paramètres géométriques principaux

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On juge une centrifugeuse principalement sur quatre critères :

  • son débit hydraulique : nombre de m3 · h–1 de boues qu’elle peut accepter ;
  • son débit massique : kg MES · h–1 (débit hydraulique × concentration des boues à l’alimentation) ;
  • la siccité du sédiment obtenu ;
  • son rendement d’extraction ou taux de capture : quantité de MES du sédiment rapportée à la quantité totale de MES traitées.
paramètres géométriques centrifugeuseImage sécurisée
Figure 32. Paramètres géométriques

diamètre du bol D et rapport LT/D

Le diamètre caractérise les gammes de machines et varie entre 0,25 et 1,1 m dans les applications au trai­tement des boues. Le débit traité augmente avec le diamètre et le rapport LT/D et en première approxima­tion, nous pouvons considérer que :

  • pour un LT/D identique, le facteur d’extrapolation des débits est proche du rapport D13/D23 pour deux machines de diamètres de bol D1 et D2 ;
  • pour un même diamètre, si le rapport LT/D passe de 4 à 5 on gagnera, selon les boues, de 30 à 50 % de débit massique.

angle de conicité

Il est généralement compris entre 8 et 12° pour l’ensemble des applications.

Des angles plus faibles (6-7°) peuvent être utilisés pour l’extraction de sédiments particulièrement diffici­les (boues collantes de texture thixotrope).

Des angles plus forts (20 °) peuvent être utilisés pour l’extraction de sédiments de texture ferme et compacte : cela permet un volume de stockage interne de cake plus important et donc un petit gain de débit massique.

hauteur de filet H entre vis et bol

Un grand espace permet d’augmenter le temps de séjour du sédiment dans la machine et en conséquence une action prolongée de la force centrifuge.

espace entre vis et bol dans la partie conique

Plus cet espace est rétréci, plus le sédiment est soumis à un fort taux de compression. C’est l’un des para­mètres clé dans l’évolution des centrifugeuses, ayant permis l’augmentation des siccités et il justifie l’appel­lation de centrifugeuse HP (haute pression) des modèles les plus performants des différents constructeurs.

surface S de clarification à anneau liquide maximal.

Ce paramètre important définit la surface de clarification maximale :

Formule : surface S de clarification à anneau liquide maximal

Le débit Q d’une machine sera d’autant plus fort que cette surface est grande.

volume interne du bol

Le ratio des volumes internes du bol permet également d’approcher l’extrapolation des débits, à condition de le corriger, du ratio des différentes accélérations (FC1/FC2) comme suit :

Formule : volume interne du bol
Formule : volume interne du bol facteur K

Le facteur K d’extrapolation des débits devient

système contre-courant ou équi-courant

La figure 33 décrit ces deux principes. Le système équi-courant (alimentation en tête de partie cylindrique) reste utile dans certains cas d’épaississement sans polymère ou de boues particulièrement difficiles (sédi­ment très mou), il donne généralement des siccités plus faibles mais une bonne clarification.

Le système contre-courant permet des siccités plus fortes avec des débits massiques plus importants ; c’est le système, aujourd’hui le plus utilisé.

Des rotors polyvalents sont d’ailleurs disponibles.

centrifugeuse systèmes contre-courant équi-courantImage sécurisée
Figure 33. Schéma de principe des systèmes contre-courant et équi-courant

facteur Σ

Il traduit la surface de décantation simple équivalente à celle de la centrifugeuse concernée fonctionnant à 1 000 g. Chaque constructeur a sa méthode pour calculer ce facteur Σ et les comparatifs sont donc à faire avec prudence.

Une formule approchée permettant le calcul de ce paramètre peut être (voir notations sur figure 34) :

Formule : facteur ∑

Pour comparer les machines entre elles, Σ est calculé à la vitesse nominale N de fonctionnement (produi­sant une accélération de 1 000 g).

ΣN peut servir en principe aux extrapolations de capacité hydraulique des machines de gammes différen­tes. Il est cependant à utiliser avec prudence :

Formule :  ∑N  - vitesse nominale N
facteur ∑Image sécurisée
Figure 34. Détermination du facteur ∑

vis d’extraction

La hauteur du filet de vis ainsi que le pas de vis ont une influence importante sur les capacités hydrauli­ques des machines. La vis d’extraction est l’organe le plus sensible aux abrasions. Le filet de vis est toujours protégé par du carbure de tungstène pulvérisé ou des tuiles de carbure de tungstène fritté.

Chaque constructeur a ses particularités : filets ajourés en partie conique pour assurer des transferts plus rapides et moins turbulents pour le liquide, pas variable en partie conique pour améliorer le taux de com­pression, introduction des boues en partie cylindrique ou au niveau de la cassure cylindroconique…

pour aller plus loin :