La meilleure solution de contrôle du brouillard est celle qui tient compte des processus spécifiques de votre atelier.

Les centres d'usinage modernes diffèrent de ceux des générations précédentes. Les machines d'aujourd'hui offrent des vitesses d'outil beaucoup plus rapides avec des fluides de travail des métaux délivrés à des pressions plus élevées. Cela génère des niveaux élevés de particules de brouillard plus petites (2 microns et moins) qui doivent être capturées à l'aide d'un collecteur ou d'un système de collecte de brouillard. Toutes ces petites particules sont plus difficiles à filtrer avec efficacité. S'ils ne sont pas gérés correctement, les brouillards de fluides de travail des métaux (MWF, metalworking fluid) peuvent présenter des risques pour la santé et la sécurité, mais également impacter la rétention des employés. Comprendre les différences entre les technologies de collecte des brouillards peut vous aider à concevoir un système de contrôle des brouillards optimisé pour vos processus spécifiques, créant ainsi un environnement de travail plus sûr.

Qu'est-ce qui rend les brouillards si dangereux ?

Le brouillard de fluide de travail des métaux se forme lorsque le fluide métallurgique est soumis à des forces mécaniques pendant l'usinage ou le meulage. Le brouillard se disperse dans l'air sous l'effet de la pression de refoulement élevée, du mouvement à grande vitesse des machines-outils, et de la friction entre l'outil et la pièce à usiner. Il peut se répandre dans l'air ambiant de l'espace de travail, présentant un risque d'inhalation ou provoquant une irritation des yeux. La petite taille des particules de brouillard actuelles augmente le risque potentiel d'inhalation, car, dans certains cas, des niveaux submicroniques de particules peuvent pénétrer plus profondément dans les poumons1.

Une exposition prolongée à ce brouillard peut entraîner divers problèmes de santé, notamment des troubles respiratoires. Dans les faits, l'asthme lié au travail est l'un des troubles professionnels les plus répandus, entraînant des coûts importants en matière de soins de santé et d'indemnisation des ouvriers2.

L'OSHA (Occupational Safety and Health Administration) reconnaît ces risques et réglemente les limites d'exposition autorisées à certains types de brouillard, ce qui signifie que les employeurs doivent contrôler soigneusement la qualité de l'air pour garantir la conformité à l'OSHA.

1 Agence américaine pour la protection de l'environnement : Effets des particules sur la santé et l'environnement

2 Centres de contrôle et de prévention des maladies : L'Institut national pour la sécurité et la santé au travail (NIOSH) : Fluides issus du travail des métaux

Atténuation des risques

La méthode de la hiérarchie des contrôles recommandée par le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH, Institut national pour la sécurité et la santé au travail) peut servir de feuille de route pour la mise en œuvre de contrôles efficaces contre l'exposition aux risques de brouillard de fluides métalliques.

Lors du recours à cette méthode, l'entreprise doit implémenter des mesures d'ingénierie réalisables, telles qu'un système de ventilation locale, afin de réduire l'exposition si un processus ne permet pas d'éliminer ou d'atténuer les dangers.

Voici quelques exemples de systèmes de ventilation par aspiration locale pour les brouillards de fluides métallurgiques :

• Système unique
• Système cellulaire
• Système centralisé

Il est prudent et recommandé d'exploiter les ressources disponibles et bien informées pour évaluer et choisir le système de contrôle technique suffisamment efficace pour satisfaire aux normes dès le départ et au fil du temps. Si le système de ventilation locale par aspiration est modifié de quelque manière que ce soit, le système de contrôle technique doit être réévalué.

Fonctionnement des collecteurs de brouillard

La principale fonction d’un collecteur de brouillard est d’extraire les gouttelettes et le brouillard du flux d’air. À cette fin, le collecteur doit aspirer les petites gouttes et les fusionner en gouttes plus grosses, avant d'évacuer efficacement le fluide collecté. Les gouttelettes de brume peuvent être capturées dans un courant d'air de plusieurs manières, notamment par l'intermédiaire d'un média à plusieurs couches, par précipitation électrostatique et par séparation inertielle. Face à la nécessité d'une collecte plus efficace des petites particules de brouillard, la filtration par média a remplacé les anciennes technologies, devenant la solution standard pour de nombreux responsables de processus.

Les collecteurs qui utilisent un média filtrant comme principal mécanisme d'élimination des brouillards emploient généralement plusieurs phases de drainage gravitationnel. Cela permet de sélectionner un média spécifique à chaque étape en fonction de la quantité et de la taille des gouttelettes générées.

L’un des défis les plus importants en matière de filtration de brouillards consiste à trouver un équilibre entre le besoin de drainer les gouttelettes et la nécessité d’optimiser le rendement. Il est possible d'obtenir des rendements de filtration plus élevés avec des fibres plus petites et plus serrées. Cependant, les fibres plus petites des filtres vendus dans le commerce nécessitent des résines pour les maintenir ensemble, lesquelles empêchent un drainage efficace du liquide fusionné. 

Cela peut poser un problème, car les filtres constitués de petites fibres très serrées peuvent facilement se boucher avec les particules capturées, ce qui entraîne une chute de pression plus importante, des vitesses de capture plus faibles et une durée de vie plus courte du filtre (Figure 1).

Lorsque le support filtrant est fabriqué à partir de fibres larges, les caractéristiques de drainage sont largement améliorées, mais la capacité du support à capturer les gouttelettes de brouillard (notamment les plus petites) est considérablement compromise. Le média filtrant avancé, conçu avec un mélange de petites et de grandes fibres de verre associées à une liaison sans résine, offre un drainage supérieur (Figure 2). 

Étapes de la filtration

Pour atteindre les niveaux élevés souhaités de rendement et d'efficacité de drainage, il est conseillé d’utiliser une structure par couches. Si l'une de ces couches de filtration est mal drainée, elle peut se boucher, entraînant une capture moindre.

1. Plusieurs collecteurs de brouillard disposent d’une couche de préfiltrage, qui comprend généralement des fibres larges, des grilles ou des tamiseurs qui capturent les plus grosses gouttelettes et les drainent facilement.
2. Une couche primaire ou secondaire capture la plupart des gouttelettes restantes grâce à un support plus efficace, tout en maintenant de bonnes caractéristiques de drainage.
3. Au final, les filtres sont généralement classés en filtres HEPA (99,97 % d’efficacité sur les particules de 0,3 micron) ou DOP (95 % d’efficacité sur les particules de 0,3 micron).

Certains collecteurs à supports fibreux utilisent des supports polyvalents dans des filtres à manches. Ces filtres contiennent peu de résine. Ils drainent donc efficacement les limailles ou les brouillards collants, et présentent un assez bon rendement. Cependant, leur structure n’est pas très stable. Avec le temps, les fibres du support fusionnent entre elles, ce qui provoque une augmentation de la perte de charge, une réduction du débit d’air et une réduction de l’efficacité de filtration.

Conception du système de récupération du brouillard

Même lorsque des filtres HEPA sont utilisés pour obtenir les niveaux d'efficacité les plus élevés, il est essentiel que l'ensemble du système soit correctement conçu. Pour concevoir un système de ventilation par aspiration locale qui réponde aux besoins de vos processus spécifiques, tenez compte des facteurs suivants : 

• Nombre d’heures de fonctionnement Durée du cycle
• Type de métal et procédé
• Type de fluide métallurgique
• Pression du fluide
• Présence de limailles
• Type, taille et quantité de brouillard
• Objectifs d'efficacité et d'atténuation des brouillards (besoins CFM)
• Configurabilité et options du collecteur (caractéristiques)
• Besoins du site

L'objectif est de concevoir un système qui capture l'air vicié en réduisant au minimum le débit d'air nécessaire. Si le débit d'air est trop faible, le captage est insuffisant et l'air chargé de brouillard peut s'infiltrer par les portes ouvertes et pénétrer dans l'air ou dans des zones de l'espace de travail. Si le débit d'air est trop élevé, l'énergie est gaspillée, car le collecteur aspire trop d'air, réduisant considérablement la durée de vie du filtre. Pour optimiser le flux d'air, il est important que le ventilateur soit correctement dimensionné pour maintenir une vitesse de captage appropriée dans la hotte tout en venant à bout des pertes statiques dans le système.

Méthodes de dimensionnement 

Un facteur clé pour assurer un fonctionnement efficace et un captage régulier du brouillard est de dimensionner le ventilateur du collecteur de manière à ce qu'il réponde aux exigences de débit d'air et de pression statique du système. Ces valeurs sont généralement mesurées en pieds cubes par minute (CFM) et en pouces de colonne d'eau. Il existe plusieurs méthodes pour déterminer le débit d'air nécessaire :

Renouvellement de l'air : Utilisé pour le confinement des brouillards à porte fermée sur des machines fermées.

Calcul : Volume de l'enceinte de la machine en pieds cubes x 3-5 échanges par minute = débit d'air total en CFM

Dimensionnement de la zone ouverte : Utilisé pour le confinement à portes ouvertes ou fermées sur des machines fermées.

Calcul (porte verticale) : Tous les espaces ouverts en pieds carrés x 50 FPM = débit d'air total en CFM (porte verticale avec toit) : Tous les espaces ouverts en pieds carrés x 75 FPM = débit d'air total en CFM

Dimensionnement des zones ambiantes : Utilisé uniquement lorsque les systèmes de capture de la source ne sont pas une option.

Calcul : Volume de la pièce en pieds cubes x 10/20 minutes par échange = débit d'air total en CFM

La meilleure méthode de dimensionnement pour les machines fermées est déterminée par les performances souhaitées. Par exemple, la méthode d'échange d'air permet d'obtenir un confinement du brouillard et des niveaux de clarté visuelle lorsque les portes de la machine sont fermées. À l'inverse, la méthode des espaces ouverts dimensionne le confinement en maintenant une pression d'air négative à l'intérieur de la machine, même lorsque les portes ou les espaces sont ouverts. D'autres considérations relatives à l'application ou à la conception peuvent devoir être prises en compte dans l'équation. Un consultant en air industriel peut fournir des conseils supplémentaires pour des applications spécifiques.

Comment cela se traduit-il pour l’acheteur d’un collecteur de brouillard ?

De nombreux facteurs doivent être pris en compte pour décider de la meilleure façon de contrôler les brouillards et de protéger les employés. En comprenant mieux la formation du brouillard et les risques associés, vous êtes à même d'évaluer différents systèmes de collecte, de choisir celui qui sera le mieux adapté à vos processus spécifiques et de vous assurer que l'ensemble du système est optimisé pour une efficacité continue. N'hésitez pas à vous adresser à un professionnel qualifié ou à faire appel à Donaldson pour obtenir une assistance sur les produits et les applications afin d'être sûr de disposer d'une solution d'atténuation des brouillards optimale pour votre application.

Ressources complémentaires

Metalworking Fluids - Standards | Occupational Safety and Health Administration (osha.gov)

Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice (ACGIH 1998) provides general guidelines for recirculating exhaust air.