Aérateur de surface à turbine verticale descendante : A la différence des aérateurs actuels qui sont soit à turbine montante soit à éjection latérale, celui-ci permet de générer un nuage de bulles d’air sous la machine, ce sans cavitation. Le procédé utilisé repose sur la génération d’une turbulence conique spécifique de 30 à 40 degrés d’ouverture qui tout en entrainant la quantité requise de bulles d’air à une profondeur précise, les éloigne suffisamment des aubes hydrauliques. Figure 1. Cette machine d’aération est composée de trois éléments distincts permettant de séquencer le procédé, à savoir une turbine strictement hydraulique générant une turbulence conique de trente à quarante degrés d’ouverture environ, un système d’injection d’air reposant sur un effet centrifuge délivrant la quantité précise d’air sous forme de bulles calibrées au sommet du cône précité et enfin d’un système anti-cavitation isolant l’hélice de la surface et piégeant les bulles susceptibles de provoquer une cavitation ; la juxtaposition de ces trois éléments est indispensable et caractérisante du procédé. L’intégration de ces trois éléments permettant de supprimer toute cavitation, le rendement est nettement supérieur du fait de l’absence d’élévation d’eau , les échanges gazeux étant favorisés par la durée du transit des bulles d’air dans l’eau. Cet appareil est destiné à remplacer les aérateurs actuellement utilisés ou à équiper la machine faisant l’objet de notre brevet N° FR 2000351 du 13/01/2020. Caractéristiques techniques de la turbine hydraulique mise en œuvre : - Organisée autour d’un axe implanté verticalement et dont l’extrémité supérieure dépasse au-dessus de la surface, l’air introduit dans le système y transitant. - Cet axe est un tube lisse au diamètre constant, ce afin d’éviter tout flux divergeant ou convergeant ainsi que toute turbulence parasite. - Le diamètre de cet axe est proportionnel à la puissance en watt par heure mise en œuvre ; son calcul est : Surface du disque délimité par son diamètre (en centimètres carrés) égal à un-trentième de la puissance en watt par heure mise en œuvre. Ou proche de cette valeur si l’on a recours à des tubes standards. Outre l’espace nécessaire à l’implantation du système d’injection d’air, cela permet d’optimiser la réalisation des pales motrices. - La turbine possède au minimum trois pales implantées à quinze fois l’épaisseur de la tôle dont elles sont faites au-dessus des injecteurs d’air. Cela afin d’exclure toute remontée d’air susceptibles de dégrader les performances de la turbine, tout en ayant une poussée homogène. - La vitesse de rotation mesurée en bout de pale doit être inférieure ou égale à 10 mètres seconde. Cela pour permettre l’usage de pales simplifiées, découpées dans une tôle plane, tout en générant une poussée compatible avec la turbulence désirée. - Le pas des pales doit permettre l’éjection de 350 à 500 litres par heure et par watt de motorisation à une vitesse verticale de 5 à 4 mètres par seconde pour générer la turbulence conique spécifique. Le nombre et la surface des pales installées permettant d’adapter les performances (le diamètre étant limité). Cela afin d’entrainer les bulles à la profondeur choisie, tout en brassant le maximum d’eau. L’injection d’air dans la turbulence précitée repose sur un dispositif spécifique conjuguant trois forces au niveau supérieur du cône entrainant les bulles d’air vers le fond. Organisé autour d’un disque obstruant la base de l’axe de la turbine hydraulique qu’il centre et solidarise à l’arbre moteur. Pour ce faire ce disque est percé en son centre afin d’y recevoir le boulon le bloquant sur l’arbre moteur. -A la périphérie de ce disque sont régulièrement aménagées des réserves où sont fixés les tubes d’amené d’air. -Ces tubes remontent jusqu’à la surface en cheminant entre l’arbre moteur et le tube formant l’axe de la turbine. -Ils empruntent une courbe rentrante en partie basse en étant rapidement ramenés contre l’arbre moteur auquel ils sont fixés, ceci afin de générer un effet centrifuge indispensable à la purge du système puis à l’éjection d’un volume d’air compatible avec le volume d’oxygène que l’on souhaite fixer. - C’est le diamètre retenu de ces tubes qui conditionne le diamètre des bulles générées, tout en garantissant leur homogénéité. Ce diamètre conditionne d’une part la profondeur où elles commencent à remonter, mais aussi leur propension à être ramenées par le courant afférant au contact de la turbine. - C’est le nombre, ajouté au diamètre, de ces tubes qui permet de dimensionner le débit d’air potentiel de la machine. - L’implantation en aval immédiat de l’axe de la turbine hydraulique permet de profiter de la dépression relative qui règne à cet endroit. - C’est le déplacement dans l’eau résultant de la rotation qui génère le chapelet de bulles, ce en complément des deux effets précédents. Un système anti-cavitation spécifique doit être implanté en partie haute de la turbine : - Il doit absorber la dépression qui se forme autour de l’axe car l’eau n’arrive que latéralement du fait de l’implantation en surface, ce pour prévenir toute intrusion d’air. Il est donc découpé dans une plaque ou une tôle suffisamment résistante et percé en son centre afin de ne pas entrer en contact avec la turbine qui le traverse. - Sa surface minima est celle du vortex susceptible de se former, à savoir celle de la base d’un cône de 60° d’ouverture ayant pour sommet le centre du disque de l’injecteur d’air, cette base devant être immergée de quelques centimètres. Afin de piéger d’éventuelles bulles d’air revenant vers la turbine tout en comblant la dépression naturellement présente au niveau du percement permettant le passage de la turbine, cette plaque est légèrement immergée, ce à une profondeur constante d’où la nécessité de la fixer au support de l’installation. On préfère une forme anguleuse afin de contrarier la rotation du flux rentrant, et une surface suffisante pour prévenir tout risque d’intrusion de bulles sous la plaque (cette surface devant être adaptée en fonction du milieu).