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) ;
-
J 3805 – Agitation. Mélange : aspects technico-économique.
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Puissance dissipée et couple
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5. Mobiles
5.1 Calcul de l’effort radial sur un mobile
Un mobile d’agitation comporte généralement quatre à six pales. Il n’y a pas de règle universelle de calcul concernant l’estimation de l’effort radial engendré par un mobile d’agitation. Ainsi, selon les constructeurs, l’effort radial peut être réparti de manière identique entre les différentes pales (cas d’un système bien équilibré en milieu homogène) ou appliqué sur une seule pale (cas extrême, mais envisageable, d’un milieu hétérogène, de prise en masse du mobile dans le milieu agité ou de dénoyage du mobile lors du remplissage ou de la vidange, etc.). En outre, le point d’application de la force peut aussi varier entre le milieu et le bout de pale. Par expérience, le point d’application le plus réaliste semble être situé entre les 2/3 et les 3/4 du diamètre. Toutefois, cette détermination du point d’application est complexe, car elle dépend de la forme du mobile dont la géométrie peut être « originale ».
HAUT DE PAGE5.2 Fixation des mobiles
La fixation des mobiles sur l’arbre dépend du type du mobile considéré (turbine à disque, ancre, hélice…), de l’utilisation de l’agitateur (polyvalence, fonctionnement à niveau variable ou constant) et du matériau (revêtement ou non).
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Mobiles soudés sur l’arbre
Cette solution est la plus simple, mais est réservée aux petits mobiles, les cuves permettant rarement un passage de mobile supérieur à 600 mm.
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Pales boulonnées sur des platines soudées sur l’arbre
Les pales sont démontables, mais cette solution ne permet pas de modifier la position du mobile sur l’arbre.
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Mobile monté sur moyeu en deux, trois ou quatre parties
C’est la solution la plus polyvalente, car le mobile peut être déplacé le long de l’arbre. Le moyeu est pincé sur l’arbre et l’entraînement peut être assuré par serrage des boulons ou par clavette. Le choix du type de fixation dépend de l’application étudiée (le montage par clavette peut conduire à des rétentions de produit).
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BIBLIOGRAPHIE
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(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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