Automatisation du débouchage des silos

Vibration et canons à air pour la gestion du flux

par Travis Miller, directeur mondial de l’ingénierie – Flow Aids, Martin Engineering, États-Unis

Une trémie ou un silo bouché est plus qu’un simple inconvénient – c’est un risque pour la sécurité, une source de temps d’arrêt coûteux et un frein à l’efficacité opérationnelle. Le matériau peut s’accumuler de plusieurs façons. La principale cause de bouchage est l’humidité, mais la taille des particules, la présence de grains métalliques, l’électricité statique et l’attraction magnétique, les schémas de chargement, la configuration des goulottes et le tassement à long terme y contribuent également. Peu importe la qualité du flux initial du récipient, une accumulation se produira, nécessitant une solution de gestion du flux (Figure 1).

Le dégagement des obstructions peut être dangereux. Les méthodes automatisées de gestion du flux de matériaux, telles que la vibration industrielle et les canons à air, sont des mesures préventives éprouvées qui atténuent les problèmes de sécurité liés aux bouchons dans les points de congestion de la production.

Le débouchage dangereux n’est pas rare

Les industries de la manutention en vrac – y compris les mines, les carrières, le ciment et l’agriculture – utilisent toutes des silos et des trémies pour stocker et transporter les matériaux. Bien que les matériaux varient, les conséquences des bouchons sont les mêmes, tout comme les risques de blessures et de décès lors du dégagement des accumulations et des obstructions. Malheureusement, de nombreux agents de maintenance continuent d’adopter des comportements à risque.

La pression pour atteindre les objectifs de production et une formation insuiffisante à la sécurité sont les deux principaux responsables du non-respect des bonnes pratiques lors du débouchage d’une trémie, d’un bac ou d’un silo. Certaines de ces activités dangereuses incluent :

• Entrée en espace confiné – Pénétrer en toute sécurité dans un espace confiné nécessite une formation, une certification et une supervision constante. Les travailleurs doivent toujours disposer des outils appropriés, des équipements de protection individuelle (EPI) et des connaissances nécessaires pour éviter d’être ensevelis par des matériaux tombants ou une décharge soudaine. L’analyse des données statistiques de diverses agences américaines révèle que cette procédure reste un problème récurrent qui coûte la vie à des dizaines de personnes chaque année. Bien que les données de la Figure 2 soient limitées aux États-Unis, on peut supposer que le problème est similaire, voire pire, dans le monde entier, compte tenu de normes réglementaires plus faibles ou d’une application laxiste dans certains pays (Figure 2).
• Frapper la paroi – Une pratique courante consistant à frapper la paroi du réservoir avec un maillet peut placer le travailleur à proximité du système lors d’une décharge soudaine dangereuse. Frapper la paroi peut également créer une surface irrégulière qui favorise l’accumulation supplémentaire (Figure 3).
• Dégagement par le bas – Dégager un obstacle par le bas à l’aide d’un long outil ou d’une lace à air ou à eau à haute pression est dangereux. Comme pour le fait de frapper la paroi, une montée soudaine peut se produire – c’est d’ailleurs le but recherché. Un travailleur qui se place près du bec de sortie prend un risque, mais se tenir directement en dessous expose à un grave accident de travail.

Solutions de vibration pour l’écoulement dans les silos

L’utilisation de vibrateurs industriels pour la gestion de l’écoulement des matériaux et la prévention des obstructions est devenue une norme. Montés soit sur la paroi du réservoir, soit sur un support structurel, les vibrateurs peuvent être alimentés pneumatiquement avec de l’air comprimé ou électriquement.

La taille et la puissance du vibrateur dépendent de la taille du réservoir, de l’application et des propriétés d’écoulement du matériau. La fréquence de vibration la mieux adaptée pour stimuler ce matériau est proportionnelle à la taille des particules. En général, les particules plus petites réagissent mieux aux fréquences de vibration plus élevées. La relation entre l’amplitude de la vibration et le comportement du matériau en vrac dépend de ses propriétés cohésives (adhérence à soi-même) et/ou adhésives (adhérence à une surface).

Règles générales pour l’application d’un vibrateur sur un silo ou une trémie :

• À mesure que la taille des particules augmente, l’amplitude nécessaire pour déplacer le matériau en vrac augmente.
• Les particules fines et à écoulement libre (faible cohésion) ont tendance à bien réagir aux faibles amplitudes de vibration.
• Les particules plus grosses à écoulement libre réagissent mieux aux amplitudes plus élevées.
• Les particules collantes ont tendance à former des masses solides qui réagissent bien aux vibrations de basse fréquence et de forte amplitude.
• La direction de la rotation ou de la course de la masse du vibrateur doit être orientée dans le sens de l’écoulement souhaité du matériau.

Pour calculer la vibration appropriée, il faut tenir compte de l’épaisseur des la paroi du réservoir, de la taille du matériau et du poids en vrac du matériau une fois tassé (Figure 4-5).

Les vibrateurs industriels sont une solution courante, économique et facile à adapter pour favoriser l’écoulement des matériaux dans les trémies et les silos. Cependant, la vibration a ses limites. Elle constitue une mesure préventive et doit être utilisée pour limiter l’accumulation. Bien qu’elle puisse desserrer un bouchon, laisser le matériau s’accumuler jusqu’à dépasser la portée effective du vibrateur peut exercer une contrainte sur le vibrateur et le réservoir. La densité et la masse du bouchon peuvent également dépasser la capacité du vibrateur à desserrer le matériau, entraînant une compaction supplémentaire. Ajouter simplement le vibrateur le plus puissant peut dépasser la limite de contrainte du réservoir; il est donc essentiel d’effectuer les bons calculs pour adapter la solution à l’application.

Canons à air : solutions ciblées pour l’écoulement

Les canons à air sont des réservoirs pressurisés de tailles variées qui projettent une puissante décharge d’air pour déloger les matériaux collés ou obstrués et favoriser l’écoulement. Reliés au système d’air comprimé de l’usine, une vanne déclenche les canons à l’aide d’un solénoïde ou d’un mécanisme manuel. L’air passe par une buse et est distribué selon la forme et la direction de celle-ci. Il est recommandé d’orienter la buse vers les points de collecte courants dans le sens de l’écoulement.

Le nombre de canons à air installés dépend de la taille, de la forme du bec de sortie et de la nature de l’accumulation. En général, un canon à air peut maintenir 1,5 à 2,0 mètres carrés (15 à 20 ft²) de paroi de réservoir sans matériau. Les canons à air d’un volume de 50 litres (1,75 ft³) ont donné de bons résultats dans les applications de silos et de trémies. Ils peuvent être installés à différentes hauteurs autour du réservoir, offrant une approche séquentielle et programmée.

Les avantages des canons à air incluent la sécurité, un faible coût à long terme et une facilité d’entretien. Les canons à air bon conçus sont équipés de solénoïdes de déclenchement positif pour éviter les ratés. Les vannes étant des pièces d’usure courantes, il convient de privilégier les modèles de canons qui placent les vannes à l’arrière pour un accès facile. Comme les matériaux chauffés, très abrasifs ou corrosif peuvent éroder les buses plus rapidement, nécessitant des remplacements fréquents, les opérateurs devraient envisager un assemblage en Y pour permettre un remplacement plus rapide et plus sûr des buses (Figure 6).

Commande automatisée pour les aides à l’écoulement

Une technologie simple et efficace doit être privilégiée pour activer les composants d’écoulement et surveiller les performances. Par exemple, un boîtier de solénoides pour une matrice de canons à air peut être installé jusqu’à 60 mètres (200 pieds) de distance. Cela permet d’accéder au système en toute sécurité et de le déclencher manuellement. Le système doit également pouvoir être activé depuis un emplacement central via un logiciel logistique – particulièrement pratique pour les trémies et silos installés en hauteur ou dans des conditions météorologiques difficiles où le matériau risque davantage de s’obstruer et où l’accessibilité peut être limitée.

Certaines technologies fournissent des données sur l’écoulement tandis que d’autres alertent les opérateurs en cas d’accumulation ou d’obstruction. Ces informations permettent aux nouvelles technologies de définir des séquences automatisées ou d’indiquer la nécessité d’activer manuellement les équipements d’écoulement. Ainsi, les équipes de maintenance n’ont pas à tout interrompre pour traiter un bouchon. Une fois alertées, elles peuvent prendre des mesures initiales à distance pour résoudre l’obstruction à l’aide de la technologie d’écoulement automatisée et surveiller les résultats tout en accomplissant d’autres tâches essentielles.

De l’arrêt à la disponibilité opérationnelle

Les obstructions persistantes peuvent augmenter considérablement les coûts d’exploitation. Pour éviter les arrêts, les problèmes de sécurité et l’augmentation du travail liée aux obstructions des trémies et des silos, l’installation de vibrateurs ou de canons à air est une solution sûre, efficace et économique. Ils sont rentabilisés à la fois par les gains de production et la tranquillité d’esprit.