Détection en circuit fermé
Un confinement entièrement ou largement fermé limite l’entrée d’air. Cela permet de capter le fluide de manière plus ciblée.
Conception et dimensionnement des systèmes d'aspiration
Un système d’aspiration doit capter de manière sûre le fluide produit, le transporter à travers le réseau de conduites et le séparer de manière fiable. Pour cela, le débit volumique, la vitesse de l’air, le diamètre des conduites, la perte de charge, le ventilateur et le mode de fonctionnement doivent être considérés comme un système global.
Pourquoi le dimensionnement concerne l’ensemble du système
Un système d’aspiration ne peut pas être choisi uniquement en fonction du diamètre de raccordement, de la puissance du moteur ou du débit volumétrique maximal du ventilateur. Chaque composant influence le point de fonctionnement ultérieur de l’installation.
Si le débit d’air est trop faible, le fluide peut ne pas être capté correctement à son point de formation ou ne pas être transporté de manière fiable dans le réseau de conduites. En revanche, un débit d’air inutilement élevé augmente les pertes de charge, la consommation d’énergie, le niveau sonore et la sollicitation du filtre et des composants.
Le dimensionnement, c’est une question d’équilibre
L’élément de captage, le débit d’air, le réseau de conduits, le filtre et le ventilateur doivent être adaptés au même point de fonctionnement. Un seul composant surdimensionné n’améliore pas automatiquement l’ensemble de l’installation.
La conception en cinq étapes
1
Saisir l'application
Décrire de manière exhaustive le fluide, le processus, le débit et le mode de fonctionnement.
2
Déterminer les besoins en air
Déterminer techniquement le débit d’air requis pour chaque point de prélèvement.
3
Concevoir un réseau de conduites
Définir les diamètres, les longueurs de conduites, les coudes, les dérivations et les vannes.
4
Calculer la perte de charge
Regrouper les résistances de tous les conduits et composants de l’installation.
5
Choisir un ventilateur
Vérifier le point de fonctionnement approprié et la réserve de puissance nécessaire.
Débit volumique : quelle quantité d’air est nécessaire ?
Le débit volumique décrit la quantité d’air qui traverse une section transversale en un temps donné. Dans les systèmes d’aspiration, il est souvent exprimé en mètres cubes par heure.
Le débit volumique requis dépend de la configuration de l'aspiration. Une petite ouverture de machine bien fermée nécessite généralement moins d'air qu'une hotte ouverte fonctionnant à une plus grande distance du point de génération des fumées.
Contexte général
Débit volumique = section transversale × vitesse de l'air
Si le diamètre du conduit augmente pour un débit volumique donné, la vitesse de l'air diminue. Si le diamètre diminue, elle augmente.
Le raccordement de la machine ne constitue pas une valeur de dimensionnement complète
Le diamètre de raccordement existant indique quel type de raccordement mécanique est prévu. À lui seul, il ne permet toutefois pas de déterminer quel débit volumique est nécessaire pour une aspiration efficace, ni quelle perte de charge est générée dans l’ensemble du système.
Vitesse et efficacité de captage
Le fluide doit être capté à son point d’origine par un mouvement d’air suffisamment dirigé. Le débit d’air nécessaire à cet effet dépend fortement de la forme, de la position et de la distance de l’élément de captage.
Saisie partiellement ouverte
Dans le cas de hottes ou d’ouvertures de machines, un débit d’air suffisant doit affluer par la surface ouverte afin qu’aucun matériau ne s’échappe dans la pièce.
Aspiration ponctuelle libre
Les bras d’aspiration et les hottes à positionnement libre perdent rapidement de leur efficacité à mesure que la distance augmente. Un positionnement proche est donc déterminant.
Mouvement lié au processus
Les meules, les outils, la poussée thermique ou les projections de matière génèrent leurs propres directions de mouvement, qui doivent être prises en compte lors du positionnement de la hotte.
Optimiser d’abord la collecte
Avant d’augmenter le débit volumique, il convient de vérifier si l’élément de captage peut être positionné plus près de la source, conçu de manière à mieux l’encercler ou adapté au sens de déplacement du fluide.
Vitesse de l'air dans le réseau de conduits
Dans le réseau de conduits, la vitesse de l'air doit être choisie de manière à ce que le fluide transporté ne descende pas indésirablement ni ne se dépose. Dans le même temps, elle ne doit pas être inutilement élevée, car des vitesses plus élevées augmentent les pertes de charge, l’usure et le niveau sonore.
La vitesse de transport appropriée dépend du fluide. Les particules fines et légères se comportent différemment des copeaux grossiers, des particules métalliques lourdes ou des matières humides. Les valeurs forfaitaires ne doivent donc pas être appliquées à toutes les applications sans vérification préalable.
| Facteur d'influence | Conséquences sur la conception |
|---|---|
| Taille des particules | Les particules grossières peuvent imposer des exigences plus élevées en matière de sécurité du transport que les particules très fines et légères. |
| Densité du matériau | Les substances lourdes nécessitent une approche différente de celle des poussières ou fibres légères. |
| Humidité | Les substances humides ou collantes peuvent adhérer aux parois des conduits et provoquer des dépôts. |
| Usure | Les vitesses élevées et les fluides abrasifs augmentent l’usure des coudes, des tuyaux et des ventilateurs. |
| Tracé des conduites | Les conduites ascendantes, les coudes et les raccords mal conçus peuvent compliquer le transport des fluides. |
Déterminer correctement le diamètre des conduites
Le diamètre de la conduite est le lien entre le débit volumique et la vitesse de l’air. Il ne doit donc pas être choisi uniquement en fonction de la bride de raccordement existante, ni uniquement en fonction du diamètre immédiatement supérieur disponible.
Contexte technique
À débit volumique égal, une section de conduit plus petite entraîne une vitesse d’air plus élevée. Une section plus grande réduit la vitesse.
Le diamètre approprié doit donc être choisi de manière à atteindre la vitesse de transport requise sans générer de résistances à l'écoulement inutilement élevées.
Diamètre de tuyau trop petit
- Vitesse d'air élevée
- Perte de charge accrue
- Augmentation du niveau sonore
- Usure potentiellement accrue
- Besoins énergétiques plus élevés
Diamètre de conduit trop grand
- Vitesse de transport insuffisante
- Risque de dépôts
- Acheminement défavorable des matériaux
- Des composants plus volumineux et plus coûteux
- Besoin d’espace supplémentaire
Mettre en place le réseau de conduits de manière systématique
Un réseau de conduites bien conçu achemine le fluide vers le séparateur en générant le moins possible de résistances inutiles. Il faut pour cela prendre en compte non seulement la conduite principale, mais aussi chaque branche latérale et chaque état de fonctionnement possible.
- Les parcours des conduites doivent être aussi courts et directs que possible
- Éviter les changements de direction inutiles
- Utiliser des rayons de courbure adaptés
- Réaliser les dérivations de manière à favoriser l'écoulement
- Concevoir de manière contrôlée les modifications de section transversale
- Limiter la longueur des tuyaux flexibles au strict nécessaire
- Prévoir des possibilités de nettoyage et d’inspection
- Bien fixer les conduites
- Tenir compte du flux de matériaux et du sens du flux
- Prévoir dès le départ les extensions futures
Système de tuyauterie standard pour installations fixes
Pour de nombreuses applications d’aspiration classiques, un système de conduites galvanisé installé à demeure avec des raccords et des pièces de forme adaptés convient. Un système de tuyauterie plus robuste n’est nécessaire que si l’application, la dépression, l’usure ou les contraintes mécaniques l’exigent d’un point de vue technique.
Perte de charge dans le réseau de conduites
Chaque composant traversé par le flux d’air oppose une résistance au flux. Le ventilateur doit surmonter la somme de ces résistances afin que le débit volumique requis soit atteint au niveau du consommateur le plus défavorablement raccordé.
| Composant | Incidence sur la perte de charge |
|---|---|
| Conduite droite | Perte de charge due à la longueur des conduites, au diamètre intérieur, à la rugosité et à la vitesse de l'air. |
| Coudes | Résistance supplémentaire due au changement de direction. Les coudes serrés ou défavorables entraînent des pertes plus importantes. |
| Dérivation | La répartition et la déviation du flux d’air influencent la résistance des deux branches. |
| Réductions | Les variations de section modifient la vitesse et les conditions de pression. |
| Flexibles | Les conduites flexibles et à structure interne peuvent entraîner des résistances nettement plus élevées que les tuyaux lisses. |
| Éléments de saisie | Les hottes, les raccords et les enceintes génèrent une résistance d’entrée spécifique à l’application. |
| Filtres et séparateurs | La résistance varie en fonction du type de construction, de la charge et du degré d’encrassement. |
| Conduite d'évacuation d'air | Les silencieux, les clapets anti-retour, les conduites d’évacuation et la protection contre les intempéries augmentent la résistance totale. |
Le tracé de conduite le moins favorable est déterminant
Pour le choix du ventilateur, il faut prendre en compte la branche active la plus défavorable d’un point de vue hydraulique ou en termes de dynamique des fluides. Il ne s’agit pas nécessairement du trajet géométrique le plus long.
Simultanéité et états de fonctionnement
Dans le cas d’installations centralisées, il convient de déterminer quelles machines ou quels postes de travail fonctionnent simultanément. Cette simultanéité influe sur le débit volumique total, la répartition de l’air et le fonctionnement des ventilateurs.
Tous les raccords ouverts simultanément
L'installation doit fournir la totalité du débit volumique requis. Cela peut entraîner des sections de tuyauterie importantes et une consommation d'énergie élevée.
Fonctionnement adapté aux besoins
Les raccordements non utilisés sont obturés. Le fonctionnement du ventilateur peut être adapté aux besoins réels, à condition que le système de commande et le réseau de conduits soient conçus à cet effet.
Groupes de production fixes
Certaines machines sont régulièrement utilisées ensemble. Ces groupes d’exploitation peuvent être pris en compte séparément lors de la conception.
Changements d'états de fonctionnement
Des combinaisons très variées nécessitent un examen minutieux de la répartition de l’air et, le cas échéant, une régulation de la puissance des ventilateurs.
Les vannes modifient l’ensemble du système
L’ouverture ou la fermeture de certaines branches modifie la résistance du système et, par conséquent, le point de fonctionnement du ventilateur. Une commande par vanne doit donc être adaptée à la régulation du ventilateur et au réseau de conduites.
Ventilateur et point de fonctionnement
Un ventilateur ne fournit pas toujours le même débit volumique, quel que soit le système auquel il est raccordé. Le point de fonctionnement réel se situe à l’intersection entre la courbe caractéristique du ventilateur et celle de l’installation.
Pour le choix de l’appareil, il faut donc au minimum connaître le débit volumique requis et la perte de charge totale correspondante. Il convient en outre de prendre en compte le fluide, la température, les conditions d’installation, le niveau sonore, les contraintes matérielles et la possibilité de régulation.
Débit volumique
Le ventilateur doit fournir le débit d’air requis pour le régime de fonctionnement de référence.
Augmentation de la pression
Il doit surmonter la résistance liée à la détection, au réseau de conduits, aux filtres, à la séparation et à l'acheminement de l'air évacué.
Milieu et disposition
Selon que le ventilateur fonctionne avec de l’air pur ou de l’air chargé de particules, les exigences varient.
Régulation de la vitesse de rotation
Un variateur de fréquence permet d’adapter le fonctionnement aux besoins en air variables. La stratégie de régulation doit toutefois être définie sur le plan technique.
Résistance du filtre et état d’encrassement
La perte de charge d’un filtre n’est pas constante. À mesure que la charge en poussière augmente, la résistance s’accroît. L’installation doit donc fonctionner correctement non seulement à l’état neuf, mais aussi pendant son fonctionnement normal.
- Perte de charge initiale du filtre
- Perte de pression de service prévue
- Résistance maximale admissible du filtre
- Type et efficacité du nettoyage des filtres
- Surface filtrante et charge surfacique
- Caractéristiques de la poussière à séparer
- Fréquences d'entretien et de remplacement
- Surveillance de la pression différentielle
Surveiller l'état du filtre
Une surveillance de la pression différentielle permet de détecter une augmentation de l’encrassement des filtres. Une valeur anormalement élevée ou faible peut indiquer un encrassement, un mauvais acheminement de l’air, des éléments filtrants endommagés ou des erreurs de mesure.
Flux d'air d'appoint et bilan d'air
Tout volume d’air extrait doit être réintroduit dans le bâtiment. En l’absence d’un apport d’air suffisant, une dépression se crée dans la pièce. Cela peut réduire la puissance d’aspiration et affecter les portes, les portails, les foyers ou d’autres systèmes de ventilation.
| Question relative à la conception | Pourquoi est-ce pertinent ? |
|---|---|
| D'où provient l'air de remplacement ? | Un afflux d’air incontrôlé peut provoquer des courants d’air et des directions de flux défavorables. |
| Quel est le débit d'air évacué ? | Des débits d’air plus importants ont une incidence plus marquée sur la pression ambiante, la consommation d’énergie de chauffage et les installations techniques du bâtiment. |
| Un système de recyclage de l'air est-il prévu ? | Les propriétés des matériaux, les performances de filtration et les exigences en vigueur doivent être prises en compte. |
| Existe-t-il d’autres systèmes d’évacuation d’air ? | La peinture, la ventilation, les effluents gazeux de production ou les foyers peuvent modifier le bilan global de l’air. |
Définir judicieusement les réserves de puissance
Une installation doit disposer d’une réserve suffisante pour faire face aux variations normales de fonctionnement, à l’encrassement des filtres et à d’éventuels ajustements ultérieurs limités. Une réserve globalement très importante n’est toutefois pas automatiquement judicieuse, car elle peut augmenter les coûts d’acquisition, la consommation d’énergie et les efforts de régulation.
Une réserve judicieuse
- Résistance normale du filtre
- Tolérances de fabrication
- Écarts de fonctionnement habituels
- Extensions clairement définies
- Réglage de la puissance
Surdimensionnement inapproprié
- Utilisation ultérieure non précisée
- Une puissance moteur globalement nettement supérieure
- Vitesses d’air trop élevées
- Filtres et conduites inutilement volumineux
- Augmentation de la consommation d’énergie et des nuisances sonores
Erreurs courantes de conception
| Erreurs de conception | Conséquences possibles |
|---|---|
| Choisir un ventilateur uniquement en fonction du débit volumique maximal | Le débit d’air requis n’est pas atteint en cas de résistance réelle de l’installation. |
| Reprendre uniquement le diamètre de tuyau indiqué sur la bride de raccordement de la machine | Vitesse d’air inadaptée ou perte de charge excessive. |
| Utiliser des tuyaux flexibles trop longs | Résistance accrue, usure et moins bonnes performances de transport. |
| Ne prendre en compte que les filtres neufs | La puissance d'aspiration diminue trop fortement en cas de charge de poussière normale. |
| Ne pas définir la simultanéité | Certaines machines ne reçoivent pas assez d’air ou l’installation est surdimensionnée inutilement. |
| Ne pas tenir compte de l'air d'appoint | Dépression dans le bâtiment, courants d’air et baisse des performances des installations. |
| Élément de détection trop éloigné | Captage inefficace malgré un débit élevé. |
| Les questions de sécurité ne sont clarifiées qu’a posteriori | Les composants et le concept de l'installation devront peut-être être entièrement revus. |
Données nécessaires pour une conception technique
Pour une conception rigoureuse, les données de base essentielles doivent être documentées. Plus ces informations sont précises, plus il est possible de déterminer de manière fiable le réseau de conduits, le système de séparation et le ventilateur.
- Fluide à aspirer et propriétés du matériau
- Machine ou processus de fabrication
- Nombre et type de points de prélèvement
- Diamètres de raccordement disponibles
- Débits d’air requis ou connus
- Appareils fonctionnant simultanément
- Longueurs de conduites et dénivelés
- Nombre et type de raccords
- Concept de filtration et de séparation
- Emplacement d'installation du ventilateur
- Concept d'évacuation d'air ou de recyclage d'air
- Apport d'air d'appoint et bilan de l'air dans le hall
- Risques d’incendie et d’explosion
- Extensions prévues
Les principes généraux ne remplacent pas un calcul concret
Le dimensionnement effectif doit être déterminé en fonction de l’application, des propriétés des substances et du réseau de tuyauterie prévu. En particulier dans le cas de substances dangereuses pour la santé, inflammables ou explosives, une conception technique spécifique à l’application est nécessaire.
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Vous envisagez d’installer ou d’agrandir un système d’aspiration ?
Envoyez-nous les informations concernant le fluide, les machines, la simultanéité et le réseau de conduites prévu. Nous vous aidons à définir les caractéristiques techniques du système de conduites, des filtres, du ventilateur et des composants de l’installation.
Questions fréquentes sur la conception et le dimensionnement
Peut-on dimensionner un système d’aspiration en fonction du diamètre du raccord ?
Non. Le diamètre de raccordement n’est qu’une valeur de référence. Il faut également tenir compte du débit volumique requis, de la vitesse de l’air, de la longueur des conduits, des raccords, de la résistance du filtre, de la simultanéité et des exigences de sécurité.
Comment déterminer le débit volumique nécessaire ?
Le débit volumique requis dépend du point de captage, de sa surface d’ouverture, de la distance par rapport à la source, du mouvement du fluide et de l’efficacité de captage requise. Les spécifications du fabricant des machines peuvent fournir des valeurs de départ supplémentaires.
Pourquoi la vitesse de l'air dans le conduit est-elle importante ?
Elle doit être suffisamment élevée pour assurer un transport fiable du fluide. Si elle est trop faible, des dépôts peuvent se former. En revanche, une vitesse inutilement élevée augmente les pertes de charge, le bruit, l’usure et la consommation d’énergie.
Comment détermine-t-on la perte de charge d’une installation ?
La perte de charge totale résulte des résistances des éléments de captage, des conduites droites, des coudes, des dérivations, des flexibles, des filtres, des séparateurs et du circuit d’évacuation d’air dans les conditions de fonctionnement déterminantes.
Pourquoi le débit d’air maximal d’un ventilateur ne suffit-il pas comme critère de sélection ?
Le débit d’air maximal n’est atteint que dans certaines conditions. Le facteur déterminant est le débit volumique fourni par le ventilateur compte tenu de la perte de charge réelle de l’installation. Pour cela, il faut examiner conjointement la courbe caractéristique du ventilateur et celle de l’installation.
Dans le cas d'une installation centralisée, faut-il additionner la puissance de toutes les machines ?
Uniquement si toutes les machines fonctionnent effectivement en même temps. Le dimensionnement dépend des conditions de fonctionnement définies et du degré de simultanéité réaliste. Les vannes et une régulation adaptée aux besoins peuvent être prises en compte à cet égard.
Quelle réserve de puissance faut-il prévoir ?
La réserve doit couvrir la charge normale des filtres, les écarts de fonctionnement habituels et les extensions clairement définies. Un surdimensionnement global très important n’est pas automatiquement judicieux, car il augmente les coûts, la consommation d’énergie et les efforts de régulation.
Pourquoi faut-il tenir compte du flux d'air de remplacement ?
L'air extrait doit être réintroduit dans le bâtiment. En l'absence d'air de remplacement en quantité suffisante, une dépression se crée. Cela peut affecter la puissance d'aspiration, les portes, les portails, les systèmes de ventilation et d'autres fonctions du bâtiment.