Quels critères aident à comparer de manière fiable les coûts totaux de possession de différentes technologies de mélange ?
Une comparaison solide des coûts totaux d'exploitation, également appelés Total Cost of Ownership ou TCO, doit prendre en compte tous les coûts pertinents sur l'ensemble du cycle de vie d'une installation de mélange. Le prix d'achat ou la consommation d'énergie du mélangeur seuls ne suffisent pas. Ce qui est déterminant, c'est d'évaluer différentes technologies dans des conditions de procédé comparables et de rapporter les coûts à une grandeur de référence uniforme.
Des grandeurs de référence adaptées sont par exemple les coûts par tonne de produit commercialisable, les coûts par charge avec une qualité de mélange définie ou les coûts par heure de production. La condition est que toutes les technologies comparées répondent à la même recette, à la même qualité cible, à des tailles de charge comparables et aux mêmes exigences d'hygiène, de sécurité et de documentation.
Coûts d'investissement et d'intégration
Les coûts d'investissement comprennent non seulement le mélangeur, mais aussi l'entraînement, la commande, les capteurs, les dispositifs de sécurité et la périphérie requise. En font partie l'alimentation, le dosage, la vidange, la technique de convoyage, l'aspiration, les filtres, les systèmes de nettoyage, la mise en température et, le cas échéant, le vide ou l'inertage.
D'autres coûts résultent de la fondation, de la statique, de l'infrastructure électrique, des tuyauteries, des adaptations de bâtiment, de l'ingénierie, du montage, de la mise en service et de la réception. Dans les secteurs réglementés s'ajoutent la qualification, la validation et la documentation. Une machine de base moins chère peut ainsi devenir globalement plus onéreuse si elle nécessite nettement plus de périphérie, d'espace, de personnel ou de technique spéciale.
Énergie et consommation de fluides
L'efficacité énergétique devrait être évaluée pour l'ensemble du procédé. Sont pertinentes non seulement la puissance électrique absorbée de l'entraînement de mélange, mais aussi le temps de mélange, l'énergie par charge, l'énergie par tonne de produit et le comportement en charge partielle de l'entraînement.
Les équipements auxiliaires peuvent représenter une part considérable de la consommation d'énergie totale. En font partie les systèmes de chauffage et de refroidissement, les pompes à vide, les condenseurs, les filtres, l'alimentation en air comprimé, l'aspiration et l'alimentation en gaz inerte. Pour les procédés thermorégulés, fonctionnant sous vide ou inertés, le besoin énergétique de la périphérie peut être supérieur à celui de l'entraînement de mélange.
La consommation de fluides de nettoyage, d'eau, de produits de nettoyage, de gaz de procédé, de gaz de barrage, de lubrifiants et d'auxiliaires devrait également être évaluée. Ces coûts peuvent être considérables, notamment en cas de changements de produit fréquents, d'exigences d'hygiène élevées ou de produits toxiques.
Performance de procédé et productivité
La performance de procédé devrait être comparée sur la base de la durée de charge complète, et non seulement du temps de mélange seul. La durée de charge comprend le remplissage, le dosage, le mélange, la mise en température, la vidange, le nettoyage, le séchage, l'échantillonnage et la libération. Une technologie de mélange à temps de mélange très court peut être désavantageuse économiquement si la vidange ou le nettoyage prennent longtemps.
Les indicateurs importants sont le débit, le nombre de charges possibles par équipe, le volume de remplissage utilisable, le temps de mélange, le temps de changement et le temps d'installation productivement disponible. Pour les procédés continus, il faut en outre considérer les pertes de démarrage, les changements de produit, le nettoyage, les durées minimales de fonctionnement et la stabilité du régime stationnaire.
La qualité de mélange atteignable et sa reproductibilité sont des critères de comparaison centraux. Selon la tâche de mélange, la répartition des concentrations, la répartition de l'humidité, l'intégrité des particules, la dissolution des agglomérats, l'homogénéité de la température ou la viscosité peuvent être pertinentes. Le coefficient de variation peut être une valeur adaptée pour certaines recettes, mais ce n'est pas l'unique indicateur de qualité pour chaque tâche de mélange.
Qualité de produit, rendement et rebut
Une technologie de mélange ne doit pas seulement homogénéiser, mais aussi préserver les propriétés du produit. Il convient donc d'évaluer la destruction des grains, l'abrasion, l'élévation de température, la sollicitation de cisaillement, la tendance à la ségrégation et la stabilité des composants sensibles de la recette.
Les pertes de produit résultent des quantités résiduelles, des adhérences, des espaces morts, des pertes de nettoyage et des charges défectueuses. Pour les matières premières de grande valeur, l'importance économique de la vidange résiduelle peut être supérieure à une faible différence de consommation d'électricité. Le rebut, les retouches, l'analytique de laboratoire et les temps de libération doivent également être intégrés à l'analyse TCO.
Nettoyage et changement de format
Le nettoyage et le changement de produit sont des facteurs de coût importants, en particulier pour les installations multiproduits. Il convient d'évaluer le temps, la charge de personnel, la consommation d'eau, les produits de nettoyage, les eaux usées, l'énergie pour le chauffage ou le séchage ainsi que l'effort d'inspection et de libération.
Des constructions pauvres en espaces morts, des chambres de mélange bien accessibles, une vidange résiduelle poussée et des procédés de nettoyage adaptés peuvent réduire nettement les temps de changement. Selon l'application, on recourt au nettoyage à sec, au nettoyage humide manuel, au WIP, au CIP ou à des systèmes de nettoyage automatisés. La performance de nettoyage requise doit toujours être mesurée à l'aune des produits concrets et des limites résiduelles admissibles.
Maintenance, entretien et pièces de rechange
Les coûts de maintenance comprennent les inspections planifiées, la maintenance préventive, les réparations, les pièces de rechange, les consommables et les prestations de service externes. Les pièces d'usure pertinentes sont, selon le type de mélangeur, les joints, les paliers, les réducteurs, les outils de mélange, les revêtements, les organes de vidange et les capteurs.
Outre les coûts directs de pièces de rechange, la durée de maintenance, l'accessibilité des composants, la disponibilité des pièces de rechange et la qualification nécessaire du personnel sont importantes. Des indicateurs comme le temps moyen entre pannes et le temps moyen de réparation aident à comparer la fiabilité de différents concepts. Ils devraient cependant s'appuyer sur des données d'exploitation et des conditions d'utilisation comparables.
Disponibilité et coûts d'arrêt
La disponibilité de l'installation influence souvent le TCO plus fortement que de petites différences de prix d'achat. Les arrêts non planifiés occasionnent des coûts de réparation, une perte de production, des temps d'attente du personnel, des retards de livraison, du rebut et, le cas échéant, des pénalités contractuelles.
Pour une comparaison solide, il convient d'évaluer les coûts par heure d'arrêt, les fenêtres de maintenance planifiées, les exigences de redondance et la position du mélangeur au sein de l'installation globale. Si le mélangeur est un goulot d'étranglement, une disponibilité élevée peut être particulièrement précieuse économiquement.
Personnel, conformité et environnement
La charge de personnel comprend l'exploitation, l'alimentation, le nettoyage, le changement de format, la maintenance, la formation, l'échantillonnage, l'analytique et la documentation. Un degré d'automatisation élevé peut réduire la charge d'exploitation directe, mais peut nécessiter en contrepartie un effort accru d'ingénierie, de maintenance et de qualification.
Selon le secteur, des coûts supplémentaires résultent des BPF, de l'ATEX, du droit des équipements sous pression, des exigences d'hygiène, de la protection contre les poussières, de la réduction des émissions, de la sécurité au travail et des prescriptions environnementales. Les postes pertinents sont par exemple la technique de filtration, l'aspiration, l'élimination des résidus de nettoyage, les contrôles, les étalonnages, les audits et les processus de modification documentés.
Durée de vie, modernisation et valeur résiduelle
Une comparaison devrait intégrer la durée d'utilisation technique et économique attendue. Sont pertinentes la robustesse de la construction, la disponibilité des pièces de rechange, la possibilité de moderniser la commande et l'entraînement ainsi que l'aptitude à de nouveaux produits ou à des exigences réglementaires modifiées.
À la fin de la durée d'utilisation, des coûts apparaissent pour le démontage, la décontamination, le nettoyage et l'élimination. En regard peuvent se trouver des valeurs résiduelles issues de la revente, de la réaffectation, de la modernisation ou de la valeur matière de matériaux de qualité supérieure.
Recommandation méthodologique
Une comparaison TCO solide devrait rapporter tous les coûts à la même grandeur de référence et à la même période d'observation. Une analyse en valeur actuelle est particulièrement pertinente. Elle saisit l'investissement, les coûts d'exploitation, la maintenance, les arrêts, la modernisation et la valeur résiduelle en tenant compte de la valeur temporelle de l'argent.
Des analyses de sensibilité devraient en outre être réalisées. Elles montrent comment les prix de l'énergie, le taux d'utilisation, les valeurs des matières premières, l'effort de nettoyage, les prix des pièces de rechange, les risques d'arrêt et les intervalles de maintenance influencent le résultat. Cela est particulièrement important lorsque différents principes de mélange, procédés discontinus et continus ou installations à périphérie très différente sont comparés.
Une comparaison TCO robuste n'évalue donc pas seulement la machine de mélange. Elle considère son effet sur la qualité de produit, le rendement, le nettoyage, la disponibilité, la charge de personnel, la stabilité de procédé et l'ensemble de la ligne de production.
Ainsi amixon® évalue l'efficacité énergétique, le TCO et l'amortissement d'un mélangeur industriel
Le prix d'achat d'un mélangeur industriel n'est qu'une partie de l'évaluation économique. Ce qui est déterminant, ce sont les coûts et les pertes sur toute la durée d'utilisation prévue. En font partie l'investissement et l'intégration, l'énergie et la consommation de fluides, la perte de produit, les temps de nettoyage et de changement, la maintenance, les pièces de rechange, la charge de personnel, les risques d'arrêt, la modernisation ainsi qu'une valeur résiduelle possible.
amixon® considère donc le coût total de possession comme un processus global. Sont au centre les facteurs qui peuvent être influencés par le choix du principe de mélange, l'exécution constructive et la conception du procédé. En font partie un apport d'énergie adapté au produit, une qualité de mélange élevée, une vidange résiduelle poussée, des temps de changement courts, une bonne nettoyabilité, une longue durée d'utilisation et une maintenance planifiable.
Une comparaison solide n'est possible que si différentes technologies de mélange sont évaluées dans des conditions identiques. En font partie la même recette, des tailles de charge comparables, la même homogénéité cible, des exigences de sécurité et d'hygiène identiques ainsi qu'un degré d'automatisation comparable. Des grandeurs de référence significatives sont par exemple les coûts par tonne de produit commercialisable, les coûts par charge ou les coûts par heure d'exploitation productive.
Consommation d'énergie et performance de procédé
Les indications générales sur la consommation d'énergie par tonne de produit n'ont qu'une portée limitée pour les mélangeurs industriels. Le besoin énergétique réel dépend de la recette, de la taille de charge, du taux de remplissage, du temps de mélange, de l'état du produit, de la température, de la viscosité et de l'apport d'énergie requis.
Selon leur type de construction et la tâche de mélange, les mélangeurs amixon® travaillent avec de faibles vitesses périphériques. Le mode de fonctionnement à basse vitesse peut réduire le frottement, la sollicitation par impact et les charges dynamiques. Pour les poudres sensibles ou à bon écoulement, un écoulement global à grande échelle peut atteindre la qualité de mélange requise avec un apport d'énergie comparativement faible.
L'objectif n'est pas la puissance moteur la plus faible, mais d'atteindre la qualité de mélange requise avec l'apport d'énergie techniquement le plus judicieux. Trop peu d'énergie peut conduire à une homogénéité insuffisante. Trop d'énergie peut solliciter le produit, augmenter la température et accroître inutilement la consommation d'énergie.
Le silo-mélangeur Gyraton® GM est conçu pour des charges de grand volume allant jusqu'à environ 100 mètres cubes. Le principe de mélange permet l'homogénéisation de grandes quantités de produit avec une puissance d'entraînement installée comparativement faible. Le besoin énergétique par charge peut ainsi être limité, en particulier pour de grandes quantités de solides en vrac à bon écoulement. La consommation d'énergie réelle est toujours évaluée avec le produit concret, le taux de remplissage et l'objectif de procédé.
Des temps de mélange courts peuvent améliorer le besoin énergétique par charge et la productivité. La durée de charge complète est cependant déterminante. Elle comprend non seulement le mélange, mais aussi l'alimentation, le dosage, la vidange, le nettoyage, le séchage et la libération de l'installation. Une technologie de mélange à temps de mélange court n'est économique que si les étapes de procédé suivantes se déroulent également de façon efficace.
Perte de produit, vidange et nettoyage
Pour les matières premières de grande valeur, les petites charges ou les changements de recette fréquents, la perte de produit et l'effort de nettoyage sont des facteurs TCO importants. Chaque quantité résiduelle ne provoque pas seulement une perte de matière directe. Elle peut aussi allonger le nettoyage, influencer les charges suivantes et augmenter le risque de contamination croisée.
Les gammes amixon® AM et KS sont conçues pour une vidange résiduelle poussée. Les outils de vidange ComDisc® soutiennent la vidange du produit résiduel de la chambre de mélange. Le degré de vidange atteignable dépend cependant toujours des propriétés du produit. L'humidité, la forme des particules, la cohésion, la masse volumique apparente, l'abrasivité et la tendance à l'adhérence influencent nettement la quantité résiduelle.
Des chambres de mélange pauvres en espaces morts, des organes de vidange adaptés au produit et des surfaces en contact avec le produit bien accessibles soutiennent un nettoyage à sec ou humide efficace. amixon® peut en outre équiper les installations de mélange de buses de nettoyage programmables à jet dirigé. Celles-ci sont orientées de façon ciblée vers la chambre de mélange, l'outil de mélange et les zones de vidange. Des programmes de nettoyage peuvent piloter les buses selon des séquences définies et ainsi soutenir un mouillage reproductible des surfaces pertinentes.
Le nettoyage programmable à jet dirigé peut réduire l'eau, les produits de nettoyage, la charge de personnel et le temps de changement lorsqu'il est adapté à l'adhérence du produit, à la géométrie de la cuve et aux critères de libération requis. Après un nettoyage humide, la chambre de mélange peut être séchée par un guidage d'air ou de gaz inerte adapté. Un temps de séchage court réduit le temps d'arrêt et augmente le temps d'exploitation productif de l'installation.
Maintenance, disponibilité et durée d'utilisation
La technique de mélange amixon® est conçue pour des constructions robustes, de faibles charges dynamiques et une bonne accessibilité. L'outil de mélange est exclusivement monté en partie haute. Un passage d'arbre inférieur en contact avec le produit peut ainsi être supprimé. Cela réduit une zone potentiellement exigeante en maintenance dans la chambre de mélange.
Un mode de fonctionnement à basse vitesse, une construction peu sujette à l'usure et le choix ciblé des matériaux en contact avec le produit peuvent réduire l'effort de maintenance. Des pièces d'usure sélectionnées peuvent déjà être fournies dès la première livraison. La disponibilité à long terme des documents de construction facilite l'identification, l'évaluation et, le cas échéant, la refabrication de composants individuels.
En cas de transformations, de modernisations, d'adaptations de commande ou de besoin de pièces de rechange, la construction, la fabrication et le service amixon® soutiennent l'utilisation à long terme de l'installation. Une bonne aptitude à la modernisation peut prolonger la durée d'utilisation technique et économique et réduire le besoin d'investissements de remplacement.
Données solides issues de la halle d'essais
Un calcul solide de TCO, de ROI ou d'amortissement devrait s'appuyer sur des données documentées avec le produit d'origine. Dans la halle d'essais amixon®, le temps de mélange, la consommation d'énergie, la qualité de mélange, le ménagement du produit, la vidangeabilité, les quantités résiduelles, l'effort de nettoyage, le temps de séchage et le temps de changement peuvent être évalués dans des conditions réalistes.
Dans la halle d'essais amixon® du site de Paderborn, plus de 30 installations d'essai de tailles différentes sont disponibles. Des centres d'essais complémentaires existent au Japon, en Inde, en Thaïlande, en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis. Les essais peuvent être réalisés avec des taux de remplissage réalistes, des tailles de charge ainsi que les conditions de température et de pression prévues.
Les résultats sont documentés et constituent la base pour le choix de la taille, la définition des paramètres de procédé et l'évaluation économique. Le transfert à la taille cible s'effectue sur la base de la tâche de mélange respective et devrait, pour les procédés critiques, être sécurisé par des essais supplémentaires.
Le TCO comme critère de décision
amixon® n'évalue pas l'efficacité énergétique isolément comme une simple consommation électrique de l'entraînement de mélange. Ce qui est déterminant, c'est l'effet de la technique de mélange sur l'ensemble du processus de production. En font partie l'énergie, la consommation de fluides, le temps de mélange, la perte de produit, la vidange résiduelle, le nettoyage, le séchage, la charge de personnel, la maintenance, la disponibilité de l'installation et l'utilisabilité à long terme.
Une installation de mélange économique n'est donc pas forcément celle au prix d'achat le plus bas. C'est l'installation qui, pour le produit concret, atteint une qualité de mélange reproductible, limite les pertes de matières premières, accélère les changements de produit, réduit les coûts d'arrêt et permet, sur toute sa durée d'utilisation, des coûts d'exploitation planifiables.