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Recommandations en matière de conception de la hotte du dépoussiéreur

Par Nathan Hildebrand, Ingénieur en applications chez Donaldson Torit

Dans de nombreuses situations quotidiennes, vous pouvez choisir une option peu coûteuse, mais vous en paierez le prix au final.  Ce constat est particulièrement vrai pour les conceptions des hottes de dépoussiéreur. De petits changements dans les conceptions de capot peuvent parfois générer de grands résultats : surtout en matière de performances et de coût total des opérations.

Les responsables chevronnés savent que leur ressource la plus précieuse est leur personnel. C’est donc sans surprise que le confort des travailleurs est la priorité des entreprises fructueuses. L’ACGIH - Industrial Ventilation, A Manual of Recommended Practice for Design (28e édition, Ventilation industrielle : manuel de pratique recommandée de conception) considéré par de nombreuses personnes comme étant la norme selon laquelle les solutions de dépoussiéreurs doivent être évaluées. Ce manuel cite des recommandations en matière d’hygiène industrielle et vise à améliorer la zone de respiration des opérateurs et du personnel dans les installations. Il fournit une aide sur les options de hotte et présente la meilleure stratégie pour chaque cas en prenant en compte de nombreuses configurations de hotte.

Lorsque vous débutez une conception de hotte, il est également utile de prendre en compte l’importance de problèmes qui dépassent la qualité de l’air dans l’espace de travail. La nature potentiellement combustible ou des poussières, ou leur toxicité, peut avoir une influence sur la conception de la hotte et du système en général. Votre installation peut être confrontée à de graves dangers si certaines normes de propreté ne sont pas respectées. Au-delà de l’impact sur les conditions des travailleurs, de lourdes amendes peuvent être appliquées si votre installation n’est pas conforme.

En plus de la qualité de l’air de l’espace de travail, les responsables doivent souvent trouver un équilibre entre deux considérations significatives dans chaque entreprise : la qualité du produit ou du travail, et le coût opérationnel.  Parfois, les économies ne semblent pas évidentes, par exemple dans le cas du potentiel d’amélioration de la conception de hotte qui vise à réduire l’investissement dans les équipements (par exemple les ventilateurs). Étant donné que la conception de la hotte peut être une considération critique, examinons quelques options différentes. 

Conceptions communes de hottes

Si vous ne pouvez pas exécuter votre procédé dans un espace confiné, vous aurez peut-être besoin d’une hotte externe située à proximité de l’opération afin de contrôler les poussières générées lors de l’opération. Les cinq types de hottes externes sont répertoriés par ordre croissant d’efficacité, mais également en fonction de leur coût de fabrication. Toutefois, les coûts de fabrication initiaux des hottes peuvent facilement être compensés lorsqu’ils sont comparés à d’autres points pertinents à considérer, tels que :

  • Les améliorations de la propreté de l’usine et la réduction des temps d’immobilisation pour fabriquer vos produits ;
  • Les économies potentielles réalisées grâce à des conduits, dépoussiéreurs et ventilateurs de taille réduite, et ;
  • Les exigences moindres en termes d’énergie et de volume d’air, qui assurent une puissance plus faible du ventilateur, d’où moins de coûts d’approvisionnement associés.

1.  Le capot à bord brut représente la configuration de capot la plus conventionnelle et la moins chère de toutes. Il s’agit simplement d’un conduit ouvert qui se termine à proximité du point de génération de la poussière. La conception de la hotte ne peut pas être plus simple que cette approche.

Les hottes à bord brut, bien que simples à fabriquer, délivrent les plus mauvaises performances de récupération des contaminants au point de génération. Cette configuration de hotte extrait l’air non seulement à l’avant de l’ouverture du conduit mais, malheureusement, également à l’arrière de l’ouverture de la hotte, ce qui la rend inefficace. Cette configuration crée également un haut degré de turbulences qui peuvent contribuer à un plus fort gaspillage d’énergie et nécessiter un ventilateur potentiellement plus grand. Cette option de configuration de hotte est loin d’être optimale du point de vue du coût total.

2.  Le capot bridé est relativement simple avec un faible coût de fabrication, et cette option améliore la conception de bord brut avec une bride en plus. La hotte bridée offre de meilleures performances grâce à l’air et l’énergie utilisés pour collecter la poussière uniquement dans la zone située à l’avant du conduit ouvert. 

L’ajout d’une bride à une hotte améliore les performances de la hotte et réduit le volume d’air requis pour maintenir la propreté de l’installation. Ce principe améliore également la qualité de l’air de l’environnement de travail de vos employés. Les brides ne doivent pas nécessairement être rondes si une forme carrée ou même triangulaire est mieux adaptée à une situation donnée, du moment que la forme insuffle correctement l’air dans la hotte par l’avant. En ce qui concerne les brides, un élément vaut toujours mieux que rien. Les hottes bridées pouvant toujours impliquer un excès de turbulences, examinons quelques améliorations de conception pour voir s’il est possible de réduire cet excédent.

3.  Un capot aminci offre notre prochaine amélioration en matière de performances des capots. Prenez un conduit rond avec une bride rectangulaire. Si nous plions les bords de la bride vers l’avant et les relions sur les côtés, nous pouvons créer un entonnoir conique qui dirige toujours l’air dans le conduit. Cet entonnoir conique facilite plus progressivement l’entrée de l’air dans la hotte par rapport à une entrée brute ou bridée, en réduisant ainsi les turbulences créées lorsque l’air pénètre dans le conduit par l’arrière de la hotte. Cette transition plus graduelle économise de l’énergie et diminue le coût d’exploitation du ventilateur, en favorisant des économies sur le long terme, moyennant une augmentation mineure des coûts de fabrication de la hotte. La réintroduction d’une bride sur la face de la hotte permet une nouvelle fois de concentrer l’efficacité de la hotte et de réduire le volume total d’air. Cela permet également de créer les mêmes opportunités d’économies sur l’investissement en équipement (conduits et dépoussiéreurs plus petits, puissance réduite du ventilateur).

4.  Un capot conique passe d’une ouverture de capot ronde plutôt que rectangulaire. Cela permet également à votre hotte d’améliorer davantage les performances. Cette approche améliore les performances de la hotte en réduisant davantage les turbulences générées lorsque l’air pénètre dans le conduit à l’arrière de la hotte. Elle réduit l’énergie requise ainsi que la puissance du ventilateur.  De plus, l’ajout d’une bride à la face de la hotte permet de réduire le volume d’air requis pour contrôler la poussière et de réaliser les économies mentionnées plus tôt en termes de coûts d’investissement (conduits, dépoussiéreurs, puissance du ventilateur).  Comme on peut le voir, la plupart de ces conceptions sont de simples fabrications en tôle pouvant être ajoutées à n’importe quel conduit ouvert.

5.  Le capot à bord évasé offre ce qui est probablement l’apogée des performances de capots externes. Elle combine les avantages proposés par les hottes bridées avec une transition très harmonieuse de la bride à l’entrée du conduit. Cette transition harmonieuse réduit les turbulences lorsque l’air pénètre dans le conduit.  Celle permet d’obtenir les performances de réduction du débit d’air d’une bride et d’atténuer les turbulences créées par le profil d’entrée conique, ce qui demeure la conception de hotte externe la plus efficace.  Évidemment, ces performances supérieures nécessitent des investissements. Comme cette entrée de hotte implique généralement la fabrication d’un cône filé pour en adoucir la forme, les coûts sont plus élevés.

Autres facteurs à prendre en compte : Position de la hotte

Nous avons abordé les différentes configurations et formes de hotte, mais n’oublions pas une autre question essentielle : Où doit être située la hotte par rapport à la source de génération de la poussière ?  Peut-être avez-vous choisi la hotte la plus chère et la plus performante, mais si elle n’est pas correctement positionnée, vous collecterez beaucoup d’air et peu de poussière. 

Une hotte positionnée à proximité du point de génération de la poussière fait partie de la description de collecte à la source. Pour que le système permette une gestion efficace de la poussière, la hotte doit être aussi proche que possible du point de génération de la poussière.  Cette réalité peut expliquer pourquoi la proximité est si importante.  Imaginez les situations suivantes :

Exemple 1 :

Une hotte à bord brut de 10,16 cm (4 po) de diamètre est située à 0,30 m (1 pied) de la source de poussière et doit générer une vitesse de récupération de 30,48 m/min (100 pi/min) à l’emplacement de génération de la poussière pour contrôler celle-ci. Pour estimer le volume d’air requis pour produire cette vélocité, nous utilisons l’équation du Manuel sur la ventilation industrielle.  Q = (10X² + A) V

  • La distance depuis la source (x) est d’un pied,
  • La section transversale du conduit (A) est de 0,087 pied carré pour un conduit de 4 po, et
  • Le débit d’air total requis est (Q) = [10(1 pied)² + (0,087 pied²]100 pi/min = 1 009 pieds cubes par minute.

Exemple 2 :

La hotte à bord brut de 10,16 cm (4 po) de diamètre est désormais située à 15,24 cm (0,15 m [6 po, 0,5 pied]) de la source de poussière et doit générer une vitesse de récupération de 30,48 m/min (100 pi/min) à l’emplacement de génération de la poussière pour contrôler celle-ci. Pour estimer le volume d’air requis, nous utilisons la même équation du Manuel sur la ventilation industrielle.  Q = (10X² + A) V

  • La distance depuis la source (x) est désormais de 0,5 pied,
  • La section transversale du conduit (A) est toujours de 0,087 pied carré, et
  • Le débit d’air total requis est (Q) = [10(0,5 pied)² + (0,087 pied²]100 pi/min = 259 pieds cubes par minute.

Comme vous pouvez le voir, un changement de la distance (x) a un effet spectaculaire sur le débit d’air total requis. Dans cet exemple, et dans la plupart des autres cas, le volume d’air requis est réduit par un facteur de quatre lorsque la distance est réduite de moitié.  Il s’agit d’un changement considérable. Pensez à ce que 15,24 cm (6 po) de conduit supplémentaires pourraient coûter en comparaison avec un dépoussiéreur ou un ventilateur quatre fois plus grand que nécessaire.  N’oubliez pas que vous pouvez utiliser des conduits plus petits car moins d’air est requis, d’où des économies supplémentaires sur le coût.

Passons désormais à cet élément essentiel de conception : le coût total de propriété. Vous devriez désormais voir en quoi une meilleure conception de hotte peut vous aider à réduire les coûts opérationnels en réduisant le volume d’air total requis pour gérer vos poussières. Cela veut dire que vous pouvez utiliser des conduits, des dépoussiéreurs et des ventilateurs plus petits.  Nous vous avons permis d’économiser de l’argent sur trois investissements onéreux. 

Pensez désormais aux coûts d’exploitation du ventilateur et du dépoussiéreur. Avec moins de turbulences et des volumes d’air totaux réduits, vous devriez observer une baisse de la puissance requise pour faire fonctionner le système.  Si vous laissez échapper moins d’air de votre installation, la demande en air d’appoint est plus faible, d’où moins de charge sur votre système CVC.  Quelle est la durée de vie de ces produits ? Dix ans ? Vingt ans ?  En quoi vont-ils avoir un impact sur les coûts annuels d’électricité et d’air comprimé ?  Vous pouvez voir en quoi de petits changements dans de simples composants du système peuvent générer de meilleurs résultats dans votre coût de propriété.

D’une installation améliorée et des conditions de l’environnement de travail des employés au coût total de la propriété de l’équipement, les recommandations de conception de la hotte doivent être un point essentiel à prendre en compte pour votre conception. De petits changements peuvent entraîner de grands résultats, et c’est souvent ce dont vous avez besoin.

Nous pouvons vous aider à trouver la meilleure solution pour votre application.

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