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Phases de Transport Pneumatique

Quelles sont les différentes phases de transport pneumatique ? Comment déterminer dans quelle phase un solide en vrac / une poudre peut être transporté(e) ?

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Résumé de la section
1. Introduction
2. Classification de Geldart
3. Les différentes phases solides / air dans une ligne de transport pneumatique

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1. Introduction

Il existe différentes méthodes pour transporter pneumatiquement des solides, et l'une des différences clés entre chaque méthodologie est la phase dans laquelle les solides en vrac seront transférés dans la tuyauterie. Par phase, nous entendons la densité du solide lors de son déplacement. Si le solide est très aéré, la phase tendra à être diluée, si elle l'est moins, elle sera en phase dense. Typiquement, la quantité d'air utilisée pour transporter les solides ainsi que la vitesse sont des critères utilisés pour déterminer dans quelle phase s'effectue le transport. Tous les solides ne peuvent pas être transportés dans une phase ou une autre ; cela dépend des propriétés de fluidisation des solides, pour lesquelles la classification de Geldart est utile.

Figure 1 : exemples de 2 phases de transport, diluée à gauche et dense à droite

2. Classification de Geldart

Comment savoir si une poudre peut être transportée en phase diluée ou en phase dense ?

Attention, tous les solides ne peuvent pas être transportés avec n'importe quelle technologie. En réalité, l'adéquation d'une technologie particulière dépendra des propriétés de fluidisation du solide à transporter. Avant de concevoir un système, la classe du solide doit être établie. Cette classe est déterminée grâce à une classification proposée par Geldart en 1973.

C'est une méthode très simplifiée pour classer les poudres selon leur nature de Geldart afin de déterminer si elles peuvent être transportées en phase dense. Cependant, avec cette approche basique, les considérations suivantes peuvent être prises en compte.

Classe A : poudres adaptées au transport en phase dense, elles présentent une aération très élevée et durable. Elles peuvent être transportées à haute concentration mais ne forment pas naturellement des bouchons ; un système actif est donc nécessaire pour les créer.

Classe B : poudres de type sable, peuvent être difficiles à transférer en phase dense

Classe C : ces poudres cohésives peuvent être difficiles à transporter en phase dense

Classe D : ces poudres peuvent être transportées en phase dense à des concentrations intermédiaires entre les classes B et A

Figure 2 : classification de Geldart

La classification de Geldart est une première indication, les groupes B et C étant les moins adaptés au transport en phase dense. Cependant, des travaux ultérieurs ont montré qu'au sein des groupes B et C, certaines poudres peuvent être transportées en phase dense, à condition qu'elles aient la perméabilité et/ou la rétention d'air adéquates. La perméabilité à l'air permet en effet de fluidiser le produit et donc de modifier sa rhéologie, tandis que la rétention d'air permet de maintenir l'état fluidisé pendant une longue durée, ce qui peut être intéressant dans une tuyauterie de transport. À titre indicatif, une perméabilité élevée devrait permettre un transport en bouchons, tandis qu'une bonne rétention d'air permettrait un écoulement en dunes.

3. Les différentes phases solides / air dans une ligne de transport pneumatique

Qu'est-ce que le transport en phase dense ? Qu'est-ce que le transport en phase diluée ?

Il est important de comprendre comment les concepts de phase diluée et de phase dense se traduisent dans la manière dont le produit s'écoule dans la tuyauterie. En principe, selon la vitesse du gaz de transport, 5 régimes d'écoulement peuvent être identifiés.

Tableau 1 : Phases de transport

Vitesse du gaz	Régime d'écoulement	Tuyauterie de transport Aspect	Commentaires
Vitesse élevée (15-40 m/s)	Phase diluée		En principe, tout solide peut être transporté en phase diluée ; cependant, les contraintes appliquées au solide le rendent adapté uniquement aux produits non sensibles à la cassure et qui ne sont pas trop dures et abrasives pour les canalisations. Les particules sont en suspension dans le gaz et ne se déposent pas dans le tuyaux de transport.
Vitesse moyenne (8-15 m/s)	Phase dense (écoulement en saltation)		Lorsque la vitesse du gaz diminue, la perte de charge diminue jusqu’à un minimum et certaines particules forment une couche continue dans les sections horizontales des tuyaux. Les dépôts ne sont pas permanents et le transport s’effectue effectivement. La concentration n’est pas constante sur une section de tuyau, car davantage de particules se trouvent au fond du conduit. Ce type de transport peut être instable et entraîner des obstructions de canalisation.
Basse vitesse (3-8 m/s)	Phase dense discontinue - Dune		En réduisant davantage la vitesse du gaz, la perte de charge augmente à nouveau et un régime d’écoulement où des bouchons se forment apparaît. L’écoulement en dune se produit principalement pour les produits fins. La perte de charge dépendra de la longueur des bouchons formés, d’où l’intérêt de les contrôler activement grâce au procédé. Une méthode courante pour ce type de régime consiste à installer des injections d’air régulières dans le conduit pour aider à « couper » les bouchons.
Basse vitesse (3-8 m/s)	Phase dense discontinue - Pulsatoire		Ce régime d’écoulement est proche de l’écoulement en dune présenté ci-dessus, mais concerne davantage les matériaux grossiers. En observant l’écoulement, on constate clairement qu’il démarre/ s’interrompt, d’où l’effet « pulsatoire ». Les bouchons se forment naturellement grâce à la porosité plus élevée du solide comparée à d’autres poudres plus cohésives.
Très basse vitesse (3-8 m/s)	Phase dense continue		En réduisant encore la vitesse du gaz, et pour des solides capables d’être transportés sous ce régime, un écoulement en phase dense continue s’établit. En substance, il n’y a qu’un seul grand bouchon. Cependant, cela génère des pertes de charge très élevées, ce qui limite ce régime à des distances très courtes.

Il convient de noter que les particules circulent à une vitesse inférieure à celle du gaz. Selon le régime d’écoulement, la vitesse moyenne des particules peut être de 0,4 à 0,8 fois la vitesse du gaz.