14 novembre 2016
Avancée majeure dans le développement de toiles tissées
Simulation numérique de la méthode du point de bulle

Depuis des années, le test du point de bulle est un test standard utilisé pour le contrôle et l'assurance qualité d'éléments filtrants. Il sert à déterminer le diamètre des pores les plus grands d'un filtre. Pour cela, la pression mesurée en laboratoire est convertie en diamètre au moyen d'une constante de pression capillaire prédéfinie. Ces constantes de pression capillaire déterminées selon la norme BS 3321:1986-02-28 sont basées sur des pores ronds. Pour les toiles tissées filtrantes, cela n'est cependant pas possible en raison de leur conception. Avec les constantes utilisées, la corrélation linéaire entre la pression mesurée et la taille des pores ne permettait que de donner des indications relatives sur l'ouverture effective des pores - malgré le facteur de correction C des capillaires pour les géométries de pore arbitraires. Pour pouvoir donner des indications précises sur le diamètre des pores les plus grands, des essais de filtration qui prenaient beaucoup de temps étaient indispensables. Avec la simulation du point de bulle et les constantes de pression capillaire calculées de cette manière, GKD - GEBR. KUFFERATH AG (GKD) a trouvé un procédé permettant de déterminer exactement et très rapidement la taille maximale des pores pour toutes les toiles tissées courantes. Le leader technologique mondial des filtres en toile tissée n'utilise cependant pas cet outil appelé Computational Fluid Dynamics (CFD) uniquement pour le contrôle qualité. Ce procédé est également unique en son genre pour le développement ciblé de nouvelles toiles tissées de précision ou pour l'adaptation de toiles tissées existantes aux valeurs prescrites du point de bulle en fonction des applications.

L'efficacité des filtres exigée par l'industrie dépend en très grande partie de la taille des pores les plus grands de la toile tissée. Le calcul de la taille maximale des pores au moyen de l'essai de point de bulle permet de comparer la qualité des toiles. Avec cette méthode de mesure courante, un morceau de toile est placé dans un appareil de test et imprégné de liquide - par exemple d'alcool isopropylique s'il s'agit de toiles en acier inoxydable. Dans la chambre de pression sous le morceau de toile, la pression est augmentée graduellement par injection d'air jusqu'à ce que la première bulle apparaisse dans le haut de la toile. Pour des raisons liées à la physique, elle se forme toujours sur le pore de toile le plus grand. Dès que cette bulle s'échappe dans le haut de la toile, la pression dans la chambre diminue. La pression la plus élevée mesurée juste avant que la bulle ne sorte de la toile est appelée pression de point de bulle. Cette valeur permet de calculer le diamètre du plus grand pore en tenant compte de la tension à la surface et de l'angle de contact liquide-solide. Le diamètre ainsi calculé ne s'applique qu'aux pores ronds. Or, les pores des toiles tissées métalliques ne sont pas ronds, mais ont des formes très diverses. On utilise donc dans le calcul ce que l'on appelle le facteur C, ou facteur de correction des capillaires, pour déterminer l'ouverture maximale des pores. Étant donné que ce facteur de correction varie en fonction de la géométrie et de la taille du pore, pour obtenir une définition correcte de l'ouverture maximale du pore pour chaque géométrie, il faut la calculer de manière empirique. En pratique, énormément d'essais de filtration et des mesures en laboratoire ont été effectués jusqu'ici.

Facteur de correction des capillaires précis pour les pores des toiles tissées
Pour remplacer ce processus long et peu fiable de détermination du facteur de correction des capillaires pour les pores de géométrie complexe de filtres en toile tissée, GKD a développé un modèle de simulation multiphases selon la méthode Volume of Fluid (VOF). Avec cette méthode, le type de grille de calcul est déterminant pour la reconstitution fiable de la limite de phase. Comme base de simulation numérique du point de bulle, GKD utilise depuis des années les modèles de toiles tissées du logiciel de simulation GeoDict. Ces modèles 3D virtuels sont exportés dans d'autres systèmes de CFD où est créée une grille de calcul adéquate. Ce modèle de simulation multiphases développé par GKD lui permet d'obtenir immédiatement une valeur stable comme constante de correction. Cette valeur doit - comme dans les essais de filtration - être calculée par simulation pour chaque toile, et pas seulement pour chaque armure. Avec le facteur de correction ainsi calculé et la pression du point de bulle mesurée, GKD calcule avec une extrême précision le diamètre du pore le plus grand. Il a déterminé entre temps les constantes de pression capillaire par simulation pour chaque groupe de toiles tissées courantes - mailles carrées, reps optimisés (OT), reps croisés (KT) et reps inversés (PZ). À l'aide de la simulation numérique du point de bulle, l'entreprise peut donc calculer avec une grande précision en quelques secondes l'ouverture maximale des pores. Outre l'économie significative en temps et argent (essais de filtration devenus inutiles), le diamètre des plus grands pores calculé de cette manière est nettement plus précis qu'avec le test du point de bulle classique. Par exemple, pour un reps, la taille du pore le plus grand mesuré lors d'essais de point de bulle réalisés avec un porosimètre à flux capillaire PSM 165 de la société Topas, avec la constante de pression capillaire prescrite par ce fabricant, était de 12,5 µm. Sur la base de la constante de pression capillaire calculée par simulation numérique, le diamètre le plus grand était de 7,86 µm. Le diamètre le plus grand obtenu dans une mesure comparative par filtration avec le Beckmann Coulter MultiSizer 4 - était de 8,00 µm.

Différences de l'ordre du dixième de micromètre par rapport à la filtration
Pour valider les résultats de la simulation numérique, GKD a effectué de nombreuses mesures de référence : dix au total pour trois types différents de toile tissée. Les trente modèles ont été calculés parallèlement. Il en est ressorti que le procédé peut être appliqué aux toiles tissées de n'importe quelle géométrie. Dix mesures ont été effectuées pour chaque type de toile. La valeur moyenne a été définie et validée comme valeur de référence. Les résultats de la simulation concordent à peu de choses près avec les valeurs déterminées expérimentalement. Les pressions calculées sont toutefois toujours très légèrement supérieures aux valeurs mesurées en laboratoire. Cela s'explique par la structure géométrique parfaite des modèles de toiles créés avec le logiciel GeoDict Suite. Les pores réels sont, on le sait par expérience, un peu plus grands du fait des tolérances des fils et du processus de tissage, de telle sorte que les pressions mesurées dans le test du point de bulle sont plus basses. Il n'en reste pas moins que la différence entre les diamètres des pores les plus grands déterminés expérimentalement et leur calcul géométrique n'est que de l'ordre du dixième de micromètre. La simulation de la pression du point de bulle et la détermination numérique de la constante de correction capillaire sont très utiles pour les contrôles qualité en cours de production ainsi que pour le développement de produits. La précision avec laquelle les critères de test point de bulle sont remplis, ce qui n'existe jamais jusqu'ici, donne au client l'assurance que les médias filtrants de GKD répondent à des exigences très strictes en matière de performances et contribuent à l'efficacité requise des processus de filtration complexes.


  Source : GKD


Haut de page

Auto-innovations.com n'est pas responsable du contenu de ce communiqué