ETUDES ET REALISATIONS DE LA MISE EN FONCTIONNEMENT DU FOUR DU DEPARTEMENT GENIE CHIMIQUE

Chaleur- Transfert de chaleur- Conservation de chaleur

         La chaleur est une qualité de ce qui est physiquement chaud. C’est une énergie conduisant une température à un corps. Elle se présente comme un flux thermique. Elle a la faculté de se propager dans un endroit où il y a une différence de températures. Elle s’écoule toujours des zones les plus chaudes vers les zones les plus froides, pouvant d’ailleurs appartenir au même corps ou à des corps différents, donc suivant le sens positif du gradient de températures. Le transfert de chaleur peut se manifester de trois façons : la conduction, la convection et le rayonnement.
• la conduction se réalise entre deux corps mis en contact. L’échange de chaleur est terminé dès que l’équilibre thermique est atteint. Ce type de transfert de chaleur est souvent rencontré dans les cas des corps solides.
• La convection c’est le cas de chauffage d’un objet dans un courant de fluide Elle s’effectue donc entre un corps solide et un fluide chaud qui circule à son contact. Le transfert de chaleur dépend de la température et de la vitesse de circulation du fluide, d’une part et de la nature du corps solide, d’autre part.
• Le rayonnement est le transfert de chaleur entre deux corps sans participation directe du milieu intermédiaire. L’un des deux corps qui est une source de chaleur est porté à une température déterminée puis envoie à son tour un rayon thermique vers l’autre corps. Depuis la découverte de Maxwell, nous pouvons dire que le rayonnement thermique est de nature électromagnétique. Pour la conservation de chaleur, les physiciens ont recours entre autres aux réfractaires.

Projets d’utilisation du four

– Le four du Département Génie Chimique est à usages multiples. Il est prédestiné aux diverses opérations à l’échelle pilote. Ces opérations sont classées en opérations de cuisson et de fusion.
– Il permet d’améliorer la production locale d’un grand nombre de matériaux de construction et de métallurgie comme les briques, chaux, tuiles, plâtres, fontes de récupération.
– Son existence encourage les Elèves Ingénieurs et les Enseignants à effectuer des recherches sur les produits à élaborer à haute température comme la céramique fine, les carreaux, le sanitaire, les verres, …
– Vu la haute résistance à la température du pisé réfractaire du four, on peut arriver à réaliser des opérations de fusion ou refusions des matériaux ferreux et non ferreux (aluminium, alliages cuivreux et fontes) en vue de confectionner divers objets après coulage et moulage.
– En plus, il peut servir à effectuer des analyses chimiques à température élevée d’un produit.

Autres méthodes de résolutions proposées

          Les thermostats coûtent chers et leur élaboration est difficile. Il est donc impossible pour le Département Génie Chimique d’avoir en main cet élément. La réalisation de la méthode de régulation proposée ci- dessus paraît encore difficile et demande beaucoup de temps. Comme remède rapide à ce problème de défaut de thermostat, nous proposons les solutions suivantes.
ƒ Réglage de la flamme de combustion : Cette méthode consiste à établir un abaque de variation de températures en fonction du débit de combustible ou/ et en fonction de la fréquence du ventilateur. Cette méthode paraît simple et facile à réaliser. Elle demande tout simplement beaucoup de temps pour effectuer d’énormes essais répétitifs et reproductibles pour avoir le maximum de précision. Cette méthode consiste à mettre dans le four, avec la matière à traiter, une solution étalon dont la température de fusion est connue au préalable. Généralement, ce sont des terres réfractaires. Par conséquent, on doit implanter un « garde fou » qui va nous permettre d’observer la fusion de cette solution étalon. Cette fusion veut dire que la température de travail voulue est atteinte.
Remarque : Cette méthode n’est qu’une mesure de température dans le four mais n’apporte ni de régulation ni de maintenance de température.
ƒ Combinaison de ces deux méthodes : La meilleure solution est donc de combiner les deux méthodes citées ci-dessus c’està- dire établir l’abaque de variation de température en fonction des valeurs remarquables et couramment utilisables des températures de fusion des solutions étalons, d’une part, et du débit de combustible et de la fréquence du ventilateur, d’autre part.
Remarque : Ces solutions ne sont pas définitives. Elles ne sont que provisoires mais utiles pour l’instant pour avoir de moindre précision sur la température de travail.

Elaboration de la plate- forme ou estrade

        La profondeur du foyer semble très importante par rapport au niveau du dallage du bâtiment sur lequel se place les pieds du manipulateur. Elle mesure 980mm. Ce qui fait presque la moitié de la taille moyenne d’une personne. La manutention du creuset est difficile et son soulèvement est dangereux. Généralement, la construction d’un four est faite avec un niveau plus enfoncé dans le sol. Ainsi, un manipulateur peut se comporter comme puiser ou soutirer un creuset posé en profondeur (niveau inférieur à celui du pied du manipulateur). Malgré cela, notre four est déjà encastré sur le sol. Il est trop difficile de le déplacer. Nous avons trouvé un moyen: élaborer une plate- forme entourant le four tout en surélevant le niveau de hauteur de manipulations.
Remarque: Cette plate-forme de hauteur surélevée, vue sa large surface, peut nous servir à la réalisation de divers travaux de préparations des matières à traiter, de coulage et de moulage des produits fondus.

CONCLUSION GENERALE

         Après concrétisation des travaux de recherche sur notre mémoire de fin d’études, nous pouvons dire que ce four devient «fonctionnel et opérationnel ». Les solutions que nous avons apportées consistent à l’amélioration du système de manutention du couvercle qui facilite le levage et la fermeture, » l’élaboration du système d’évacuation de fumées qui permet de les débarrasser vers l’extérieur du milieu de travail, » la conception de la plate- forme facilitant les opérations sur le four (chargement, déchargement, rechargement, coulage, moulage,…) et fabrication des accessoires (pince, moule). Des tests d’expérimentation sont effectués pour prouver l’efficacité des améliorations adoptées. D’après ce que nous avons vu dans le corps de ce mémoire, nous pouvons affirmer que les résultats sont positifs. Les essais d’alimentation du four et les opérations de fusion de deux types de métaux (aluminium et bronze) nous donnent des résultats convenables. L’exploitation de ce four est une source de revenus pour le Département. Elle contribue aussi à l’épanouissement de la formation (travaux pratiques) dispensées pour les Elèves Ingénieurs en Génie Chimique. Mais, afin d’avoir le maximum d’efficacité, il est encore nécessaire d’insister sur des points précis sur les sujets de contrôle et régulation de température de travail, protection du pisé réfractaire de la paroi interne du four, récupération de l’énergie perdue par les fumées, implantation d’un clapet de sécurité …

Table des matières

INTRODUCTION
Première partie: RAPPEL BIBLIOGRAPHIQUE ET PARTIE THEORIQUE
Chapitre I: Généralités sur les fours
I – Généralités et définitions
I.1 – Four
I.2 – Fusion et fonderie
I.3 – Combustion – combustible
I.4 – Chaleur – transfert de chaleur – conservation de chaleur
I.5 – Réfractaires
II – Classification des fours
II.1- Classification suivant la nature du combustible
II.2- Classification selon le système du mode de chauffage des matériaux
III – Eléments caractéristiques typiques d’un four
III.1- Foyer
III.2- Appareils d’alimentation
III.3- Système d’évacuation de fumées
III.4- Accessoires
Chapitre II: Etat actuel du four du Département Génie Chimique
I – Historique
I.1 – Objectifs
I.2 – Résultats attendus
II – Caractéristiques du four
II.1 – Aspects physiques
II.2 – Aspects thermiques
II.3 – Aspects fonctionnels
III – Schéma général du four
IV – Projets d’utilisation
Deuxième partie: ETUDES ET ANALYSES DE L’OPERATIONALISATION DU FOUR DU DEPARTEMENT GENIE CHIMIQUE
Chapitre I: Constatation sur place de la situation avant- projet du four du Département Génie Chimique
I – Etat du couvercle
II – Etat du système d’évacuation de fumées
III-Thermostat
IV- Autres accessoires
Chapitre II : Analyses de l’opérationnalisation du four du Département Génie Chimique
I-Couvercle
I.1 – Modèle « CNAPMAD »
I.2 – Modèle « bloc technique » de l’E.S.P.A
I.3 – Conclusions
II – Evacuation de fumées
II.1- Cheminée à soutirage naturel
II.2- Cheminée à souirage forcé
II.3- Comparaison
II.4- Type de cheminée à adopter
III – Creuset
III.1- Caractéristiques
III.2- Différents types
III.3- Type du creuset à adopter
III.4- Elaboration du creuset à base de graphite
IV – Thermostat
IV.1- Rôle
IV.2- Différents types
IV.3- Régulateur thermique
IV.4- Autres methodes de résolution
Troisième partie: TRAVAUX DE REALISATION ET TESTS D’EXPERIMENTATION
Chapitre I: Réalisations
I – Elaboration du système de manutention du couvercle
I.1 – Description et mécanisme
I.2 – Schémas
I.3 – Matériels utilisés
I.4 – Résultats et interprétations
I.5 – Coût de fabrication
II – Confection du système d’évacuation de fumées
II.1 -Conduite de cheminée
II.2 – Système d’isolation thermique
II.3 – Clapet de réglage
II.4 – Coût de fabrication
III – Elaboration de la plateforme ou estrade
III.1- Description
III.2- Matériaux de construction
III.3- Quantité
III.4- Coût de fabrication
III.5- Etapes de fabrication
III.6- Résultats et interprétations
IV – Fabrication des accessoires
IV.1- Pince
IV.2- Creuset
IV.3- Moule
Chapitre II: tests d’expérimentation sur le four amélioré
I – Alimentation et mise en marche du four
I.1- Matériels utilisés
I.2- Mode opératoire
I.3- Schéma
I.4- Résultats
I.5- Conclusions
II – Essais de fusion
II.1- Matières premières
II.2- Différents étapes des opérations
II.3- Résultats et interprétations
III – Conclusions
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE

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