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Optimisation de l'écoulement granulaire dans une machine de pesage et d'ensachage de matériau en vrac à alimentation gravitaire

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Boudoire, Fabien (2011). Optimisation de l'écoulement granulaire dans une machine de pesage et d'ensachage de matériau en vrac à alimentation gravitaire. Mémoire. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 171 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: L'entreprise, dont nous tairons le nom pour des raisons de propriété intellectuelle,
travaille entre autres à la réalisation de systèmes de pesage et d'ensachage de grains en vrac.
Le projet porte sur l'optimisation de l'écoulement de grains d'une de leurs machines en vue
d'améliorer la vitesse et/ou la précision de l'ensemble du cycle de pesage et d'ensachage.
L'étude se concentrera sur deux organes essentiels de la machine à savoir la chute de
transition qui dirige la matière pesée vers la bouche d'ensachage ainsi que sur le module
d'alimentation qui alimente la balance jusqu'au poids consigne.
Le sujet traite donc de l'écoulement de matière granulaire en régime dense. La
littérature nous permet d'identifier certains aspects de ce type d'écoulement. Cependant, leur
comportement spécial et nos connaissances limitées vont nous orienter vers une
optimisation basée sur l'expérimentation. Nous avons décidé d'utiliser un logiciel spécialisé
en écoulement de matériaux granulaires: EDEM de la compagnie DEM Solutions pour
modéliser notre système. Nous commencerons par une phase d'essais et de calibration du
logiciel pour vérifier la pertinence de l'outil. Nous établirons une technique d'optimisation
efficace des paramètres du logiciël qui varient selon le matériau employé puis nous
testerons le logiciel pour vérifier ses capacités (mesure de débit, caractère erratique de
l'écoulement, etc.).
Une fois notre modèle de simulation prêt, nous l'appliquerons à l'optimisation de la
chute de transition. Un jeu de courbes nous permettra d'analyser le comportement de la
matière lors de la décharge et d'améliorer notre compréhension du phénomène. Nous
poursuivrons l'analyse en comparant les résultats d'écoulement dans divers modèles et
géométries. Malheureusement, aucune géométrie plus performante ne pourra être identifiée.
L'optimisation portera ensuite sur le module d'alimentation et sur la précision de
pesage. Lors d'un cycle de pesée, on peut assez bien contrôler l'apport de matière, mais
l'imprécision apparaît au moment de la fermeture. En effet, il reste toujours une certaine
quantité dans les airs et la précision est liée à la capacité de prévoir cette quantité. Nous
chercherons alors à optimiser le module dans le but de donner un débit le plus constant
possible à l'écoulement et donc à la fenneture . Cela se traduira par l'étude de différentes
géométries et par la création de prototypes pour les solutions les plus prometteuses. Nous
construirons un système à 2 portes, mais qui se révèlera finalement moins précis
qu'escompté. Les résultats montreront toutefois une bonne amélioration de la précision. -- ABSTRACT: The company we are working for pro vides weighing and bagging solutions for
granular materials. The project is to improve the bagging speed or/and the accuracy of the
entire system. We are going to focus on two key components : the transition hopper which
directs the grain from the scale to the bagging spout and the feeder which controls the
granular flow to the scale.
Dense granular flow is the main topic. We can find sorne aspects and properties of
this type of flow in scientific literature. However because of their very particular behaviour
and our limited knowledge on the subject, we are going to optimize the machine by
studying experimental results. We acquired a software able to simulate granular flows
simulations. Acquiring a new software means it needs to be calibrated. We also develop a
method that gives us the material properties. Finally we study sorne of the software's
abilities (flow measurement, erratic comportment of the grains, etc.).
Once the software is checked and calibrated, we use it for transition hopper
optimisation by comparing the flow of particles in the actual hopper to other types.
Unfortunately we could not find a better hopper but we have improved the understanding of
granular flow. Conclusions are finally presented and they show sorne tips for transition
hoppers design.
For the feeder, we focus on the weighing accuracy. During a weighing cycle, we can
control the feeding flow of particles in the scale but when we close the door a small
quantity of grain is still in the air. The accuracy is linked to the capacity of knowing this
exact quantity. A method is developed in order to compare the models with the same unit
and check the real improvement. We simulate different models of feeders and check their
flows accuracy. The most hopeful models are realized and tested as prototypes. Finally the
results show a good accuracy gain depending the speed or model chosen.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Brousseau, Jean
Information complémentaire : Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de maître en sciences appliquées (M.Sc.A.).
Mots-clés : Ecoulement Debit Materiau Granulaire Machine Pesage Ensachage Optimisation
Départements et unités départementales : Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 04 avr. 2013 20:40
Dernière modification : 04 avr. 2013 20:40
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/683

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