Brouillards, poussières et fumées industriels
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L’échappement d’air de dépoussiéreur : 3 raisons d’y prêter une attention particulière

Par Robert Walters, Ingénieur commerciale régional de Donaldson Torit

La conception du système de dépoussiérage se concentre souvent sur le dispositif de filtration (dépoussiéreur). Les concepteurs du système peuvent donc ignorer d’autres facteurs tels que les options à prendre en compte en ce qui concerne l’air s’échappant du dépoussiéreur. Cet article explique certaines des opportunités et difficultés liées à l’air évacué des appareils de filtration. Les anciens systèmes de dépoussiérage adoptaient une approche très simple en matière de gestion d’échappement d’air des dépoussiéreurs : l’air était simplement rejeté dans l’atmosphère. Cette méthode était employée aussi bien pour les dépoussiéreurs situés à l’intérieur qu’à l’extérieur des sites. Bien que cette approche puisse rester valable dans certaines applications, les préoccupations actuelles portant sur les économies d’énergie, les poussières combustibles et la conformité réglementaire au plan environnemental incitent à une grande prudence et à la prise en compte de considérations supplémentaires.

1. Économies d’énergie : l’air évacué doit être remplacé

Lorsqu’un système de dépoussiérage est en fonctionnement, l’air utilisé pour aspirer la poussière vers le dépoussiéreur laisse un vide qui doit être comblé par un air de remplacement. Cela peut être simple lorsque l’on vit sous un climat tempéré, mais de nombreuses usines doivent investir de l’énergie et de l’argent pour rendre leur installation confortable. Cela signifie que le rejet à l’extérieur de l’air conditionné et son remplacement intensifient la charge imposée aux appareils de traitement de l’air d’appoint et donc, augmentent les coûts d’exploitation.

Pour éviter de perdre votre investissement en systèmes de chauffage ou de refroidissement, vous pouvez renvoyer l’air conditionné vers le bâtiment après son traitement par le dépoussiéreur. Cette option est généralement mise en œuvre au moyen d’un matériau filtrant haute performance qui garantit une élimination efficace des particules et permet la recirculation de l’air. Cette approche peut vous permettre d’économiser beaucoup d’argent si votre installation est exposée à des conditions climatiques extrêmes, mais avant de commencer à renvoyer l’air vers votre installation, vous devrez peut-être évaluer certains coûts d’investissement supplémentaires.

De nombreuses pratiques de conception recommandent de mettre en place des dispositifs de surveillance sur les appareils de recirculation d’air dans les espaces occupés afin de garantir la qualité de l’air renvoyé dans l’atmosphère. Une approche relativement courante consiste en l’ajout de filtres HEPA ou ASHRAE comme filtres de surveillance entre le dépoussiéreur et l’échappement de retour vers le bâtiment. Or, les filtres HEPA et ASHRAE ont tendance à augmenter assez rapidement la perte de charge lorsqu’ils capturent des quantités relativement faibles de poussière. Les filtres installés en aval d’un dépoussiéreur principal peuvent surveiller le chargement de poussière dans l’air de retour et afficher une augmentation de la perte de charge afin d’alerter l’opérateur de l’existence d’une fuite apparente dans le filtre principal. La poussière traversant le filtre principal est toujours capturée (par le système HEPA), ce qui évite qu’elle soit renvoyée dans l’espace occupé. Dans des conditions normales, le filtre HEPA ou ASHRAE accumule si peu de poussière que la perte de charge reste faible et stable, tandis que la durée de vie du filtre demeure raisonnable. Les frais de maintenance liés aux filtres de surveillance sont ainsi réduits.

L’investissement en capital supplémentaire est-il compensé par les économies réalisées sur l’air recyclé ? Vous trouverez ci-dessous une estimation des économies d’énergie pour un système de dépoussiérage de 10 000 cfm (pieds cubes par minute) fonctionnant 168 heures par semaine à Madison (Wisconsin) :

Les coûts du chauffage peuvent être estimés pour l’air d’appoint en utilisant la formule suivante :

Économies = (0,154 x Q x T x D x C) ÷ q

Donc, pour notre exemple, le coût annuel de chauffage serait le suivant :

 = (0,154 x 10 000 x 168 x 7 673 x 6,11) ÷ 824 000 = 14 720 dollars en coût de chauffage chaque année

Où :
0,154 est un facteur de conversion 
Q est le flux d’air de conception en pieds cubes par minute (cfm)10 000 cfm
T représente le nombre d’heures de fonctionnement par semaine168 heures par semaine
D représente le nombre de degrés-jours annuels7 673 jours de chauffage
C représente le coût du mazout de chauffage en USD par unité (Novembre 2013)6,11 dollars par ensemble à mazout
q représente les BTU (British Thermal Units) de chaleur disponibles par unité824 KBtu par unité

Le coût de refroidissement peut également être estimé en appliquant la formule suivante :

Coût de refroidissement = (0,0000258 x Q x T x H x C)

Donc, pour notre exemple, les coûts annuels de refroidissement seraient les suivants :

= (0,0000258 x 10 000 x 168 x 293 x 0,0804) = 1 021 dollars en coûts de refroidissement chaque année

Où :
0,0000258 est un facteur de conversion 
Q est le flux d’air en pieds cubes par minute (cfm)10 000 cfm
T représente le nombre d’heures de fonctionnement par semaine168 heures par semaine
H représente les heures de refroidissement à pleine charge nominale293 heures de refroidissement
C représente le coût de l’électricité en dollars par kilowatt-heure (Août 2013)0,0804 dollar par kilowatt
q représente les BTU (British Thermal Units) de chaleur disponibles par unité824 KBtu par unité

Le fait de retourner l’air filtré et d’éviter le remplacement de l’air conditionné évacué de l’équipement de filtration permet de réaliser des économies annuelles totales d’un peu moins de 16 000 dollars pour le chauffage et le refroidissement de l’air d’appoint nécessaire. Cette économie est réalisée chaque année où l’équipement de filtration fonctionne.

Des économies supplémentaires peuvent encore être atteintes grâce à l’installation d’un système de contrôle automatique du débit d’air avec entraînement à vitesse variable, qui maintiendrait le débit d’air de conception et la charge sur le système d’air d’appoint même. Grâce à ce système, des économies supplémentaires peuvent être réalisées en utilisant un support de charge en surface présentant une perte de charge plus faible. Si le système fonctionne à une pression inférieure à 5 cm (2 pouces) de colonne d’eau avec un support de charge en surface amélioré par rapport à un support de base sur ce même système de 10 000 cfm, les économies d’énergie annuelles résultant de la plus faible perte de charge sont estimées à 2 262 dollars.

Ces économies ne tiennent pas compte du capital moins élevé requis pour le système d’air d’appoint. S’il s’agit d’un nouveau projet, vérifiez auprès des fournisseurs d’énergie locaux les réductions offertes et les programmes incitatifs qui encouragent l’investissement de capital supplémentaire dans un système écoénergétique. 

2. Considérations relatives aux poussières combustibles

Les systèmes de contrôle de la poussière traitant les poussières combustibles peuvent nécessiter de nouveaux investissements pour éviter de renvoyer l’énergie ou la fumée dégagée par un incendie vers le bâtiment. Une barrière coupe-feu représente l’une des nombreuses stratégies d’atténuation qui visent à réduire les risques d’événements de combustion dans un dépoussiéreur débouchant sur un espace occupé. (Voir Figure 1)

Une barrière coupe-feu reçoit un signal d’un capteur installé sur le dépoussiéreur ou à proximité de celui-ci. Lorsque le capteur déclenche la barrière coupe-feu, celle-ci se rabat en position de fermeture. Dans cette position, l’air évacué du dépoussiéreur est détourné à l’extérieur plutôt que dans le bâtiment. Une grande diversité de capteurs peuvent être utilisés pour déclencher la barrière coupe-feu. Tous ont pour caractéristique commune d’être des détecteurs qui préviennent la production d’étincelles ou de fumée en aval du dépoussiéreur.

Figure 1 - Barrière coupe-feu dans la conduite de retour d’air

Si votre usine est située dans un lieu où les conditions météorologiques doivent être prises en considération, il peut y avoir certaines périodes pendant l’année où vous préférez éviter de renvoyer de l’air dans le bâtiment. L’air dégagé par vos processus peut être chaud et il peut être souhaitable d’évacuer cet air chaud vers l’extérieur en été. Dans ce cas, une barrière coupe-feu sera souvent déclenchée manuellement, de sorte que l’air chaud soit évacué à l’extérieur au lieu d’être renvoyé dans le bâtiment. Gardez à l’esprit que le fait de faire fonctionner le dépoussiéreur en vidant l’air à l’extérieur intensifie la sollicitation de votre système d’aération d’appoint.

Que vous songiez à installer un filtre de surveillance, une barrière coupe-feu, ou les deux dans votre conduit d’évacuation, n’oubliez pas qu’en plus de la dépense en capital liée à l’équipement, vous devez tenir compte des coûts énergétiques pour insuffler l’air dans les appareils. Une fois que vous avez calculé les coûts énergétiques (pression statique) pour déplacer l’air dans votre système d’origine, vous devez inclure les coûts énergétiques nécessaires pour accélérer et faire circuler l’air autour de votre équipement dans les hottes afin d’attirer la poussière vers le dépoussiéreur. Vous devez ensuite ajouter les coûts de pression statique pour maintenir l’air et la poussière en mouvement dans les joints, les parties courbes et rectilignes du conduit jusqu’à ce qu’ils atteignent le dépoussiéreur. Vous devez également inclure les coûts énergétiques liés à la résistance à travers les conduites du dépoussiéreur au point d’évacuation. Et, enfin, les dépenses d’énergie statique pour déplacer l’air dans le dépoussiéreur et les filtres doivent être prises en compte. Ces pertes d’énergie au niveau du dépoussiéreur doivent inclure une capacité de pression statique suffisante pour maintenir l’air en mouvement à travers les filtres, même lorsque ceux-ci finissent par devenir assez encrassés pour être remplacés. Tous ces coûts énergétiques additionnés vous orientent vers le ventilateur qui répond à vos besoins.

Si vous envisagez d’installer un filtre de surveillance ou une barrière coupe-feu, vous aurez peut-être besoin d’une capacité de pression statique supplémentaire pour l’énergie nécessaire à la circulation de l’air dans ces appareils. Vérifiez si vous devez modifier ou remplacer votre ventilateur actuel pour maintenir les conditions de flux prévues à l’origine.

Une considération supplémentaire en lien avec les poussières combustibles est le respect d’exigences telles que celles de la norme NFPA relative à l’isolation entre les équipements de traitement ou sur les conduites ramenant l’air dans les espaces occupés. Ces dispositifs visent à réduire le risque de déflagration dans un dépoussiéreur pouvant renvoyer l’énergie et les flammes dans l’espace occupé. Les dispositifs d’isolation utilisent des capteurs installés à proximité du dépoussiéreur pour détecter l’amorce d’un événement dans le dépoussiéreur. Ces capteurs déclenchent ensuite le dispositif d’isolation de manière à refermer la conduite et empêcher les flammes et l’énergie de pénétrer dans l’espace occupé. Les dispositifs d’isolation mécaniques utilisent habituellement des barrières qui se referment brutalement en une fraction de seconde en utilisant des mécanismes à haute énergie, tels que du gaz comprimé. L’isolation chimique est un type de procédé qui utilise des réservoirs ou canons spéciaux pour injecter rapidement un agent extincteur dans la conduite au moyen d’un gaz comprimé. Les dispositifs d’isolation sont non seulement utilisés sur la conduite de retour d’air du dépoussiéreur, mais également sur la conduite d’admission du dépoussiéreur afin de réduire le risque de retour d’énergie et de flammes au cours du processus.

Figure 2 - Sonde de détection de déchirement de sac et commandes
3. Exigences de conformité réglementaire pour la surveillance de l’air :

Si votre processus implique la manipulation ou la production de polluants atmosphériques dangereux, les exigences au niveau local, régional ou national peuvent vous imposer de surveiller la qualité de l’air que vous rejetez dans l’atmosphère. Un détecteur de sac déchiré équipé d’une alarme peut s’avérer nécessaire pour surveiller le chargement de poussière dans l’échappement d’air du dépoussiéreur et fournir une évaluation de la performance du dépoussiéreur (Voir Figure 2). Ces détecteurs sont situés dans la conduite ou la cheminée d’évacuation de l’air propre et doivent être étalonnés sur le volume d’air de conception. Une fois installés et étalonnés, ces détecteurs sont souvent configurables pour surveiller, mais aussi enregistrer les informations relatives au chargement de poussières selon une période programmée, afin de consigner un enregistrement continu des performances du dépoussiéreur. De nombreux modèles de détecteurs de déchirement de sac sont conçus pour surveiller la séquence de nettoyage par impulsions du dépoussiéreur et corréler l’évacuation accrue de poussière avec un événement d’impulsion particulier. Dans ces configurations, les dispositifs agissent comme des outils de maintenance préventive qui aident l’opérateur du dépoussiéreur à mieux cibler sa recherche de filtres endommagés.

Les moniteurs sont souvent équipés de circuits d’alarmes sonores ou de voyants lumineux qui alertent les opérateurs des conditions perturbatrices. Ces moniteurs sont également employés pour déclencher des dispositifs tels que les barrières coupe-feu lorsque les niveaux de particules augmentent fortement, par exemple en cas de fumées générées par un feu couvant sur un filtre.

Résumé :

Ne faites pas l’erreur d’ignorer le système d’échappement d’air de votre dépoussiéreur. Soyez proactif en vous assurant que l’échappement de votre dépoussiéreur répond à toutes les exigences de niveau local, régional ou national. Profitez aussi de toutes les opportunités de renforcer la valeur de votre dépoussiéreur en réalisant des économies sur les coûts de chauffage ou de refroidissement, ou en améliorant sa fiabilité avec une surveillance et une maintenance plus pointues. Vous ne pouvez pas vous permettre de rejeter à l’extérieur de façon irréfléchie l’air évacué de votre dépoussiéreur.

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