chap 06-02_Séparateur.pdf

Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.2 91
Séparateurs centrifuges
et standardisation de la
matière grasse du lait
Fig. 6.2.1 Gustaf de Laval, inventeur
du premier séparateur centrifuge à
action continue.
Fig. 6.2.2 Un des tout premiers séparateurs,
l’Alfa A 1, fabriqué à partir de 1882.
Séparateurs centrifuges
Rappel historique
La revue professionnelle allemande “Milch-Zeitung” du 18 avril 1877 décrivait un
nouvelappareildestinéàséparerlacrèmedulait.Ilétaitconstituéd’un“tambour,que
l’on fait tourner et qui, après avoir tourné un certain temps, laisse flotter la crème à
la surface, permettant de l’enlever de la manière habituelle.”
Aprèsavoirlucetarticle,unjeuneingénieursuédois,GustafdeLaval,s’exclama :
“Je montrerai que cette force centrifuge peut agir aussi bien en Suède qu’en
Allemagne”.Etonputliredanslequotidien“StockolmsDagblad”du15janvier1879 :
“Un séparateur centrifuge destiné à l’écrémage est exposé depuis hier au premier
étage de l’immeuble du 41 Regerinsgatan et y fera l’objet d’une démonstration tous
lesjours,de11hàmidi.Lamachinepeutsecompareràuntambour,entraînéparune
courroieetunepoulie.Lacrème,pluslégèrequelelait,
est entraînée par la force centrifuge à la surface du
lait et s’écoule dans un conduit qui l’amène à un
récipient collecteur; sous celui-ci, le lait est
chassé à la périphérie du tambour et recueilli
dans un autre conduit, d’où il est amené à un
récipientcollecteurséparé.”
A partir de 1890, les séparateurs
fabriqués par Gustaf de Laval furent équipés
dedisquesconiquesspécialementconçus,dontle
brevetavaitétédéposéen1888parl’allemandFreiherr
von Bechtolsheim et acquis en 1889 par la firme
suédoise AB Separator, dont Gustaf de Laval était
actionnaire.
Aujourd’hui,laplupartdesmarquesdemachines
de ce type utilisent des piles de disques coniques.

Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.2
92
Sédimentation par gravité
Historiquement parlant, le séparateur centrifuge est d’invention récente. Il n’y a
encore qu’une centaine d’années, on utilisait le procédé naturel de la sédimentation
par gravité pour séparer une substance d’une autre.
La sédimentation peut s’observer à tout moment. Les particules d’argile mobiles
dans les flaques se déposent rapidement, rendant à l’eau sa transparence. Il en est
de même des nuages de sable brassés par les vagues ou les pieds des baigneurs.
Etant plus légère que l’eau, l’huile déversée dans la mer remonte et forme des
nappes d’huile à la surface.
Lasédimentationpargravitéconstituaitégalementlatechniqueutiliséeinitialement
en laiterie pour séparer la matière grasse du lait. On laissait reposer dans une cuve
lelaitprovenantdelatraite.Auboutd’uncertaintemps,lesglobulesgrass’agglutinaient
et flottaient à la surface, où ils formaient, au sommet du lait, une couche de crème
que l’on pouvait facilement enlever à la main.
Exigences de la sédimentation
Leliquideàtraiterdoitêtreunedispersion-unmélangededeuxphasesouplus,dont
une est continue. Dans le lait, c’est le lactosérum, ou lait écrémé, qui constitue la
phase continue. La matière grasse est dispersée dans le lait écrémé sous forme de
globules de diamètre variable, atteignant environ 15 microns au maximum. Le lait
contientégalementunetroisièmephase,constituéedeparticulessolidesdispersées
du type cellules mammaires, paille et poils pulvérisés etc.
Les phases à séparer ne doivent pas être solubles l’une dans l’autre. Des
substances en solution ne peuvent être séparées par sédimentation.
Le lactose dissous ne peut se séparer par centrifugation. On peut, cependant, le
cristalliser, puis séparer les cristaux de lactose par sédimentation.
Lesphasesàséparerdoiventenoutreavoirdespoidsspécifiquesdifférents.Les
phases du lait satisfont à cette exigence; les impuretés solides ont un poids
spécifique supérieur à celui du lait écrémé et les globules gras un poids spécifique
inférieur.
Comment fonctionne la sédimentation?
Lorsque nous lâchons une pierre dans l’eau, nous serions surpris qu’elle n’y coule
pas. De même, nous nous attendons à ce qu’un bouchon y flotte. Nous savons par
expérience qu’une pierre est “plus lourde” et un bouchon “plus léger” que l’eau.
Mais que se passe-t-il si nous lâchons une pierre dans du mercure, métal liquide
de densité très élevée? Ou si nous lâchons un morceau de fer dans du mercure?
Nous n’avons aucune expérience nous permettant de prévoir le résultat. Nous
pourrions nous attendre à ce que le morceau de fer coule. En réalité, la pierre et le
morceau de fer flottent.
Poids spécifique
Toute substance a une propriété physique appelée poids spécifique. Le poids
spécifique mesure la lourdeur d’une substance et peut s’exprimer en kg/m3
. Si nous
pesons un mètre cube de fer, nous relèverons 7 860 kg sur la balance. Le poids
spécifique du fer est donc de 7 860 kg/m3
. Le poids spécifique de l’eau à la
température ambiante est de 1 000 kg/m3
et les poids spécifiques respectifs de la
pierre (granit), du liège et du mercure à la température ambiante, de 2 700, 180 et
13 550 kg/m3
.
Sinouslaissonstomberunobjetdansunliquide,c’estfondamentalementlepoids
spécifique de l’objet, par rapport à celui du liquide, qui détermine s’il flotte ou coule.
Si le poids spécifique de l’objet est supérieur à celui du liquide, il s’enfoncera; mais
il flottera si son poids spécifique est inférieur.
Le poids spécifique est habituellement indiqué par la lettre grecque ρ. A partir du
poidsspécifiqued’uneparticuleρp
etdupoidsspécifiqueduliquideρl
,onpeutformer
l’expression (ρp
– ρl
), c’est à dire la différence de poids spécifique entre la particule
et le liquide. Si nous lâchons une pierre dans l’eau, la différence de poids spécifique
sera de (2 700 - 1 000) = 1 700 kg/m3
. Le résultat est un nombre positif, le poids
spécifique de la pierre étant supérieur à celui de l’eau : la pierre coule!
Pour un bouchon lâché dans l’eau, l’expression est (180 - 1 000) = -820 kg/m3
. Le
résultat est, cette fois, négatif. Du fait du faible poids spécifique du liège, le bouchon
flottera si on le laisse tomber dans l’eau; il se déplacera dans le sens opposé à la
pesanteur.
Fig. 6.2.3 Le sable et l’huile coulent et
flottent respectivement après mélange
à de l’eau.
Fig. 6.2.4 Le bouchon est plus léger
que l’eau et flotte. La pierre est plus
lourde et coule.
Les substances en solution ne
peuvent pas se séparer par
sédimentation.

Vitesse de sédimentation et de flottation
Une particule solide ou une gouttelette de liquide se déplaçant dans un fluide
visqueux sous l’effet de la gravité atteindra finalement une vitesse constante,
appelée vitesse de sédimentation. Si le poids spécifique de la particule est inférieur
à celui du fluide, la particule flottera à une vitesse de flottation. Ces vitesses sont
expriméesparvg
(g=pesanteur).L’ampleurdelavitessedesédimentation/flottation
dépend des grandeurs physiques suivantes :
• Diamètre des particules d (m)
• Poids spécifique des particules ρp
(kg/m3
)
• Poids spécifique de la phase continue ρl
(kg/m3
)
• Viscosité de la phase continue η (kg/m/s)
• Force d’attraction de la pesanteur g = 9,81 m/s2
Si les valeurs de ces grandeurs sont connues, la vitesse de sédimentation/
flottationdelaparticuleougouttelettepeutsecalculeràl’aidedelaformulesuivante,
dérivée de la Loi de Stokes :
Fig. 6.2.5 Le fer, la pierre et le liège ont
tous des poids spécifiques inférieurs au
mercure et flottent donc.
La formule ci-dessus (Equation 1) montre que la vitesse de sédimentation/flottation
de la particule ou gouttelette :
• augmente du carré du diamètre de la particule; autrement dit, une particule de
2cm de d se déposera ou remontera 4 fois plus vite (2 2
= 4) qu’une particule de
1 cm de d.
• augmente à mesure qu’augmente la différence de densité entre les phases.
• augmente à mesure que diminue la viscosité de la phase continue.
Vitesse de flottation d’un globule gras
Lorsqu’on dépose du lait frais dans un vase, les globules gras se mettent à remonter
à la surface. La vitesse de flottation peut se calculer à l’aide de la formule ci-dessus.
Lesvaleursmoyennesci-aprèscorrespondentàunetempératureambianted’environ
35°C :
d = 3 µm = 3x10–6
m
(ρp
– ρl
) = (980 – 1 028) = – 48 kg/m3
η = 1,42 cP (centipoise) = 1,42x 10–3
kg/m/s
En introduisant ces valeurs dans la formule, on obtient :
1) vg
= g
18 η
d2
(ρp
– ρl
)
1) vg
=
18 x 1,42 x 10–3
x 9,81 =
9 x 10–12 x 48
18 x 1,42 x 10–3
x 9,81 =
= 0,166 x 9,81 = 10–6
m/s = 0,166–3
mm/s = 0,597 mm/h
(3 x 10–6
) x 48
Comme indiqué ci-dessus, les globules gras remontent très lentement. Un globule
gras de 3 microns de diamètre remonte à une vitesse de flottation de 0,6 mm/h. La
vitesse d’un globule gras de taille double sera de 22
x 0,6 = 2,4 mm/h. En réalité, les
globules gras s’agglomèrent en agrégats plus importants et la flottation s’effectue
doncbeaucoupplusrapidement.
La figure 6.2.6 montre de façon schématique comment des globules gras de
différents diamètres se déplacent dans le lactosérum sous l’effet de la gravité. Au
temps zéro, les globules gras sont au fond du vase. Au bout de t minutes, la
sédimentation a atteint une certaine ampleur et au bout de 3 t minutes, le plus gros
des globules gras a atteint la surface. Le globule de taille moyenne est alors remonté
à mi-chemin de la surface, mais le plus petit globule n’a encore couvert qu’un quart
de la distance.

94
h
vg
w
vg = g
d2
( ρp – ρl )
1 t
3 t
2 t
0
18 η
ρp – ρl = 2 a
2 η g
d 1.4d 2d
s
2s 4s
Le globule de taille moyenne atteindra la surface en 6 t minutes, mais il faudra au
plus petit globule 12 t minutes pour y parvenir.
Fig. 6.2.6 Vitesses de flottation de globules gras de différents diamètres.
Fig. 6.2.7 Récipients de sédimentation contenant le même volume, mais à distances de sédimentation différentes (h1
et h2
; h1
> h2
).
A B
Fig. 6.2.9 Des plateaux horizontaux
dans le récipient de séparation
augmentent le débit de sédimentation.
Fig. 6.2.8 Récipient permettant la
séparation continue de solides d’un
liquide.
Séparation discontinue par gravité
Dans le récipient A (Figure 6.2.7), contenant une dispersion dans laquelle la phase
dispersée est constituée de particules solides de diamètre d uniforme et de poids
spécifique supérieur à celui du liquide, la suspension doit être laissée suffisamment
longtempspourquelesparticulesatteignentlefondàpartirdelasurface.Ladistance
de sédimentation est, dans ce cas, h1
m.
Le temps nécessaire à une séparation complète peut être réduit en réduisant la
distancedesédimentation.Lahauteurduvase(B)aétéréduiteetsasurfaceaccrue,
de manière à ce qu’il conserve le même volume. La distance de sédimentation (h2
)
est réduite à 1/5e
de h et le temps nécessaire à une séparation complète est donc
également réduit à 1/5e
. Plus la distance de sédimentation et le temps sont réduits,
cependant, et plus la surface du vase est importante.
Séparation continue par gravité
La figure 6.2.8 illustre un récipient simple, utilisable pour la séparation continue de
particules de diamètre non uniforme d’un liquide. Le liquide contenant les particules
boueuses est introduit à une des extrémités du vase et s’écoule vers un déversoir à
l’autre extrémité, selon un certain débit. Sur leur chemin, les particules se déposent
à des vitesses différentes, du fait de leurs diamètres différents.
Des plateaux augmentent le débit
On peut augmenter le débit du récipient de sédimentation en en augmentant la
surface totale, mais ceci le rend encombrant et peu maniable. Il est préférable
d’augmenter la surface disponible pour la séparation en montant dans le bac des
plateaux horizontaux, comme illustré sur la figure 6.2.9.
h1
h2
h
h1
Distance de
sédimentation, s
Temps, t
Sortie
Entrée

Nous disposons désormais d’un certain nombre de “canaux de séparation” où la
sédimentation des particules peut s’effectuer à la même vitesse que dans le bac de
la figure 6.2.8. Le débit total du vase est multiplié par le nombre de canaux de
séparation.Lasurfacetotaledisponiblepourlaséparation(c’estàdirelenombretotal
de surfaces de plateaux), multipliée par le nombre de canaux de séparation,
détermine le débit maximal qui peut traverser le bac sans perte d’efficacité, c’est à
dire sans permettre à des particules quelconques de taille limite ou supérieure de
s’échapper avec le liquide clarifié.
Lorsqu’une suspension est séparée en continu dans un vase à plateaux
horizontaux,lescanauxdeséparationserontfinalementobstruésparl’accumulation
des particules déposées. La séparation sera alors stoppée.
Silerécipientestéquipédeplateauxinclinés,etnonplushorizontaux,commesur
la figure 6.2.10, les particules se déposant sur les plateaux sous l’effet de la gravité
glisseront le long des plateaux et seront recueillies au fond du vase.
Pourquoilesparticulesdéposéessurlesplateauxnesont-ellespaschasséespar
le liquide qui s’écoule vers le haut entre les plateaux? L’explication nous est donnée
par la figure 6.2.11 qui montre une vue en coupe d’un canal de séparation. Lorsque
le liquide passe entre les plateaux, la couche limite de liquide la plus proche des
plateaux est freinée par friction et la vitesse tombe à zéro.
Cette couche limite immobile exerce un effet de freinage sur la couche voisine et
ainsi de suite, vers le centre du canal où la vitesse est la plus élevée. On obtient ainsi
le profil de vitesse illustré sur la figure - l’écoulement dans le conduit est laminaire.
Les particules sédimentées dans la zone limite immobile ne sont par conséquent
soumises qu’à la pesanteur.
On utilise la surface projetée pour calculer le débit maximum à travers un vase à
plateaux inclinés.
Pour utiliser à plein le débit d’un récipient de séparation, il faut y installer un
maximumdesurfacedesédimentationdesparticules.Ladistancedesédimentation
n’influe pas directement sur le débit, mais on devra conserver une largeur de canal
minimum, pour éviter le colmatage des canaux par les particules déposées.
Séparation continue d’une phase solide et de deux
phases liquides
On peut utiliser un appareil analogue
à celui illustré sur la figure 6.2.12 pour
séparer l’un de l’autre deux liquides
mélangés,parl’actiondelagravité,et
pour séparer simultanément du
mélange des particules solides
boueuses.
Depuis l’orifice d’entrée, la
dispersion coule vers le fond et passe
par l’ouverture B. Une couche
interfaciale s’écoule alors à
l’horizontale au niveau de B. Les
particules solides, dont la densité est
supérieure à celle des deux liquides,
se déposent au fond du vase depuis ce niveau. La moins dense des deux phases
liquides remonte vers la surface et s’écoule du vase par le déversoir B1
. La phase
liquide la plus dense descend, passe sous la cloison B2
et sort par l’orifice de sortie
inférieur. La cloison B2
empêche le liquide le plus léger d’aller dans le mauvais sens.
Séparation par la force centrifuge
Vitesse de sédimentation
Un champ de force centrifuge est créé lorsqu’on remplit un récipient de liquide et le
fait tourner, comme illustré sur la figure 6.2.13. Ceci engendre une accélération
centrifuge a. L’accélération centrifuge n’est pas constante comme la gravité g dans
un récipient fixe. Elle augmente avec l’éloignement de l’axe de rotation (rayon r) et
la vitesse de rotation, exprimée sous forme de vitesse angulaire ω - figure 6.2.14.
Fig. 6.2.11 Vitesses des particules en
différents points du canal de
séparation. La longueur des flèches
correspond à la vitesse des particules.
Fig. 6.2.12 Récipient permettant la
séparation continue de deux phases
liquides mélangées et la sédimentation
simultanée de phases solides.
B Orifice d’entrée
B1
Déversoir du liquide léger
B2
Cloison empêchant le liquide le plus
léger de sortir par l’orifice de sortie
du liquide le plus lourd.
Fig. 6.2.13 Force centrifuge engendrée
par la rotation d’un récipient.
hl
hh
hs
B1
B2
B
Fig. 6.2.10 Récipient de sédimentation
à plateaux inclinés, assurant un
écoulement laminaire et le glissement
des particules vers le fond.
Sortie
Entrée
Entrée

96
On obtient la formule 3) ci-après en substituant l’accélération centrifuge, a,
exprimée sous la forme rω2
, à l’accélération de la pesanteur, g, dans l’équation 1 de
la Loi de Stokes susmentionnée.
On peut utiliser l’équation 3) pour calculer la vitesse de sédimentation, v, des
différentes particules dans le séparateur centrifuge.
Vitesse de flottation d’un globule gras
L’équation 1) utilisée auparavant montrait que la vitesse de flottation d’un globule
gras isolé de 3 microns de diamètre était de 0,166 x 10-6
m/s ou 0,6 mm/h, sous l’effet
de la gravité.
L’équation 3) permet désormais de calculer la vitesse de flottation d’un globule
gras de même diamètre en un point radial de 0,2 m, dans un séparateur centrifuge
tournant à une vitesse n = 5 400 tr/mn.
La vitesse angulaire peut se calculer à l’aide de la formule :
4)
si 2 π = un tour et
n = tours par minute (tr/mn)
pour une vitesse de rotation (n) de 5 400 tr/mn, la vitesse angulaire (ω) sera :
ω = 564,49 rad/s
La vitesse de sédimentation (v) sera donc :
v = x 0,2 x 564,492
= 0,108 x 10–2
m/s
soit 1,08 mm/s ou 3 896,0 mm/h.
En divisant la vitesse de sédimentation dans un champ de force centrifuge par la
vitesse de sédimentation dans le champ de la pesanteur, on obtient l’efficacité de la
séparation centrifuge, par rapport à la sédimentation par gravité. La vitesse de
sédimentation dans le séparateur centrifuge est 3 896,0/0,6 ≈ 6 500 fois plus rapide.
Séparation continue de particules solides –
Clarification
La figure 6.2.15 illustre un bol centrifuge permettant la séparation continue de
particules solides d’un liquide. Cette opération est appelée clarification. Imaginons
que le vase de sédimentation de la figure 6.2.10 est incliné à 90° et tourne autour de
l’axe de rotation. On obtient une vue en coupe d’un séparateur centrifuge.
Canaux de séparation
La figure 6.2.15 montre également que le bol centrifuge comporte des plateaux
internes sous la forme de disques coniques. Ceci augmente la surface disponible
L’accélération peut se calculer à l’aide de la formule 2).
ω
rω2 r
Fig. 6.2.14 Séparateur simple.
a = r ω2
2)
3)
w = rad/s (radians par seconde)
60
2 π x n
Fig. 6.2.15 Le récipient à plateaux peut
être incliné à 90° et animé d’un
mouvement de rotation, créant ainsi un
bol centrifuge de séparation continue
des particules solides d’un liquide.
Clarification = Séparation des
particules solides d’un liquide.
d2
(ρp
– ρl
)
18η
vc
= rω2
18 x 1,42 x 10–3
3 x 10–6)2 x 48

pour la sédimentation. Les disques reposent les uns sur les autres et constituent un
ensembleappelépilededisques.Desbandesradiales,appeléespiècesd’écartement,
sont soudées aux disques pour les maintenir à l’écartement correct. Ceci forme les
canauxdeséparation,dontlalargeurdépenddel’épaisseurdespiècesd’écartement.
La figure 6.2.16 montre comment le liquide pénètre dans le canal au niveau du
bord extérieur (rayon r1
), en sort au niveau du bord intérieur (rayon r2
) et continue
jusqu’à l’orifice de sortie. Lors de la traversée du canal, les particules se déposent
à l’extérieur vers le disque, qui forme la limite supérieure du canal.
La vitesse w du liquide n’est pas identique dans toutes les parties du canal. Elle
varie de pratiquement zéro à proximité immédiate des disques jusqu’à une valeur
maximale au centre du canal. La force centrifuge s’exerce sur toutes les particules,
les forçant vers la périphérie du séparateur, à une vitesse de sédimentation v. Une
particule se déplace donc simultanément à une vitesse w avec le liquide et dans le
sens radial, à la vitesse de sédimentation v, vers la périphérie.
La vitesse résultante, vp
, est la somme de ces deux mouvements. La particule se
déplace dans le sens indiqué par le vecteur vp
. (Pour simplifier, on suppose que la
particule se déplace en ligne droite, comme indiqué par la ligne discontinue de la
figure).
Pour être séparée, la particule doit se déposer sur le plateau supérieur avant
d’atteindre le point B’, autrement dit à un rayon égal ou supérieur à r2
. Une fois la
particule déposée, la vitesse du liquide à la surface du disque est si faible que la
particule n’est plus entraînée avec le liquide. Elle glisse donc vers l’extérieur, sur le
dessous du disque, sous l’effet de la force centrifuge, est chassée du bord extérieur
en B et se dépose sur la paroi périphérique du bol centrifuge.
La particule limite
Laparticulelimiteestuneparticulequi,dufaitdesataille,atteindratoutjusteledisque
supérieur au point B’, en partant de la position la moins favorable, c’est à dire le point
A de la figure 6.2.17. Toutes les particules de taille supérieure à la particule limite
seront séparées.
La figure montre que des particules de taille inférieure à la particule limite seront
également séparées si elles pénètrent dans le canal au point C, situé quelque part
entre A et B. Plus la particule sera petite et plus C devra être proche de B pour en
obtenir la séparation.
Séparation centrifuge continue du lait
Clarification
Dans un clarificateur centrifuge, le lait est introduit dans les canaux de séparation au
niveau du bord extérieur de la pile de disques, s’écoule dans le sens radial vers
l’intérieur, dans les canaux, vers l’axe de rotation, et sort par l’orifice de sortie au
sommet,commeillustrésurlafigure6.2.18.Lorsdelatraverséedelapilededisques,
lesimpuretéssolidessontséparéesetchasséessurledessousdesdisques,jusqu’à
la périphérie du bol du clarificateur. Elles y sont recueillies dans la chambre à
sédiments. Le lait traversant toute la largeur radiale des disques, le temps de
passage permet également la séparation des très petites particules. La différence
caractéristique entre un clarificateur et un séparateur centrifuge réside dans la
conception de la pile de disques - sans orifices de distribution sur le clarificateur - et
le nombre d’orifices de sortie - un seul sur le clarificateur, deux sur le séparateur.
Séparation
Dansunséparateurcentrifuge,lapilededisquesestéquipéed’orificesdedistribution
alignés verticalement. La figure 6.2.19 montre de façon schématique comment les
globulesgrassontséparésdulaitdanslapilededisquesd’unséparateurcentrifuge.
La figure 6.2.20 illustre ce phénomène de façon plus détaillée.
B'
A'
A
B
ω
α
w
v
vp
r1
r2
Fig. 6.2.18 Dans le bol d’un
clarificateur centrifuge, le lait pénètre
dans la pile de disques au niveau de la
périphérie et coule vers l’intérieur, par
les conduits.
Fig. 6.2.16 Schéma simplifié d’un
canal de séparation, montrant le mode
de déplacement d’une particule solide
dans le liquide lors de la séparation.
B'
A'
A
B
r1
ω
C
r2
Fig. 6.2.17 Toutes les particules de
taille supérieure à la particule limite
seront séparées si elles se situent dans
la zone grisée.

98
Lelaitestintroduitparlesorificesdedistributiondesdisques,alignésverticalement,
à une certaine distance du bord de la pile de disques. Sous l’effet de la force
centrifuge, les sédiments et les globules gras du lait commencent par se déposer
dans le sens radial, vers l’extérieur ou l’intérieur, dans les canaux de séparation, en
fonction de leur poids spécifique par rapport à celui du fluide continu (lait écrémé).
Comme dans le clarificateur, les impuretés solides de densité élevée du lait se
déposent rapidement vers l’extérieur, vers la périphérie du séparateur, et sont
recueillies dans la chambre à boues. La sédimentation des solides est facilitée par
le fait que le lait écrémé circule, en l’occurrence, vers l’extérieur, vers la périphérie
de la pile de disques.
La crème, c’est à dire les globules gras, a un poids spécifique inférieur à celui du
lait écrémé et se déplace donc dans les canaux vers l’intérieur, en direction de l’axe
de rotation. La crème continue jusqu’à l’orifice de sortie.
Lelaitécrémésedéplaceversl’extérieur,jusqu’àlachambreextérieuredelapile
de disques et gagne de là son orifice de sortie concentrique, par un conduit ménagé
entre le sommet de la pile de disques et le couvercle conique du séparateur.
Efficacité de l’écrémage
La quantité de matière grasse que l’on peut séparer du lait dépend de la conception
duséparateur,delavitessed’écoulementdulaitàtraverscelui-cietdeladistribution
des tailles des globules gras.
Les globules gras les plus petits, habituellement < 1 micron, n’ont pas le temps
de monter au débit spécifié, mais sont entraînés hors du séparateur avec le lait
écrémé.Lateneurrésiduelleenmatièregrassedulaitécrémésesituehabituellement
entre 0,04 et 0,07% et l’on dit alors que la capacité d’écrémage de la machine est
de 0,04 à 0,07.
La vitesse d’écoulement dans les canaux du séparateur sera réduite si l’on réduit
ledébitàtraverslamachine.Cecidonneauxglobulesgrasdavantagedetempspour
monter et être chassé par l’orifice de sortie de la crème. L’efficacité de l’écrémage
d’un séparateur augmente donc lorsque l’on réduit le débit, et vice versa.
Teneur en matière grasse de la crème
Le lait entier fourni au séparateur est évacué sous forme de deux écoulements, lait
écréméetcrème,lacrèmereprésentantenviron10%dudébittotal.Dupourcentage
évacué sous forme de crème dépend la teneur en matière grasse de la crème. Si le
lait entier contient 4% de matière grasse et si le débit est de 20 000 l/h, la quantité
totale de matière grasse passant par le séparateur sera de
4 x 20 000
100
Supposons que l’on veuille obtenir de la crème à 40% de teneur en matière
grasse. Cette quantité de matière grasse doit être diluée avec une certaine quantité
de lait écrémé. La quantité totale de liquide évacuée sous forme de crème à 40%
sera donc de
800 x 100
40
800 l/h de matière grasse pure et les 1 200 l/h restants de “lait écrémé”.
Le montage de vannes modulantes aux orifices de sortie de la crème et du lait
écrémé permet d’ajuster les volumes
respectifs des deux écoulements, de
manière à obtenir la teneur en matière
grasse désirée dans la crème.
Fig. 6.2.19 Le lait pénètre dans la pile de
disques par les orifices de distribution,
dans le bol d’un séparateur centrifuge.
Fig.6.2.20Vueencouped’unepartie
de la pile de disques, montrant l’entrée du
lait par les orifices de distribution et la
séparation des globules gras du lait écrémé.
Fig. 6.2.21 Pile de disques
avecorificesdedistributionet
piècesd’écartement.
La taille des globules gras varie
pendantlapériodedelactationdela
vache,autrementditdelaparturition
au tarissement. Les globules de
grande taille ont tendance à
prédominerjusteaprèslaparturition,
et le nombre de petits globules
augmenteverslafindelapériodede
lactation.
= 800 l/h.
= 2 000 l/h.

Ejection des solides
Les solides recueillis dans la chambre à sédiments du bol du séparateur sont
constituésdepailleetdepoils,decellulesmammaires,decellulessomatiquestelles
leucocytes, de bactéries etc. La quantité totale de sédiments présente dans le lait
varie mais peut être d’environ 1 kg/10 000 litres. Le volume de la chambre à
sédiments varie en fonction de la taille du séparateur - habituellement de 10 à 20 l.
Danslesséparateursdelaitdutypeàrétentiondessolides,ilfautdémonterlebol
àlamainetnettoyerlachambreàsédimentsàdesintervallesrelativementfréquents.
Ceci implique une main-d’oeuvre importante.
Les bols de séparateurs modernes à éjection des solides ou auto-nettoyants
sont équipés de systèmes d’éjection automatique des sédiments accumulés, à
des intervalles préréglés. Ceci supprime tout besoin de nettoyage manuel.
Lesystème d’évacuation des solides est décrit à la fin de ce chapitre, au
paragraphe “Système de chasse”.
L’éjection des solides s’effectue habituellement toutes les 30 ou 60 minutes, lors
de la séparation du lait.
Conception de base du séparateur centrifuge
Les vues en coupe d’un séparateur centrifuge des figures 6.2.25 et 6.2.26 montrent
que le bol comprend deux éléments principaux, le corps et le couvercle, solidarisés
par un anneau de blocage fileté. La pile de disques est fixée entre le couvercle et le
distributeur, au centre du bol.
Les séparateurs modernes sont de deux types : semi-ouverts et hermétiques.
Type semi-ouvert
Les séparateurs centrifuges à turbines centripètes en sortie (figure 6.2.23) sont
appeléssemi-ouverts(parrapportauxtypesouvertsplusanciensàéjectionpartrop-
plein).
Dans le séparateur semi-ouvert, le lait est amené au bol du séparateur par un
orificed’entrée,situéhabituellementausommetdel’appareil,parl’intermédiaired’un
tube d’alimentation axial fixe.
Lorsque le lait pénètre dans le distributeur nervuré (1), il est accéléré jusqu’à la
vitessederotationdubol,avantdepénétrerdanslescanauxdeséparationdelapile
de disques (2). La force centrifuge projette le lait vers l’extérieur, formant un anneau
à surface intérieure cylindrique. Ceci s’effectue en contact avec de l’air à la pression
atmosphérique, le lait au niveau de la surface étant donc également à la pression
atmosphérique.Lapressionaugmenteprogressivementavecl’éloignementdel’axe
de rotation, jusqu’à atteindre son maximum à la périphérie du bol.
Les particules solides les plus lourdes se précipitent vers l’extérieur et se
déposent dans la chambre à sédiments. La crème se déplace vers l’intérieur, en
direction de l’axe de rotation, et gagne la chambre de turbine centripète à crème (3)
par des conduits. Le lait écrémé franchit le bord extérieur de la pile de disques et
gagnelachambredeturbinecentripèteàlaitécrémé(4),
enpassantentreledisquesupérieuretlecouvercledu
bol.
Turbine centripète
Dans le séparateur semi-ouvert, les sorties de
crème et de lait écrémé comportent des
dispositifs de sortie spéciaux - les turbines
centripètes, dont un exemple est
illustrésurlafigure6.2.24.Dufaitde
ce type de sortie, les séparateurs
semi-ouvertssontsouventappelés
séparateurs à turbine centripète.
Lesbordsdesdisquesfixesdes
turbinescentripètesplongentdans
lescolonnesdeliquideenrotation,
prélevant en continu une certaine
quantité de liquide. L’énergie
cinétique du liquide en rotation est
convertie en pression dans la
turbine centripète et la pression
Fig. 6.2.22 Ejection des solides par
brève ouverture de la chambre de
sédimentation à la périphérie du bol.
Fig. 6.2.23 Séparateur autonettoyant
semi-ouvert (à turbine centripète).
1 Distributeur
2 Pile de disques
3 Chambre de turbine centripète à
crème
4 Chambre de turbine centripète à lait
écrémé
3
1
4
2
Fig. 6.2.24 Sortie à turbine centripète
au sommet du bol semi-hermétique.

100
Lait d’alimentation
Lait écrémé
Crème
1
2
3
4
5
Fig. 6.2.25 Vue en coupe du bol et des
sorties d’un séparateur hermétique
moderne.
1 Pompes de sortie
2 Couvercle du bol
3 Orifice de distribution
4 Pile de disques
5 Anneau de blocage
6 Distributeur
7 Fond mobile
du bol
8 Corps du bol
9 Arbre creux
du bol
1
6
8
9
7
10
11
12
13
14
16
15
est toujours égale à la perte de charge dans la canalisation aval.
Une augmentation de la pression aval indique un déplacement vers l’intérieur du
niveau de liquide dans le bol. Ceci contrebalance automatiquement les effets d’une
modulation aux sorties. Pour éviter l’aération du produit, il faut impérativement que
les turbines centripètes soient suffisamment recouvertes de liquide.
Type hermétique
Dans le séparateur hermétique, le lait est amené au bol par l’arbre du bol. Il est
accéléré à la même vitesse de rotation que le bol, puis passe dans la pile de disques
par les orifices de distribution.
Fig. 6.2.26 Vue en coupe d’un
séparateur hermétique moderne.
10 Couvercle du bâti
11 Cyclone à sédiments
12 Moteur
13 Frein
14 Réducteur
15 Circuit d’eau de manoeuvre
16 Arbre creux du bol

Le bol d’un séparateur hermétique est intégralement rempli de lait lors du
fonctionnement. Il n’y a pas d’air au centre. On peut donc considérer le séparateur
hermétique comme un élément d’un système de canalisations fermé.
La pression engendrée par la pompe de produit extérieure suffit à vaincre la
résistanceàl’écoulementàtraversleséparateur,jusqu’àlapomped’évacuation,aux
sorties de crème et de lait écrémé. Le diamètre des turbines de pompe peut être
dimensionné en fonction de la pression de sortie requise.
Régulation de la teneur en
matière grasse de la crème
Séparateur à turbine centripète
Le volume de crème en sortie du séparateur à turbine centripète est régulé par une
vannemodulante,montéeàl’orificedesortiedelacrème.Sil’onouvreprogressivement
la vanne, des quantités de crème de plus en plus importantes, avec une teneur en
matière grasse de plus en plus faible, seront chassées par l’orifice de sortie de la
crème.
Undébitdesortiedonnécorresponddoncàuneteneurenmatièregrassedonnée
de la crème. Si la teneur en matière grasse du lait entier est de 4% et que l’on
souhaite obtenir de la crème à 40% de matière grasse, on devra régler le débit de
sortie de la crème à 2 000 l/h (selon le calcul susmentionné). La pression de la sortie
de lait écrémé (n°1 de la figure 6.2.27) se règle à l’aide d’une vanne de régulation à
une certaine valeur, en fonction du séparateur et du débit. Puis on règle la vanne
modulante (2) de la sortie de crème, de manière à obtenir le volume d’écoulement
correspondant à la teneur en matière grasse requise.
A toute modification de la sortie de crème correspondra une modification égale
et opposée de la sortie de lait écrémé. La sortie de lait écrémé est équipée d’un
système à pression constante automatique, qui maintient une contre-pression
constante, quelles que soient les modifications du débit de crème.
Débitmètre de crème
Danslesséparateursàturbinecentripète,levolumedecrèmeévacuéestrégulépar
une vanne modulante (2) à débitmètre (3) incorporé. Le diamètre d’ouverture de la
vanne se règle à l’aide d’une vis et le débit modulé traverse un tube de verre gradué.
Ce tube contient un flotteur cylindrique, que l’écoulement de crème soulève jusqu’à
un point de l’échelle graduée qui varie en fonction du débit et de la viscosité de la
crème.
En analysant la teneur en matière grasse de l’alimentation en lait entier et en
calculant le débit de crème à la teneur en matière grasse désirée, on pourra obtenir
unréglageapproximatifdudébitetréglerlavisdelavannemodulanteenconséquence.
On pourra effectuer le réglage fin après avoir analysé la teneur en matière grasse de
lacrème.L’opérateurconnaîtraalorsleniveauduflotteursurl’échellegraduéequand
la teneur en matière grasse de la crème est correcte.
Les variations de la teneur en matière grasse de l’alimentation en lait entier et les
variations du débit dans la canalisation influent sur la teneur en matière grasse de la
crème. On utilise d’autres types d’appareils, par exemple des systèmes
automatiques en ligne, pour mesurer la teneur en matière grasse de la
crème, conjointement à des systèmes de régulation maintenant la teneur
en matière grasse à une valeur constante.
Séparateur hermétique
La figure 6.2.28 illustre le système à pression constante automatique d’un
séparateur hermétique. La vanne illustrée est une vanne à membrane et la
pression de produit requise se règle en introduisant de l’air comprimé au-
dessus de la membrane.
Lors de la séparation, la pression d’air constante s’exerçant au-dessus et la
pressionduproduit(laitécrémé)s’exerçantau-dessousinfluentsurlamembrane.La
pression d’air préréglée contraint la membrane à s’abaisser si la pression du lait
écrémé diminue. Le clapet de la vanne, fixé à la membrane, va donc descendre et
réduire le passage. Cette modulation augmente la pression de sortie du lait écrémé
jusqu’àlavaleurpréréglée.Onenregistrelaréactionopposéeencasd’augmentation
de la pression du lait écrémé, la pression préréglée étant ainsi à nouveau rétablie.
Fig. 6.2.28 Bol de séparateur
hermétique dont la sortie de lait écrémé
est équipée d’un système à pression
constante automatique.
Fig. 6.2.27 Séparateur à turbine
centripète à sorties équipées de
systèmes de régulation manuels.
1 Sortie de lait écrémé à vanne de
régulation de pression
2 Vanne modulante de crème
3 Débitmètre de crème
2
3
1

102
Différences de performances en sortie des séparateurs
hermétiques et à turbine centripète
La figure 6.2.29 est une représentation simplifiée des sorties de crème d’un
séparateuràturbinecentripèteetd’unséparateurhermétique.Elleillustreégalement
une importante différence entre ces deux machines. Dans le séparateur à turbine
centripète,lediamètreextérieurdudisquedelaturbinecentripètedoitpénétrerdans
la colonne de liquide en rotation. La distance dépend de la teneur en matière grasse
de la crème. La teneur en matière grasse est la plus élevée au niveau intérieur de
crème libre dans le séparateur, à partir duquel elle se réduit progressivement, à
mesure que le diamètre augmente.
Une augmentation de la teneur en matière grasse de la crème en sortie du
séparateur demande une augmentation de la distance entre le niveau intérieur de
crème libre et la périphérie extérieure de la turbine centripète, donc du niveau de
crèmeforcéversl’intérieur.Lateneurenmatièregrasseauniveauintérieurdecrème
libre doit donc être beaucoup plus élevée si l’on veut, par exemple, obtenir de la
crèmeà40%ensortie.Lacrèmedevraêtresurconcentrée-àuneteneurenmatière
grassesupérieure-parrapportàcellesortantduséparateur.Cecirisqued’entraîner
ladestructiondesglobulesgrasdanslazonelaplusintérieure,faceàlacolonned’air,
du fait de l’augmentation du frottement. D’où une perturbation des globules gras,
entraînant des problèmes de collage et une sensibilité accrue à l’oxydation et à
l’hydrolyse.
Lacrèmesortantduséparateurhermétiqueestprélevéeaucentre,làoùlateneur
en matière grasse est la plus élevée. Une surconcentration ne s’impose donc pas.
Lors du prélèvement de crème à teneur en matière grasse élevée, la différence
de performances en sortie est encore plus importante. A 72%, la matièr e grasse est
concentrée à un point tel que les globules gras sont, en fait, en contact les uns avec
lesautres.Ilseraitimpossibled’obtenirunecrèmeatteignantcetteteneurenmatière
grassed’unséparateuràturbinecentripète,carlacrèmedevraitêtrealorsfortement
surconcentrée.Lapressionnécessairenepeutêtreengendréedansunséparateur
à turbine centripète. On peut cependant créer des pressions élevées dans un
séparateur hermétique, ce qui permet d’y séparer de la crème dont la teneur en
matière grasse dépasse 72% de globules gras.
Système de chasse
Production et NEP
Lors de la séparation, le fond intérieur du bol - le fond mobile du bol - est pressé vers
lehautcontreunebagued’étanchéitéducouvercledubol,parlapressionhydraulique
del’eausituéeau-dessous.Lapositiondufondmobileduboldépenddeladifférence
des pressions s’exerçant au sommet et au fond de celui-ci, et dues respectivement
1
2
3
4
Fig. 6.2.29 Sortie de crème d’un séparateur à turbine centripète et d’un
séparateur hermétique et concentrations en matière grasse correspondantes de
la crème à différentes distances.
1 Colonne d’air
2 Niveau extérieur de la crème
3 Niveau intérieur de la crème
4 Niveau correspondant à la
teneur en matière grasse de
la crème désirée
Conc. en
mat. grasse
(%)
Conc. en
mat. grasse
(%)
Distance Distance

au produit et à l’eau.
Les sédiments provenant du produit et des solutions de NEP sont recueillis dans
la chambre à sédiments, à la périphérie extérieure du bol, jusqu’à déclenchement
d’un système de chasse. Pour nettoyer efficacement les surfaces de bol plus
importantes de séparateurs centrifuges de grandes dimensions, un volume de
sédiments et de liquide plus important est chassé lors du rinçage à l’eau du cycle de
nettoyage.
Chasse
Le cycle de chasse des sédiments peut être déclenché automatiquement par une
minuterieprérégléeouuncapteurquelconqueduprocédé,ouencoremanuellement
par bouton-poussoir.
Le détail du cycle de chasse des sédiments varie en fonction du type de
séparateur centrifuge, mais il consiste fondamentalement à ajouter un volume d’eau
déterminé, pour déclencher la vidange de l’“eau d’équilibrage”. Lorsque l’eau est
vidangéedel’espacesouslefondmobiledubol,celui-cidescendinstantanémentet
les sédiments peuvent s’échapper à la périphérie du bol. De l’“eau d’équilibrage”
neuve, destinée à fermer le bol, est introduite automatiquement par le circuit d’eau
de manoeuvre et repousse le fond mobile du bol vers le haut, l’appliquant ainsi
hermétiquement contre la bague d’étanchéité. La chasse des sédiments s’effectue
en quelques dixièmes de seconde.
Le bâti du séparateur centrifuge absorbe l’énergie des sédiments sortant du bol
rotatif. Les sédiments sont chassés du bâti par gravité, vers un égout, un réservoir
ou une pompe.
Entraînements
Dans un séparateur de laiterie, le bol est monté sur un arbre vertical, reposant sur
un jeu de roulements supérieurs et inférieurs. Sur la plupart des séparateurs
centrifuges, l’arbre vertical est raccordé à l’arbre du moteur par un réducteur à vis
sans fin horizontal, qui lui confère une vitesse appropriée, et un dispositif
d’accouplement. Il existe différents types d’accouplement à friction, mais la friction
s’avère souvent irrégulière, aussi préfère-t-on souvent utiliser des accouplements
directs à cycle de démarrage contrôlé.
Fig. 6.2.30 Système de vannes
fournissant de l’eau de manoeuvre à un
séparateur, de manière à assurer un
niveau de chasse approprié.
2
1
1 Fond mobile du bol
2 Orificed’évacuation
des sédiments
Eau de
manoeuvre
Air
comprimé

104
Standardisation de la teneur
en matière grasse du lait et
de la crème
Principales méthodes de calcul du
mélange des produits
La standardisation de la teneur en matière grasse consiste à ajuster la teneur en
matière grasse du lait ou d’un produit laitier par adjonction de crème ou de lait
écrémé, suivant le cas, de manière à obtenir une teneur en matière grasse donnée.
Il existe diverses méthodes de calcul des quantités de produits à teneurs en
matière grasse différentes qu’il faut mélanger pour obtenir une teneur en matière
grasse finale donnée. Elles permettent le mélange de lait entier et de lait écrémé, de
crème et de lait entier, de crème et de lait écrémé et de lait écrémé et de matière
grasse anhydre (AMF).
Unedecesméthodes,fréquemmentutilisée,tiréeduDictionnairedelalaiteriede
J.G. Davis, est illustrée par l’exemple ci-après :
Combien de kilos de crème à A% de matièr e grasse doivent être mélangés à du
lait écrémé à B% de matière grasse pour obtenir un mélange contenant C% de
matière grasse? La réponse s’obtient sur un rectangle, illustré sur la figure 6.2.31, où
sont disposés les chiffres spécifiés pour les teneurs en matière grasse.
A Teneur en matière grasse de la crème 40%
B Teneur en matière grasse du lait écrémé 0,05%
C Teneur en matière grasse du produit fini 3%
Soustrayez les teneurs en matière grasse des diagonales, de manière à obtenir
C-B = 2,95 et A - C = 37.
Le mélange est donc 2,95 kg de crème à 40% et 37 kg de lait écrémé à 0,05%,
permettant d’obtenir 39,95 kg d’un produit standardisé contenant 3% de matière
grasse.
A partir des équations ci-dessous, on peut alors calculer les quantités de A et de
B nécessaires à l’obtention de la quantité (X) de C désirée.
X x (C – B) X x (A – C)
(C – B) + (A – C) (C – B) + (A – C)
Principe de standardisation
La crème et le lait écrémé sortant d’un séparateur ont des teneurs en matière grasse
constantes si les autres paramètres concernés sont également constants. Le
principedestandardisation-identique,quelacommandesoitmanuelleouautomatisée
- est illustré sur la figure 6.2.32.
100 kg
4%
0.05%
40%
3%
90.1 kg 97.3 kg
7.2 kg
40%
9.9 kg
40%
2.7 kg
Fig. 6.2.32 Principe de standardisation de la matière grasse.
C
3 %
A
40 %
C–B
3-0,05 %
Fig. 6.2.31 Calcul de la teneur en
matière grasse du produit C.
B
0,05
A–C
40–3 %
1) 2)
kg de A et kg de B
[également (X – équation 1)]
Lait standardisé
Crème standardisée
excédentaire

Les chiffres de l’illustration sont basés sur le traitement de 100 kg de lait entier à
4% de matièr e grasse. L’objectif est la production d’une quantité optimale de lait
standardisé à 3% et de crème contenant 40% de matière grasse.
La séparation de 100 kg de lait entier produit 90,1 kg de lait écrémé à 0,05% de
matière grasse et 9,9 kg de crème à 40% de matière grasse.
La quantité de crème à 40% qu’il faut ajouter au lait écrémé est de 7,2 kg. Ceci
donneautotal97,3kgdelaitducommerceà3%,laissant9,9-7,2=2,7kgdecrème
excédentaire à 40%. Le principe est illustré sur la figure 6.2.32.
Standardisation directe en ligne
Dans les unités de traitement du lait modernes à gamme de produits diversifiée, la
standardisation directe en ligne est habituellement combinée à la séparation. La
standardisations’effectuaitautrefoismanuellementmais,conjointementauxvolumes
de plus en plus importants à traiter, le besoin de méthodes de standardisation
rapides,constantesetcorrectes,indépendantesdesfluctuationssaisonnières,s’est
accru. On utilise des vannes de régulation, des débitmètres et des densimètres et
une boucle de régulatiton automatisée pour ajuster la teneur en matière grasse du
lait et de la crème aux valeurs désirées. Ce matériel est généralement assemblé en
unités - voir figure 6.2.33.
La pression de la sortie de lait écrémé doit être maintenue constante pour
permettre une standardisation précise. Cette pression doit être constante, quelles
que soient les variations de débit ou de perte de charge dues au matériel après
séparation, et ceci est assuré par une vanne à pression constante, montée près de
la sortie de lait écrémé.
Pour assurer la précision du procédé, il faut mesurer des paramètres variables
comme :
• les fluctuations de la teneur en matière grasse de l’alimentation en lait
• les fluctuations du débit
• les fluctuations de la température de préchauffage.
La plupart de ces variables sont interdépendantes; tout écart d’une phase du
procédé entraîne souvent des écarts de toutes ses phases. La teneur en matière
grasse de la crème peut être régulée à une valeur quelconque, dans la plage de
fonctionnement du séparateur, avec un écart-type de 0,2 à 0,3% de matièr e grasse,
basé sur la répétabilité. Pour le lait standardisé, l’écart-type basé sur la répétabilité
sera inférieur à 0,03%.
La plupart du temps, le lait entier est chauffé à 55-65°C dans le pasteurisateur,
avant d’être séparé. Après séparation, la crème est standardisée à une teneur en
matière grasse prédéfinie, puis la quantité de crème calculée, destinée à la
standardisation du lait (lait du commerce, lait de fabrication du fromage etc.), est
remélangée à une quantité de lait écrémé appropriée. La crème excédentaire est
amenée au pasteurisateur. La suite d’opérations est illustrée sur la figure 6.2.34.
Dans certaines circonstances, il est également possible d’utiliser un système de
standardisation en ligne avec un séparateur centrifuge de lait froid. Il est cependant
impératif, dans ce cas, que toutes les fractions grasses du lait restent suffisamment
longtemps à basse température (10 à 12 heures) pour assurer une cristallisation
complète, la masse volumique variant en fonction du degré de cristallisation et
Tetra Alfast
4
1
3
2
5
Fig. 6.2.33 Les systèmes de
standardisation directe en ligne sont
préassemblés.
1 Transmetteur de densité
2 Transmetteur de débit
3 Vanne de régulation
4 Panneau de commande
5 Vanne d’arrêt
Lait écrémé
Lait standardisé
Crème
Fig. 6.2.34 Principe de standardisation
directe en ligne de la crème et du lait.
Tetra Alfast
Lait entier
Lait écrémé
Lait standardisé
Crème excédentaire
standardisée
Mesure
dudébit
Mesure du débit
de crème
remélangée
Régulation
de la teneur
en matière
grasse de la
crème
Mesure
dudébit

106
4
5
2
2
1
Tetra Alfast
3
Lait écrémé
Crème standardisée
Lait entier
Teneur en matière
grasse(consigne)
Temps
Temps
Temps
Régulation du débit &
mesure de la densité
combinées -
régulation en cascade
% de matière
grasse
% de matière
grasse
% de matière
grasse
Teneur en
matière grasse
(consigne)
Teneur en matière
grasse(consigne)
Régulation du débit
Mesure de
la densité
Fig. 6.2.36 Différences de temps de
réaction entre différents systèmes de
régulation.
Fig. 6.2.35 Boucle de régulation maintenant une
teneur en matière grasse constante de la crème.
4 Tableau de commande
5 Vanne à pression constante
compromettant donc la précision de mesure du transmetteur de densité, toujours
étalonné dans les conditions standard après son installation.
Système de régulation de la matière grasse de
la crème
La teneur en matière grasse de la crème en sortie du séparateur dépend du débit de
crème. Elle est inversement proportionnelle au débit. Certains systèmes de
standardisation utilisent donc des débitmètres pour réguler la teneur en matière
grasse. Cette méthode est la plus rapide et, tant que la température et la teneur en
matière grasse du lait entier avant séparation restent constantes, elle est également
précise. La teneur en matière grasse sera fausse si ces paramètres varient.
Différents types d’appareils peuvent être utilisés pour la mesure continue de la
teneur en matière grasse de la crème. Le signal issu de l’appareil règle le débit de
crème de manière à obtenir la teneur en matière grasse correcte. Cette méthode est
précise et tient compte des variations de la température et de la teneur en matière
grasse du lait. Le réglage est lent, cependant, et il faut longtemps au système pour
revenir à la teneur en matière grasse correcte, en cas de perturbation.
Sur la figure 6.2.35, deux transmetteurs mesurent respectivement le débit de
crème standardisé et de lait écrémé. A partir de ces deux mesures de débit, le
système de régulation (4) calcule le débit de lait entier vers le séparateur. Un
transmetteur de densité (1) mesure la densité de la crème et convertit cette valeur
en teneur en matière grasse. En combinant la teneur en matière grasse et le débit
mesurés, le système de régulation actionne la vanne modulante (3) de manière à
obtenir la teneur en matière grasse désirée de la crème.
Régulation en cascade
Un système combinant une mesure précise de la teneur en matière grasse et une
mesurerapidedudébit,appelérégulationencascade,offred’importantsavantages,
illustrés sur la figure 6.2.36.
Encasdeperturbations,dues,parexemple,àdeschassespartiellespériodiques
des séparateurs centrifuges auto-nettoyants ou à des variations de la température
de la crème ou de la teneur en matière grasse de l’alimentation en lait, le diagramme
montre que :
• le système de régulation du débit utilisé seul réagit très rapidement, mais que la
teneur en matière grasse de la crème s’écarte de la valeur de consigne après
rétablissement de la stabilité.
• le système de mesure de la densité utilisé seul réagit lentement, mais que la
teneur en matière grasse de la crème revient à la valeur de consigne.
• si les deux systèmes sont combinés en une régulation en cascade, on obtient un
retour rapide à la valeur de consigne.
Le système de régulation en cascade réduit donc les pertes de produit et assure
un résultat plus précis. L’automate contrôle la teneur en matière grasse de la crème,
le débit de la crème et le réglage de la vanne de régulation de la crème.

Le transmetteur de densité du circuit (n°1 de la figure 6.2.35) mesure en continu
la densité de la crème (masse par unité de volume en kg/m3
), inversement
proportionnelle à la teneur en matière grasse, la matière grasse de la crème ayant
une densité inférieure à celui du lactosérum. Le transmetteur de densité transmet à
l’ordinateur des relevés de masses volumiques en continu, sous forme de signal
électrique. L’intensité du signal électrique est proportionnelle à la densité de la
crème.Uneaugmentationdeladensitédelacrèmeindiquequ’ilyamoinsdematière
grasse dans la crème et le signal s’intensifie.
Toute variation de la masse volumique modifie le signal du transmetteur de
densité vers l’automate; la valeur mesurée s’écarte alors de la valeur de consigne
programmée dans l’automate. Ce dernier réagit en modifiant le signal de sortie vers
lavannederégulationd’uneampleurcorrespondantàl’écartentrelavaleurmesurée
etlavaleurdeconsigne.Lapositiondelavannederégulationestmodifiéeetramène
la masse volumique (teneur en matière grasse) à la valeur correcte.
Le transmetteur de débit (n°2 de la figure 6.2.35) du circuit de régulation mesure
en continu le débit dans la canalisation de crème et transmet un signal à l’automate.
Lestransmetteursducircuitderégulation(figure6.2.35)mesurentencontinuledébit
et la densité dans la canalisation de crème et transmettent un signal à l’automate.
La régulation en cascade permet d’effectuer les corrections nécessaires du fait
de variations de la teneur en matière grasse de l’alimentation en lait entier. Elle agit
en comparant :
• le débit dans le transmetteur de débit (Le débit est proportionnel à la teneur en
matière grasse de la crème), et
• la masse volumique mesuré par le transmetteur de densité (La masse volumique
est inversement proportionnel à la teneur en matière grasse de la crème).
L’automatedutableaudecommande(4)calculealorslateneurenmatièregrasse
réelle du lait entier et commande aux vannes de régulation d’effectuer les réglages
nécessaires.
La teneur en matière grasse du lait standardisé est enregistrée en continu.
Régulation de la matière grasse par mesure de la masse
volumique
La mesure de la teneur en matière grasse de la crème est basée sur le rapport fixe
existant entre la teneur en matière grasse et la masse volumique. La teneur en
matière grasse varie en proportion inverse de la masse volumique, car la matière
grasse de la crème est plus légère que le lactosérum.
Dans ce contexte, il ne faut pas oublier que la température et la teneur en gaz
influentégalementsurlamassevolumiquedelacrème.Laplusgrandepartiedugaz,
quiconstituelaphaselapluslégèredulait,suivralaphasecrème,réduisantlamasse
volumiquedecettedernière.Ilimportedoncdemaintenirlaquantitédegazprésente
dans le lait à un niveau constant. Le lait contient toujours des quantités plus ou moins
importantes d’air et de gaz. Il peut en contenir en moyenne 6%. Une quantité d’air
supérieure entraînera différents problèmes, par exemple une imprécision dans la
mesurevolumétriquedulait,unetendanceaccrueàl’encrassementlorsduchauffage
etc. On trouvera davantage d’informations sur l’air dans le lait au chapitre 6.6 -
Dégazeurs.
La manière la plus simple et la plus fréquente d’y parvenir consiste à laisser le lait
cru reposer pendant au moins une heure dans une cuve (de stockage) avant de le
traiter.Ondevra,sinon,intégrerundégazeuràl’installation,enamontduséparateur.
La masse volumique de la crème est réduite si la température de séparation
augmente et vice versa. Pour s’affranchir de la variation de la température de
séparation,onéquipeenoutreletransmetteurdedensitéd’uncapteurdetempérature
(Pt 100), indiquant la température effective au module de commande.
Letransmetteurdedensitémesureencontinulamassevolumiqueetlatempérature
du liquide. Son principe de fonctionnement peut se comparer à celui d’un diapason.
Lorsquelamassevolumiqueduproduitmesurévarie,ilmodifiedesoncôtélamasse
vibranteetdonclafréquencederésonance.Lessignauxdelamassevolumiquesont
transmis à un module de commande.
Le transmetteur de densité est constitué par un simple tube droit, à travers lequel
s’écoule le liquide. Le tube est mis en vibration par des bobines d’excitation
extérieures, le raccordement au carter de l’appareil, et donc aux tuyauteries,
s’effectuant par l’intermédiaire de soufflets.
Letransmetteurdedensitésemonteentantquepartieintégrantedestuyauteries
et est suffisamment léger pour n’exiger aucun support spécial.
Fig. 6.2.37 Transmetteur de densité.
Fig. 6.2.38 Transmetteur de débit.
Ue
= K x B x v x D
où
Ue
= Tension d’électrodes
K = Constante de l’appareil
B = Intensité du champ magnétique
v = Vitesse moyenne
D = Diamètre du tube
D
B
Ue
v

108
Tetra Alfast
Transmetteur de débit
Onutilisedifférentstypesdedébitmètrespourlarégulationdudébit.Lesdébitmètres
électromagnétiques(figure6.2.38)necomportentaucunepiècemobilesusceptible
d’usure. Ils sont souvent utilisés, car ils n’exigent aucun entretien ou réparation. Il
n’existe aucune différence de précision entre les divers types de débitmètres.
Latêtedudébitmètreestconstituéed’untubedemesureéquipédedeuxbobines
magnétiques. Un champ magnétique est engendré à 90° par rapport au tube de
mesure, lorsqu’un courant est amené aux bobines.
Une tension électrique est induite et mesurée par deux électrodes montées dans
letubedemesure,lorsqu’unliquideconducteurtraversecedernier.Cettetensionest
proportionnelle à la vitesse moyenne du produit dans le tube et donc au débit
volumétrique.
Le transmetteur de débit contient un microprocesseur qui commande le
transformateur de courant maintenant un champ magnétique constant. La tension
desélectrodesdemesureesttransmisesàl’automatedutableaudecommande,par
l’intermédiaire d’un amplificateur et d’un convertisseur de signaux.
Vannes de régulation de débit de crème et de lait
écrémé
L’automate compare le signal de la valeur mesurée, issu du transmetteur de densité,
à un signal de référence prédéfini. Si la valeur mesurée s’écarte de la valeur de
consigne, l’automate modifie le signal de sortie vers la vanne de régulation (n°3 de
la figure 6.2.35) de la tuyauterie en aval du transmetteur de densité et repositionne
la vanne de manière à modifier le débit de crème en provenance du séparateur et à
corriger ainsi la teneur en matière grasse.
Circuit de régulation de crème remélangée
Le circuit de régulation de la figure 6.2.39 régule la quantité de crème remélangée
en continu au lait écrémé, de manière à obtenir la teneur en matière grasse requise
dans le lait standardisé. Il contient deux transmetteurs de débit (2). Le premier est
monté dans la tuyauterie de crème à remélanger et le second dans la tuyauterie de
lait standardisé, en aval du point de remélange.
Les signaux des transmetteurs de débit sont acheminés jusqu’à l’automate, qui
crée un rapport entre ces deux signaux. L’automate compare la valeur du rapport
mesurée à une valeur de référence prédéfinie et transmet un signal à une vanne de
régulation de la tuyauterie de crème.
Une teneur en matière grasse trop faible du lait standardisé indique que la crème
remélangée est insuffisante. Le rapport entre les signaux des deux transmetteurs de
débit est donc inférieur au rapport de référence et le signal de sortie de l’automate
vers la vanne de régulation est modifié. La vanne se ferme, engendrant une perte de
charge plus élevée et une pression supérieure qui force davantage de crème dans
la canalisation de remélange. Ceci influe sur le signal vers l’ordinateur; l’ajustement
s’effectue en continu et assure le remélange d’une quantité de crème correcte. Le
signal de sortie électrique de l’automate est converti en un signal pneumatique,
destiné à la vanne de régulation pneumatique.
Tetra Alfast
2
1
3
6
2
4
5
7
2
3
Fig. 6.2.40 Schéma complet de standardisation
directe automatique du lait et de la crème.
6 Vanne d’arrêt
7 Clapet de retenue
6
3
2
4
2
7
Fig. 6.2.39 Circuit de régulation du
remélange de crème au lait écrémé.
6 Vanne d’arrêt
7 Clapet de retenue
Lait standardisé
Lait écrémé
Crème
remélangée
Crème
excédentaire
Crème
Lait écrémé
Crème
Lait entier
Crème
standardisée
excédentaire
Lait
standardisé

Tetra Alfast
Le remélange est basé sur des valeurs constantes connues de teneur en matière
grasse de la crème et du lait écrémé. La teneur en matière grasse est habituellement
régulée à une valeur constante entre 35 et 40% et celle du lait écrémé dépend de
l’efficacité de l’écrémage du séparateur.
Une régulation précise de la masse volumique, combinée à une régulation de
pression constante à la sortie de lait écrémé, permet de satisfaire aux conditions
nécessaires à la régulation du remélange. La crème et le lait écrémé seront
remélangés dans les proportions exactes assurant la teneur en matière grasse
prédéfinie du lait standardisé, même en cas de variation du débit dans le séparateur
ou de la teneur en matière grasse de l’alimentation en lait entier.
Le transmetteur de débit et la vanne de régulation du circuit de remélange de la
crèmesontdemêmestypesqueceuxducircuitderégulationdelateneurenmatière
grasse.
Ligne complète de standardisation directe
Lafigure6.2.40illustreunelignedestandardisationdirectecomplète.Lesystèmede
régulation de pression de la sortie de lait écrémé (5) maintient une pression
constante, quelles que soient les fluctuations de la perte de charge dans le matériel
enaval.Lesystèmederégulationdelacrèmemaintientuneteneurenmatièregrasse
constantedelacrèmeévacuéeduséparateur,enréglantledébitdecrèmeensortie.
Ceréglageestindépendantdesvariationsdudébitoudelateneurenmatièregrasse
de l’alimentation en lait entier. Enfin, le régulateur de rapport mélange de la crème
à teneur en matière grasse constante à du lait écrémé, dans les proportions exactes
assurant au lait standardisé une teneur en matière grasse spécifiée. L’écart-type,
basé sur la répétabilité, est inférieur à 0,03% pour le lait et 0,2 à 0,3% pour la crème.
5
4
2
1
3
6 3
2
7 2
1
2
1
3
6
4
2
5
2
7 2
3
3
6
6 Vanne d’arrêt
7 Clapet de retenue
Fig. 6.2.42 Standardisation du lait à
une teneur en matière grasse plus
élevée que l’alimentation en lait entier.
Fig. 6.2.41 Système de standardisation
de la matière grasse en ESD (caséine),
comportant un densimètre supplémen-
taire sur la canalisation de lait écrémé.
6 Vanne d’arrêt
7 Clapet de retenue
Tetra Alfast
Lait écrémé
Lait
standardisé
Crème
Lait entier
Crème
standardisée
excédentaire
Lait écrémé
Lait écrémé
Lait
standardisé
Lait entier
Crème
standardisée

110
Différentes options de standardisation du lait
Dans la production du fromage, par exemple, il faut parfois standardiser le rapport
matière grasse/ESD (Extrait Sec Dégraissé). Le montage d’un second transmetteur
dedensité,surlacanalisationdelaitécréméraccordéeauséparateur,répondàcette
exigence. Ce montage est illustré sur la figure 6.2.41, où le transmetteur de densité
assure deux fonctions :
1. Il augmente la précision de la standardisation de la matière grasse
2. La valeur de masse volumique constitue la base de calcul de la teneur en ESD.
Le système de régulation convertit la masse volumique du lait écrémé en teneur en
ESD; cette valeur sera alors utilisée pour réguler le rapport matière grasse/ESD.
Si, d’autre part, la teneur en matière grasse de l’alimentation en lait entier est
inférieure à celle spécifiée pour le lait standardisé, les instruments de mesure sont
disposés comme illustré sur la figure 6.2.42.
On laisse “fuir” un volume de lait écrémé calculé en sortie du séparateur et on
mélange le volume restant à la crème.
Attention : le surplus de lait écrémé chaud devra être recueilli, refroidi et
pasteurisé dés que possible.
D’autres options sont également possibles, par exemple l’adjonction de crème
(crème de sérum) à teneur en matière grasse connue, parfois nécessaire lors de la
standardisation du lait destiné à la fabrication du fromage. Pour utiliser la crème
obtenue par séparation du sérum, on “évacue” un volume de crème ordinaire
correspondant. Ce dispositif permet d’utiliser de la crème de meilleure qualité pour
la production de beurre de qualité et de différents types de crème comme la crème
fraîche.
Le Bactofuge®
La bactofugation est un procédé utilisant un séparateur centrifuge spécialement
conçu, appelé Bactofuge, pour séparer les micro-organismes du lait.
Le Bactofuge a été initialement mis au point pour améliorer la qualité de
conservation du lait du commerce. Aujourd’hui, la bactofugation est également
utilisée pour améliorer la qualité bactériologique du lait destiné à d’autres produits
comme le fromage, le lait en poudre et le lactosérum pour aliments de bébé.
Les bactéries, en particulier les spores thermorésistantes, ont une masse
volumique nettement plus élevée que celui du lait. Le Bactofuge constitue donc un
moyenparticulièrementefficacededébarrasserlelaitdessporesdesbactéries.Ces
sporesrésistantenoutreautraitementthermique,leBactofugecomplèteefficacement
la thermisation, la pasteurisation et la stérilisation.
Le premier Bactofuge était un séparateur centrifuge à bol plein, équipé de buses
à la périphérie du bol. On a longtemps estimé qu’un écoulement continu de la phase
lourde, soit par une buse périphérique, soit par l’orifice de sortie de la phase lourde
du Bactofuge, était nécessaire à l’obtention d’une séparation efficace. Cela pouvait
être vrai sur les anciens séparateurs centrifuges à bol plein à parois cylindriques
verticales, mais, sur les séparateurs auto-nettoyants modernes, comportant une
chambre à boues à l’extérieur de la pile de disques, les bactéries et les spores
peuventêtrerecueilliespendantuncertaintempsetchasséespériodiquement,àdes
intervalles préréglés.
Il existe deux types de Bactofuges modernes :
• Le Bactofuge à deux phases comporte deux sorties à son sommet : l’une pour
l’évacuationcontinueduconcentrédebactéries(lebactofugat),parl’intermédiaire
d’un disque supérieur spécial, et l’autre pour la phase bactofugée.
• Le Bactofuge à une seule phase ne comporte qu’une seule sortie au sommet du
bol,pourlelaitbactofugé.Lebactofugatestrecueillidanslachambreàbouesdu
bol et évacué à des intervalles préréglés.
La quantité de bactofugat du Bactofuge à deux phases est d’environ 3% de
l’alimentation, et celle du Bactofuge à une seule phase peut descendre jusqu’à
0,15% de l’alimentation.
Le bactofugat a toujours une teneur en matière sèche supérieure à celle du lait
dont il provient, car une partie des micelles de caséine les plus grosses est séparée
avec les bactéries et les spores. Une température de bactofugation plus élevée
augmentelaquantitédeprotéinesdanslebactofugat.Latempératuredebactofugation
optimale est de 55-60°C.
Fig. 6.2.43 Bol du Bactofuge à deux
phases, à évacuation continue du
bactofugat.
Fig. 6.2.44 Bol du Bactofuge à une
seule phase, à évacuation intermittente
dubactofugat.

L’effet de réduction des bactéries s’exprime en %.
LesbactériesdugenreClostridium-bactériessporuléesanaérobies-sontparmi
les plus redoutées des fabricants de fromage, car elles peuvent provoquer un lent
gonflement du fromage, même si elles ne sont présentes qu’en nombre réduit. C’est
pourquoi le lait de fabrication du fromage est bactofugé.
Ledispositifd’intégrationdelabactofugationàuneunitédepasteurisationdelait
de fabrication du fromage est étudié au chapitre 14 - Fromage.
Décanteurs centrifuges
Onutilisedesmachinescentrifugesdansl’industrielaitièrepourobtenirdesproduits
spéciaux comme la caséine précipitée et le lactose cristallisé. Les clarificateurs
centrifugesàturbinecentripètedécritsprécédemmentneconviennentpas,cependant,
à ces opérations, du fait de la teneur en solides élevée de l’alimentation.
Lestypeslesplussouventutiliséssontlescentrifugeursàpanieretlesdécanteurs
centrifuges sanitaires (voir figure 6.2.45). Les décanteurs, qui fonctionnent en
continu,ontdenombreusesutilisations.Onlesutiliseégalement,parexemple,dans
les unités produisant du lait de soja à partir de graines de soja, et des modèles
spécialement adaptés sont fréquemment utilisés pour la déshydratation des boues
dans les installations de traitement des eaux usées.
Un décanteur centrifuge est une machine permettant la sédimentation continue
des solides en suspension d’un liquide, par l’effet de la force centrifuge, dans un bol
rotatif allongé. Ce qui différencie le décanteur des autres types de séparateurs
centrifuges, c’est qu’il est équipé d’une vis convoyeuse axiale, évacuant du rotor en
continu les solides séparés. Cette vis convoyeuse tourne dans le même sens que le
bol, mais à une vitesse légèrement différente, pour donner un effet d’“enroulement”.
Autres caractéristiques spécifiques du décanteur :
1. Bol cylindro-conique étroit, tournant sur un axe horizontal
2. Ecoulement à contre-courant avec évacuation des solides par l’extrémité étroite
et évacuation de la phase liquide par l’extrémité large.
Fonction du décanteur centrifuge
La suspension est introduite par un tube d’entrée dans la zone d’alimentation du
convoyeur, où elle est accélérée et dirigée à l’intérieur du rotor en rotation - voir figure
6.2.46.
Les solides, dont la densité devra être supérieure à celle du liquide, se déposent
presqu’instantanément sur la paroi intérieure du bol, du fait de l’accélération
centrifuge intense - habituellement de l’ordre de 2 000 à 4 000 g - laissant un anneau
de liquide intérieur limpide.
Fig. 6.2.45 Décanteur centrifuge.
Un décanteur centrifuge est une
machine assurant la sédimentation
continuedessolidesensuspension
d’un liquide, par l’effet de la force
centrifuge, dans un bol rotatif
horizontal allongé.

112
3
1
2
4 5
6
Evacuation des solides
La phase solide compacte est transportée dans le sens axial vers l’extrémité étroite
du rotor, à l’aide d’une vis convoyeuse, engrenée de manière à tourner à une vitesse
légèrement différente de celle du bol. Lors de leur cheminement vers les orifices
d’évacuation, les solides sont soulevés du bain liquide par les pales de la vis
convoyeuse, jusqu’à la plage sèche. Le reste de liquide s’égoutte sur cette dernière
et revient dans le bain. Les solides secs sont finalement chassés du bol, par les
orifices d’évacuation, dans la chambre collectrice du vase entourant le rotor. A partir
de celle-ci, les solides sont évacués de la machine par gravité, par une trémie de
sortie.
Evacuation du liquide (à l’atmosphère)
La phase liquide, formant un cylindre creux du fait de la force centrifuge, s’écoule
dans un canal hélicoïdal entre les pales de la vis convoyeuse, vers l’extrémité large
du rotor qui comporte des déversoirs à réglage radial; le liquide déborde de ces
derniers dans la chambre centrale du vase collecteur et est évacué par gravité.
Evacuation du liquide (sous pression)
Certains décanteurs centrifuges sont équipés de manière à assurer l’évacuation
souspressiondelaphaseliquideparuneturbinecentripète(n°4delafigure6.2.46).
Leliquidedébordantdesdéversoirspénètredansunechambredeturbinecentripète
où il forme à nouveau un cylindre creux tournant. Les canaux du disque fixe de la
turbine centripète sont immergés dans le liquide en rotation, ce qui engendre un
différentiel de pression. Le liquide descend le long des canaux, convertissant
l’énergierotatoireenunechargesuffisantepourrefoulerleliquidedelamachinevers
les phases de traitement suivantes.
Procédé continu
Dansundécanteurcentrifuge,lestroisphasesduprocédé-alimentation,sédimentation
en couches concentriques et évacuation séparée des phases liquide et solide -
s’effectuent en un écoulement continu.
Principaux composants
Les principaux composants d’un décanteur centrifuge sont le bol, la vis convoyeuse
et le réducteur (constituant conjointement le rotor) et le bâti avec couvercle,
collecteurs, moteur d’entraînement et transmission par courroie.
Le bol
Le bol comprend habituellement une partie conique et une ou plusieurs parties
cylindriques,assembléesparbrides.Lapartiecylindriqueassurelebainliquideetla
partie conique la plage sèche.
Fig. 6.2.46 Vue en coupe du rotor d’un
décanteur centrifuge à évacuation sous
pression.
1 Entrée de la suspension
2 Evacuation de la phase liquide
3 Evacuation de la phase solide (par gravité)
4 Chambre et disque de la turbine centripète
5 Bol
6 Vis convoyeuse

Lesdifférentespartiesdel’enveloppesonthabituellementnervuréesourainurées
à l’intérieur, pour empêcher les solides de glisser de côté lorsque la vis convoyeuse
tourne.
La partie conique se termine par un embout cylindrique comportant une ou deux
rangées d’orifices d’évacuation des solides, suivant le type de la machine. Ces
orifices sont, dans la plupart des cas, revêtus de garnitures remplaçables en stellite
ou en céramique, pour éviter l’usure.
L’extrémitélargeestferméeparunepièced’extrémitécomportantquatreorifices
detrop-pleindeliquideouplus,dontdépendleniveauradialdeliquidedanslerotor.
Onpeutfacilementmodifierleniveaudeliquideenréglantlesanneauxdedéversoirs.
Sil’évacuationdelaphaseliquideclarifiéeestassuréeparuneturbinecentripète(4),
les déversoirs réglables débouchent dans la chambre de cette dernière.
Le rotor est entraîné par un moteur électrique, par l’intermédiaire de poulies et de
courroies trapézoïdales.
La vis convoyeuse
Lavisconvoyeuseestsuspenduedanslebolsurdesroulementsettournelentement
ou rapidement par rapport au bol, repoussant les sédiments vers les orifices
d’évacuation des boues de l’extrémité étroite. La configuration des pales de la vis
convoyeuse varie suivant l’application : le pas (écartement des pales) peut être long
ou court et les pales peuvent être perpendiculaires à l’axe de rotation ou à la partie
conique de l’enveloppe du bol. La plupart des modèles sont équipés de vis
convoyeuses à une seule spire, mais certains ont une double spire.
Le réducteur
Le réducteur a pour fonction de créer l’effet d’enroulement, c’est à dire la différence
de vitesse entre le bol et la vis convoyeuse. Il est monté sur l’arbre creux du bol et
entraîne la vis convoyeuse par l’intermédiaire d’un arbre cannelé coaxial.
Un prolongement de l’arbre de planétaire, autrement dit l’arbre central du
réducteur, dépasse de l’extrémité opposée au bol. Cet arbre peut être entraîné par
un moteur auxiliaire, permettant de modifier la vitesse de la vis convoyeuse par
rapport à celle du bol.
Le réducteur peut être de type planétaire ou cycloïdal; le premier engendre une
vitesse d’enroulement négative (la vis convoyeuse tourne plus lentement que le bol)
et le second, équipé d’un arbre excentrique, une vitesse d’enroulement positive.
Bâti et enveloppe
Il existe plusieurs types de bâti et d’enveloppe, mais en principe le bâti est une
structure en acier doux rigide, supportant les éléments du rotor et reposant sur des
plots antivibratiles.
L’enveloppeestunestructureenacierinoxydablesoudéeaveccapotagearticulé,
entourantlebol.Elleestdiviséeencompartimentsrecueillantetévacuantlesphases
liquide et solide séparées.
Leliquidepeutêtreévacuépargravitéousouspressionparuneturbinecentripète
(n°4delafigure6.2.46).Lessolidessontévacuéspargravité,avecl’assistanced’un
vibrateur,sibesoinest,dansunbaccollecteurousurunconvoyeuràbandeetc.,pour
être transportés plus loin.

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