Transport pneumatique - Calcul de la perte de charge (phase diluée)
Comment calculer la perte de charge dans un système de transport pneumatique ?
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| 1. Introduction |
| 2. Perte de charge dans les tuyaux horizontaux |
| 3. Perte de charge dans les tuyaux verticaux |
| 4. Perte de charge dans les coudes |
| 5. Perte de charge totale dans les tuyaux |
| 6. Modèles |
1. Introduction
Le calcul de la perte de charge dans une ligne de transport pneumatique n'est pas aisé ; certaines corrélations existent mais peuvent manquer de précision, la majorité des connaissances restant détenues par les fournisseurs d'équipements. L'expérience reste la meilleure méthode pour concevoir de manière fiable un système de transport pneumatique. Cependant, pour une meilleure compréhension des phénomènes physiques impliqués, il est intéressant d'identifier les différents termes physiques contribuant à la perte de charge dans les tuyaux.
Les forces en jeu étant différentes dans les tuyaux horizontaux, les tuyaux verticaux et les coudes, chaque cas est expliqué ci-dessous. La perte de charge totale de la ligne est la somme de chacune de ces pertes de charge.
Les explications ci-dessous s'appliquent principalement au transport en phase diluée.
2. Perte de charge dans les tuyaux horizontaux
Perte de charge = Frottement gaz-tuyau + Frottement solides-tuyau + (accélération du gaz + accélération des particules) [1]
Frottement gaz-tuyau : comme pour tout écoulement fluide, le gaz circulant dans le tuyau pour transporter les solides présente un frottement avec la paroi du tuyau de transport, il est nécessaire d'en tenir compte.
Frottement solides-tuyau : le gaz interagit avec le tuyau, mais il en va de même pour les particules solides qui percutent la paroi, sont traînées contre celle-ci, etc., contribuant ainsi à la perte de charge.
Accélération du gaz + accélération des particules : dans la plupart des cas, les solides en vrac transportés sont introduits dans une section horizontale droite. Il est nécessaire, au point de prise, de dépenser de l'énergie pour accélérer le gaz et les particules, ce qui contribue à la perte de charge. Notons qu'il est également nécessaire de le faire après un coude, comme indiqué ci-dessous.
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3. Perte de charge dans les tuyaux verticaux
Perte de charge = Frottement gaz-tuyau + Frottement solides-tuyau + hauteur manométrique statique des solides + hauteur manométrique statique du gaz [1]
Frottement gaz-tuyau : comme pour tout écoulement fluide, le gaz circulant dans le tuyau pour transporter les solides présente un frottement avec le tuyau de transport ; il est nécessaire d'en tenir compte.
Frottement solides-tuyau : le gaz interagit avec le tuyau, mais il en va de même pour les particules solides qui percutent la paroi, sont traînées contre celle-ci, etc., contribuant ainsi à la perte de charge.
Hauteur manométrique statique des solides + hauteur manométrique statique du gaz : lors d'un écoulement vertical, le flux de gaz et de poudre doit vaincre le poids des solides et du gaz dans le tuyau vertical.
4. Perte de charge dans les coudes
Il est particulièrement difficile de modéliser la perte de charge réelle dans un coude pour le transport pneumatique. Il faut tenir compte non seulement du frottement régulier du gaz et des solides, mais aussi de la réaccélération après le coude. La méthode la plus simple consiste à supposer que le coude est équivalent à une certaine longueur de tuyau droit. Pour une évaluation approximative (mais non pour une conception détaillée), la littérature propose pour un coude à 90° la valeur suivante :
Perte de charge = 7,5 m × (perte de charge verticale par unité de longueur) [1]
5. Perte de charge totale dans les tuyaux
Perte de charge totale = Perte de charge horizontale + Perte de charge verticale + Perte de charge dans les coudes
6. Modèles
Les équations ci-dessus expliquent qualitativement les phénomènes physiques générant des pertes de charge dans une ligne de transport pneumatique, mais pour un calcul concret, un modèle doit être utilisé. Ceux-ci sont généralement de deux types :
- Modèles détaillés tentant de décrire physiquement chacun des termes mentionnés ci-dessus
- Modèles empiriques proposant des équations ou des abaqs pour représenter les comportements observés
Aucun de ces modèles trouvés dans la littérature n'est réellement très précis et doit donc être utilisé avec prudence, et jamais pour une conception détaillée. Pour une conception détaillée, des essais pilotes en usine sont nécessaires et/ou l'assistance d'une société d'ingénierie établie, qui a dans la plupart des cas adapté ses propres modèles à partir de ceux publics, doit être sollicitée.
Sources
[1] "Principles of Powder Technology", M.J. Rhodes, 1990, pages 151-153