LES POSTES A FLUX D AIR LAMINAIRE

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Marie-Laure Ratté
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1 EUROFLUX CONCEPTEUR - INSTALLATEUR LES POSTES A FLUX D AIR LAMINAIRE - PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT

2 SOMMAIRE 1. L AEROCONTAMINATION 1.1. Généralités sur la contamination de l air 1.2. Charge particulaire de l air 1.3. Contamination générée par l individu 2. FILTRATION DE L AIR 2.1 Constitution d un filtre 2.2. Filtre Très Haute Efficacité 2.3 Comparatif H14 U16 3. CLASSE D EMPOUSSIEREMENT 3.1. Norme Européenne 3.2. Correspondance avec les normes précédentes 4. LE FLUX D AIR LAMINAIRE 4.1. L écoulement laminaire Régime turbulent Régime laminaire Propriété de l écoulement laminaire 4.2. Débit d un flux d air laminaire 4.3. Taux de renouvellement d air 5. LE FLUX D AIR LAMINAIRE 5.1. Schéma aéraulique 5.2. Ventilateurs 5.3 Plénum 5.4. Filtres T.H.E Préfiltration 5.6 Guidage du flux d air laminaire 2

LE FLUX D AIR LAMINAIRE 4.1. L écoulement laminaire 4.1.1. Régime turbulent 4.1.2. Régime laminaire 4.1.3 Propriété de l écoulement laminaire 4.2. Débit d un flux d air laminaire 4.3. Taux de renouvellement d air 5.

3 1 L AEROCONTAMINATION 1.1. Généralités sur la contamination de l air L air que nous respirons contient des quantités importantes de polluants gazeux et solides. Si ceux-ci pour leur grand majorité, ne présentent pas de risques notoires pour l homme et son environnement, il n en est pas de même quand l être humain doit subir des interventions chirurgicales délicates ou quand la fabrication de produits agroalimentaires, pharmaceutiques, composants électroniques doit être entreprise. L air ambiant est chargé de particules de taille et de nature diverses. Leurs dimensions varient de quelques 1/10 ème de µm à quelques unités de µm, voir supérieures à 10 µm. Dans l air qui nous entoure, les particules supérieures à 10 µm sédimentent. Les particules de taille inférieures restent en suspension dans l air. Ces particules ne sont pas décelables à l œil, car celui-ci n arrive à voir que des particules d environ 30 µm, ce qui met en évidence la difficulté d appréhender la contamination aéroportée. Mais, nous savons parfaitement qu elles existent et en quantité importante, car nous avons eu tous l occasion de pouvoir les observer un jour ou l autre au travers d un faisceau de lumière. 3

délicates ou quand la fabrication de produits agroalimentaires, pharmaceutiques, composants électroniques doit être entreprise. L air ambiant est chargé de particules de taille et de nature diverses.

4 1.2.Charge particulaire de l air Pour fixer les idées, nous donnons ici deux exemples de l importance des particules dans l air, contenues dans 1 pied cube (28.4 litres d air). * L air de la ville 1 à 11 millions de particules de 0,5 µm * L air de la campagne environ de particules de 0,5 µm Ce qui montre l importance de la concentration pour un volume de 28,4 litres (1 pied cube) qui ne représente qu un cube de 30 cm de côté. 4

* L air de la ville 1 à 11 millions de particules de 0,5 µm * L air de la campagne environ 500 000 de

5 1.3. Contamination générée par l individu En fonction de son activité, une personne, qu elle soit assise ou en mouvement, génère un nombre très variable de particules. Celles-ci sont dues : - Aux vêtements - Aux squamations de la peau (perte de particules de peau) - Aux aérosols produits (respiration) C est pour celà, que dans les zones de travail ou l empoussièrement est contrôlé, une tenue vestimentaire stricte est exigée : - Blouse - Coiffe - Surchaussures - Cache barbe - Bavette 5

Celles-ci sont dues : - Aux vêtements - Aux squamations de la peau (perte de particules de peau) - Aux aérosols produits

6 2. FILTRATION DE L AIR (Rappel) 2.1. Constitution d un filtre Les filtres utilisés pour la réalisation des flux d air laminaires se présentent sous la forme de panneaux filtrants constitués : - D un cadre en aluminium anodisé - D un média filtrant en papier fibre de verre - D un joint périmétrique en polyuréthane expansé demi-rond continu pour ceux à serrage mécanique L efficacité globale d un filtre à air résulte de la combinaison de 4 mécanismes de base de la filtration (diffusion, tamisage, interception et inertie) Efficacité A ce minimum d efficacité, correspond une dimension de particule appelé MPPS (Most Penetrating Particle Size) «dimension de la particule la plus pénétrante». Celle-ci correspond à la dimension particulaire la plus difficile à arrêter et se situe entre 0,1 et 0,2 µm. 6

média filtrant en papier fibre de verre - D un joint périmétrique en polyuréthane expansé demi-rond continu pour ceux à serrage mécanique L efficacité globale d un filtre à air résulte de la

7 2.2. Filtres T.H.E. (Très Haute Efficacité) Les filtres généralement utilisés pour la réalisation des flux d air laminaires sont du type T.H.E., avec un rendement de - 99,995 % pour le type H14, efficacité MPPS - 99,99995 % pour le type U16, efficacité MPPS - Rendement (ou efficacité) % R = (I-E) x 100 I - Perméance (ou pénétration) % P = E x 100 I - Coefficient d épuration CE = I E 2.3. Comparatif H14 U16 - Coefficient d épuration H 14 CE = ( /5) - Coefficient d épuration U 16 CE = ( /5) Nous pouvons constater que le filtre de type U16 est 100 fois plus efficace qu un filtre H14 7

8 3 CLASSE D EMPOUSSIEREMENT Le contrôle d empoussièrement de l air est défini par une norme qui établit le degré de propreté de l air. La norme Européenne ISO définit les classes d empoussièrement Les flux d air laminaires sont généralement conçus en classe ISO 5 pour un grand nombre d applications Norme Européenne 3.2. Correspondance avec les normes précédentes (extrait) Numéro de classification NF EN ISO FS 209 E LIMITES DE CLASSES 0.3 µm 0.5 µm 5 µm 0.3 µm 0,5 µm 5 µm ISO (particules/m³) ISO (particules/m³) ISO (particules/m³) FS 209 E (particules/cf³) FS 209 E (particules/cf³) FS 209 E (particules/cf³) ISO ISO N.A ISO N.A N.A ISO N.A N.A

Correspondance avec les normes précédentes (extrait) Numéro de classification NF EN ISO 14644-1 FS 209 E LIMITES DE CLASSES 0.3 µm 0.5 µm 5 µm 0.

9 4 LE FLUX D AIR LAMINAIRE Les flux d air laminaires (L.A.F., Laminar Air Flow) sont exploités dans divers secteurs industriels, hospitaliers, laboratoires.. pour lutter contre l aérobiocontamination. Les caractéristiques physiques des L.A.F. leur permet de protéger des zones de travail contre la contamination environnante, ils sont généralement utilisés pour réaliser une protection rapprochée du process L écoulement laminaire L air sortant d un filtre de type T.H.E., peut sortir à des vitesses variables, en fonction du réglage des ventilateurs Régime turbulent Si v < 0,35 m/s, la vitesse de l air est trop faible, le régime est turbulent Si v > 0,55 m/s, la vitesse de l air est trop forte, le régime est turbulent 9

leur permet de protéger des zones de travail contre la contamination environnante, ils sont généralement utilisés pour réaliser une protection rapprochée du process. 4.1.

10 Régime laminaire Si v est compris entre : 0,35 m/s < v m/s < 0,55 m/s, le régime est laminaire La valeur guide moyenne de la vitesse de l air est : v = 0,45, m/s Propriété de l écoulement laminaire Les propriétés principales d un écoulement d air en régime laminaire sont : - Les filets d air ont un sens unidirectionnel (effet de piston d air) - Les filets d air se déplacement sans se perturber - Les filets d air peuvent contourner un obstacle modéré et se reformer en aval de celui-ci 4.2. Débit d un flux d air laminaire La vitesse de l air étant de 0,45 m/s, en considérant une surface filtrante de 1 m², le volume d air débité par un L.A.F. en 1 heure et par m² filtrant est de m³/h. V = S x v x m³/h m² m/s s 10

Propriété de l écoulement laminaire Les propriétés principales d un écoulement d air en régime laminaire sont : - Les filets d air ont un sens unidirectionnel (effet de piston d air) -

11 4.3. Taux de renouvellement d air Soit un L.A.F. à 0,45 m/s protégeant un process et situé à une hauteur d un mètre de celui-ci. - Le volume protégé est de 1 m³ - Le taux de renouvellement horaire TR/h est de fois à l heure. Ce qui met en évidence, l importante capacité à garder le volume protégé ultra-propre, puisque l air est renouvelé toutes les 2,2 secondes. 11

- Le volume protégé est de 1 m³ - Le taux de renouvellement horaire TR/h est de 1 620 fois à

12 5 LE FLUX D AIR LAMINAIRE Il existe des flux d air laminaires verticaux et horizontaux. Leur conception est similaire et sont constitués : ventilateurs, plénum, filtre THE, préfiltres, guidage Schéma aéraulique de principe 12

13 5.2. Ventilateurs Ils assurent le débit d air du L.A.F. et doivent être suffisamment dimensionnés pour pouvoir compenser l encrassement des filtres terminaux et primaires. Généralement, ils sont prévus pour pouvoir doubler la perte de charge initiale de l ensemble. 13

encrassement des filtres terminaux et primaires.

14 5.3. Plénum Assure la liaison entre motoventilateur et filtres terminaux, son rôle est de réaliser une bonne répartition de l air en amont des filtres T.H.E., afin d obtenir à la sortie de celuici, un flux d air laminaire homogène Filtre T.H.E Les filtres T.H.E. permettent d obtenir : - La classe d empoussièrement recherchée - Améliorer la sortie d air pour l obtention d une répartition du flux d air laminaire 5.5. Préfiltration Une bonne préfiltration à l entrée d air permet d assurer la longévité du filtre T.H.E. Sa définition est fonction du milieu dans lequel sont installés les flux d air laminaires et peut aller de l efficacité gravimétrique à l opacimétrique Guidage du flux d air laminaire L air sortant des filtres T.H.E. est guidé mécaniquement jusqu au process, pour éviter des inductions d air extérieur. Les solutions mises en œuvre sont : - Guidage souple, standard ou anti statique - Guidage par panneau rigide - Carénage de machines 14

Les filtres T.H.E. permettent d obtenir : - La classe d empoussièrement recherchée - Améliorer la sortie d air pour l obtention d une répartition du flux d air laminaire 5.

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