Chapitre 4 – Taille des gouttelettes.
Pourquoi est-ce important ?
La taille moyenne des gouttelettes est en fait une mesure de la surface pulvérisée par le jet. Plus les gouttelettes sont petites plus la surface traitée est grande. Si on divise par deux la taille moyenne des gouttelettes, la surface traitée est doublée, si on la divise par quatre, elle est quadruplée, etc.…
La surface de traitement d’une pulvérisation influe directement sur sa réactivité. Par réactivité il faut comprendre son aptitude à produire une réaction chimique, à absorber ou à dissiper de la chaleur. Pour ce qui concerne le transfert thermique et les réactions chimiques, la taille des gouttelettes est un des paramètres les plus importants pour l’efficacité de la pulvérisation.
La taille des gouttelettes peut également être importante dans un flux de gaz. Si elles étaient trop petites les gouttelettes seraient balayées par le flux gazeux. Même problème dans des conditions venteuses.
Qu’est ce qui influe sur la taille des gouttelettes ?
Pression :
Plus la pression est élevée, plus la taille des gouttelettes est fine, cette règle est valable pour toutes les buses. Pour toutes les buses de pulvérisation hydrauliques, la relation entre pression et taille de gouttelettes peut être exprimée comme suit :
Où D1 est l’expression de la taille des gouttelettes à la pression P1 et D2 à la pression P2. Ce qui permet d’avoir une comparaison approximative par buses, mais il n’y a aucune relation mathématique simple, car la taille des gouttelettes dépend essentiellement du type de buse utilisé.
Type de jet:
C’est évident que les jets pleins n’ont pas du tout de gouttelettes. Les jets plats peuvent former des feuilles de liquide sans trop d’atomisation ou peuvent produire des atomisations grossières. Les buses à jet coniques pleins produiront un niveau d’atomisation un peu supérieur, et les cônes creux les plus petites gouttelettes.
Angle de jet:
Pour simplifier, plus l’angle du jet est large, plus la taille des gouttelettes est petite. C’est facile de comprendre pourquoi – Plus l’angle est large, plus il y a de place pour les gouttelettes.
Type de buses:
Le type de la buse de pulvérisation influe directement sur la forme du jet (plat, conique, plein, creux…) et sur la taille des gouttelettes, mais il peut y avoir des variations sur le niveau d’atomisation. Par exemple, une buse spirale va produire un jet conique plein, avec un angle donné pour une pression et un débit donnés avec des gouttelettes plus fines qu’une buse à turbulence axiale. Nous ne pouvons pas expliquer ici comment la conception d’une buse affecte la taille des gouttelettes produites, mais vous devez avoir à l’esprit que chaque type de buse peut avoir des gouttelettes différentes.
La densité d’un fluide:
La densité d’un liquide a une incidence sur le débit obtenu à la sortie de la buse, et donc sur la taille des gouttelettes. Pour une pression donnée, plus la densité est élevée, plus le débit est faible et plus la taille des gouttelettes est petite. Nous avons un logiciel qui permet de calculer ces effets, c’est pourquoi nous vous conseillons de nous appeler en cas de besoin. La formule généralement utilisée est la suivante:
Df = Taille des gouttelettes du liquide
Dw = Taille des gouttelettes de l’eau pour une buse donnée.
SG = Densité du liquide
Comme la densité est très souvent proche de 1 et que l’exposant est 0,3 l’incidence est très faible.
Viscosité et tension superficielle:
Les liquides ayant une viscosité supérieure à celle de l’eau produiront des gouttelettes plus grosses à débit et pressions égaux. De la même façon, les liquides ayant une tension superficielle supérieure à celle de l’eau produiront des gouttelettes plus grosses. L’interaction entre les différentes propriétés mécaniques des fluides est complexe mais des logiciels existent pour évaluer la taille des gouttelettes si les données d’entrée sont connues. Nous vous conseillons de contacter un de nos experts afin d’obtenir une estimation des effets de la viscosité et de tension superficielle sur la taille des gouttelettes. Mais comme précédemment, la formule généralement usitée est la suivante:
Où
Df = Taille modifiée des gouttelettes du liquide concerné
Dw = Taille calculée des gouttelettes d’eau
Vf = Viscosité du liquide en centipoise (eau= 1 cP)
Vue la valeur de l’exposant (0,2) il semblerait que la viscosité aie moins d’influence que la gravité sur la taille des gouttelettes, mais il faut se rappeler que certains liquides ont une viscosité 1000 fois plus élevée que celle de l’eau et rester fluide, comme le mercure qui a une densité de 13.
Formule similaire en relation avec la tension superficielle:
Où St est la tension superficielle du fluide en Dyne/cm (pour l’eau elle est de 73 dyne/cm à 20°c.
Veuillez remarquer que certains ouvrages ne voient pas l’intérêt d’utiliser les exposants dans les formules de la viscosité et de la tension superficielle.
Suivant: Chapitre 5 - Impact et portée.