Matériel en vrac – Qu’est-ce que c’est, de toute façon ?

J’espère que l’introduction de la semaine dernière à la manutention de matériaux en vrac vous a tous fait penser à des hacks incroyables, et nous ferons bientôt un rapport sur les robots DIY Cap’n Crunch à gogo. Cette semaine, nous verrons comment mesurer la taille des particules, les séparer et même les broyer lorsque vous en aurez besoin.

Mesurer les propriétés des matériaux

La semaine dernière, nous avons parlé de la force de cohésion. Le matériau en vrac se comporte quelque part entre un solide et un liquide – si vous avez fait vos devoirs, il s’écoule très bien dans l’entonnoir. Mais si ce n’est pas le cas, il colle ensemble et retient le reste du matériau. La force de cohésion est la mesure du poids que le matériau au fond de l’entonnoir peut supporter.

Vous pouvez obtenir une mesure approximative en emballant le matériau dans une boîte avec un trou carré au fond. Un côté du trou doit avoir une glissière rétractable. Retirez lentement la lame en rendant le trou rectangulaire. Le matériau fera un pont, puis à un moment donné, un plus gros morceau tombera. Il s’agit de la taille de l’ouverture minimale qui ne se cambrera pas et d’une mesure pratique de la force de cohésion du matériau.

boîte avec trou réglable dans le fond pour mesurer la force de cohésion
Capture d’image de The Million Dollar Rathole (vidéo).

De nombreux matériaux ont une meilleure cohésion lorsqu’ils sont mouillés. Séchez un échantillon au micro-ondes pour déterminer la pourcentage d’humidité en le pesant avant et après.

La force de cohésion est étroitement liée à résistance au cisaillement. Si vous voulez mesurer la résistance au cisaillement, coupez deux anneaux de 1 cm de large dans un tuyau en PVC de 5 cm de diamètre, empilez-les, remplissez de matériau, placez un disque sur le matériau et chargez-le, puis faites glisser l’anneau supérieur vers le bas avec une balance à ressort . La force par unité de surface est la résistance au cisaillement à cette pression. S’il commence à se tasser, vous le verrez dans la courbe.

Facteur d’emballage est une autre mesure utile. Secouez doucement le matériau pour remplir un récipient rigide et pesez-le. Maintenant, videz le récipient et remplissez-le, en tassant le matériau aussi fort que possible avec une longueur de goujon de 1″. Pesez à nouveau et le rapport des deux poids vous indique dans quelle mesure le matériau se comprime.

Les vrais matériaux en vrac sont presque toujours constitués de particules de tailles, de formes et de compositions variables. La saleté est constituée de particules de différents types de matières minérales et organiques, allant des roches pures aux particules d’argile submicroniques. Si vous rencontrez des problèmes, obtenez un graphique de la distribution granulométrique des matériaux peut être utile.

Pour les particules supérieures à environ 75 μM, vous pouvez mesurer les tailles avec des tamis. Si vous voulez être chic, ils vendent de jolis ensembles de tamis en métal avec un treillis métallique au fond. Les assortiments d’écrans sont moins chers. En dessous de 75 μM, il faut utiliser un hydromètre. C’est salissant et prend du temps, mais ça marche.

L’idée est de mélanger le matériau avec de l’eau savonneuse, puis d’utiliser un hydromètre du magasin de pièces automobiles pour mesurer la densité. Les particules tombent selon la loi de Stokes, les grosses en premier. La loi de Stokes est simplement que la force de traînée sur une sphère est proportionnelle au carré du rayon. La masse augmentera en tant que cube du rayon, de sorte que les grosses particules tombent plus vite que les petites. Au fur et à mesure qu’ils tombent, la densité du fluide diminue. Cette page décrit comment le faire, et cette page a une calculatrice pratique pour interpréter les résultats.

Affûtage

Vous pouvez également modifier la taille des particules dans votre mix. Si les particules sont trop grosses, elles peuvent être écrasées ou broyées. Vous pouvez séparer par taille et ne moudre que certaines tailles ou jeter une partie du matériau. Il y a toute une science dans le meulage. Plus vous broyez finement, plus il devient difficile de broyer. Les entreprises cosmétiques et pharmaceutiques regorgent d’experts en broyage.

En général, il existe trois façons de rendre quelque chose plus petit : l’écraser, le couper ou le frapper.

Le broyage est simple. Utilisez des rouleaux ou des mâchoires, un rouleau à pâtisserie ou un concasseur de pierres. Ne négligez pas l’étau. Un concasseur à mâchoires ne broie que les particules plus grandes que l’espace de la mâchoire, utile pour fabriquer une certaine taille. Les concasseurs de roches ont un mouvement complexe (vidéo) qui devrait néanmoins être facilement imité par un projet de hacker. Les chercheurs d’or amateurs/hobby ont une communauté accessible.

L’action de broyage dans les rouleaux ne fonctionne que jusqu’à ce que la particule soit suffisamment petite pour que la surface du rouleau se déforme à la place de la particule. Les pierres ont été utilisées pour écraser le grain en farine pendant la majeure partie de l’histoire.

Oldies Marketplace – Hachoir à viande par amiefedora. CC BY-ND 2.0

La coupe est préférable pour les choses molles, comme les vers gommeux, et les choses dures (vidéo.). Assurez-vous que le matériau coupé a un chemin de sortie facile. Pensez à un hachoir à viande de cuisine à l’ancienne. .

Si vous voulez de petites particules, vous avez besoin d’une meuleuse à impact. Un moulin à café ou un mélangeur fonctionne en frappant la particule avec un impacteur à mouvement rapide. Il peut s’agir d’une lame – utile si le matériau doit d’abord être découpé, comme dans un moulin à café – ou émoussée. De nombreux moulins industriels utilisent deux poids pivotants sur un arbre, et cette unité utilise uniquement des chaînes (vidéo).

Un autre broyeur à impact est le broyeur à boulets. Faites tourner un tambour sur le côté avec des billes d’acier et le matériau. Les balles remontent sur le côté, puis retombent en frappant le matériau.

Tout cela fonctionne en fracturant le matériau. Et si vous essayez de poudrer quelque chose qui ne se brise pas, par exemple des joints toriques en caoutchouc ? Pour cela, il y a broyage cryogénique.

De nombreux matériaux caoutchouteux sont en réalité des verres – des matériaux qui sont un liquide visqueux à une température plus élevée, souvent cassants à une température froide et mous entre les deux. Le verre auquel vous pensez probablement est un matériau fragile et cassant à température ambiante, mais à haute température, il s’agit d’un liquide. Le point de transition est la « température de transition vitreuse ».

Alors qu’en est-il de nos joints toriques ? S’il s’agit de caoutchouc naturel, leur point de transition est d’environ -70 °C. En dessous de cette température, ils sont cassants et peuvent être broyés. Malheureusement, le broyage va redonner de la chaleur. Pensez donc à broyer lentement – certains laboratoires broient des matériaux biologiques comme des échantillons de peau avec un mortier et un pilon spéciaux préalablement refroidis avec de l’azote liquide. Assurez-vous simplement que tout ce qui est en contact avec le matériau a été refroidi et utilisez un récipient à paroi épaisse avec beaucoup de masse thermique.

Séparer Blé De Paille

Parfois, vous avez un mélange et devez le séparer. Votre colocataire a jeté tous les oursons en gélatine et tous ces étranges bonbons au gingembre dans un bol ou autre chose. La semaine dernière, nous avons présenté la ségrégation des particules comme une mauvaise chose. Mais lorsque vous souhaitez dé-mélanger un mélange, cela peut être une bonne chose. N’importe laquelle des techniques de la semaine dernière peut être une aide.

Les tamis et les écrans fonctionnent pour séparer par taille. Ils se bouchent à moins que le matériau continue de se déplacer sur eux. Une façon simple de le faire est de faire passer le matériau sur des tamis sur une planche inclinée, le tamis le plus fin en premier. Une autre consiste à secouer mécaniquement l’écran. Les filtres en papier ne sont que de bons écrans et se bouchent.

UN trommel est un cylindre tournant lentement avec des murs d’écrans de différentes tailles sur toute sa longueur. Le matériau est introduit dans l’extrémité du tamis fin et se déplace lentement vers l’autre.

La loi de Stokes fournit un autre moyen de séparer les matériaux comme nous l’avons vu ci-dessus. Faire un tirage d’air vers le haut dans un tuyau vertical. Livrez le matériau dans le tuyau à mi-hauteur. Les matériaux avec plus de traînée que de poids augmenteront, les matériaux plus gros diminueront. Vous pouvez utiliser la vitesse de l’air pour contrôler la taille des particules. Une machine industrielle appelée classificateur d’air le fait avec un matériau de soufflage d’air à plus grande vitesse dans le bord d’un ensemble de pales en rotation.

Il peut s’agir de l’air (ou d’un autre gaz) que vous souhaitez éliminer. Il y a plusieurs façons de le faire. Le premier est le cyclone familier aux marchands de bois. La seconde est encore plus simple – injectez le mélange air/matériau dans le haut d’un récipient haut et mince avec un tube qui s’étend à peu près à mi-chemin dans le récipient. Laissez l’air sortir d’un tuyau de sortie dans le toit. Le flux d’air se dilate, ralentit et le matériau tombe.

Vous pouvez simplement souffler le matériau sur le côté – le système séculaire de battage du blé fonctionne de cette façon. Le blé vient de la plante avec une balle, vous le battez avec un fléau pour détacher la balle, vous donnant des grains de blé et de la balle mélangés. Mettez le mélange sur une couverture et demandez à quatre paysans de le mélanger à plusieurs reprises. La paille s’envole au vent.

colas gommeux et quilles dans une plaque à pâtisserie
Séparation inertielle

Une technique de séparation très sensible est la séparation inertielle. Voici un mélange de colas gommeux et de bonbons à la gelée. Nous les avons séparés en inclinant et en secouant doucement la feuille. Un matériau se déplace sur une feuille en restant en place jusqu’à ce que l’accélération soit supérieure à une certaine valeur critique. Ensuite, il roule ou glisse.

Si votre matériau est de la saleté ou autre, passez un aimant à travers. Il y a du minerai de fer et des morceaux de fer généré par l’homme dans beaucoup de sol. Il peut entrer dans les moteurs et autres. Si vous en avez besoin, faites passer le matériau devant les aimants. Un séparateur à courants de Foucault utilise des effets magnétiques CA pour faire de même avec les métaux non ferreux.

Vous pouvez également séparer les matériaux en les dissolvant. Un mélange de sel de table et de sable blanc semblerait impossible, mais si vous le mélangez dans de l’eau, puis décantez et faites bouillir l’eau, le sel et le sable peuvent être récupérés séparément. Mais nous pensons que nous nous tournons vers la chimie maintenant, et nous devrions arrêter.

La prochaine fois, nous terminerons en examinant le contrôle des mouvements : construisez des portes et des engins qui déplacent vos matériaux en vrac sans les obstruer.