Contrôle efficace des dépoussiéreurs pour pulvérisation thermique

Conception appropriée du système

Les opérations de pulvérisation thermique de plus grande envergure comprennent généralement un espace clos où se produit la pulvérisation proprement dite. Les composés de pulvérisation inutilisés sont ensuite ventilés hors de l'enceinte tandis que de l’air frais y pénètre. Selon la conception de l'enceinte et la forme de la cible à pulvériser, un volume d’air optimal peut être déterminé pour un contrôle approprié des particules nuisibles. Par exemple, une enceinte peut nécessiter 283 mètres cubes par minute pour un contrôle approprié de la poussière. Une valeur supérieure serait inutile, alors qu’une valeur inférieure serait inefficace.

À partir de ce constat, il est possible de concevoir un système de dépoussiérage approprié. Ce système comporte généralement une conduite pour acheminer la poussière, un filtre pour retirer la poussière de l’air et un ventilateur pour fournir l’énergie nécessaire à la génération du débit d’air. Le ventilateur d’échappement pour un système à 283 m³/min peut nécessiter une puissance de 30 à 40 chevaux. Les exigences en termes de débit d’air sont généralement fixes et ne doivent pas être modifiées, à moins que la conception du boîtier ne soit modifiée. Il est communément admis qu’une vitesse de 1 067 à 1 219 m/min (3 500 à 4 000 fpm) est optimale pour acheminer la poussière dans une conduite arrondie¹. Le déplacement plus lent de l’air permet la précipitation des particules de poussière. Celles-ci se déposent ensuite dans la partie inférieure de la conduite, ce qui entraîne un risque d’incendie et d’obstruction par la poussière. Déplacer l’air plus rapidement gaspille l’énergie du ventilateur et engendre une usure inutile sur les conduites. Par exemple, déplacer 283 mètres cubes par minute (10 000 cfm) à une vitesse de 1 067-1 219 mètres par minute (3 500 - 4 000 pieds par minute) nécessite le recours à une conduite arrondie de 56 cm (22 po) de diamètre. Cette sélection est dotée d’une partie transversale de 0,2 mètre carré (2,6398 pieds carrés), ce qui donne une vitesse de 1 155 mètres par minute (3 788 pieds par minute).

Ventilateurs et pression statique

La soufflerie de ventilation industrielle crée un vide partiel qui fait circuler l’air dans le système. Ce vide partiel, également appelé pression statique, est généralement mesuré en « pouces de colonne d’eau ». Les concepteurs du système s’appuient sur différents modèles mathématiques pour estimer la pression statique nécessaire pour atteindre le débit d’air souhaité. Dans un système, les facteurs qui affectent la pression statique nécessaire comprennent entre autres :

• la taille et la géométrie du boîtier de pulvérisation thermique ;
• le nombre et le rayon des coudes (ou des courbes) dans la conduite ;
• la longueur totale des conduites dans le système ;
• le diamètre de la conduite utilisée et la vitesse de l’air ;
• le choix du dépoussiéreur ;
• les éléments après le filtre principal (comme un filtre HEPA ou un réducteur de bruit).

La plupart de ces facteurs ne varient pas lorsque le système est en fonctionnement. Les filtres du dépoussiéreur et les filtres HEPA font figure d’exceptions. Alors que la poussière s’accumule sur les filtres, la perte de charge, ou la résistance augmente au niveau des filtres. Le système nécessite une pression statique supplémentaire pour résoudre le problème d’accumulation de poussière à la surface des filtres.

Les ventilateurs sont généralement sélectionnés de manière à garantir un débit d’air adéquat tout au long de la durée de vie des filtres en incluant une pression statique suffisante pour maintenir le débit d’air lorsque les filtres approchent la fin de leur durée de vie utile. Les filtres approchant la fin de leur durée de vie présentent une perte de charge plus importante que les filtres neufs. Pour allonger leur durée de vie, les filtres d’un dépoussiéreur pour pulvérisation thermique sont conçus pour être nettoyés en ligne lorsque le système fonctionne. L’accumulation répétée de poussière, suivie par le cycle d’autonettoyage du dépoussiéreur, entraîne une légère fluctuation au niveau de l’exigence de pression statique du système. En l’absence de mesure corrective, le système peut faire face à des baisses et à des hausses du débit d’air ainsi qu’à des problèmes inhérents d’accumulation de poussière dans la conduite ou dans le boîtier de pulvérisation thermique.

Le débit d’air excessif dans le boîtier de pulvérisation thermique peut affecter la qualité du revêtement en éloignant la matière pulvérisée de la partie ciblée. Le volume d’air doit être contrôlé pour éviter ces problèmes potentiels. Le clapet est le dispositif le plus couramment utilisé pour contrôler le ventilateur, ce qui crée une charge artificielle sur le ventilateur pour revenir au débit d’air souhaité. Pour maintenir le débit d’air, le clapet doit être ouvert ou fermé conformément aux spécifications afin de conserver la vitesse voulue dans la conduite². Cette opération est rarement réalisée avec la précision nécessaire pour atteindre constamment le débit d’air prescrit dans le système et, en cas de réalisation manuelle, l’opération nécessiterait la surveillance constante d’une personne qualifiée. Le processus serait coûteux et complexe, ce qui explique pourquoi le contrôle du ventilateur est réglé une bonne fois pour toutes dans la plupart des opérations de pulvérisation thermique.

Entraînements à fréquence variable et systèmes de contrôle du débit d’air

L’entraînement à fréquence variable (EFV) permet de mieux contrôler le ventilateur et de maintenir un débit d’air constant dans le système. Un EFV fait fonctionner le moteur du ventilateur à une vitesse de rotation spécifique basée sur le réglage de la fréquence hertzienne. Alors que l’alimentation triphasée normale en Amérique du Nord fonctionne généralement sur une fréquence de 60 Hz, un EFV permet à l’opérateur de sélectionner une fréquence spécifique en ralentissant ou en accélérant la rotation du ventilateur. Dans un système idéal, ce dernier fonctionnerait à pleine vitesse uniquement lorsque la charge de pression statique des filtres encrassés l’exige. Le reste du temps, le ventilateur fonctionnerait à une vitesse moindre de manière à générer la quantité exacte de pression statique requise. Ce mode de fonctionnement est avantageux, car il permet de réaliser des économies. Comparativement aux opérateurs qui ont recours à l’approche « régler et oublier » lorsqu’ils utilisent leurs systèmes de dépoussiérage à des vitesses plus rapides que nécessaire (pour garantir la ventilation complète du boîtier de pulvérisation thermique), l’approche EFV s’appuie sur un système intelligent fonctionnant exactement à la vitesse de débit d’air requise, ce qui permet d’économiser de l’énergie.

Les modèles mathématiques existants aident à le démontrer grâce à quelques hypothèses simples et à certaines variables système. Généralement, le passage à l’approche EFV et à un système de contrôle du débit d’air est rentabilisable en moins de deux ans, et plus important encore, permet au système de dépoussiérage de fonctionner à la vitesse appropriée. Cela réduit l’usure du système, notamment pour les filtres en surface haut de gamme requis pour la pulvérisation thermique. Toute décision de passer à l’EFV et au système de contrôle du débit d’air doit être motivée par les mesures d’économie suivantes :

• coût des filtres ;
• coût de la main-d’œuvre ;
• coût d’élimination ;
• coût d’inventaire ;
• frais de livraison (pour les filtres neufs et l’élimination des filtres usagés);
• crocessus qualité;
• stabilité opérationnelle du système et maintenance adéquate du débit d’air dans le système.

Contrôle de l’EFV

Après avoir opté pour l’utilisation d’un EFV, l’étape suivante consiste à établir la méthode d’obtention d’un apport continuel. Le but est de maintenir le débit d’air souhaité, quelles que soient les fluctuations au niveau de la pression statique du système. En utilisant un dispositif de mesure du débit d’air installé dans le système de conduite, le contrôleur peut adapter la vitesse du ventilateur aux bonnes modifications. Ces outils étant idéaux pour nettoyer l’air ambiant, ils sont généralement installés dans une partie de la conduite après la filtration de l’air. Il peut s’agir d’une conduite placée au niveau de l’échappement du ventilateur avec la longueur nécessaire pour fournir une indication précise et fiable du débit d’air total circulant dans le système.

Une méthode alternative consiste à mesurer la pression statique du système plutôt que le débit d’air réel à un certain point du système de conduite, juste avant que l’air ne pénètre dans le dépoussiéreur. Au débit d’air prescrit, la quantité de pression statique nécessaire dépend de facteurs qui doivent rester inchangés aussi longtemps que le système n’est pas modifié mécaniquement. Les filtres s’encrassent ensuite avant d’être nettoyés par impulsions, mais la pression statique nécessaire à l’entrée du dépoussiéreur est invariable si le système fonctionne au débit d’air prescrit. Un contrôleur qui maintient un niveau statique est la manière la plus simple de contrôler efficacement un EFV dans un système de dépoussiérage. À mesure que les filtres développent une résistance, le débit d’air s’échappe par les ouvertures de ventilation. Cette réduction du débit d’air engendre un besoin en pression statique inférieur dans la conduite face au dépoussiéreur. Le contrôleur commande donc à l’EFV d’augmenter la puissance de façon à maintenir la pression statique. À l’inverse, lorsque les filtres sont nettoyés par impulsions, la résistance au niveau du système décroît et l’EFV diminue la puissance de manière à maintenir le niveau de pression statique. Cela donne lieu à un débit d’air fluide, avec les avantages et les économies associés.

Considérations

Dans certains cas, l’utilisation d’un EFV et du système de contrôle du débit d’air n’apporte que des avantages limités. Lorsqu’un seul dépoussiéreur et un seul ventilateur sont utilisés pour assurer l’entretien occasionnel d’une ou deux cellules à la fois sur un système cellulaire par pulvérisation thermique multiple, il n’existe aucun moyen simple d’utiliser efficacement la puissance variable du ventilateur. Il s’agit d’une limite du système de conduite, et non de l’EFV.

Conclusion

La technologie par pulvérisation thermique évolue, et les nouvelles approches créent souvent de nouvelles difficultés au niveau de composants associés tels que les systèmes de ventilation Les avancées liées aux sous-composants contribuent au contraire à affiner l’ensemble des opérations de pulvérisation thermique. La grande majorité des systèmes de dépoussiérage pour pulvérisation thermique existants peuvent alors bénéficier de l’utilisation d’un entraînement à fréquence variable. Il est de plus en plus évident que ce contrôle précis du débit d’air est essentiel, et que les économies d’énergie peuvent également constituer un avantage supplémentaire.