Bibliographie & annexes
Présentation
English
Auteur(s)
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Patrice COGNART : Ingénieur à la société ROBIN Industries
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Florent BOUQUET : Ingénieur de l’École nationale supérieure des ingénieurs de Génie chimique (ENSIGC) de Toulouse - Ingénieur à la société ROBIN Industries
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Michel ROUSTAN : Ingénieur de l’Institut national des sciences appliquées (INSA) de Toulouse - Professeur de Génie des procédés à l’INSA de Toulouse
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les agitateurs sont au cœur de nombreux procédés de fabrication. Sans eux, peu de réactions chimiques ou de mélanges se réaliseraient spontanément. L’agitateur peut être soumis à de fortes contraintes (effort radial, effort axial, pression régnant dans la cuve, phénomènes vibratoires…). Il fait partie, en général, d’un investissement lourd dont l’amortissement est relativement long.
Pour ces raisons, il est justifié de s’intéresser à cet équipement, conçu pour « durer » (certains matériels fonctionnent depuis plus de quarante ans en continu) avec une maintenance minimale pour un arrêt de production réduit.
Le décideur sélectionnera, en général, un agitateur d’une part en fonction d’une analyse de ses aptitudes à effectuer l’opération demandée, et d’autre part après étude des caractéristiques mécaniques.
La conception et le dimensionnement d’un agitateur n’étant pas normalisés (comme c’est le cas des cuves) et faisant appel à diverses sciences, le décideur aura quelques difficultés à distinguer les paramètres importants, s’il souhaite effectuer une comparaison.
Dans cet article, on décrira les méthodes générales aidant le décideur dans sa tâche difficile du choix d’un système d’agitation. En effet, bien que les pièces majeures constituant un système d’agitation soient bien connues (moteur, réducteur, étanchéité), la partie construite par le concepteur d’agitateurs (tourelle, arbres, mobiles) laisse libre cours à l’imagination de l’ingénieur mécanicien et peut être difficile à analyser. Ainsi, nous détaillerons suffisamment la partie relative à la détermination mécanique pour permettre au décideur d’effectuer la sélection et le « contrôle » des caractéristiques mécaniques de l’appareil.
La conception mécanique des agitateurs fait appel à la construction des machines tournantes : transmission de couple, détermination d’arbres tournants, évaluation des contraintes de torsion, flexion et analyse vibratoire du système. Cependant, alors que ces phénomènes sont bien « maîtrisés » par les ingénieurs mécaniciens, la tâche est plus difficile qu’il n’y paraît, car la « manifestation » des forces à prendre en compte (en direction, intensité, point d’application) est beaucoup plus aléatoire.
Il est également malaisé, pour les utilisateurs, de sélectionner un agitateur parmi différentes propositions, dont les caractéristiques et les éléments constitutifs n’ont rien de commun. Nous aborderons donc les différents types de montage des agitateurs, les techniques de fabrication n’étant pas décrites car conformes aux métiers de la mécanique traditionnelle (usinage, soudage, montage…).
L’étude complète du sujet comprend les articles :
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J 3800 – Agitation. Mélange : concepts théoriques de base ;
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J 3802 – Agitation. Mélange ;
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Doc. J 3803 – Agitation. Mélange ;
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J 3804 – Agitation. Mélange : aspects mécaniques (le présent article) ;
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J 3805 – Agitation. Mélange : aspects technico-économique.
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Mobiles
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4. Arbre
La ligne d’arbre comprend :
-
un arbre guidé, dit arbre supérieur, sur lequel repose les roulements ;
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un arbre inférieur sur lequel est fixé le mobile.
4.1 Arbre supérieur
C’est le diamètre de cet arbre qui est pris en compte pour la reprise des efforts. Pour les arbres courts (< 2 m environ), la ligne d’arbre peut être composée d’un seul arbre. Cependant, pour des commodités d’installation, la ligne d’arbre comporte généralement deux parties.
HAUT DE PAGE4.2 Arbre inférieur
L’arbre inférieur tubulaire permet un gain appréciable de poids et d’augmenter ainsi la vitesse critique. Il est sélectionné avec un moment d’inertie I 0 au moins égal à celui de l’arbre supérieur. Plus le tronçon d’arbre considéré est éloigné du point de guidage (R), moins l’effort de flexion est grand. Il est donc parfois utile de réduire la section de cette portion, tout en conservant une contrainte raisonnable dans l’arbre, afin d’augmenter la vitesse critique dans des cas de détermination mécanique difficiles.
HAUT DE PAGE4.3 Palier de fond de cuve
Lorsque les arbres sont longs (> 5 m), il est possible d’ajouter en extrémité d’arbre un guidage, dit palier fond de cuve. L’arbre est ainsi guidé aux deux extrémités, ce qui autorise un diamètre plus petit de l’arbre supérieur. On utilise cet artifice lorsque la flèche en bout d’arbre est jugée trop importante ou lorsque la vitesse de rotation est élevée (problème de vitesse critique). Cela permet une alternative économique à un agitateur suspendu. Le guidage est réalisé par une bague ou un coussinet fait dans un matériau compatible avec le produit, dont le couple formé avec la partie frottante de l’arbre (chemise) dépend du caractère abrasif du milieu (matériau plus tendre ou plus dur que le milieu).
En présence de solides, il est possible de choisir une conception plus complexe intégrant l’injection, dans le palier, d’un liquide...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LAVAUR (R.C.) - Résistance des matériaux - . Note de cours du CNAM, EAP.
-
(2) - HARNBY (H.) et EDWARDS (M.F.), NIENOW (A.W.) - Mixing in the process industries - . Butterworths series in chemical engineering, § 14 Mechanical aspect of mixing. P. KING, Bulter-work series, BHRA (British Hydraulic Research Association).
-
(3) - HOLLAND (F.A.), CHAPMAN (F.S.) - Liquid mixing and processing in stirred tank - . § 11 Auxiliairy equipment and material of construction. New York Reiwhold Publishing Corp. Chapman et Hall, ltd London Library of Congress Catalog, Card Number 66 - 20607.
-
(4) - Agitators selection and design - . EEUA handbook no 9, London. Published for the Engineering Equipment Users Association 20, Grosvenor Place, London, SW 1, by the Constable and Compagny Ltd.
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(5) - Formulaire Laharpe, note et formulaire de l’ingénieur - . Éditions Albin Michel & Résistance des matériaux p. 390.
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