Le chargement et le déchargement des convoyeurs à courroie est la zone où plusieurs, sinon la plupart, des problèmes se produisent.  Dans la plupart des cas, la conception inadéquate des chutes de transfert est la principale cause de ces problèmes.

Bien que le concept d’une chute puisse sembler simple, une conception géométrique appropriée est très importante pour s’assurer que les conditions d’écoulement dans la chute restent stables et adéquates. Pour ce, plusieurs facteurs critiques doivent être pris en compte :

  • La chute ne doit pas être sujette à un blocage.
  • Les impacts contre les faces de la chute doivent être minimisés pour éviter l’usure.
  • L’impact du matériel sur la courroie en aval doit être contrôlé pour minimiser l’usure de la courroie.
  • Le chargement de la courroie en aval doit être centré.
  • Dans certain cas, on doit éviter de dégrader le matériel transporté.
  • Les émissions de poussière doivent être minimisées.
  • Etc…

Afin d’atteindre ces objectifs, plusieurs règles géométriques ont été développées au fil des années. Cependant, dans de nombreux cas, cet exercice de conception est affecté par des facteurs supplémentaires tels que les limitations de hauteur, les variations de granulométrie ou d’autres propriétés physiques du matériel transporté. Le concepteur est souvent forcé de faire des compromis sur certains critères de conception, ce qui peut entraîner de sérieux problèmes de performance.

Avec les énormes progrès des dernières décennies en matière de puissance de calcul, la modélisation mathématique du flux granulaire à l’aide de la méthode des éléments discrets (DEM) est devenue la méthode la plus sûre pour valider la géométrie des chutes de transfert.

Simulation numérique d’écoulement (DEM)

La procédure de conception des chutes commence par une définition précise du matériau transporté. Des échantillons du matériau sont soumises à des essais de caractérisation de façon à en déterminer la densité, l’abrasivité, la teneur en humidité, la granulométrie, les niveaux de cohésion et d’adhérence, l’angle de repos, etc… Ces données sont entrées dans le logiciel de simulation.

La deuxième étape consiste à construire un modèle paramétrique 3D du point de transfert. Certaines de ces données peuvent être déterminées à partir des plans et des spécifications du système de convoyeur ou, dans le cas d’un projet de modernisation, à partir d’un relevé par balayage laser de l’installation existante (figure 1).

Fig.1: Nuage de points relevé au laser

Ces données servent à recréer dans le logiciel de simulation la géométrie du point de transfert. Généralement, cela comprend au minimum la courroie d’alimentation, la courroie réceptrice ainsi que l’enveloppe interne du système de chute (Figure 2).

Fig. 2: Modèle géométrique 3D

Le calcul de la simulation d’écoulement peut alors être lancé.  Dans les cas très complexes, ce calcul peut nécessiter plusieurs jours.  Cependant, un ordinateur personnel récent sera généralement capable de résoudre une simulation d’écoulement en quelques heures.

La sortie du calcul est post-traitée en une animation 3D montrant le flux de matière dans le système (Figure 3). Une analyse typique simulera la période transitoire où la chute se remplit ainsi que l’écoulement permanent stabilisé.  D’autres simulations transitoires sont possibles comme la vidange d’un silo, l’accélération de la courroie, etc.

Fig. 3: Simulation d’écoulement

En raison de la façon dont elle est programmée, la méthode DEM permet de prédire tous les résultats importants de la simulation, y compris la vitesse des particules, la force d’impact des particules sur les surfaces, les données de débit, l’usure des surfaces, les pressions sur les courroies, etc.

En utilisant cette méthode d’analyse, l’ingénieur peut comparer qualitativement différentes géométries et en itérant plusieurs variations et donc sélectionner le concept de chute le plus optimal.