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Choisir la meilleure méthode de filtration : la filtration membranaire et les bassins de décantation (1/2)

29/04/2013
Dans le monde entier, la performance et l\'efficacité des liquides de refroidissement et des lubrifiants est un défi constant pour les ingénieurs et usineurs. Dans les procédés industriels tels que rectification, perçage, affûtage, rodage, électro-érosion (EDM) ou autres Superfinish, éviter la contamination des liquides par les résidus métalliques est vital.

Une filtration inefficace peut avoir un impact important sur une chaîne de fabrication, entrainant des conséquences sur la qualité des produits finis, la productivité et la gestion des déchets.

Cet article étudie les systèmes de filtration disponibles au jour d’aujourd’hui et leur impact sur les procédés d\'usinage.

Filtration membranaire : tamisage ou criblage (cartouches, manches et papier)

La forme la plus courante de filtration est de faire passer le liquide à travers ou autour d\'un écran ou tamis qui retiendra les particules non-désirables. Il existe plusieurs formes de filtres, mais on voit surtout des cartouches, manches ou feuilles. Dans tous les cas, on utilise un média filtrant (en général du polyester, cellulose ou polypropylène moulé, tissé ou filé) qui est soit plissé pour former une cartouche (pour une plus grande surface de filtration), soit vaporisé ou enroulé sur un mandrin (filtration par absorption), soit transformé en poche de filtration (plus pratique et pour une plus grande capacité), soit simplement étiré sur un cadre. Le principe de base consiste à intercepter les résidus plus larges que les pores du filtre, lesquels sont prévus pour une finesse de filtration donnée appelé seuil de rétention (40 microns, par exemple).

Le tamisage crée une baisse de débit qui représente à la fois un avantage et un inconvénient. Dans le cas d\'une cartouche neuve et de calibre approprié (les poches et filtres papiers fonctionnent de la même manière), on remarquera une pression différentielle minimale entre le débit de liquide en amont et en aval du filtre. Au fur et à mesure que les résidus sont retenus dans le filtre, on constatera un colmatage progressif de la cartouche qui augmente cette pression différentielle, et ceci jusqu\'à ce que cette pression soit trop importante pour que le liquide puisse passer à travers le filtre. A ce stade, la cartouche est saturée. En pratique, le débit en aval est déjà trop faible pour la chaine de production et on risque même une contre-pression bien avant le colmatage complet. On mettra donc en place une pression différentielle minimum pré-paramétrée qui permet de nettoyer ou, le plus souvent, de remplacer la cartouche avant de constater des dégâts.

Les principaux avantages des filtres à tamis sont :

- Supervision : la pression différentielle permet à l\'usineur de surveiller la durée de vie d\'une cartouche et de savoir quand celle-ci doit être remplacée, et on pourra même mettre en place un système automatique qui arrêtera la machine ou contournera le filtre lorsque le débit atteint un certain niveau (à moins d\'avoir le luxe d\'une deuxième chaîne, parallèle à la première).

- Investissement : le coût d\'un système de tamisage est souvent moindre au départ (mais pas forcément à l\'entretien!). L\'installation est fréquemment subventionnée par le fournisseur qui compte sur les ventes de consommables dans les nombreuses années à venir pour l\'amortir. Dans une chaîne ou la contamination est minimale, le tamisage est de bon rapport qualité-prix.


Cependant, le tamisage n\'est pas sans inconvénient :

- Frais de remplacement et de mise au rebut : le remplacement des cartouches saturées ou des filtres papier peut s\'avérer couteux autant du point de vue du prix des consommables que de la productivité (temps morts sur la chaîne). Dans certains cas, le remplacement d\'un filtre peut prendre plusieurs jours.

- Les frais de mise au rebut sont également de plus en plus préoccupants. Le traitement des déchets peut être élevé, en particulier pour les filtres contaminés à l’huile ou aux hydrocarbures. Avec l\'ascension de la norme ISO 14001 et les responsabilités sociales grandissantes qui pèsent sur les entreprises, de nombreuses sociétés mettent en place des politiques environnementales progressistes et tentent de réduire leurs déchets de production.

- Efficacité limitée : l\'un des inconvénients de la baisse de débit est qu\'elle restreint le niveau de filtration obtenu. Par conséquent, le système de filtration installé sera toujours un compromis entre le niveau de filtration désiré et celui qui permettra de maintenir un débit acceptable. En règle générale, on réglera le seuil de rétention à 40 microns pour éviter de trop restreindre le débit. On permet malheureusement ainsi aux particules inférieures à cette taille de continuer à circuler et à détériorer l\'équipement, à réduire la durée de vie des lubrifiants et liquides de refroidissement et à altérer la qualité des produits finis. C\'est particulièrement problématique dans les industries où la précision est primordiale, telle que dans la fabrication de composants automobiles, de roulements ou de fournitures médicales.

Il existe évidemment de nombreuses autres techniques de filtration membranaire dans les milieux industrielles (tangentielle, poudre...) Mais celles-ci restent moins courantes que les cartouches, manches et disques papier et beaucoup d\'entre elles en présentent quand même les inconvénients. Les filtres à bougies et les systèmes de récupération de poudre présentent des implications d\'hygiène et de sécurité ainsi que l\'inconvénient supplémentaire que représente la gestion des poudres. Les systèmes tangentielles (dont les médias filtrants sont sensés durer plusieurs années avant de devoir être changés) représentent un bon moyen de réduire les dépenses en consommables (et ceux-ci peuvent souvent être réutilisés) mais ils représentent un investissement de base important et consomment généralement plus d\'énergie.

Bassins de décantation

Plusieurs procédés comptent sur la sédimentation naturelle des particules polluantes plutôt que sur l’utilisation d’un média filtrant. A un stade donné du cycle, on pompe du liquide dans un réservoir pour y décanter les particules les plus larges par gravité. Celles-ci pourront ensuite être extraites à l\'aide d\'un convoyeur à raclettes, ou on leur permettra de s\'accumuler jusqu\'à un certain point avant de nettoyer le réservoir à la main.

L\'avantage principal de la décantation est :

- Pas de frais réguliers de consommable ; aucun filtre jetable n\'est nécessaire, les frais d\'entretien sont donc réduit par rapport à d\'autres méthodes.

Les inconvénients sont les suivants :

- Décontamination peu efficace : la décantation n\'est pas un véritable filtre, il n\'existe aucune barrière aux particules non-désirables. On compte ici sur le poids des particules et le résultat dépend beaucoup du temps qu\'elles passent dans le réservoir. Si le liquide passe trop rapidement, la décantation sera minimale. De ce fait, on ne considère cette technique comme suffisamment efficace que lorsqu’on cherche à supprimer des particules larges ou lourdes. Les particules plus petites restent présentes dans le liquide et continuent de circuler, ce qui risque encore une fois de détériorer les produits finis et les machines.

- Temps mort - dans les chaînes où le nettoyage du tank n\'est pas automatisé, le temps d\'arrêt nécessaire à vider le réservoir peut s\'avérer extrêmement couteux. On peut être confronté à de longues périodes de temps mort dues au fait que le liquide doit être entièrement remplacé.

Suite et fin de l\'article demain avec la Séparation cyclonique et la Déferrisation magnétique

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