pression atmosphrique et on reprsente, dans ce cas la pression par un nombre ngatif.Dans les conduites en dpression, la pression totale, somme algbrique de la pression statique ngative et de la pression dynamique positive, est toujours ngative. Le relev des pressions totales effectu sur toute la longueur d'une installation d'aspiration de sciures et copeaux se prsente comme sur la figure 13 ci aprs.Ces diffrents renseignements sont concentrs sur le graphique de la figure 14 reprsentant schmatiquement une installation d'aspiration et de refoulement et l'allure gnrale des courbes indiquant les diffrents points correspondants de l'installation.Cette courbe est purement schmatique.

Figure 13 Relev des pressions statiques et dynamiques sur toute la longueur dune installation

Figure 14 Prsentation graphique des courbes de pression

2.6.4.Conversion de la pression statique et de la pression dynamiqueLes lois de cette conversion ont t nonces par BERNOUILLI sous la forme du thorme suivant : en l'absence de pertes ou de gain d'nergie, la perte de charge en un point d'une conduite est gale la charge en n'importe quel autre point.La charge en un point est gale la somme de la pression statique, de la pression dynamique et de la charge potentielle de la masse du fluide se trouvant au dessus du niveau du point considr.Plus simplement, pour des points situs au mme niveau, on dira que la pression totale, en l'absence de pertes ou de gain d'nergie en un point d'une conduite, est gale la pression totale en n'importe quel autre point.2.6.5.Application :Soit une tuyauterie horizontale prsentant un certain point "y" tranglement ( Figure 15) ; celui-ci est la cause d'une vitesse plus leve en "y" qu'en "x". La pression statique et la pression dynamique, respectivement mesures au point "x" sont de 450 et 350 Pa. La pression totale rsultante est de 800Pa. Par suite, si la pression dynamique prvisible en "y" et "z" est respectivement de 600 et 400 Pa, la pression statique en ces points sera respectivement de 800-600=200 Pa et 800400=400Pa.Dans les conduites de sections uniformes o l'on considre que la vitesse est constante, la perte de charge entre deux points et qui reprsente l'nergie dissipe pour vaincre les obstacles placs entre ces deux points et gale la diffrence des pressions statiques. On pourrait galement faire la diffrence de pression totale, ce qui revient au mme puisque la pression dynamique ne varie pas.Perte de charge

Figure 15 Mesures des pressions sur une conduite prsentant un tranglement

Le thorme de BERNOUILLI se rapporte des cas d'espces o il se produit une modification de la vitesse de l'air donc de la pression dynamique.Puisque la conversion on le sait n'est pas parfaite et qu'il se produit une perte d'nergie, les pressions totales aux points "x" et "y" vont tre diffrentes contrairement ce que la figure 15 indique, qui elle, est reprsentative d'une conversion parfaite.

La diffrence Ht reprsente la perte de charge entre les points "x" et "y".On peut ainsi gnraliser la dtermination de pertes de charge entre deux points d'un circuit comme tant gale la diffrence de pressions totales entre ces deux points. Ceci est fondamental car c'est cette information qui en finale va permettre de calculer la puissance ncessaire du ventilateur pour assurer le dbit requis sous les contraintes dues la configuration des circuits arauliques.la puissance totale sous laquelle devra dbiter le ventilateur est gale la somme de pertes de charge releves tout au long de circuits en dpression, depuis la prise de dchets et en pression jusqu' la sparation de l'air de transport et des particules.2.7.NORME (MESURE)

La norme NF X 44-052 fixe les conditions de mesure des dbits d'air dans une conduite. Une mesure, peut tre considre comme correcte si la rpartition des vitesses est sensiblement uniforme. L'coulement doit donc se faire sans giration et la vitesse des gaz doit tre suffisamment grande pour qu'il n'y ait ni tourbillon, ni zone morte, ni courant de retour.Il est difficile de dfinir de manire gnrale cette vitesse. on notera qu'au dessous de 5 m/s, les conditions d'coulement sont gnralement mauvaises et que la mesure des vitesses devient dlicate. Dans la mesure du possible, on essaiera d'obtenir dans la section de mesure une vitesse suprieure 10m/s.

Quant aux conditions relatives au profil des vitesses et l'homognit des teneurs, elles sont considres comme satisfaisantes si la longueur rectiligne du conduit rpond aux conditions suivantes :la distance amont doit tre au moins gale 5 fois le diamtre hydraulique DH.la distance aval doit tre suprieure ou gale 5 DH lorsque le circuit dbouche l'air libre (chemine) ou lorsque les accidents en aval risquent d'avoir une influence importante au niveau de la section de mesure.cette distance peut tre rduite de 5 DH 3 DH dans le cas contraire.

Dans la mesure du possible, on prfrera les conduits verticaux aux conduits horizontaux. Quadrillage de la section de mesure :Lorsque les distances de mesures ne peuvent tre respecte, on divisera la section de mesure en surfaces partielles de mme aire (voir Figure 16). Le nombre de points de mesure dans une section doit tre d'autant plus grand que la section de mesure s'loigne davantage des conditions nonces ci-dessus. La prcision de la mesure augmente avec le nombre de points relevs.Les sections d'gales surfaces sont reprsentes sur la figure 16. Une des surfaces est circulaire, en consquence le centre du conduit est un point de prlvement. Pour dterminer la position de tous les points de mesure, calculer la distance li, qui spare ces points en appliquant la formule suivante :

avec:Ddiamtre du conduit ;nnombre de points par rayon (centre non compris) ;n'nombre de diamtre de prlvement ; inumro d'ordre des points 1 i n ;2nn'+1 nombre total de surfaces de prlvement.

Il est ncessaire de faire des relevs sur deux diamtres au moins (n'=2). Dans ce cas la formule devient :

En rgle gnral les diamtres utiliss ne dpassent pas 2,5m. on retiendra donc les valeurs de n suivantes donnes par la norme :diam < 900 mm n = 1diam > 900 mm et < 1600 mm n = 2diam compris entre 1600 et 2700 mmn = 3

Pour effectuer les calculs on peut utiliser le tableau ci-dessous qui indique les valeurs de Ci . ou :Pour une valeur donne de n, on lit dans la colonne correspondante les valeurs de Ci en regard des valeurs de i.

Figure 16Exemple: pour un diam de 600 mm les distances de mesures li seront avec n=1, Ci =11,3

Il faudra donc raliser 4 mesures 67,8 mm et 1au centre

QUELQUES EXEMPLES DE CALCUL7.1.NOTIONS ELEMENTAIRESCes calculs rpondent notamment deux ncessits :Connatre les vitesses de l'air qui s'tablissent dans les conduites et vrifier ainsi s'il en rsulte un transport effectif et sans alas des dchets ainsi qu'une bonne efficacit au niveau du captage des copeaux.Dterminer les caractristiques du ventilateur installer : dbit, pression totale, consommation.Avant d'effectuer le calcul d'une installation d'aspiration, il faut tablir un cahier des charges dans lequel sont runis tous les renseignements ncessaires au technicien charg de l'tude.

En particulier, il faut:Relever l'implantation exacte des machines concernes par l'aspiration en faisant figurer sur l'pure les machines prvues dans un proche avenir s'il y a lieu.Tracer quelques coupes des ateliers avec les cotations, la position des piliers, la forme de la charpente sur laquelle le collecteur doit tre fix. L'implantation des machines rfrences et leurs distances aux murs doit y tre reprsent.Dfinir le systme de sparation retenu (Filtre ou cyclone ou ....) et y prvoir la position ainsi que celle du ventilateur, de la gaine de recyclage s'il y a lieu.Dfinir le principe de stockage des dchets, la position par rapport au btiment et le systme d'vacuation.Connatre le taux d'utilisation des machines afin de pouvoir dterminer le dbit d'air.Contrler les capotages et s'il y a lieu envisager leur faon.Prciser rapidement la puissance lectrique ncessaire afin de prvenir l'ventuel manque de disponibilit.Connatre les exigences au niveau bruit notamment extrieur pour dterminer plus efficacement l'implantation du matriel.7.2.CALCUL D'UNE INSTALLATION D'ASPIRATION POUR UN ATELIER DU BOIS

Nous examinerons deux solutions selon que les vitesses d'air aux bouches des machines seront identiques ou selon que les vitesses seront diffrentes en fonction des machines.Dans tous les cas, le collecteur d'aspiration sera calcul pour une vitesse d'air d'environ 25 m/s.Pour la commodit des explications, nous utiliserons un trac schmatique correspondant une installation d'aspiration de cinq machines bois (figure 79). On trouvera en Annexe A les diamtres d'aspiration habituellement utiliss sur les machines courantes de l'industrie du bois.Supposons :A = une dgauchisseuse de 400 mm de largeur de table ;B = une raboteuse simple de capacit en largeur de 500 mm ;C = une scie ruban de menuisier (diamtre volant de 800 mm) ;D = une toupie simple ;E = une tenonneuse araseuse simple deux porte-outil ;V = le groupe moto- ventilateur ;S = Sparateur filtrant.

Les diamtres indiqus sur la figure 79 sont adapts aux capacits des machines implantes.Le calcul prend toujours pour point de dpart le point dont la position est telle qu'il existe entre lui et le ventilateur V la plus forte perte de charge ; a priori, on ne sait pas quel est ce point. Il faut procder par intuition : le point qui a la plus forte probabilit d'tre celui recherch correspond la machine o entre le capot et le ventilateur, on trouve les plus grandes distances de tuyauterie avec les plus faibles diamtres.Avec un peu d'habitude, il est facile de dterminer la machine recherche. Dans notre exemple, nous choisirons la dgauchisseuse A comme point de dpart de l'tude.

Figure 79 Trac schmatique d'une installation d'aspiration, de cinq machines bois7.2.1.Composition du circuit A Sun capot de dgauchisseuse (perte de charge moyenne au capotage : 30 daPa ;un coude 90 diam 140 mm ;1,5 m de flexible plastique diam 140 mm ;une descente rectiligne diam 140 mm de 3,5 m ;un coude 90 diam 140 mm ;une longueur droite diam 140 mm de 10 m jusqu' la jonction 1;une longueur droite de 7 m de la jonction 1 la jonction 2 ;une longueur droite de 6 m de la jonction 2 la jonction 4 ;une longueur droite de 6 m de la jonction 4 au ventilateur V ;un coude 90 la sortie du ventilateur V ;une longueur droite de 6 m du coude sortie ventilateur V au sparateur S ;un sparateur S dont la perte de charge est estime 100 daPa.

7.2.2.Premier Calcul : vitesse constante dans le circuitL'tude demande doit rpondre aux attentes suivantes :fonctionnement 100%vitesse d'air chaque bouches d'aspiration machines : 25 m/s.Dtermination du collecteurEn effectuant la somme des sections on pourra dterminer les diamtres "" de chaque section :A + B 1= 220 mm1 + C 2= 240 mmE + D 3= 180 mm3 + 2 4= 300 mmDtermination du Dbit d'airQ = VSAvecQ = dbit d'air en m3/sV = vitesse d'air en m/sS = surface tuyauterie en m2

Dtermination de la perte de chargeDans le tableau ci-aprs, on notera les symboles suivants :V = vitesse d'air en m/sHsml= perte de charge statique par mtre linaire en daPaHs= perte charge statique en daPaHd= perte de charge dynamique en daPalong= longueur tuyauterie en m= diamtre en mmCircuitVlongHsmlHs

capot A----30,00

flexible140251,511,8317,75

descente140253,54,7316,56

coude 9014025--6,25

A - 114025104,7347,30

jonction 1220256,64

1 - 22202572,8920,23

jonction 2240256,64

2 - 42402562,6315,78

4 - V3002562,0412,24

Hd-25--39,00

coude 9030025--6,25

V - S30025-2,0412,24

Sparateur--6-100,00

H total----336,88

Avec ce choix de circuit on prendra donc comme perte de charge totale pour le rseau considr : 340 daPa Contrle du circuit C2Comme nous l'avons pressenti, auparavant, il est bon de contrler le circuit C 2 par rapport au circuit A 2. En reprenant les donnes du tableau prcdent, on notera la perte de charge du circuit A 2 avant jonction 2 : 144,73 daPaLe circuit C 2 a comme perte de charge :CircuitVlongHsmlHs

capot C----30,00

flexible100251,516,8825,31

descente100253,56,7523,63

coude 9010025--6,25

C - 210025146,7594,50

Hs C 2----179,69

On choisira donc le circuit CS qui malgr les apparences donne une perte de charge suprieure au circuit AS de : 179,69 - 144,73 = 34,96 daPa. La perte de charge totale du rseau considr sera donc de : 336,88 + 34,96 = 371,84 daPa.Il sera en outre ncessaire de prvoir un cne d'quilibrage sur de 34,96 daPa sur la jonction 2 dans le diamtre 220 mm (voir chapitre 3.2.6.). Dtermination du ventilateurLe ventilateur devra pouvoir rpondre aux caractristiques suivantes :Dbit d'air 6372 m3/hHt375 daPaPuisqu'il n'y a pas de dligneuse ni de risque de dchets fibreux, on choisira un ventilateur avec rotor pales radiales fermes soit le ventilateur type RCMB 16.

Les caractristiques de ce dernier seront donc :Dbit d'air 6372 m3/hHt375 daPaVitesse2080 t/mnConsom9,6 kWMot ncess11 kWRendement69,5 %

7.2.3.Deuxime Calcul : vitesse variable dans le circuitL'tude demande doit rpondre aux attentes suivantes :fonctionnement 100%vitesse d'air variable chaque bouches d'aspiration machines A 33 m/sB30 m/sC25 m/sD25 m/sE25 m/s Dtermination du Dbit d'airMachineV m/sQ m3/sQ m3/h

A140330,511828

B160300,662387

C100250,20707

D120250,301017

E140250,381385

Total--2,057324

Dtermination du collecteurPour viter des pertes de charge trop importantes, le collecteur et les descentes aux machines y compris les flexibles et le coude de remont seront calculs 25m/s. Soit :CircuitorigineV orig m/sQ m3/h de raccordV m/s

A14033182816025

B16030238718026

C1002570710025

D12025101712025

E14025138514025

A + B 1--421526022

1 + 2 4--492228022

4 V--732435021

Le calcul de la vitesse d'air est alors ralis pour chaque section en fonction du diamtre normalis choisi. Dtermination de la perte de chargeLe calcul de la perte de charge totale du rseau est peu plus complexe car la perte de charge par mtre linaire (Hsml) est fonction de la vitesse d'air, conscutive au diamtre choisi, dans la section du circuit. Le raccordement la machine A par un cne entre le coude et le capteur sera source d'une perte de charge singulire qui se calculera selon les formules vues chapitre 2.3.4 :Hs = KHdSelon la figure 8 on remarque qu'un cne de 30 aurapour D / d = 160 / 140 = 1,14, un coefficient K de 0,75 soit pour une vitesse d'air de V = 33 m/s ou Hd = 68 daPaHs = 0,75 x 68 = 51 daPa La perte de charge dynamique sera la plus importante du circuit on choisira donc la vitesse la plus importante du circuit soit dans le cas prsent V = 33 m/s et Hd = 68 daPaComme prcdemment, on notera dans le tableau ci-aprs, les symboles suivants :V = vitesse d'air en m/sHsml= perte de charge statique par mtre linaire en daPaHs= perte charge statique en daPaHd= perte de charge dynamique en daPalong= longueur tuyauterie en m= diamtre en mmCircuitVlongHsmlHs

capot A----30,00

cne14033--51,00

flexible160251,510,2515,38

descente160253,54,105,14

coude 9016025--14,35

A 116025104,1041,00

jonction 126022--6,25

1 22602271,8613,02

jonction 228022--5,14

2 42802261,7110,26

4 V3502161,337,98

Hd-33--68

coude 9035021--4,69

V S3502161,3312,24

Sparateur----100,00

H total----384,45

Dans ce cas l aussi, il faudra effectuer un deuxime calcul sur le circuit C 2 par rapport au circuit A 2. En reprenant les donnes du tableau ci-dessus, on notera la perte de charge du circuit A 2 avant jonction 2 : 176,14 daPa alors que nous avions calcul prcdemment paragraphe 7.2.3. : 179,69 daPa. On remarquera que le circuit ainsi conu est suffisamment quilibr.Dtermination du ventilateurLe ventilateur devra pouvoir rpondre aux caractristiques suivantes :Dbit d'air 7324 m3/hHt385 daPa

Avec le mme type de ventilateur prcdent nous aurons :Dbit d'air 7324 m3/hHt385 daPaVitesse2110 t/mnConsom11 kWMot ncess15 kWRendement70,5 %7.3. CALCUL D'UNE CHAUFFERIE A BOIS

Un rseau d'alimentation automatique et de dpoussirage des fumes pour une chaudire demande une certaine gymnastique qu'il est facile de comprendre. Nous allons les dtailler ci-aprs en partant de dchets type copeaux de bois ayant une humidit sur sec de 15% pour alimenter une chaudire de 3000th/h.7.3.1.Pouvoir calorifiqueLe PCI d'un Kg bois sec est de : P0 = 4170 kcal/h

Avec :PH=Pouvoir calorifique l'tat H en kcal/hP0 =Pouvoir calorifique l'tat anhydre en kcal/h (4170 kcal/h)H=degr d'humidit exprim en % sur sec

Soit pour des dchets ayant une Humidit relative HR de 15% :

7.3.2.Quantit de dchets ncessaire la combustion

Avec :PH=Pouvoir calorifique l'tat HPC =Puissance de la Chaudire en kcal/hQ=Quantit de dchets en kg/h

Ceci est valable pour une chaudire ayant un rendement parfait. Dans le cas le plus courant avec un rendement de 75% il faudra :

7.3.3.Dbit d'air ncessaire au transport pneumatiqueDeux cas peuvent se produire soit l'tude concerne une chaudire avec insufflation directe soit le foyer est totalement autonome et le transport pneumatique ne sert qu' l'amenage en un point prcis.Chaudire insufflation (ou chaudire avec avant foyer), on minimisera au maximum l'air d'insufflation et il faudra prendre un taux de 2,5 m3/h/kg. Pour l'exemple en cours : 1128 x 2,5 = 2820 m3/h ou un diamtre de transport pneumatique de 200mm 25 m/s.On prendra toutefois la prcaution de ne pas avoir de diamtre de transport pneumatique infrieur 140 mm. Il y a dans ce cas trop de risque de bourrage, cause de l'irrgularit d'amenage de la vis d'extraction. Il faudra alors, avoir le recours d'un cyclone. Ce cyclone rgl en pression aura une partie de l'air transmis avec les dchets la chaudire ; le reste de l'air en sortie suprieure du cyclone pourra tre raccord la prise d'air de combustion de la chaudire ou de l'avant foyer.Chaudire alimentation des dchets par moyens mcaniques, on prendra un taux beaucoup plus important et avec certaines prcautions on pourra effectuer un circuit ferm avec un cyclone.7.3.4.Calcul du ventilateur de tiragePour brler un kg de dchets de bois il faut un dbit d'air de 7,2 Nm3/h.O pour l'exemple considrer : temprature ambiante :

temprature des fumes (prendre le maximum 400 C) :

Auquel il faudra ajouter un coefficient de 20% pour excs d'air et permettre un rglage. Soit un dbit de fumes de . Ce dernier servira de rfrence pour le calcul du dpoussireur et du ventilateur.7.3.5.Rgulation de tirageParmi les problmes, le plus important dans la combustion des dchets de bois est la coloration des fumes qui est souvent trop noire. Quand on cherche liminer ce phnomne il est indispensable de prvoir une rgulation de tirage. En fait pour viter ce problme il faudrait que l'ensemble alimentation et extraction de fumes n'ait pas de variation au cours du fonctionnement.Or il y a toujours variation.Variation sur la quantit de dchets en approvisionnement : Le principe de la vis d'extraction est d'extraire les dchets en volume. Selon la hauteur des dchets dans un silo la densit de ceux-ci peut varier du simple au double. A la chaudire, cette variation pourra tre cause d'un manque d'air de combustion et donc d'une formation d'une fume noire par combustion incomplte.Variation de temprature des fumes : entre le moment du dmarrage de la chaudire et la fin de combustion (moment ou s'arrte la chaudire), les fumes varient en gnral de 100 C 300 C. Dans l'exemple en cours, le dbit des fumes oscillera entre :

En supposant le dbit d'extraction rgl pour une parfaite combustion 300 C, il y aura prs de 50% de dbit d'air de combustion en trop dans le foyer lorsque les fumes seront 100 C ( chaque redmarrage de la chaudire). Sans prcautions le trop important dbit d'air de combustion entranera, l'extrieur, des dchets imbrls.En fait, cette rgulation de tirage peut se faire trs facilement. Un dprimomtre mesure la dpression du foyer et par l'intermdiaire d'une vanne ou mieux d'un by-pass sur la gaine de sortie des fumes, la rgulation agit en ouverture ou en fermeture.

A.1. LES DIAMETRES USUELS DES MACHINES A BOISDsignation machineCaractristiquesNb de bouchesDiamtre par agrgat

Scie ruban de second dbit Volant 600 Volant 600 800 Volant 800 1000 Volant 1000 1200 Volant > 1 200 1 1 1 1 - 2 2 80 100 120 140 suprieur - 100 infrieur 160 suprieur - 120 infrieur

Scie circulaire mono lame Diamtre lame < 400 Diamtre lame > 400 1 1 120 140

Scie panneaux format horizontal Largeur dbit < 1 500 Largeur dbit < 3 000 1 2 1 2 140 180

Scie panneaux format vertical 180 ou 100

Trononneuse simple pendulaire, radiale escamotable Diamtre lame < 400 Diamtre lame > 400 1 1 1 120 140 120

Dligneuse circulaire 1 lame mobile Dligneuse circulaire Diamtre lame < 400 > 400 1 1 140 160

Dligneuse multiple 5 7,5 kW 10 kW 15 25 kW 30 40 kW 50 kW 75 kW 1 1 1 111180 200 225 250 275 300

Dgauchisseuse simple Largeur table < 300 Largeur table > 300 1 1 120 140

Dgauchisseuse Dresseur Largeur table < 300 Largeur table > 300 2 2 120 (arbre horizontal) - 100 (dresseur) 140 (arbre horizontal) - 100 (dresseur)

Raboteuse simple ou double face Largeur table < 500 Largeur table < 800 Largeur table < 10001 ou 2 1 ou 2 1 ou 2 140 160 180 200

Raboteuse trs large simple ou double faceLargeur table 1 100 Largeur table 1 300 Largeur table 1400 Largeur table 1600 Largeur table 1 800 Largeur table 2000 Largeur table 2300 1 - 2 1 - 2 1 - 2 1 - 2 1 - 2 1 - 2 1 - 2 225 250 250 275 275 300 320

Raboteuse quatre faces larges Arbres horizontaux Arbres verticaux 2 2 140 160 120

Corroyeuse quatre facesArbres horizontaux Arbres verticaux Arbres horizontaux 2 2 120 140 120

Multifaces - Mouluriresuniversels Arbres verticaux Araseur 2 - 6 2 - 6 1 120 - 140 120 100 -120

Tenonneuse simple Outil tenonner Toupie-fraise Drouleur Araseurs 1 1 2 1 2 2 120 - 140 120 140 120

Tenonneuse doubleInciseurs Toupies Drouleurs 2 2 - 4 - 6 2 - 4 100 120 - 140 160

Toupie simple 1 2 1 120 - 100 (bouche infrieure) 80 - 100 ou bouche balayage

Mortaiseuse a mches chane, bdane alternative 1 1100 + bouche balayage 100 + bouche balayage

Dfonceuse 1150

Perceuses - Entailleuses diverses1Bouche de balayage

Ponceuses bandes troites patin Simple bande horizontales Petite machine verticale poutre Simple bande poutre Double bande 1 2 1 2 4150 - 180 120 200 200

Ponceuses bandes larges suprieure avec 2 agrgats (1 cylindre contact + 1 patin) infrieure avec 1 agrgat Largeur de bande600 - 800 900 1 000 1 100 1200 1300 1600 1800 600 - 800 800 - 1100 1200 1300 1600 1800 1 2 1 - 2 1 2 1 - 2 1 - 2 t 2 1 - 2 1 - 2 1 1 - 2 1 2 1 - 2 1 - 2 270 ou 2 x 150 225 ou 2 x 160 250 ou 2 x 180 275 ou 2 x 190 300 ou 2 x 210 320 ou 2 x 225 360 ou 2 x 250 380 ou 2 x 275 180 210 ou 2 x 150 250 ou 2 x 180 300 ou 2 x 210 320 ou 2 x 225

Ponceuses cylindres suprieurs Longueur des cylindres < 1 000 1000 - 1250 > 1250 Brosse mtallique Par cylindre 1 1 1 1 180 200 250 120

Ponceuses cylindres infrieurs < 1000 1000 - 1250 > 12501 1 1160 180 200

Egreneuse cylindres Largeur de travail 700 1800 Par rouleaux 1 180

Egreneuse pour chant unilatrale 4140

Plaqueuses de chant unilatrale Affleurage PontageChanfreinage Toupies 2 1 2 1 - 2 80 80 80 100

bilatrale = 2 unilatrales

Source: Prcis daspiration

A.2. QUELQUES ELEMENTS DE CAPTATION ET LEUR DEBIT D'AIRPartie suprieure de table de travailPour installation sur table de travail

DimensionsL mm1000150020002500

Dbit d'airm3/h2000300040005000

Diammm180220240280

Partie infrieure de table de travailComme table de travail avec aspiration en partie infrieure

DimensionsL mm1000150020002500

Dbit d'airm3/h2300350046005800

Diammm200240280325

Table d'grenageAspiration dessous

DimensionsL mm1500200025003000

Dbit d'airm3/h 3500460058007000

Diammm240280325350

Cabine de peinturehauteur 2,50 m

DimensionsL mm2000250030004000

Dbit d'airm3/h9000112001350018000

Diammm600700700800

Paroi aspirante(dpression 40 daPa)Dimensions L mm 800 1000 1500 2000

Dbit d'airm3/h20002500 37505000

Diammm180200240280

24