La séparation des particules solides en suspension dans un liquide est la base de nombreux procédés industriels : épuration des eaux usées, production de carburants, vinification, etc.. Le produit final recherché est généralement un liquide limpide, mais ce peut être également des particules solides, comme c’est le cas pour les tourteaux de soja.

Si on n’est pas pressé par le temps, on peut exploiter la gravité pour séparer les éléments. Les particules finissent toujours par tomber au fond de la cuve ou du bassin de sédimentation dans lequel repose le mélange en suspension. Néanmoins, il existe une alternative plus rapide : faire passer l’ensemble dans le bol d’un décanteur centrifuge Alfa Laval.

« Le bol tourne à une vitesse périphérique de 100 à 110 m/s, détaille Bent Madsen, responsable technologie et process au centre produits décanteurs d’Alfa Laval à Copenhague, au Danemark. Ainsi, nous arrivons à obtenir une très grande force centrifuge à l’intérieur, l’équivalent de 3 000 à 3 500 fois celle de la gravité. »

L’un des décanteurs Alfa Laval les plus récents et imposants est le Lynx 1000, qui annonce une capacité hydraulique de 540 m³/h. La masse considérable de l’un d’eux repose à proximité de la ligne d’assemblage, dans le laboratoire d’essai avant livraison. Il mesure près de 9 m de long et plus de 2 m de haut pour un poids de 18,5 tonnes. Il est entraîné par deux moteurs électriques dont le plus gros possède une puissance nominale de 330 kW.

Plus en amont de la ligne d’assemblage, on peut voir les composants de plusieurs modèles de décanteurs à divers stades d’achèvement. Tout est parfaitement structuré, les étapes de fabrication sont séparées par des marques jaunes tracées sur le sol gris luisant.

Dans l’une de ces sections se trouve le bol d’un décanteur. Fabriqué en acier duplex haute résistance, il ressemble à un grand cylindre brillant. À l’une de ses extrémités, un anneau déversoir et à l’autre, une section d’évacuation conique. Le diamètre intérieur des bols peut mesurer de 0,2 à 1 m et leur longueur jusqu’à quatre fois cette dimension. Leur taille dépend de l’application.

À l’intérieur du bol d’un décanteur assemblé se trouve une vis convoyeuse. Bol et vis tournent très rapidement, dans certains cas, à plus de 5 000 tr/min. La vis tourne cependant légèrement moins vite que le bol. L’écart de vitesse est de 1 à 50 tr/min selon le type de produit que l’on veut séparer.

Le produit est introduit dans le décanteur en rotation par un tube d’entrée central. La force centrifuge le pousse vers l’intérieur du bol, séparant les matières solides du liquide. Les solides qui s’accumulent sur la paroi sont évacués par la vis convoyeuse vers l’extrémité conique du bol. Le liquide clarifié se déverse à l’autre bout par des orifices dans un bac qui le recueille.

Ce procédé en continu permet de traiter de grands volumes plus vite qu’avec la sédimentation classique. Le résultat obtenu dans une application spécifique est déterminé par le choix de la vitesse de rotation, de la vitesse différentielle et de la géométrie du décanteur.

La graisse grande vitesse
Le Lynx 1000 est le premier décanteur centrifuge d’une nouvelle génération mise au point par Alfa Laval. Sa capacité hydraulique est de 540 m³/h. Il a été spécialement conçu pour les solides abrasifs traités dans l’industrie du gaz et du pétrole, et sa durée de vie est supérieure à celle des générations précédentes.

Pour éviter la pénétration de pollution dans les principaux roulements, l’équipe d’étude d’Alfa Laval souhaitait les lubrifier à la graisse. Cette idée a été difficile à concrétiser : « D’après le Catalogue général SKF, c’était impossible d’atteindre la vitesse et les charges voulues avec une lubrification à la graisse », raconte le spécialiste des engrenages Lauge Svarrer.

Ce constat a donné lieu à cinq ans d’essais en laboratoire et d’optimisation des montages de roulements en étroite coopération avec SKF. Alfa Laval a construit un banc d’essai spécial sur lequel il était possible d’évaluer différentes combinaisons de paramètres de fonctionnement, roulements et graisses. « Nous devions trouver un moyen de lubrifier à température stable ces roulements tournant à haute vitesse », indique Kristoffer Sjögreen, ingénieur de développement qui a dirigé les essais.

D’après Jan Cederkvist, responsable validation produit, « c’est normal d’observer un léger pic de température au moment où la graisse est injectée. Mais mieux vaut éviter tout pic excessif qui pourrait se révéler dangereux pour les roulements. La conception doit être fiable et robuste à tout moment. »

Pour cela, il fallait trouver le bon compromis. « C’est possible si on tient compte de tout : les tolérances, la quantité et le type adéquats graisse, la conception du montage de roulements et l’exactitude de leur rotation, fait valoir Peder Dalgaard, ingénieur d’applications chez SKF. Dans le cas qui nous intéresse, la graisse est la SKF LGHP 2 et le montage est composé d’un roulement rigide à billes et d’un roulement à rouleaux cylindriques dans des paliers séparés. » Résultat : un très haut niveau d’optimisation d’un montage de roulements.

« On a constaté des performances très stables des roulements rigides à billes et des roulements à rouleaux lubrifiés à la graisse sous fortes charges à toutes les températures de fonctionnement rencontrées, les coefficients de vitesse dépassant 500 000 n x d_m ».