3.1.6. Quelques exemples de calculs des débits d'air
Données
Il est intéressant de connaître deux ou trois éléments qui pourront servir chaque fois que le problème de captage se posera :
vitesse du courant d'air : 0,5 m/s
vitesse de la fumée de cigarette : 0,25 m/s
échange thermodynamique : 0,3 m/s
vitesse d'air minimum nécessaire au nez d'un opérateur dans une ambiance polluée : 0,5 m/s
élévation des fumées avec un angle de 15° Répartition d'air
Le plus difficile sera d'assurer une répartition d'air. Il faut savoir que le problème devient très ardu à des vitesses inférieures à 0,5 m/s. c'est donc très souvent cette vitesse minimum qu'il faudra utiliser en soufflage ou en aspiration.
Plusieurs dispositifs peuvent être utilisés pour répartir les vitesses d'air à l'entrée des éléments d'aspiration :
convergent ;
association de fentes avec caisson ;
aubes de subdivision ;
fentes de largeurs variables ou modulables ;
grilles à taux de perforation. etc.
Ces dispositifs sont décrits en détail dans le manuel de l'A.C.G.I.H. (AMERICAN CONFERENCE OF GOVERNMENTAL INDUSTRIAL HYGIENISTS) dont bon nombre d'exemples sont repris et fournis en Annexe A en fin de ce document. Les deux règles empiriques suivantes peuvent être retenues :
- dans le cas de la répartition par convergent l'angle intérieur optimum est de 60° et ne doit, en aucun cas dépasser 90° ;
- dans le cas de l'association de fentes avec caisson de répartition, la vitesse dans les fentes (souvent fixée aux environs de 5 à 10 m/s) doit être au moins égale à deux fois la vitesse moyenne dans le caisson voir figure 29.
Figure 29
Répartition des vitesses à l'entrée d'un capotage à fentes
Exemple de calcul :
Dans cet exemple, on considère le captage des gaz d'une opération d'encollage. La solution retenue pour le captage, compte tenu des contraintes du poste, est une table à aspiration par une fente arrière (figure 30) en partie basse étant donné que le polluant est lourd. On considère d'autre part qu'il est impossible de fermer le poste en partie supérieure.
Comme indiqué au paragraphe 3.1.1. l'ordre des opérations est le suivant :
b) Choix de la vitesse de captage au point de l'émission : une vitesse Vc = 0,5 m/s est choisie compte tenu de la nature de l'opération (absence de courant d'air) ;
c) Calcul du débit d'aspiration : la vitesse de captage doit être induite jusqu'au point le plus éloigné de la fente d'aspiration, c'est à dire jusqu'à une distance égale à la largeur de la table. Les surfaces d'égales vitesse étant dans le cas considéré des quarts de cylindres, le débit d'air se calcule en utilisant les notations de la figure 30 par la formule :
ce qui pour la table considérée (650 x 1200 mm²) conduit à :
Q = 0,61 m3/s ou Q = 2200 m3/h.
d) Calcul de la fente b : si la table aspirante est implantée dans un atelier moyennement calme, on peut fixer une vitesse d'air à l'entrée de la fente de Ve = 6 m/s (vitesse suffisante avec un bruit faible) ; d'où le calcul de b :
ce qui conduit à b = 0,085 m ou 85 mm ;
Calcul de la largeur du caisson : comme indiqué précédemment, la vitesse dans le caisson doit être au maximum égale à la moitié de la vitesse dans la fente et donc le caisson doit avoir une largeur minimale de 2b, soit 170 mm ;
Calcul du diamètre des canalisations : si l'on choisit une vitesse de transport de l'air pollué Vt = 20 m/s le diamètre d doit être égal à : selon la formule étudiée précédemment Q=VS, d sera de 197 mm ou 200 mm.
Figure 30
Table aspirante avec fente arrière