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Les informations contenues dans
ces pages se veulent aussi exactes que
possible et vous sont proposées en toute bonne foi. Cependant leur
caractère très général fait qu'elles peuvent être inappropriées dans une
situation particulière. Aussi toute application choix ou décision, qui
en
découlerait, doit impérativement être validé par un
expert compétent.
Aptitude à l'écoulement des poudres
Sommaire de la page:
La
connaissance de l'aptitude d'une poudre à s'écouler, est très
importante pour le choix des systèmes de stockage et de transfert. Le comportement idéal serait:
- un écoulement libre et régulier par le seul effet de la gravité
- sous forme de particules individualisées
De nombreux tests ont été imaginés pour déterminer cette caractéristique. Les plus courants sont:
- l'indice de compressibilité
- l'angle de talus
- le test de cisaillement
Deux indices sont utilisés:
- l'indice de Hausner
- l'indice de Carr
poudre
divisée par le volume qu'elle occupe. Ce n'est pas réellement une
caractéristique du matériau puisque le résultat dépend en partie de la
manière dont la poudre est manipulée.
La densité apparente aérée est obtenue en versant une masse connue de poudre dans un récipient gradué. Elle fait l'objet de la norme DIN 53466.
La densité apparente tassée est obtenue en mesurant le nouveau volume occupé après avoir tassé la poudre, soit en frappant plusieurs fois le récipent sur une table, soit en applicant un poids sur un piston.
L'angle de talus (ou angle de repos) est
l'angle que forme la surface libre d'un tas de
poudre ou
de granulés avec la surface horizontale qui le supporte. Ici encore, le
résultat dépend en partie de la méthode utilisée pour former le tas.
Ces méthodes ne sont utilisables que pour des poudres
- s'écoulant aisément
- de granulométrie homogène
- phase 1: obtention d'un état de consolidation critique
après avoir rempli les deux demi-boites parfaitement alignées, avec la poudre à caractériser, on applique sur son sommet, une contrainte verticale dite "contrainte critique" σc au moyen d'un piston lesté. L'échantillon est ensuite cisaillé en exerçant une force horizontale croissante sur sur la partie mobile (la demi-boite supérieure) de la boite, jusqu'à ce que le matériau cède. A ce stade le matériau est placé dans un "état de consolidation critique".
- phase 2: mesures proprement dites
après avoir atteint l'état de consolidation critique, les contraintes précédentes sont relachées, puis une nouvelle contrainte verticale σs, inférieure à la contrainte de consolidation σc, est appliquée, et la contrainte de cisaillement Τs pour laquelle le matériau cède est recherchée. L'opération est répétée pour différentes contraintes verticales, produisant une série de couples Τs, σs
Jenike décrit l’écoulement des solides en vrac à l´aide de la fonction de flux FF=σ1/fc en disposant ainsi d´un classement en volume par rapport au comportement de sortie des réservoirs.
La
contrainte de cohésion (fc) : elle représente la
contrainte en
compression à appliquer sur une voûte
pour la rompre. Elle
est d’ailleurs aussi appelée
contrainte de clef de voûte.
La contrainte majeure de consolidation (σ1) : c'est la contrainte maximale qui a pu s’exercer sur la poudre pour l’état de consolidation
- un écoulement libre et régulier par le seul effet de la gravité
- sous forme de particules individualisées
De nombreux tests ont été imaginés pour déterminer cette caractéristique. Les plus courants sont:
- l'indice de compressibilité
- l'angle de talus
- le test de cisaillement
Indice de compressibilité
L'indice de compressibilité représente la variation de densité apparente selon que la poudre est aérée ou est tassées.Deux indices sont utilisés:
- l'indice de Hausner
- l'indice de Carr
Indice de Hausner (H)
Il est défini comme le rapport des densités apparentes tassée / aéréeIndice de Carr (CI)
Il est défini comme la variation de densité (tassée - aérée) / densité aéréeDensité apparente
La densité apparente (ou masse volumique apparente) est le ratio de la masse d'une quantité depoudre
divisée par le volume qu'elle occupe. Ce n'est pas réellement une
caractéristique du matériau puisque le résultat dépend en partie de la
manière dont la poudre est manipulée.La densité apparente aérée est obtenue en versant une masse connue de poudre dans un récipient gradué. Elle fait l'objet de la norme DIN 53466.
La densité apparente tassée est obtenue en mesurant le nouveau volume occupé après avoir tassé la poudre, soit en frappant plusieurs fois le récipent sur une table, soit en applicant un poids sur un piston.
Angle de talus
L'angle de talus (ou angle de repos) est
l'angle que forme la surface libre d'un tas de
poudre ou
de granulés avec la surface horizontale qui le supporte. Ici encore, le
résultat dépend en partie de la méthode utilisée pour former le tas.
Celles-ci sont nombreuses, mais les méthodes principales sont:
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| angle formé par un tas obtenu par versement sur une surface | angle du cratère formé après déversement au travers d'un orifice | angle formé par ce qui subsiste après déversement depuis un rebord | angle formé par le tas sur une spatule retirée d'une masse |
Ces méthodes ne sont utilisables que pour des poudres
- s'écoulant aisément
- de granulométrie homogène
Test de cisaillement de Jenike
Initialement pour le dimensionnement des silos, Jenike développa une méthode permettant de quantifier les propriétés d’écoulement d’une poudre. Cette méthode consiste à déterminer les contraintes au sein d'un volume de grains, lors du cisaillement ou de la rupture. Cette méthode, assez laborieuse, présente l'intérêt de pouvoir reconstituer les conditions d'exploitation du matériau granulaire, et en particulier la consolidation acquise au cours du temps Elle fait appel à un matériel dédié (une boite de cisaillement) constitué de deux demi-boites, l'une fixe et l'autre mobile, empilées l'une sur l'autre. Le principe de la mesure est le suivant:- phase 1: obtention d'un état de consolidation critique
après avoir rempli les deux demi-boites parfaitement alignées, avec la poudre à caractériser, on applique sur son sommet, une contrainte verticale dite "contrainte critique" σc au moyen d'un piston lesté. L'échantillon est ensuite cisaillé en exerçant une force horizontale croissante sur sur la partie mobile (la demi-boite supérieure) de la boite, jusqu'à ce que le matériau cède. A ce stade le matériau est placé dans un "état de consolidation critique".
- phase 2: mesures proprement dites
après avoir atteint l'état de consolidation critique, les contraintes précédentes sont relachées, puis une nouvelle contrainte verticale σs, inférieure à la contrainte de consolidation σc, est appliquée, et la contrainte de cisaillement Τs pour laquelle le matériau cède est recherchée. L'opération est répétée pour différentes contraintes verticales, produisant une série de couples Τs, σs
Jenike décrit l’écoulement des solides en vrac à l´aide de la fonction de flux FF=σ1/fc en disposant ainsi d´un classement en volume par rapport au comportement de sortie des réservoirs.
La
contrainte de cohésion (fc) : elle représente la
contrainte en
compression à appliquer sur une voûte
pour la rompre. Elle
est d’ailleurs aussi appelée
contrainte de clef de voûte.La contrainte majeure de consolidation (σ1) : c'est la contrainte maximale qui a pu s’exercer sur la poudre pour l’état de consolidation
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