Bibliographie & annexes
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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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2. Calcul du diamètre d’arbre de l’agitateur
2.1 Généralités
Se reporter à la référence [1] [2].
La ligne d’arbre comprend :
-
un arbre supérieur plein transmettant les efforts aux paliers et au réducteur ;un arbre inférieur recevant les mobiles (choisir un arbre tubulaire au lieu d’un arbre plein, à tenue mécanique équivalente, permet de faire une économie de matière et donc de poids, facteur déterminant pour la vitesse critique de l’agitateur).
L’arbre inférieur est soit « abandonné » ou pendulaire, soit guidé par le fond pour les grandes longueurs (> 5 m environ).
Le mode d’étude est celui d’une poutre en porte-à-faux, supportée latéralement par deux appuis R 1 et R 2, et axialement par une butée, souvent combinée avec R 1 ou R 2 (voir article spécifique dans notre collection) (figure 3).
HAUT DE PAGE2.2 Calcul d’un arbre d’agitation
Le moment quadratique diamétral ( I ) de la section d’un arbre est :
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pour un arbre plein :
pour un arbre tubulaire :
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Calcul du diamètre d’arbre de l’agitateur
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.
-
(5) - Formulaire Laharpe, note et formulaire de l’ingénieur - . Éditions Albin Michel & Résistance des matériaux p. 390.
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