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Feb 19, 2024

Doseurs gravimétriques : le talon d'Achille de la fabrication continue

13 février 2018 Les doseurs gravimétriques sont fréquemment utilisés dans les processus de fabrication en continu. Un doseur gravimétrique repose sur un système de contrôle qui ajuste la vitesse du doseur en fonction de la perte de poids

13 février 2018

Les doseurs gravimétriques sont fréquemment utilisés dans les processus de fabrication en continu. Un doseur gravimétrique repose sur un système de contrôle qui ajuste la vitesse du doseur en fonction des mesures de perte de poids. Puisque le contrôleur est incapable de discerner le débit de déchargement lorsque sa trémie est remplie de nouveau matériau, deux trémies disposées en série sont généralement utilisées. La trémie inférieure est souvent asymétrique avec au moins une paroi fortement inclinée pour réduire le risque d'obstruction de l'écoulement. De telles géométries aboutissent souvent à une distribution de vitesse des solides très variable, ce qui peut exacerber la ségrégation. Dans certaines trémies, un agitateur est utilisé pour garantir qu'il y a un « fond vivant » et aucune zone morte. Pendant le cycle de remplissage, le doseur en aval fonctionne en mode volumétrique (c'est-à-dire à vitesse constante). L'alimentateur fonctionne alors en mode gravimétrique (c'est-à-dire que sa vitesse est contrôlée par la mesure de la perte de poids de matière à l'intérieur de la trémie) après le remplissage de la trémie aval. Un schéma d’un alimentateur gravimétrique est donné à la figure 1.

La plupart des poudres sont compressibles. La densité apparente d'une poudre augmente avec l'augmentation de la contrainte de consolidation, variant rapidement aux faibles contraintes et de manière moins spectaculaire aux contraintes élevées. Une courbe de compressibilité typique est présentée à la figure 2, où la densité apparente est tracée en fonction de la contrainte principale majeure. La contrainte principale majeure est la contrainte qui serait mesurée sur un plan qui donne à la contrainte sa valeur maximale.

En raison de la géométrie étrange de la trémie, la poudre restera dans ce qu'on appelle un état de contrainte active. En état actif, la direction de la contrainte maximale est vers le bas. Si une contrainte supplémentaire était appliquée à la poudre, par exemple si un morceau de poudre tombait de la trémie supérieure dans la trémie inférieure, la contrainte serait transmise verticalement vers la poudre et, étant compressible, sa densité apparente augmenterait. Le distributeur serait incapable de compenser le changement de densité apparente car il était en mode volumétrique pendant le cycle de remplissage. Étant donné que la densité apparente de la poudre a augmenté pendant le remplissage, le taux de décharge pendant le cycle de remplissage et le début du cycle de vidange peuvent être plus élevés qu'auparavant. Ceci est illustré sur la figure 3, où le débit de décharge est calculé en mesurant le gain de poids dans un récipient rempli par le doseur.

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Lorsque la trémie inférieure se vide et que l'alimentateur fonctionne en mode gravimétrique, le débit de décharge est très constant. La densité apparente de la poudre n'est pas nécessairement constante, mais le système de contrôle compense en réduisant la vitesse du doseur si la densité augmente et vice versa. Malheureusement, lors du cycle de remplissage, l'impact de la matière fraîche comprime la poudre au talon du contenu de la trémie. Cela signifie que lorsque la densité apparente augmente, le contrôleur n’ajuste pas la vitesse car il est en mode volumétrique.

Il existe des méthodes pour atténuer la variabilité. Par exemple, de la poudre fraîche peut être ajoutée plus fréquemment afin que moins de charge soit appliquée pendant le cycle de remplissage et que le temps pendant lequel le doseur doit rester en mode volumétrique soit raccourci. En outre, les contrôleurs modernes sont plus prédictifs : ils peuvent estimer la densité apparente plus élevée qui accompagne l’étape de remplissage, ce qui fournit une estimation de la vitesse du doseur requise lorsque le doseur revient en mode gravimétrique.

La variabilité peut également être réduite en modifiant la section convergente de la trémie inférieure pour le débit massique. Le débit massique se produit lorsque les parois de la trémie sont suffisamment raides et suffisamment faibles en friction pour assurer un écoulement le long d'elles. Avec le débit massique, un état de contrainte passif se développera lorsque la poudre sera déchargée du bac, et cet état de contrainte passif persistera pendant le remplissage. La poudre est comprimée latéralement et se dilate verticalement, de sorte que les principales contraintes principales agissent horizontalement plutôt que verticalement. Un profil typique de contrainte de principe majeur est présenté à la figure 4.