Pour la production sans poussière de produits pulvérulents, les garnitures fonctionnant à sec, les systèmes d'étanchéité assistés par gaz et les concepts de protection à plusieurs étages, sans contact, sont particulièrement intéressants. La solution réellement la moins exigeante en entretien dépend du fait qu'il s'agit seulement d'empêcher une fuite de poussière visible, ou qu'il existe des exigences supplémentaires de confinement, de vide, de surpression, de protection contre les explosions, d'hygiène, de conformité BPF ou de pureté du produit. En principe : moins la poussière atteint une face d'étanchéité sensible, un palier ou une unité d'entraînement, plus la durée de vie du système global est longue.

La solution la moins exigeante en entretien commence déjà par la construction du mélangeur. Chaque passage d'arbre évité représente un point de fuite et d'usure potentiel en moins. Sur les mélangeurs verticaux dont l'outil de mélange est exclusivement monté et entraîné par le haut, un passage d'arbre inférieur en contact avec le produit est par exemple supprimé. Le nombre de points d'étanchéité critiques, l'effort de nettoyage et le risque de fuite de poussière ou d'introduction de corps étrangers dans le procédé diminuent en conséquence. Pour la garniture d'arbre restante, une construction à plusieurs étages est, dans de nombreux cas, plus robuste qu'une seule lèvre d'étanchéité. Un étage de protection extérieur, sans contact, tient la majeure partie de la poussière à l'écart de la garniture de procédé proprement dite. L'étage d'étanchéité interne assure alors l'étanchéité requise vis-à-vis de l'environnement. Le palier et l'entraînement sont ainsi protégés en supplément.

Les garnitures fonctionnant à sec conviennent souvent particulièrement bien aux produits pulvérulents, car elles fonctionnent sans liquide de barrage. Il n'existe ainsi aucun risque qu'un fluide comme l'huile, le mélange eau-glycol ou le fluide thermique pénètre dans le produit en cas de fuite interne. C'est un avantage important pour les denrées alimentaires, les principes actifs pharmaceutiques, les produits chimiques fins de haute pureté et les poudres spéciales. Les garnitures mécaniques fonctionnant à sec utilisent des matériaux de faces de glissement et d'étanchéité secondaire sélectionnés de façon ciblée, afin de permettre une fonction d'étanchéité fiable avec un frottement et un dégagement de chaleur limités. Des garnitures de mélangeur modernes sont disponibles pour des modes de fonctionnement lubrifiés, à sec et à barrière gazeuse.

Pour les poudres abrasives ou très fines, le matériau des faces de glissement n'est toutefois pas seul déterminant. Les poussières fines ne doivent pas s'introduire durablement entre les faces d'étanchéité, car elles peuvent y provoquer une abrasion, un couple accru et une usure prématurée. C'est pourquoi la garniture de procédé fonctionnant à sec est souvent combinée à un étage préliminaire externe. Des disques centrifuges, des géométries à labyrinthe ou un flux de gaz défini peuvent tenir la poussière à l'écart de la zone d'étanchéité critique et prolonger considérablement la durée de vie. Des garnitures d'arbre spéciales pour les poudres et les granulés sont conçues pour les milieux secs et abrasifs et doivent réduire l'introduction de poussière, sans dépendre d'huile de lubrification ou de barrières de graisse.

Les concepts d'étanchéité assistés par gaz sont particulièrement peu exigeants en entretien lorsque de l'air comprimé propre et disponible de façon fiable, ou de l'azote, est présent en exploitation. Une petite quantité de gaz régulée génère, dans l'espace de garniture, une pression de barrage ou un flux de gaz définis. Le sens de l'écoulement est ainsi contrôlé : la poudre ne peut pas migrer en direction du palier et de l'entraînement ; avec un dimensionnement correct, une fuite de poussière vers l'environnement est en outre empêchée. L'azote est particulièrement judicieux lorsque le produit est sensible à l'oxydation ou à l'humidité, ou lorsqu'un inertage est nécessaire pour des raisons de protection contre les explosions. L'air comprimé n'est une option appropriée que pour les produits non critiques et devrait, dans ce cas, être sec, sans huile et sans particules.

Un flux de gaz peut en outre développer un effet d'autonettoyage actif. Les particules qui s'approchent de l'interstice d'étanchéité sont repoussées par le flux de gaz vers l'espace de procédé, ou évacuées via une aspiration définie. La charge abrasive sur la garniture diminue en conséquence. Les systèmes à barrière gazeuse sont notamment utilisés pour souffler hors de l'interstice d'étanchéité les particules qui s'y sont introduites, et pour prolonger la durée de vie. L'alimentation en gaz fait toutefois partie du concept de sécurité et de maintenance. Des régulateurs de pression, des filtres, une limitation de débit, des clapets anti-retour ainsi que la surveillance de la pression et de la consommation sont nécessaires. Pour les poussières toxiques, hautement actives ou explosibles, la quantité de gaz sortant de la garniture doit être captée, filtrée, recyclée ou évacuée en toute sécurité, de façon contrôlée.

Les garnitures à labyrinthe, à jeu et à disque centrifuge, sans contact, sont constructivement très peu exigeantes en entretien, car il n'existe aucun contact de frottement direct entre l'arbre et le boîtier. Plusieurs interstices étroits et déviés rendent difficile la progression des particules de poussière en direction du palier. Les disques centrifuges et les géométries à labyrinthe centrifuge exploitent la rotation de l'arbre pour éloigner les particules de la zone d'étanchéité critique. Comme ces systèmes fonctionnent pratiquement sans usure, ils constituent un excellent premier étage de protection contre la poussière grossière ou abrasive.

En tant que seule garniture de procédé, les garnitures à labyrinthe ou à jeu ne suffisent toutefois souvent pas lorsqu'une production sans poussière avec un niveau de confinement élevé, un fonctionnement sous vide, une surpression définie ou des limites d'émission exigeantes est requise. Leur principal avantage réside dans le fait de décharger l'étage d'étanchéité interne et le palier. Elles sont donc combinées de façon particulièrement judicieuse à des garnitures mécaniques fonctionnant à sec, à barrière gazeuse ou lubrifiées au gaz.

Une barrière de graisse peut renforcer davantage la protection dans un environnement très poussiéreux. Un espace annulaire rempli de graisse consistante rend plus difficile le passage des particules abrasives. Avec un regraissage automatique, la graisse peut être renouvelée régulièrement. Pour les procédés hygiéniques, pharmaceutiques ou de haute pureté, il convient toutefois d'évaluer si la graisse est acceptable comme source potentielle de corps étranger. Lorsqu'un éventuel entraînement de lubrifiant dans le produit n'est pas tolérable, les systèmes fonctionnant à sec ou assistés par gaz sont généralement le meilleur choix.

Lorsqu'un mélangeur doit en outre être étanche contre la dépression, la surpression, les vapeurs de solvant ou des exigences de confinement élevées, une garniture mécanique est souvent la solution la plus fiable. Elle assure l'étanchéité par des faces d'étanchéité précisément accordées entre elles et peut être réalisée en système simple ou double. Une seule garniture mécanique fonctionnant à sec peut être suffisante pour des poudres sèches et des différences de pression modérées. Pour les poudres toxiques ou hautement actives, le fonctionnement sous vide, des différences de pression plus élevées ou des exigences particulièrement strictes de protection contre les émissions, une exécution double offre une sécurité supplémentaire. Elle peut être exploitée avec un gaz de barrage, un liquide de barrage ou un étage de confinement sec. Des garnitures de mélangeur doubles, sous pression de gaz, sont par exemple utilisées pour éviter les émissions vers l'atmosphère ; des systèmes d'étanchéité fonctionnant à sec et à barrière gazeuse sont également disponibles pour les procédés de mélange.

Les garnitures doubles lubrifiées par liquide peuvent offrir une étanchéité élevée ainsi que le refroidissement et la lubrification des faces de glissement. Elles ne sont toutefois pas automatiquement l'option la moins exigeante en entretien. Le système à liquide de barrage doit être surveillé en termes de pression, de température, de niveau, de pureté et de fuite éventuelle. Pour les procédés secs sans poussière, les garnitures sèches ou assistées par gaz sont souvent plus simples, pour autant que la différence de pression, la vitesse de rotation, la température et le mouvement de l'arbre le permettent.

Des garnitures à lèvre ou à manchette en PTFE peuvent elles aussi convenir pour des applications sèches simples. Elles sont compactes, économiques et résistantes chimiquement. Leur inconvénient réside dans l'usure de contact inhérente au principe. En cas de vitesse de rotation élevée, de poussières fines abrasives, de cycles fréquents de démarrage-arrêt ou d'exigences élevées d'absence d'émission, elles ne sont donc généralement pas le premier choix. Elles peuvent toutefois être judicieuses comme garniture de protection supplémentaire derrière un labyrinthe, ou comme solution simple pour des applications moins critiques.

Le choix d'une garniture d'arbre peu exigeante en entretien commence par une définition claire de l'objectif de confinement. Il convient de déterminer si une protection contre une fuite de poussière visible suffit, ou si des valeurs limites d'exposition, des principes actifs hautement actifs, l'ATEX, l'inertage, le vide ou des conditions stériles doivent être respectés. Les conditions de procédé sont ensuite évaluées : la pression et le vide, la température, la vitesse de rotation, la concentricité de l'arbre, le mouvement axial de l'arbre, la fréquence de démarrage-arrêt, le procédé de nettoyage et d'éventuels dépôts de produit influencent considérablement le choix de la garniture. La taille des particules, l'abrasivité, la cohésion, l'hygroscopie, la charge électrostatique, le caractère collant, la teneur en solvant et la toxicité doivent également être pris en compte.

Pour les procédés pharmaceutiques et alimentaires s'ajoutent en outre des exigences de conception hygiénique, d'aptitude au nettoyage, de construction à faible espace mort et de conformité des matériaux. Les barrières de graisse ou d'huile ne sont judicieuses que si un éventuel entraînement est maîtrisé et acceptable dans le cadre de la sécurité du produit. Pour les barrières gazeuses, la pression, la consommation de gaz, la température de garniture et, le cas échéant, la pression différentielle doivent être surveillées. Cette instrumentation augmente certes l'effort initial de dimensionnement, mais elle évite souvent des arrêts non planifiés, des défaillances de palier et des pertes de produit.