4.1. Les séparateurs mécaniques - Cyclone - Multicyclone

Les séparateurs de cette famille mettent en jeu une force mécanique pour assurer la séparation des polluants : pesanteur, inertie ou force centrifuge. Ils ne pourront être utilisés pour séparer des gaz les uns des autres, mais seulement les particules solides en profitant de ce que leur masse volumique est généralement plus de 500 fois supérieure à celle du gaz porteur.

Il y a antagonisme entre une force F, qui est proportionnelle à la masse m de la particule et une résistance R, due à la viscosité des gaz, qui s'oppose à son déplacement, antagonisme qui permet la séparation.

Ainsi, sous l'effet de la gravité g, l'expression de F est :

Pour des particules comprises entre 1 et 50 µm, la résistance à leur déplacement dans un gaz est donnée par la formule de STOKES :

avec :

d = diamètre de la particule supposée sphérique
η = viscosité du gaz
V = vitesse du déplacement de la particule par rapport au gaz

Ainsi dans l'air, la vitesse limite de chute est obtenue quand R = F soit d'après STOKES :

(m étant la masse volumique de la particule)

d'où :

Cette vitesse limite prend une expression différente pour les très grosses particules de dimension comprise entre 500 et 1500 µm. Elle obéit alors à la loi de NEWTON :

 

(m' étant la masse volumique du fluide porteur).

Une loi de OSEEN établit la transition entre ces formules pour les particules comprises entre 50 et 500 µm, tandis que la loi de CUNNINGHAM, qui fait intervenir le libre parcours moyen des molécules gazeuses, peut rendre compte de la vitesse de chute des particules submicromiques.

En résumé, on retiendra que la vitesse limite de chute des particules dépend essentiellement de leurs dimensions. La figure 49 donne l'allure générale de ces lois de chute tandis que la figure 51 donne les vitesses de chute dans l'air des poussières qui sont concernées par les séparateurs mécaniques.

Fig. 49
Lois de chute des particules