Le dimensionnement d'un filtre à cartouches

La méthode de dimensionnement d'un filtre à cartouche est différente s'il s'agit de cartouches de filtration particulaire ou de cartouches au charbon actif.

Filtration particulaire

Le critère est ici la perte de charge initiale. Celle-ci est donnée par les courbes de perte de charge, spécifique à chaque cartouche. Par exemple, voici la courbe de perte de charge de la cartouche Purtrex, pour les modèles de 1 à 5 microns de seuil de filtration:

 

Dimensionnement_Cartouche_Parti

Ces graphiques sont pour une cartouche de 10'' de long. Il faut utiliser ces graphiques pour déterminer le débit acceptable par longueur de 10'' de cartouche. On peut ensuite en déduire le nombre de cartouches 10'' qu'il faut.

Une perte de charge initiale plus faible permet une durée de vie plus longue de la cartouche. Dans tous les cas, la perte de charge initiale devrait être inférieure à 0.2 bar. Mais ceci est un maximum, c'est à dire que, selon l'eau à traiter, il faudra ensuite changer les cartouches assez souvent. Le nombre de paramètres qui influencent la durée de vie d'une cartouche filtrante est très important, ce qui fait qu'il est impossible en pratique de calculer une perte de charge initiale optimale. En pratique on prend souvent les valeurs suivantes:

  • Environ 0.1 bar quand le système fonctionne fréquemment ou en continu
  • Maximum 0.2 bar quand le système ne fonctionne qu'occasionnellement - et donc la fréquence de colmatage de la cartouche n'est pas forcément un paramètre essentiel

Exemple

On veut filtrer 10 m3/h d'eau à 5 microns, en continu. Combien de cartouches filtrantes faudra-t-il utiliser et quel carter (corps de filtre) choisir ?

Le fonctionnement en continu signifie qu'il faut veiller à ne pas avoir à changer les cartouches filtrantes trop souvent. Il faut donc une perte de charge initiale faible, de l'ordre de 0.1 bar, et plutôt un peu moins. On choisit donc un débit par élément de 10'' de 2 l/min. Or, le débit total est de 10 m3/h = 167 l/min. Il faudra donc prévoir: 167/2 = 83 éléments de 10''. Ces cartouches existent en longueurs de 10'', 20'', 30'' ou 40''. On pourra donc par exemple utiliser 83/4 = 21 cartouches de 40''. On pourra donc par exemple utiliser un carter type 22FOS04.

Filtration au charbon actif

Les fabricants des cartouches à charbon actif recommandent des débits maximum par élément de 10''. Ce débit peut être différent selon les applications: typiquement, les débits pour la déchloration de l'eau sont plus élevés que pour l'absorption de matières organiques.

Filtration de fluides non aqueux

Les courbes qui donnent la perte de charge en fonction du débit sont en général données pour de l'eau. Lorsqu'on filtre des fluides non aqueux, les débits donnant les mêmes pertes de charge peuvent être très différents, en raison de la différence de viscosité. Le tableau ci-dessous indique par combien il faut multiplier un débit d'une des courbes débit - perte de charge pour obtenir le débit d'eau produisant la perte de charge équivalente à travers une cartouche ou une poche filtrante, en utilisant un fluide d'une viscosité donnée.

Viscosité en cps Facteur de conversion
1 1
100 0.85
200 0.58
400 0.35
800 0.25
1000 0.17
1500 0.11
2000 0.08
4000 0.05
6000 0.035
8000 0.026
10000 0.021

 Le tableau ci-dessous donne des exemples de valeurs de viscosité de quelques fluides:

Fluide Température Viscosité en cps

Propylène-glycol

21°C

240

Solution de soude caustique à 20%

18°C

40

Solution de soude caustique à 30%

18°C

58

Solution de soude caustique à 40%

18°C

110

Glucose

38°C

67500

Glucose

55°C

7500

Glycérine

20°C

2950

Glycérine

38°C

813

Ethylène

21°C

150

Huile de transformateur

21°C

115

Huile de transformateur

38°C

65

Kérosène

20°C

35

Kérosène

38°C

32.6

Huile d'olive

38°C

200

Huile d'olive

55°C

115

Huile de cacaouète

38°C

250

Huile de cacaouète

55°C

145

Acide sulphurique à 100%

20°C

75.7

Terpentine

20°C

33

Terpentine

38°C

32.6

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