Quelles fonctionnalités de durabilité (consommation d'énergie, faible besoin de maintenance, durée de vie) sont disponibles sur les mélangeurs de poudres modernes ?
Les mélangeurs de poudre modernes peuvent intégrer des caractéristiques techniques qui réduisent l'utilisation d'énergie, limitent l'effort de maintenance et soutiennent une longue durée d'utilisation économique. Ce qui est déterminant n'est cependant pas le composant isolé, mais l'interaction entre le principe de mélange, le produit, la taille de charge, le débit, les exigences de nettoyage, l'automatisation et la stratégie de maintenance. Une conception adaptée à l'application peut influencer positivement la consommation de ressources et les coûts sur le cycle de vie de l'installation.
Une approche importante pour réduire la consommation d'énergie est le dimensionnement adapté aux besoins du moteur, du réducteur et de l'outil de mélange. Des moteurs à haut rendement des classes IE3, IE4 ou — selon la technique disponible et le cas d'application — IE5 peuvent réduire les pertes de conversion électrique. Le fait qu'une classe de rendement supérieure soit économiquement rentable dépend notamment de la puissance moteur, des heures de fonctionnement annuelles, du profil de charge, du prix de l'énergie, de l'environnement et des coûts d'investissement. Les variateurs de fréquence permettent d'adapter la vitesse de rotation et, le cas échéant, le couple au produit, au taux de remplissage et à la phase de procédé. Pour les mélangeurs de poudre, cela peut être pertinent par exemple pour réaliser un transfert de produit ménageant, une dispersion ciblée, une incorporation définie de liquides ou une vidange adaptée. Une régulation de vitesse n'économise cependant pas automatiquement de l'énergie dans chaque état de fonctionnement. Elle devrait être conçue de façon à ce que le temps de mélange, la qualité de mélange, l'apport d'énergie spécifique et la sollicitation du produit se trouvent dans un rapport économiquement judicieux.
La géométrie de l'outil de mélange influence également le besoin énergétique. Des outils de mélange conçus de façon favorable à l'écoulement et un rapport adapté entre vitesse de rotation de l'outil, géométrie de la cuve et taux de remplissage peuvent contribuer à limiter le temps de mélange requis. Une simulation CFD peut soutenir la conception pour certaines applications, mais ne remplace pas les essais avec le produit réel. La qualité de mélange devrait être évaluée à l'aide des critères de qualité pertinents pour l'application ; un coefficient de variation universellement valable n'est pas judicieux à définir pour cela. Les commandes modernes peuvent saisir la puissance absorbée, le couple, la vitesse de rotation et les temps de procédé. Cela crée une transparence sur l'utilisation d'énergie par charge, par quantité de produit ou par recette. De telles données aident à identifier des temps morts inutiles, des temps de mélange inadaptés ou des pics de charge inhabituels. Pour les procédés de mélange, de séchage ou de réaction assistés thermiquement, il est en outre possible d'examiner si la chaleur de l'air évacué, des circuits de refroidissement ou d'autres étapes de procédé peut être récupérée et utilisée de façon pertinente. La faisabilité technique et économique doit être évaluée spécifiquement pour chaque installation.
Une conception peu exigeante en maintenance commence par la réduction de l'usure et une bonne accessibilité de toutes les zones pertinentes pour la maintenance. Les paliers, joints, outils de mélange, liaisons d'arbre et composants d'entraînement doivent être adaptés aux sollicitations réelles dues à l'abrasion, la corrosion, la température, la pression, les milieux de nettoyage et la durée de fonctionnement. Des systèmes d'étanchéité à faible contact ou protégés par construction peuvent réduire l'introduction de particules fines dans les zones de paliers. Des paliers graissés à vie peuvent allonger les intervalles de maintenance si le lubrifiant, le type de palier, la température, la charge et les conditions ambiantes s'y prêtent. Des composants ne devraient cependant être qualifiés de sans maintenance que si cela est techniquement et juridiquement sécurisé dans les conditions d'utilisation concrètes. Même les composants graissés à vie ou encapsulés nécessitent généralement des contrôles visuels et d'état réguliers.
Une conception hygiénique et facile à nettoyer peut réduire l'effort de nettoyage, la consommation d'eau et de produits chimiques ainsi que le risque de résidus de produit. Des surfaces en contact avec le produit lisses, bien accessibles et aussi pauvres en espaces morts que possible facilitent le nettoyage. Des systèmes CIP ou WIP peuvent, sur des mélangeurs conçus à cet effet, permettre des déroulements de nettoyage reproductibles et réduire les interventions manuelles. Le fait qu'un concept CIP ou WIP soit pertinent dépend notamment des adhérences de produit, des changements de recette, des exigences d'hygiène, de la validation du nettoyage et de l'infrastructure disponible. Pour les applications hygiéniques, une valeur de rugosité de Ra 0,8 µm ou mieux est souvent utilisée comme valeur d'orientation pour les surfaces métalliques en contact avec le produit. La nettoyabilité réelle ne dépend cependant pas seulement de la rugosité, mais aussi de la géométrie, des soudures, des transitions, du matériau, du milieu de nettoyage, de l'écoulement et du procédé de nettoyage. Des valeurs de rugosité plus élevées peuvent être acceptables dans certains cas si la nettoyabilité requise est démontrée.
Une instrumentation pour les vibrations, les températures de palier, le couple, la puissance absorbée ou les durées de fonctionnement peut soutenir une maintenance conditionnelle. Des tendances remarquables peuvent être identifiées précocement, de sorte que les inspections ou le remplacement de pièces d'usure deviennent planifiables. Une surveillance à distance ou le raccordement à un système de gestion de maintenance peut améliorer la disponibilité des données, mais ne remplace pas l'évaluation technique des valeurs de mesure ni une organisation de maintenance adaptée. Une construction modulaire et facile à entretenir, avec des composants d'entraînement bien accessibles, des outils de mélange interchangeables, des jeux de joints ou des plaques d'usure, peut raccourcir les temps de maintenance et de réparation. Les concepts de changement rapide sont particulièrement avantageux lorsque les pièces d'usure sont remplacées fréquemment ou que les fenêtres d'arrêt sont limitées. Des sous-ensembles autocentrants ou positionnables sans ambiguïté peuvent en outre aider à réduire les erreurs de montage et l'effort de remise en service.
La durée de vie d'un mélangeur de poudre est déterminée de façon essentielle par le choix des matériaux et le dimensionnement adapté des composants sollicités. Pour les produits abrasifs, corrosifs ou hygroscopiques, les outils de mélange, les surfaces intérieures de la cuve, les joints et les organes de vidange doivent être adaptés à la sollicitation respective. Selon l'application, on utilise par exemple des aciers inoxydables comme le 1.4404 ou 316L, le 1.4571, des aciers duplex, des aciers résistants à l'usure ou des revêtements spéciaux. Les revêtements à matériaux durs et céramiques, par exemple à base de carbure de tungstène ou d'oxyde de chrome, peuvent augmenter la durée de vie pour certaines sollicitations abrasives. Ils ne conviennent cependant pas à toute température, sollicitation par chocs, chimie de nettoyage ou application alimentaire. Le choix des matériaux devrait donc toujours s'effectuer à partir des données du produit, du risque de corrosion, de la température, de l'humidité, de la dureté des particules et de conditions d'exploitation réalistes.
Des surfaces finement polies ou électropolies peuvent réduire les adhérences de produit et faciliter le nettoyage. Pour les applications hygiéniquement sensibles, une qualité de surface adaptée peut en outre contribuer à limiter les risques de corrosion. Une valeur de rugosité très faible seule ne garantit cependant ni une construction hygiénique ni une nettoyabilité suffisante. Sont également déterminantes des géométries pauvres en espaces morts, des soudures réalisées dans les règles de l'art, des joints adaptés et un concept de nettoyage validé. Des arbres, paliers, réducteurs et accouplements robustement dimensionnés peuvent mieux absorber les pics de charge, les taux de remplissage changeants et les cycles de démarrage-arrêt. Un surdimensionnement n'est cependant pas fondamentalement durable, car il peut augmenter l'utilisation de matière et d'investissement. L'objectif devrait être un dimensionnement solide, adapté au collectif de charge et à l'exigence de durée de vie, avec des réserves de sécurité appropriées.
La disponibilité à long terme des pièces de rechange, l'utilisation de composants standard adaptés et une construction apte au rétrofit améliorent la durée d'utilisation économique. Les commandes, entraînements, capteurs ou fonctions de sécurité peuvent être modernisés en cas de besoin, sans que l'ensemble du mélangeur ne doive être remplacé. La durée pendant laquelle une installation peut être exploitée économiquement dépend de sa substance mécanique, de l'usure, des exigences réglementaires, de la disponibilité des pièces de rechange et des exigences de procédé futures. Au lieu d'une durée de vie forfaitaire, les exploitants devraient procéder à une évaluation basée sur l'état et la rentabilité.
Ainsi amixon® résout cette tâche
Pour amixon®, la durabilité signifie considérer la consommation d'énergie, l'utilisation de matière, l'effort de nettoyage, la maintenance et la durée d'utilisation économique comme un système cohérent. Les économies réellement réalisables dépendent toujours du produit, de la recette, de la taille de charge, du taux de remplissage, de la tâche de mélange, des exigences de nettoyage et du mode d'exploitation. amixon® peut étudier la conception et les paramètres de procédé pertinents dans la halle d'essais avec le produit d'origine, afin que le besoin énergétique, le comportement de vidange et la qualité de mélange soient évalués en fonction de l'application.
L'efficacité énergétique d'un mélangeur de poudre commence par le principe de mélange et le dimensionnement adapté aux besoins de l'entraînement. Les mélangeurs amixon® travaillent dans de nombreuses applications avec de faibles vitesses périphériques des outils de mélange, typiquement dans la plage d'environ 0,8 à 2,5 m/s. La faible vitesse de rotation peut permettre un transfert de produit ménageant et limiter la sollicitation mécanique du produit à mélanger. Ce qui est cependant déterminant pour le besoin énergétique réel, ce sont, outre la vitesse de rotation, les caractéristiques du produit, le taux de remplissage, le temps de mélange, la géométrie de l'outil, la recette et la qualité de mélange requise. Le mélangeur Gyraton® GM est conçu pour de grandes charges et peut fonctionner avec une puissance électrique installée comparativement faible. La puissance d'entraînement requise et la consommation d'énergie spécifique devraient néanmoins toujours être déterminées pour la tâche de mélange concrète.
Des temps de mélange courts peuvent réduire le besoin énergétique par charge ou par tonne de produit, si l'homogénéité requise est atteinte de façon fiable. Pour le mélangeur KoneSlid® KS, la qualité de mélange optimale est, selon amixon®, typiquement atteinte après environ 20 à 30 rotations d'outil. De telles valeurs sont cependant spécifiques au produit et ne doivent pas être transposées de façon forfaitaire à d'autres recettes, taux de remplissage ou types de mélangeurs. Une évaluation énergétique significative devrait donc s'appuyer sur des mesures en halle d'essais ou dans des conditions de production réelles. Des indicateurs pertinents sont la consommation d'énergie par charge, par tonne de produit ou par recette.
Un levier de ressources essentiel est la vidange résiduelle aussi complète que possible. Chaque quantité de produit restante peut provoquer, lors des changements de recette, des pertes de produit, un effort de nettoyage supplémentaire ou des risques de contamination croisée. Selon le mélangeur, le produit et l'exécution, les mélangeurs amixon® peuvent atteindre des degrés de vidange très élevés. Pour la gamme KS, amixon® indique des degrés de vidange allant jusqu'à 99,98 pour cent. Avec la technologie ComDisc®, des degrés de vidange allant jusqu'à 99,997 pour cent et plus sont possibles, selon le produit et l'application. La quantité résiduelle atteignable doit néanmoins toujours être vérifiée avec le produit concret, car le comportement d'écoulement, l'humidité, la taille des particules, la tendance à l'adhérence et la recette ont une influence considérable.
Une bonne vidange résiduelle peut améliorer l'utilisation des matières premières, réduire l'effort lors des changements de produit et raccourcir les temps de nettoyage. Des chambres de mélange pauvres en espaces morts et bien accessibles ainsi que des procédés de nettoyage adaptés soutiennent cet effet. Pour l'incorporation de liquides, un dosage finement réparti et adapté au produit peut contribuer à réduire les adhérences locales. Le fait que cela nécessite réellement moins d'eau, de produits de nettoyage ou de temps de travail dépend cependant de la recette, des prescriptions d'hygiène, du procédé de nettoyage et de la validation de nettoyage nécessaire. Pour les poudres sensibles à la température, un principe de mélange ménageant peut en outre aider à limiter un apport de température indésirable. Le fait que cela permette réellement d'économiser de l'énergie de refroidissement dépend de l'application et devrait être évalué par mesure.
La durabilité résulte aussi d'une longue durée d'utilisation économique. Une construction mécanique robuste, des matériaux résistants à l'usure, une bonne accessibilité pour la maintenance, des pièces de rechange disponibles et la possibilité de modernisation peuvent contribuer à utiliser une installation de mélange existante sur une longue période. amixon® propose une maintenance préventive, un approvisionnement en pièces de rechange, du rétrofit et des adaptations liées au procédé. Des pièces d'usure sélectionnées peuvent déjà être fournies dès la première livraison. Selon les indications d'amixon®, la plupart des pièces de rechange sont stockées à Paderborn ; d'autres stocks se trouvent dans des centres de service internationaux. amixon® décrit son service de pièces de rechange comme étant à vie et propose, pour des composants d'origine qui ne sont plus disponibles, des solutions de remplacement adaptées.
Les modernisations peuvent concerner par exemple la commande, la technique d'entraînement, l'instrumentation, les fonctions de sécurité, la technique de dosage, le nettoyage ou la documentation de procédé. Cela permet d'adapter les mélangeurs existants à de nouvelles recettes, des débits modifiés, des exigences accrues de traçabilité ou de nouvelles conditions réglementaires. Un rééquipement peut éviter des ressources et un effort d'investissement pour une acquisition entièrement nouvelle. Le fait qu'il soit techniquement et économiquement judicieux dépend de l'état de l'installation, des exigences de procédé futures, de la disponibilité des pièces de rechange et de la durée d'utilisation restante attendue.
Pour un reporting de durabilité solide, les exploitants devraient saisir avant tout des indicateurs liés à l'application. En font partie la consommation d'énergie spécifique par charge ou par tonne, la quantité résiduelle après la vidange, la consommation d'eau et de produits chimiques de nettoyage par nettoyage ou changement de produit, la fréquence des arrêts, la consommation de pièces d'usure ainsi que la durée d'utilisation réellement atteinte. amixon® peut fournir à cet effet des données de mesure et de procédé côté appareil spécifiques au projet, ou soutenir l'évaluation par des essais en halle d'essais.
Une conduite de procédé reproductible améliore non seulement la qualité de mélange, mais facilite aussi l'évaluation des données d'énergie et d'exploitation. Les recettes, temps de mélange, vitesses de rotation, ordres de dosage et, le cas échéant, profils de température peuvent, selon le concept d'automatisation, être enregistrés, pilotés et documentés dans l'automate programmable industriel. Un raccordement spécifique au projet à des systèmes ERP, MES ou de maintenance peut relier les données de recette, de charge et de procédé entre elles. Des lecteurs de codes-barres ou des systèmes d'identification comparables peuvent aider à attribuer de façon traçable les matières, segments de charge et paramètres de procédé. Cette base de données soutient la traçabilité des lots, les analyses OEE, les analyses de cause en cas d'écarts ainsi que l'optimisation des intervalles d'énergie et de maintenance.
Pour les applications réglementées, amixon® peut fournir des documents techniques soutenant le processus de qualification de l'exploitant. En font partie des certificats matière, des protocoles de contrôle, des documentations de soudage, des modes d'emploi, des documents de réception et des documentations sur la technique de commande et d'automatisation. L'installation est conçue sur la base d'une User Requirement Specification spécifique au projet. amixon® peut contribuer à soutenir la Design Qualification, l'Installation Qualification et l'Operational Qualification. La qualification finale, la validation et la libération incombent cependant à l'exploitant. Les exigences issues des BPF, de l'ATEX, de l'EHEDG, des prescriptions FDA, des 3-A Sanitary Standards, de l'ASME ou d'autres référentiels doivent être vérifiées, convenues et mises en œuvre individuellement pour chaque installation et l'usage prévu.