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Auteur(s)
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Khashayar SALEH : Professeur des universités - Département de génie des procédés industriels de l'Université de technologie de Compiègne
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Pierre GUIGON : Professeur des universités - Département de génie des procédés industriels de l'Université de technologie de Compiègne
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le stockage des solides divisés est une opération courante dans de nombreuses industries. Il est en effet difficile de trouver un produit, granulaire ou pulvérulent, qui n'ait pas séjourné à un moment ou un autre de son élaboration dans un silo ou dans une trémie de stockage. Le dimensionnement rationnel des silos pour obtenir une vidange fiable fut développé et publié dans les années soixante. Depuis, le sujet a fait l'objet d'un intérêt constant et d'importants progrès technologiques ont vu le jour. Malgré cela, pour beaucoup, un silo reste encore considéré comme un banal container qui ne nécessite pas de précautions particulières de dimensionnement. Il en résulte un certain nombre de problèmes lors du stockage et/ou de la vidange des silos industriels. Il n'est pas rare de nos jours d'avoir recours à un marteau pour faire sortir le solide stocké ! De même, il n'est pas moins rare de subir des problèmes d'écoulement ou, plus précisément, de « colmatage » dans les silos, nécessitant des interventions du personnel pour vidanger des tonnes de produits mottés à la pelle ! Ces interventions, à caractère curatif, peuvent, d'une part, abîmer de manière irrémédiable les installations et, d'autre part, créer des rugosités en déformant les installations qui sont autant de nouveaux points d'accroches pour de futurs colmatages. Par ailleurs, une part prépondérante des accidents de personnel a lieu lors des interventions dans des silos colmatés. L'impact économique de ces interventions est également considérable car elles génèrent des arrêts intempestifs de la production et nécessitent un recyclage, voire le rejet du produit motté. À cela, il faut ajouter des accidents beaucoup plus drastiques comme par exemple des incendies et des explosions de silos.
Dans les précédents dossiers [J 2 251] et [J 2 252], nous avons présenté les notions de base associées à la rhéologie des poudres.
L'objectif de ce dossier est d'initier l'ingénieur de procédé aux principes physiques régissant l'écoulement des poudres dans les silos, d'exposer les problématiques posées lors de l'écoulement, ainsi que les outils existants, tant calculatoires que technologiques, permettant d'en éviter ou d'en résoudre un certain nombre.
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Calcul et dimensionnement des silosArticle inclus dans l'offre
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2. Principes physiques associés à l'écoulement
Le dimensionnement approprié d'un silo pour un écoulement en masse dépend de la géométrie du silo et des propriétés d'écoulement de la poudre. Plus particulièrement, l'écoulement est conditionné par le rapport entre deux forces antagonistes qui résultent respectivement :
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du champ des contraintes généré par le poids du produit qui tend à consolider le milieu ;
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des propriétés mécaniques du solide.
Malgré de nombreuses similitudes avec les liquides, l'écoulement des poudres n'est pas régi par les mêmes principes physiques ni par les mêmes lois phénoménologiques. Pour un liquide, la viscosité est un parfait indicateur de son écoulement, tandis que pour un solide, même en état dispersé, la notion de viscosité perd entièrement son sens. À l'image des solides massifs, pour une poudre consolidée, l'écoulement a lieu si une partie de la poudre peut glisser par rapport à une autre. Ainsi, l'écoulement de la poudre est associé à la résistance qu'elle oppose à la rupture.
2.1 Transmission des contraintes
Une différence fondamentale entre les liquides et les poudres est que dans ces dernières, la distribution des contraintes n'est pas isotrope. En effet, les contraintes exercées au sein d'un solide en vrac ne se transmettent pas uniformément dans toutes les directions mais passe par les points de contacts entre les particules. Il revient à Roberts d'être le premier à remarquer en 1884 que dans une cellule cylindrique remplie de céréales, la pression exercée sur le fond cessait d'augmenter dès que la hauteur du remplissage excédait le double du diamètre de la cellule. Quelques années plus tard, Janssen ...
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Principes physiques associés à l'écoulement
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ROBERTS (I.) - On the pressure of wheat stored in elongated cells or bins. - Engineering, 34, p. 399 (1882).
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(2) - ROBERTS (I.) - Determination of vertical and lateral pressures of granular substances. - Proceed. Royal. Soc. of London, 36, p. 225-240 (1884).
-
(3) - JANSSEN (H.A.) - Versuche über getreidedruck in silozellzn. - Ztg. Ver. Dt. Ing., 39, p. 1045-1049 (1895).
-
(4) - DEMING (W.E.), MEHRING (A.L.) - The gravitational flow of fertilizers and other comminuted solids. - Industrial and Engng. Chemistry, 21, p. 661-665 (1929).
-
(5) - BINGHAM (E.C.), WIKOFF (R.W.) - The flow of dry sand through capillary tubes. - Journal of Rheology, vol. 2, no 4, p. 395-400 (1931).
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(6) - WOLF (E.F.), VON HOHENLEITEN (H.L.) - Experimental study of the flow of coal in chutes at riverside generating station. - ...
ANNEXES
http://www.schwedes-and-schulze.com
http://www.aria-constructeur.com
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Science et Technologie des Poudres Type : colloque Périodicité : trois ans Prochaine occurrence : 2012, Toulouse
Congrès de la Société Française du Génie des Procédés (SFGP)Type : congrès Périodicité : tous...
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