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Une installation de ventilation se décompose en deux parties

- le ventilateur,
- le dispositif de répartition de l'air dans le grain.

Les ventilateurs vont créer un courant d'air continu par action aérodynamique en transformant l'énergie mécanique qu'ils reçoivent en énergie cinétique. Ils vont fournir un certain débit d'air sous une certaine pression. Pour une vitesse de rotation donnée ils seront caractérisés par une courbe débit-pression appelée «courbe caractéristique du ventilateur».

a) COURBES CARACTÉRISTIQUES

Cette courbe indique la pression obtenue en millimètres de colonne d'eau (mm CE) en fonction du débit fourni (en m³/s ou m³/h).

La pression totale PT est la somme de deux pressions partielles

- la pression dynamique,
- la pression statique (ou pression effective)

- La pression dynamique exprime la force vive de l'air, elle est proportionnelle au carré de la vitesse de l'air et s'exprime par la formule simplifiée

V en m/s
P_d en kg/m² = mm CE

- La pression statique

C'est la pression qui s'exerce sur les parois des conduites et qui permet de vaincre tous les obstacles au déplacement de l'air (pertes de charges singulières). Un divergent placé à la sortie du ventilateur permettra de transformer une partie de la pression dynamique en pression statique qui est la seule utile pour ventiler des grains en masse.

En pratique, pour le choix des ventilateurs il ne sera tenu compte que de la pression statique qu'il fournit.

Fig. 147: Courbes caractéristiques d'un ventilateur centrifuge. (D'après CEMAGREF.)

Sur le diagramme précédent, outre le rendement, est également indiquée la puissance absorbée,

La relation entre puissance absorbée, rendement, débit et pression s'exprime sous la forme:

avec

Ex:

La puissance absorbée sera de 3,84 kW.

Fig. 148: Exemple: Courbes caractéristiques débit-pression de différents ventilateurs de même puissance.

• Choix d'un ventilateur

C'est en fonction des courbes débit-pression que l'on choisira un ventilateur en veillant à ce que son point de fonctionnement soit aussi proche que possible d'un rendement maximum. La puissance ne pourra en aucun cas être un élément suffisant d'appréciation. Un ventilateur fournissant un faible débit sous une forte pression pourra en effet être de même puissance qu'un ventilateur fournissant un fort débit sous faible pression. Ces ventilateurs, bien que consommant la même puissance, seront totalement différents.

• Lois de similitude

Au cours de l'utilisation d'une installation, le débit et la pression nécessaires sont susceptibles de varier en fonction des besoins. Aussi on peut noter que, en faisant varier la vitesse de rotation du ventilateur:

- les débits varient dans le rapport des vitesses,
- les pressions varient dans le rapport du carré des vitesses,
- les puissances absorbées varient dans le rapport du cube des vitesses.

En fait pour doubler le débit d'un ventilateur, il est plus économique de lui adjoindre un ventilateur identique en parallèle plutôt que de doubler sa vitesse de rotation. En effet, dans cette dernière hypothèse, le débit est bien doublé mais la pression sera quadruplée et la puissance absorbée sera multipliée par 8.

b) DIFFÉRENTS TYPES DE VENTILATEURS

Nous pouvons distinguer en agriculture deux grands types de ventilateurs: les ventilateurs hélicoïdes et axiaux, et les ventilateurs centrifuges.

Pour les premiers le flux d'air est parallèle à l'axe de rotation de la roue alors que pour les ventilateurs centrifuges, le flux d'air aspiré au centre de la roue arrive parallèlement à l'axe de rotation mais ressort du ventilateur perpendiculairement à cet axe.

Les ventilateurs hélicoïdes sont très largement utilisés dans les cas où l'on cherche à déplacer de grandes masses d'air (fort débit) sous une faible pression (10 à 15 mm CE). Ils n'ont enfin que de faibles rendements.

Ils se composent d'une roue à aubes, ou hélice, tournant dans un carter cylindrique. L'air aspiré est projeté dans l'axe de l'hélice.

Des accessoires sont souvent ajoutés pour améliorer le fonctionnement du ventilateur:

- un pavillon d'aspiration qui régularise l'alimentation en air de l'hélice;

- un redresseur dont les aubes fixes canalisent en filets parallèles l'air tourbillonnant derrière l'hélice. Le redresseur améliore le rendement du ventilateur, permet d'obtenir des pressions plus élevées et un fonctionnement moins bruyant;

- un diffuseur qui, pour une pression totale donnée, permet d'obtenir un meilleur rapport:

- pour protéger l'appareil et le personnel, il est recommandé de monter un grillage de protection sur le pavillon d'aspiration.

Les ventilateurs hélicoïdes seront utilisés pour l'aération forcée de magasins, mais ne pourront pas être employés pour ventiler des grains en grande épaisseur, car les résistances à vaincre dépassent très rapidement les possibilités de ce type d'appareil.

Fig. 149: Ventilateur hélicoïde.

Les ventilateurs axiaux sont constitués d'une ou plusieurs hélices et ont des rendements qui peuvent atteindre 65 à 85 %. Ils sont à utiliser pour de forts débits d'air sous de faibles pressions (certains peuvent cependant aller jusqu'à 150 mm CE).

Ils ont l'avantage d'être d'un encombrement réduit et de montage facile, mais ils sont relativement bruyants.

Fig. 150: Ventilateur axial.

Les ventilateurs centrifuges permettent d'obtenir de fortes pressions; c'est pourquoi leur emploi est généralisé pour la ventilation de grains en masse. Ils se composent d'une roue à aubes tournant dans un carter en forme de spirale. L'air aspiré dans l'axe de la roue est rejeté à la périphérie par centrifugation et expulsé par un orifice périphérique tangentiel.

On distingue les ventilateurs à:

* aubes courbées vers l'arrière:

- profil «ailes d'avion» utilisés pour la ventilation des cellules. Ces ventilateurs permettent d'atteindre des pressions importantes (au-delà de 600 mm CE) avec d'importants rendements (80 %). Ils nécessitent un air propre;

- profil plat: moins performants que les précédents, mais acceptent des airs légèrement poussiéreux;

Comme les précédents ils ont une courbe caractéristique très plongeante c'est-à-dire qu'une forte variation de pression n'entraîne qu'une faible variation de débit;

* aubes droites (ou palettes). Ces ventilateurs de construction simple sont encombrants pour ne donner que de faibles débits et de mauvais rendements, cependant ils peuvent être utilisés dans un air très poussiéreux.

Fig. 151: Ventilateur centrifuge.

Enfin il existe des ventilateurs à aubes tournées vers l'avant (aubes très nombreuses) qui donnent de faibles variations de pression avec de fortes variations de débits. Ils sont cependant peu utilisés en agriculture.

Fig. 151 bis: Différents types de ventilateurs centrifuges. (Doc. SOLYVENT-VENTEC.)

Pour les faibles puissances, les ventilateurs sont généralement entraînés directement par moteur électrique ou également par moteur thermique. Pour les plus fortes puissances, on prévoit un entraînement indirect par courroies et poulies, ce qui permet d'ajuster les plages de fonctionnement en jouant sur les vitesses de rotation.

L'air sortant du ventilateur est transporté jusqu'au produit et réparti dans sa masse. Le système de répartition doit permettre une distribution uniforme de l'air sans augmenter considérablement les pertes de charge. On distingue deux modes de répartition: les faux fonds perforés et les gaines.

a) FAUX FONDS PERFORÉS

Ils sont constitués de plaques métalliques perforées qui délimitent avec le fond de la cellule une chambre de mise en charge, dans laquelle arrive l'air envoyé par le ventilateur.

Le taux de perforation des plaques est généralement de 30 %

La hauteur de la chambre de mise en charge est un compromis entre la bonne répartition de l'air et le moindre encombrement du faux fond. La hauteur retenue est généralement de 40 cm (longueur standard des parpaings fréquemment utilisés verticalement pour soutenir les faux fonds).

C'est la méthode qui permet la meilleure répartition de l'air tout en créant le moins de perte de charge (1 à 2 mm CE seulement).

Fig. 152: Faux fond perforé de cellule métallique. (Doc. privé.)

b) GAINES

- Gaines posées sur le sol

• Gaines semi-circulaires

Ce sont les plus couramment employées. Elles sont en tôle ondulée pleine ou perforée et reposent sur des bastaings à 5 cm du sol.

La vitesse de l'air doit être d'environ 4 m/s. Lorsque la vitesse est trop faible, le grain s'infiltre sous la gaine et l'obstrue progressivement.

La surface des perforations doit être telle que la vitesse de passage gaine-grain, soit de 0,25 m/s; au-delà, les pertes en charge sont trop importantes.

• Gaines à section carrée ou rectangulaire

Ces gaines sont soit en bois, soit en métal, et reposent sur des bastaings, ou sont garnies à leur partie inférieure d'un grillage type «garde-manger».

• Gaines triangulaires

Elles sont en métal ou en bois et reposent sur des bastaings.

• Autres types

On trouve sur le marché des gaines de formes différentes de celles énumérées ci-dessus. La section varie du trapèze au carré et les perforations sont de formes diverses. Toutes peuvent être utilisées dans la mesure où les vitesses de circulation d'air sont respectées. Il y a lieu de se montrer prudent avant de préconiser l'utilisation de gaines à grande vitesse d'air car elles augmentent souvent les pertes de charge et partant, la puissance nécessaire au ventilateur.

- Gaines enterrées

Ces gaines carrées ou rectangulaires doivent être prévues dès le projet car elles sont noyées dans la dalle de béton et recouvertes de tôle perforée. Les normes de vitesse d'air sont identiques aux précédentes.

- Disposition des gaines

• Cellules rectangulaires

La disposition la plus courante est celle de la figure 154.

La gaine d'amenée est parallèle au plus grand côté de la cellule et les gaines de répartition lui sont perpendiculaires.

Les vitesses d'air maxima à respecter sont les suivantes:

Fig. 154: Disposition classique des gaines de ventilation.

Dans le cas où les débits spécifiques à fournir sont élevés, la surface des gaines à prévoir devient prohibitive et l'on choisira une ventilation par faux fond (Fig. 155). (Vitesse à l'entrée du faux fond = 6 m/s.)

Fig. 155: Disposition classique d'un faux fond.

Pour obtenir une bonne répartition de l'air dans la masse de produit, la distance entre les gaines doit être comprise entre 1/3 et 1/2 de la hauteur maximum de produit dans la cellule,

donc H/3 < d < H/2.

La distance gaine-paroi: d/2 et extrémité gaine-paroi: d/4.

Dans le cas de grandes cellules, et plus particulièrement dans le cas des magasins avec stockage en tas suivant l'angle de talus naturel du produit, l'épaisseur de produit n'étant pas uniforme, il est difficile d'obtenir une répartition d'air homogène et le calcul de telles installations doit être confié à un bureau d'études.

• Cellules cylindriques

* Gaines horizontales

Les gaines seront placées en hexagone sur le fond de la cellule (Fig. 156); les dimensions de l'hexagone sont calculées de façon que sa surface soit égale à la surface comprise entre l'hexagone et la paroi.

Fig. 156: Ventilation de cellule cylindrique à fond plat.

Lorsque le diamètre de la cellule atteint 10 m, il faut prévoir un double hexagone (Fig. 156), en respectant toujours la même règle S = S₁ = S₂.

Pour éviter que des passages d'air préférentiels ne se créent le long des parois, la distance minimale de la gaine à la paroi (A) sera de 40 cm.

Pour mémoire: surface d'un hexagone de côté «A»:

* Gaines verticales

La ventilation par cheminée centrale ou ventilation radiale est peu employée, car l'air sortant de la gaine atteint difficilement la périphérie, ce qui oblige à accroître les durées de fonctionnement pour assurer la ventilation de la zone périphérique.

Le diamètre de la gaine (D₂) doit être au moins égal à 1/5 du diamètre de la cellule D₁:

Fig. 157: Gaines verticales.

Dans sa partie supérieure, la gaine doit être fermée par un bouchon placé à une distance de la surface du produit:  pour éviter une fuite de l'air par le haut de la gaine.

Les gaines verticales sont parfois placées le long de la paroi des cellules, l'air entrant par l'une et ressortant par l'autre (Fig. 157).

• Cellules à fond conique

Des dispositions variées sont proposées pour la ventilation des cellules à fond conique (ou pyramidal) (Fig. 158).

La pression du grain sur les parois du cône est très élevée, lors de la vidange de la cellule en particulier; aussi faut-il prévoir des gaines particulièrement résistantes.

La solution «b» limite ce risque, mais ne permet pas de ventiler le grain contenu dans la trémie. On y remédie en remplaçant la vanne de fermeture par une plaque grillagée reliée aux conduites de ventilation.

Dans tous les cas, les solutions avec gaine posée sur la trémie sont à exclure, car le risque est grand qu'elles soient entraînées lors de la vidange et viennent obstruer l'orifice de vidange.

Fig. 158: Ventilation de trémie conique.

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