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Systèmes d'aspiration et de collecte des poussières (contrôle des poussières) : un aperçu

Guide d'ingénierie pour la conception et l'exploitation de systèmes de collecte des poussières pour une extraction efficace des poussières

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Résumé de la page
1. Définition d'un système d'aspiration des poussières
2. Collecte des poussières en un point
3. Système d'aspiration centralisé
4. Problèmes courants avec les systèmes de collecte des poussières
5. Surveillance d'un système de collecte des poussières

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Les collecteurs de poussières industriels sont des systèmes permettant d'extraire les poussières en un ou plusieurs endroits, de les transporter avec le flux d'air et de les collecter dans un récepteur, souvent équipé d'un système de filtration, avant de libérer de l'air propre. Ces systèmes sont essentiels pour assurer à la fois un espace de travail sûr et s'assurer que l'air libéré dans l'environnement est propre. Le guide d'ingénierie présenté dans cette page donne des détails sur la conception des systèmes de collecte des poussières, leurs performances et la manière de résoudre les problèmes que les usines rencontrent généralement avec ces systèmes.

1. Définition d'un système de collecte des poussières

Types de systèmes de collecte des poussières / Qu'est-ce qu'un système d'aspiration des poussières ?

Toutes les industries qui manipulent des solides doivent également gérer la poussière : bien sûr, les industries de transformation de poudres, mais aussi les industries du plastique, du bois, les ateliers mécaniques ou même les nouvelles technologies comme la fabrication additive qui manipule des poudres polymères ou métalliques. Il est crucial, lors de la manipulation de poussières, de pouvoir les contenir pour des raisons de propreté, d'hygiène ou de sécurité (éviter que l'opérateur inhale la poussière et / ou que des risques d'explosion de poussière (ATEX) soient créés). Les systèmes de collecte des poussières doivent donc être conçus, installés et exploités correctement. Ces systèmes sont généralement appelés Systèmes d'aspiration des poussières, systèmes de collecte des poussières ou collecteurs de poussières.

Les systèmes d'aspiration des poussières peuvent avoir des conceptions et des tailles différentes. Typiquement, powderprocess.net distingue deux catégories :

• Système d'aspiration des poussières local : petit système monté localement, directement sur l'équipement où l'émission de poussière peut se produire
• Système de collecte des poussières centralisé : système plus grand permettant de collecter la poudre à différents endroits

Les deux types ont en commun d'avoir un ventilateur pour aspirer l'air et éloigner la poussière de la zone de travail, et un filtre pour collecter la poussière.

Les systèmes de collecte des poussières centralisés ont en outre des tuyaux / conduits pour amener l'air et la poussière dans un collecteur. Le collecteur est généralement équipé d'un filtre (sac filtrant ou cartouche) pour capturer la poussière et s'assurer que l'air rejeté est propre. Il faut noter que d'autres procédés peuvent être utilisés comme collecteurs de poussières : cyclones, laveurs, précipitateurs électrostatiques. Ces systèmes sont cependant plus importants et dépassent la portée de cette page, qui se concentre plutôt sur la capture des émissions localisées de petites à moyennes tailles observées à une station de déversement, par exemple, ou lors du déversement de poudre d'un récipient.

À la recherche d'autres systèmes d'aspiration des poussières ou de composants spécifiques ? Consultez ces autres pages : FILTRES, SÉPARATION GAZ / SOLIDES. Par PowderProcess.net

2. Collecte des poussières en un point

2.1 Comment ça fonctionne ?

Une solution particulièrement adaptée aux émissions de poussière dues à la manipulation de sacs ouverts, généralement sur stations de déversement de sacs, est d'avoir un système d'aspiration des poussières directement monté sur l'équipement à partir duquel l'émission de poussière se produira.

Un tel système est composé de :

• Un filtre qui collectera la poussière
• Un ventilateur qui fournira la force motrice pour aspirer l'air situé au point d'émission de la poussière et la transporter avec lui

Figure 1 : exemples de stations de déversement de sacs avec aspiration des poussières montée en haut

S'il est possible de fermer l'équipement une fois l'opération générant de la poussière terminée, alors l'utilisation d'un filtre à jet pulsé est un bon choix car il permettra de détacher le filtre et de laisser la poussière retomber dans le processus une fois que l'opérateur a terminé le déversement, évitant ainsi le gaspillage de matériaux.

Comme pour tout système d'aspiration des poussières, le dimensionnement du ventilateur et du filtre est d'une grande importance pour assurer les bonnes performances du système, c'est-à-dire pour s'assurer que la poussière est correctement capturée.

Dans le cas d'une station de déversement, le ventilateur doit être suffisamment puissant pour garantir une vitesse d'air minimale d'environ 0,5 m/s à travers l'ouverture, avec le filtre dimensionné de manière à ce que la chute de pression soit minimale (quelques mbar).

2.2 Avantages et inconvénients d'un système d'aspiration des poussières local ?

Tableau 1 : avantages et inconvénients d'un système d'aspiration des poussières local

Avantages	Inconvénients
Système compact Pas de conduit Convient bien aux stations de déversement de sacs Possible de recycler directement la poussière capturée	Un seul système par équipement, donc peut être coûteux s'il y a de nombreuses sources d'émission

3. Système d'aspiration centralisé

3.1 Qu'est-ce qu'un système d'aspiration centralisé ?

Un système d'aspiration centralisé est situé à l'écart de la source d'émission de poussière et connecté à celle-ci grâce à des conduits qui transporteront l'air et la poussière vers le collecteur central. Il est alors possible de connecter plusieurs équipements à un seul système d'extraction centralisé. Cela est particulièrement intéressant, par exemple, dans le cas d'un atelier mécanique disposant de plusieurs machines pouvant générer de la poussière, ou si un fabricant a un grand nombre de stations de déversement installées à proximité les unes des autres. Les applications typiques de ce type de système sont les suivantes :

• Travail du bois
• Découpe, meulage des métaux
• Manipulation de matériaux (stations de déversement)

Le système est composé d'un collecteur de poussière, qui est un trémie équipé d'un filtre et connecté à un ventilateur qui aspirera l'air des différents points de collecte vers la trémie de réception. Comme pour le système localisé expliqué ci-dessus, il est recommandé d'équiper le filtre d'un système de nettoyage automatique, généralement à jet pulsé, afin d'augmenter la durée de vie du filtre.

Si le système d'extraction centralisé est connecté à plusieurs équipements, ce qui est généralement le cas car cela permet de réaliser des économies d'investissement par rapport à un système par source de poussière, la conception du système de tuyauterie est d'une importance primordiale. En effet, plus le nombre de tuyaux est élevé, plus il est difficile d'assurer une puissance d'aspiration uniforme pour tous les équipements.

Figure 2 : exemple de système central de collecte de poussière

3.2 Comment concevoir un système de collecte de poussière efficace ?

Les exigences de conception typiques sont les suivantes :

• La vitesse de l'air au point d'extraction (vitesse de captage) doit être suffisamment élevée pour capturer la poussière
• La vitesse de l'air dans les tuyaux doit être suffisante pour permettre de transporter la poussière jusqu'à la trémie de réception
• En conséquence, le ventilateur doit être conçu pour assurer ces vitesses, et le filtre doit être dimensionné en fonction de la capacité maximale du ventilateur
• Tout le système de tuyauterie doit être bien équilibré afin d'éviter d'avoir certains points d'émission sans suffisamment d'air pour une aspiration correcte. Des clapets ou d'autres systèmes d'équilibrage sont alors utilisés.

En outre, les recommandations de conception suivantes peuvent être prises en compte :

• La tuyauterie doit être aussi courte et droite que possible afin de réduire la perte de pression (et ainsi la taille du ventilateur et la consommation d'énergie)
• La vitesse ne doit ni être trop élevée (perte d'énergie, risque d'usure) ni trop basse (dépôts de poussière pouvant entraîner des bouchons dans les tuyaux)
• Le système peut être automatisé, avec un ventilateur à variateur de fréquence, de sorte que la puissance d'aspiration soit adaptée aux besoins (économies d'énergie), si seuls quelques points de collecte sont effectivement utilisés à un moment donné
• Il faut penser à l'avance à la manière dont la poussière sera traitée : est-il possible de la collecter dans des sacs, par exemple, ou, mieux encore, est-il possible de la recycler directement dans le processus ?

3.3 Avantages et inconvénients d'un collecteur de poussière central ?

Tableau 2 : avantages et inconvénients d'un système d'aspiration centralisé

Avantages	Inconvénients
Bien adapté à plusieurs sources d'émission de poussière	Maintenance de la poussière requise Équilibrage de la tuyauterie parfois difficile, ou mal géré par les opérateurs Risque ATEX à prendre en compte dans l'installation et dans le récepteur Peut être difficile de recycler la poussière collectée si différents matériaux sont collectés puis mélangés dans le collecteur

3.4 Hotte d'aspiration et vitesse de captage

C'est un élément de base de l'aspiration de poussière, mais qui n'est pas toujours correctement mis en œuvre sur le terrain.

La 1ère chose est d'avoir une conception de hotte appropriée pour une aspiration efficace :

• Il est préférable d'avoir une hotte profilée, adaptée à l'application, plutôt qu'un simple tube. Il peut être nécessaire d'avoir un espace clos afin d'assurer une capture efficace [SHAPA]
• La hotte doit être positionnée près de la source d'émission de poussière : la vitesse la plus élevée est bien sûr à l'entrée du tuyau lorsque le diamètre est plus étroit, mais il faut garder à l'esprit que la vitesse sera de 70% inférieure à ~1/2 diamètre du point de captage tandis qu'elle sera de 90% inférieure à 1 diamètre [Maynard]
• La hotte doit être positionnée de manière à ne pas aspirer la poussière vers le visage de l'opérateur [Constance]

La vitesse de captage doit ensuite être adaptée à l'application, car les exigences varieront en fonction de la nature de la poussière à capturer, mais aussi des conditions dynamiques de la capture, c'est-à-dire si la poussière est presque statique ou s'il y a des courants d'air qui l'éloignent du point de collecte. Les vitesses de capture suivantes peuvent être trouvées dans la littérature [SHAPA]

Tableau 3 : vitesses de capture de poussière recommandées

Type d'émission	Vitesse de captage	Exemples
Aucune vitesse	0,3-0,5 m/s	Vapeurs, fumées de soudage
Faible vitesse	0,5-1 m/s	Pesage de poudre, emballage, découpe laser
Haute vitesse	1-2,5 m/s	Découpe plasma, convoyeur à bande à grande vitesse
Haute force	2,5-10 m/s	Broyage

Il est possible d'estimer le débit d'air requis en considérant la vitesse de captage recommandée et la distance de l'entrée de la hotte à la source d'émission de poussière grâce à la formule suivante [SHAPA] :

Q = V.(10X² + A)

Avec

Q = débit d'air requis (m³/min)
V = vitesse de capture requise (m/min)
X = distance à la source de poussière (m)
A = surface de la face ouverte de la hotte (m²)

3.5 Vitesse de l'air dans les tuyaux

La vitesse de l'air dans les tuyaux ne doit ni être trop élevée (perte d'énergie, risque d'abrasion), ni trop basse (accumulation de poussière dans les tuyaux). Selon le type de poussière, les vitesses d'air recommandées sont d'environ 10 m/s pour les fumées et entre 15 (poussière légère) et 23 m/s (particules grossières) pour les solides ([SHAPA], [Maynard]).

3.6 Tuyauterie

Les tuyaux transportant l'air et la poudre doivent être étudiés en détail lors de la conception du système de collecte de poussière. Il est en effet très important de s'assurer que certains aspects de la conception ont été correctement pris en compte :

• Le diamètre de la tuyauterie doit être tel que la vitesse d'air requise soit atteinte
• La perte de pression doit être minimisée (ce qui permettra de réduire la taille du ventilateur et de réaliser des économies à la fois en investissement et en électricité pour faire fonctionner le système)
• La construction de la tuyauterie doit réduire les risques de fuite
• Le système doit être bien équilibré ce qui signifie que tous les points de captage doivent avoir un débit d'air optimal. [Maynard] propose d'équilibrer le système par conception, ce qui signifie que le diamètre des différentes branches est ajusté de manière à répondre aux besoins de chaque point de captage, sans laisser de place à un ajustement manuel par un opérateur, par exemple. Il est possible, bien que cela puisse ne pas être très flexible tout au long de la vie de l'installation, que de nombreux systèmes recourent encore à l'utilisation de clapets / portes de soufflage à chaque point de captage pour ajuster le tirage. Il est en effet plus flexible, mais il faut faire attention à s'assurer qu'aucune modification non contrôlée du système n'est effectuée, ce qui pourrait déséquilibrer le système. Les portes de soufflage doivent également être nettoyées régulièrement
• Les branches doivent être connectées au tuyau principal par une entrée inclinée, et non à 90 degrés [Maynard]

3.7 Ventilateur et filtre

Atteindre les vitesses de captage d'air de conception et les vitesses de transport dans les tuyaux nécessite de dimensionner correctement le ventilateur et le filtre en fonction du débit d'air requis et de la perte de pression qui sera générée à travers le système.

• Un ventilateur est un dispositif centrifuge d'air. Par conséquent, il faut faire attention au fait que le débit d'air généré n'est pas constant avec la pression, ce qui est normalement le cas avec un soufflant à déplacement positif tel qu'un soufflant à lobes. Cela signifie que si la perte de pression dans les tuyaux n'est pas correctement évaluée, ou si les opérateurs ferment trop les clapets, le débit d'air total à travers le ventilateur diminuera et empêchera ainsi une bonne capture et un transport de la poussière.
• Afin de générer des économies d'énergie, le ventilateur peut être équipé d'un variateur de fréquence qui variera la vitesse en fonction de la demande réelle. Cela nécessite toutefois un certain degré d'automatisation, mais le retour sur investissement en vaut généralement la peine.
• Une section de tuyau droit est recommandée à l'entrée du ventilateur [Constance], si l'entrée du ventilateur est constituée d'un coude, le débit d'air peut ne pas être constant et le ventilateur peut souffrir de pulsations et d'un débit d'air inférieur à celui attendu.

3.8 Protection contre les explosions de poussière

La poussière peut entraîner une explosion si un nuage de poussière est soumis à une source d'inflammation. Les poussières, selon leur nature, ont des MIE ce qui les rend plus ou moins sensibles aux explosions. Cependant, il faut considérer que les poussières sont généralement fines, ce qui diminue la MIE et rend la collecte de poussières un danger potentiel clair pour l'usine.

En conséquence :

• A analyse des risques de poussières (DHA, DSEAR, analyse des risques ATEX) est obligatoire.
• Toutes les bonnes pratiques telles que la mise à la terre électrique de chaque partie du système de collecte de poussières est obligatoire. Les opérateurs doivent être particulièrement prudents sur le conduit, flexible, et le support des filtres.
• En fonction des poussières manipulées, la taille et la quantité contenue dans le collecteur, il peut être nécessaire de protéger le collecteur de poussières avec un panneau d'explosion ou un système de suppression, et s'assurer que l'explosion ne peut pas se propager dans les conduits.

Il existe de nombreux exemples d'explosion dans les collecteurs de poussières, ce sujet doit être pris avec la plus grande sérieuxité par les fournisseurs et les opérateurs des systèmes.

4. Problèmes courants avec les systèmes d'extraction de poussières

Tableau 4 : problèmes courants avec les systèmes de collecte de poussières centralisés

Problème	Cause racine et action
Poussières non aspirées correctement	Vitesse d'aspiration trop basse : vérifier le débit d'air, s'assurer que le conduit d'aspiration a un capot / enceinte et est suffisamment proche de la source de poussières, vérifier si un registre a été modifié
Accumulation dans les conduits	Vitesse de l'air dans les conduits trop basse : vérifier le débit d'air du ventilateur, vérifier le filtre, vérifier l'adéquation du diamètre du conduit / débit d'air du ventilateur
Consommation d'énergie élevée	Ventilateur toujours à pleine vitesse même si pas nécessaire : automatiser le système avec un ventilateur à variateur de vitesse
Trop grande perte de pression à travers le filtre	Filtre bouché : vérifier le filtre, vérifier le système de nettoyage et la fréquence de nettoyage

5. Surveillance d'un système de collecte de poussières

Les problèmes peuvent être anticipés et évités, ou la dépannage peut être facilité, si le système de filtration et de collecte de poussières est correctement instrumenté et surveillé. Lors de l'achat ou de la mise à niveau d'un système d'aspiration de poussières, les instruments suivants devraient être considérés :

• Mesure de la perte de pression du filtre : il s'agit des données essentielles pour suivre les performances d'un filtre à poussières, si la perte de pression augmente au-dessus d'un certain seuil, cela signifie que les filtres sont probablement bouchés. La tendance de la perte de pression à travers les filtres est également utile pour détecter des incidents spécifiques ; par exemple, si la perte de pression augmentait de manière linéaire et saute soudainement, cela pourrait signifier que le système de nettoyage automatique ne fonctionne pas comme prévu, à l'inverse, si la pression diminue soudainement, cela pourrait signifier qu'un sac de filtre est cassé laissant l'air et les poussières passer sans résistance
• Mesure du débit d'air : la capacité à aspirer l'air aux différents points de collecte et à le transporter jusqu'au filtre central est basée sur la vitesse de l'air. Si le débit d'air (et donc la vitesse) est trop bas, la collecte de poussières ne sera pas efficace et, pour les poussières encore aspirées, elles ne seront pas transportées correctement, ce qui entraînera une accumulation dans les conduits (risques potentiels d'explosion de poussières). S'assurer que le débit d'air est toujours optimal est ainsi un indicateur clé des performances d'un système.
• Mesure de la pression de l'air comprimé : pour les filtres utilisant un système de nettoyage par jet d'air comprimé, il est important de s'assurer que la pression de l'air comprimé de nettoyage est réglée correctement. Si trop basse, le débit d'air ne sera pas suffisant pour déloger les poussières accumulées sur le filtre. Si trop élevée, les impulsions répétées peuvent endommager le filtre et entraîner une fuite de poussières.
• Capteur de niveau dans le bac de collecte : les poussières collectées sur les filtres tombent dans le bac pendant le cycle de nettoyage. Les poussières étant très fines, elles ont probablement une mauvaise fluidité qui peut entraîner des ponts ou des tunnels dans les bacs, ce qui entraîne une augmentation du niveau qui atteint finalement le filtre et force une arrêt. Avoir un ou deux capteurs de niveau permettra de détecter que les poussières s'accumulent et de déclencher une maintenance précoce.

6. Comment acheter un collecteur de poussières ?

Quels sont les fournisseurs de collecteurs de poussières ? Quels sont les éléments à connaître avant d'acheter un collecteur de poussières ?

La conception d'un collecteur de poussières performant n'est pas simple, elle nécessite une conception soigneuse qui doit être réalisée par le fournisseur de collecteurs de poussières. Il est donc crucial de contacter un (ou mieux, plusieurs pour pouvoir comparer les offres) fournisseur de collecteurs de poussières et de lui fournir le plus d'informations possible sur l'application : nature des poussières, PSD, un ou plusieurs points d'émission, comment les poussières sont émises, caractéristiques d'explosion / toxicité des poussières... etc... Le fabricant du collecteur de poussières pourra alors faire une proposition éclairée pour un système qui répondra aux besoins de l'utilisateur.

Voici quelques exemples de fournisseurs de collecteurs de poussières :

• Aspi Ouest
• Nederman
• Donaldson
• ACT collecteurs de poussières
• Camfil
• Delfin (petits systèmes, basés sur des aspirateurs)

(Notez que PowderProcess.net n'a aucun lien avec ces entreprises)

Source

[Maynard] Six considérations clés pour la conception d'un système de collecte de poussières, Maynard, PBE, 2018

[Constance] Faire les choses correctement la prochaine fois, Constance, PBE, 2019

[SHAPA] 10 étapes clés pour comparer les propositions de systèmes d'extraction de poussières, Whitehead, SHAPA, 2002