Influence du galet bourreur

Le but de cette série d’expériences est de mettre en évidence l’influence de la vitesse de rotation du galet bourreur. Pour ce faire, nous allons conserver tous les paramètres identiques, à l’exception de la vitesse de rotation du galet bourreur. Le plan d’expérience est rappelé dans le tableau suivant, ainsi que les valeurs de chaque paramètre.

Tableau II.8 : plan d’expérience pour la variation de vitesse du galet bourreur

Expérience 1 : 0 tr/min

Vitesse de rotation de la vis 30 tr/min

Expérience 2 : 3 tr/min

Expérience 3 : 5 tr/min

Température de régulation de la vis 60°C

Expérience 4 : 10 tr/min

Expérience 5 : 20 tr/min

Température de régulation du fourreau 60°C

Expérience 6 : 30 tr/min

Nous nous sommes aperçu lors du dépouillement des résultats que la vitesse du galet bourreur n’avait pas d’influence sur la température de sortie de la matière, en revanche elle affecte les valeurs de débit et de pression.

II.3.1.1. Le débit

0 2 4 6 8 10 12 14

0 5 10 15 20 25 30 35

Vitesse de rotation du galet (tr/min))

Débit (kg/h)

Figure II.83 : Evolution du débit en fonction de la vitesse de rotation du galet bourreur

Comme le montre la Figure II.83, pour une vitesse de vis donnée, le débit augmente avec la vitesse du galet bourreur, pour se stabiliser à une valeur maximale : soit 13 kg/h avec une vis qui tourne à 30 tr/min. On retrouve des résultats similaires à ceux trouvés dans la bibliographie. On peut supposer que lorsque la zone d’alimentation est remplie, la vis ne pourra débiter plus, ce qui explique cette stagnation du débit au-delà d’une certaine valeur de vitesse de galet bourreur (10tr/min).

A partir de 10 tr/min, la reproductibilité des mesures de débit est bonne. Les variations sur les mesures de débit diminuent avec l’augmentation de la vitesse du galet bourreur.

II.3.1.2. Les pressions

L’allure des profils de pression le long de la vis (Figure II.84), est la conséquence directe de ce que nous venons de mettre en évidence sur le débit. En effet, pour une valeur de vitesse de galet bourreur nulle ou faible, 3tr/min, nous ne remplissons pas totalement la vis. En revanche, pour des valeurs supérieures, soit à partir de 5tr/min, nous pouvons supposer que la vis est totalement remplie. Le profil de pression est décroissant dans la zone de pompage terminale.

La vitesse du galet n’intervient pas ou très faiblement sur la valeur de pression en tête de vis.

En revanche, nous pouvons noter une faible augmentation de la pression pour le premier capteur avec une augmentation de la vitesse du galet bourreur. Cette observation peut également être faite pour le capteur 3, mais la dépendance s’estompe (capteur 4), pour disparaître au cinquième capteur situé en tête de vis. Tentons maintenant d’interpréter ces observations :

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 200 400 600 800 1000

Longueur de la vis (mm)

Pression (bar)

Vitesse de rotation du galet : 0 tr/min Vitesse de rotation du galet : 3 tr/min Vitesse de rotation du galet : 5 tr/min Vitesse de rotation du galet : 10 tr/min Vitesse de rotation du galet : 20 tr/min Vitesse de rotation du galet : 30 tr/min

Figure II.84 : Profil de pression le long de la vis en fonction de la vitesse de rotation du galet bourreur

Tout d’abord, grâce aux équations du paragraphe II.2.4.1, page 129, vérifions pourquoi la pression en tête (capteur 4) ne change pas. A partir des valeurs de débit expérimentales, nous calculons analytiquement la perte de charge dans la filière.

Pour une vitesse du galet de 30 tr/min, nous avons un débit de 13 kg/h et une température en sortie de filière de 80 °C : nous obtenons une perte de charge de 121 bar. De même, pour une vitesse du galet nulle, nous avons un débit de 8,3 kg/h et une température en sortie de filière de 80 °C : nous obtenons 115 bar.

Le débit et la température demeurant quasiment constants pour des vitesses de rotation du galet bourreur comprises entre 10 et 30 tr/min, la perte de charge résultante sera par conséquent la même.

Ainsi nous venons de montrer que la pression en tête demeurait constante pour les vitesses de galet supérieures à 10 tr/min (débit constant), et ne variait pas significativement (de l’ordre de 5 bars maximum) pour des valeurs de vitesse inférieures.

Les équations du paragraphe II.2.4.2 page 130 nous permettre de comprendre le changement des allures des courbes de pression, variation positive à 0 et 3 tr/min et négative au delà de 5 tr/min.

Zp

Hp

P

Z

+ = + =

Zp

Hp

P

Z

+ = + =

Figure II.85 : Profil de pression et de vitesse dans une zone de pompage

La vitesse de rotation de la vis est conservée constante pendant tous les essais, le débit de cisaillement Q_c est donc lui aussi conservé et égal à 11 kg/h.

Pour une vitesse du galet de 0 tr/min, nous avons un débit de 8 kg/h, nous obtenons donc un débit de pression de 3 kg/h, correspondant à une mise en pression.

Pour une vitesse du galet de 30 tr/min, nous avons un débit de 13 kg/h, donc un débit de pression de 2 kg/h, correspondant à une perte de charge.

Ainsi, nous mettons bien en évidence pourquoi, avec une variation de la vitesse de rotation du galet bourreur et donc une variation du débit dans la zone de pompage, nous avons des profils de pression radicalement différents.

II.3.1.3. Le remplissage de la vis

(a)

∆ ∆ P P > > 0 0 ∆ ∆ P P < < 0 0

(b)

Figure II.86 : Remplissage partiel (a) et total (b) de la vis, vitesse du galet de 0 et 30 tr/min

Les photographies des démontages de vis (Figure II.86), nous permettent de bien visualiser le remplissage partiel de la vis pour une valeur nulle de la vitesse de rotation du galet bourreur. Ces images sont en accord avec les résultats de la Figure II.84, où les pressions nous permettaient de conclure à un sous remplissage de vis.

Bien évidemment, ces sous remplissages conduisent comme nous l’avons vu à une diminution du débit, mais également à la diminution de la puissance nécessaire à la rotation de la vis.

II.3.1.4. Conclusion

De cette étude sur l’influence du galet bourreur, nous retiendrons un point essentiel pour la suite des expérimentations : il est inutile de faire tourner le galet aussi vite que la vis. En revanche, il faut qu’il tourne suffisamment vite pour remplir la vis. Une fois la vis remplie, la vitesse du galet n’a plus d’influence, ni sur les pressions, ni sur le débit, ni sur la température d’ailleurs. En conséquence, la puissance demeure elle aussi identique. Ainsi nous voyons que, quelle que soit la vitesse de rotation de la vis, si le galet tourne entre 15 et 20 tr/min, nous satisferons toujours aux exigences de remplissage. Ainsi pour les expériences futures, nous fixerons la vitesse du galet à 30 tr/min, nous garderons ainsi une marge de sécurité pour la conservation du débit.

Nous voyons donc qu’industriellement, avoir un galet bourreur qui tourne à la même vitesse que la vis, ce qui est couramment utilisé en production, n’est pas dénué de sens. Il serait certainement possible de réduire un peu la vitesse, mais en procédant ainsi les machines sont moins complexes, et offrent une garantie de remplissage correct de la vis.