Quelles fonctionnalités d'efficacité énergétique (par ex. temps de procédé courts, faible consommation d'énergie spécifique) sont standard sur les mélangeurs industriels modernes ?
La consommation d'énergie d'un mélangeur industriel est déterminée moins par des caractéristiques d'équipement isolées que par la combinaison adaptée du principe de mélange, de l'entraînement, de la conduite du procédé et de la périphérie de l'installation. Les mélangeurs modernes peuvent réduire l'énergie par charge ou par tonne de produit s'ils atteignent la qualité de mélange requise avec un temps de procédé aussi court que possible et sans apport de puissance superflu. Les valeurs caractéristiques atteignables dépendent cependant fortement du produit, du taux de remplissage, de la tâche de mélange, de la viscosité, de la température et de l'effort de nettoyage.
Parmi les mesures aujourd'hui largement répandues figurent les moteurs électriques efficients et les entraînements à fréquence variable. Les moteurs à haut rendement réduisent les pertes électriques. Les variateurs de fréquence permettent un démarrage progressif contrôlé et l'adaptation de la vitesse de rotation au taux de remplissage, aux propriétés du produit et à la phase du procédé. L'installation peut ainsi être exploitée, par exemple lors du remplissage, du mélange, de la vidange ou du nettoyage, à la vitesse de rotation respectivement requise.
Les entraînements directs peuvent réduire les pertes mécaniques dans certaines applications. Ils ne sont toutefois pas automatiquement plus efficients qu'un motoréducteur de qualité. La meilleure solution dépend de la vitesse de rotation, du couple, du profil de charge, des exigences de maintenance et du type de construction du mélangeur. De même, une récupération de l'énergie de freinage n'est économiquement pertinente que pour certains entraînements dynamiques et des cycles de freinage fréquents.
La géométrie de l'outil de mélange est un facteur essentiel. Des outils bien conçus génèrent le mouvement de produit nécessaire à la tâche de mélange, sans provoquer de frottement inutile, de sollicitation de cisaillement élevée ou de zones immobiles. Des analyses d'écoulement numériques et des essais de mélange peuvent appuyer la conception. Ils ne remplacent cependant pas les essais avec le produit réel.
Un temps de mélange court peut réduire la consommation d'énergie par charge, à condition que la qualité de mélange requise soit atteinte de façon sûre. Un apport de puissance élevé ou une vitesse de rotation très élevée ne sont pas toujours judicieux. Pour les produits en vrac sensibles ou à bon écoulement, un système de mélange à fonctionnement lent avec un écoulement global efficace peut être énergétiquement plus avantageux qu'un procédé à haute intensité. Pour les poudres cohésives, les agglomérats ou les masses très visqueuses, un apport d'énergie plus élevé peut en revanche être nécessaire.
Une bonne vidangeabilité peut également économiser de l'énergie et des ressources. Lorsque le mélangeur se vide avec de faibles quantités résiduelles, les pertes de produit, l'effort de nettoyage et, le cas échéant, le besoin de traitement ultérieur diminuent. Des organes de vidange pauvres en espaces morts, des surfaces de produit bien accessibles et une géométrie de cuve adaptée soutiennent cet effet.
L'automatisation offre un potentiel d'économie supplémentaire. La saisie du couple, de la puissance, de la vitesse de rotation, de la température, de la pression ou du vide rend le procédé transparent. Des programmes de recette peuvent piloter de façon reproductible les profils de vitesse, les temps de mélange et les ordres de dosage. Une détection automatique du point final peut éviter un surmélange, à condition que des signaux de procédé adaptés et significatifs soient disponibles. Dans de nombreux procédés de poudres, le point final du mélange n'est toutefois pas directement mesurable et doit être sécurisé par des essais, des temps de mélange validés ou des analyses par échantillonnage.
Le suivi énergétique permet une évaluation continue des consommations par charge, par kilogramme de produit ou par étape de procédé. Seule la comparaison de charges de même nature dans des conditions comparables montre si le besoin en énergie évolue. Une puissance absorbée croissante ou des temps de mélange plus longs peuvent indiquer des adhérences, de l'usure, des matières premières différentes ou des réglages inadaptés. Un système de management de l'énergie selon l'ISO 50001 peut soutenir la saisie systématique et l'amélioration de ces indicateurs.
Pour les mélangeurs chauffés, refroidis ou fonctionnant sous vide, le concept thermique gagne en importance. Des cuves isolées, des géométries de double enveloppe adaptées et une régulation de température ajustée aux besoins réduisent les pertes de chaleur et améliorent le transfert thermique. Une récupération de chaleur sur l'air évacué ou les circuits de refroidissement peut être pertinente, mais elle n'est pas une fonction standard de chaque mélangeur.
Pour les sécheurs-mélangeurs sous vide, le vide abaisse le point d'ébullition du solvant ou de l'eau. Le séchage peut ainsi s'effectuer à des températures de produit plus basses. Le besoin énergétique thermique total ne diminue toutefois pas automatiquement, car l'évaporation, la production du vide, la condensation et les pertes de chaleur doivent être considérées ensemble.
L'intégration de plusieurs étapes de procédé dans un seul appareil peut être particulièrement efficace. Lorsque le mélange, le séchage, le refroidissement, la réaction ou la granulation s'effectuent sans transvasement, les pertes de transfert, les appareils supplémentaires et, en partie, les étapes de nettoyage sont supprimés. Le fait que cela soit énergétiquement avantageux doit être évalué pour l'ensemble du procédé, et non pour le seul mélangeur.
Les bases modernes sont donc des entraînements efficacement dimensionnés, une commande à vitesse de rotation variable, des outils de mélange adaptés au produit, une bonne vidangeabilité, des programmes de recette reproductibles et un suivi énergétique transparent. Les économies les plus importantes ne résultent généralement pas d'une seule caractéristique, mais de la conception adaptée de l'ensemble du procédé de mélange.
Ainsi amixon® évalue l'efficacité énergétique, le TCO et l'amortissement d'un mélangeur industriel
La rentabilité d'un mélangeur industriel n'est pas déterminée uniquement par la puissance absorbée de l'entraînement. Ce qui est déterminant, c'est le coût total de possession (TCO) sur la durée d'utilisation prévue. En font partie l'investissement, l'énergie, les pertes de produit, les temps de nettoyage et de changement, la maintenance, les pièces de rechange, les frais de personnel, les risques d'arrêt ainsi que la durée d'utilisation possible de l'installation.
amixon® considère ces facteurs conjointement avec l'exploitant. Des valeurs forfaitaires de consommation d'énergie spécifique par tonne de produit n'ont qu'une portée limitée. Le besoin énergétique réel dépend notamment de la recette, de la taille de charge, du taux de remplissage, du temps de mélange, de l'état du produit et de l'apport d'énergie requis. C'est pourquoi la consommation d'énergie et le temps de mélange devraient être déterminés avec le produit d'origine en halle d'essais.
De l'énergie grâce à un mouvement de mélange adapté
Selon leur type de construction et la tâche de mélange, les mélangeurs amixon® travaillent avec de faibles vitesses périphériques. Un mouvement de rotation lent peut réduire le frottement, la sollicitation par impact et les charges dynamiques. Cela est particulièrement avantageux pour les poudres sensibles ou à bon écoulement, lorsqu'un écoulement global ménageant permet d'atteindre la qualité de mélange requise avec un faible apport d'énergie.
Le silo-mélangeur Gyraton® constitue un développement important. Il est conçu pour de grandes charges et peut traiter des volumes de mélange allant jusqu'à environ 100 mètres cubes. Le principe de mélange associe un mouvement de produit à grand volume à une puissance d'entraînement installée particulièrement faible. Même pour de grandes charges, un besoin énergétique comparativement faible peut ainsi être atteint. La consommation d'énergie spécifique réelle dépend toutefois toujours du produit, du taux de remplissage, de la durée de mélange et du débit requis.
Des temps de mélange courts peuvent améliorer l'énergie par charge et le temps productif de l'installation. Dans les mélangeurs HM, le brassage est favorisé par des flux de mélange superposés. Le temps de mélange requis doit être déterminé par l'essai pour chaque produit et fixé pour l'exploitation ultérieure.
Perte de produit et temps de changement
Pour les recettes de grande valeur ou critiques, les quantités résiduelles et les temps de nettoyage ont une influence considérable sur la rentabilité. Une bonne vidangeabilité réduit les pertes de produit, simplifie les changements de charge et peut réduire le besoin de nettoyages approfondis.
Un autre développement amixon® est le concept de vidange KoneSlid®. Il permet une vidange rapide et étendue du mélangeur. Le temps de décharge court peut accélérer le procédé suivant et réduire le risque de ségrégation pendant la vidange. Les éléments ComDisc® peuvent en outre soutenir la vidange résiduelle.
Le degré de vidange réellement atteignable dépend du produit. La structure des particules, l'humidité, la cohésion, la masse volumique apparente et la tendance à l'adhérence influencent la quantité résiduelle restante. Les indications pertinentes pour l'amortissement devraient donc être vérifiées avec le produit d'origine respectif.
Des espaces de mélange pauvres en espaces morts et des surfaces en contact avec le produit bien accessibles favorisent un nettoyage rapide. Les temps de changement peuvent ainsi être réduits et le temps d'exploitation productif de l'installation augmenté. L'effet économique se manifeste en particulier lors de changements de produit fréquents, de petites charges et d'exigences de nettoyage élevées.
Maintenance et durée d'utilisation
L'outil de mélange, exclusivement monté en partie haute, évite un passage d'arbre inférieur en contact avec le produit. Associé à une construction robuste et à basse vitesse, cela peut réduire l'effort de maintenance et les points d'usure potentiels. De nombreuses installations amixon® sont exploitées sur de longues périodes et modernisées ou rééquipées en cas de besoin.
Les pièces d'usure critiques peuvent déjà être fournies dès la première livraison. La disponibilité à long terme des documents de construction et des informations de fabrication soutient l'identification, l'évaluation et, le cas échéant, la refabrication de pièces de rechange. Cela peut prolonger la durée d'utilisation de l'installation et limiter les temps d'arrêt non planifiés.
Des données solides plutôt que des valeurs caractéristiques générales
Pour un calcul de ROI ou d'amortissement, amixon® détermine des données spécifiques au produit en halle d'essais. En font partie le temps de mélange, la consommation d'énergie, la vidangeabilité, le ménagement du produit, l'effort de nettoyage et le temps de changement. Les essais sont réalisés avec le produit d'origine et des taux de remplissage, des tailles de charge ainsi que des conditions de température et de pression aussi réalistes que possible.
Dans la halle d'essais amixon® de Paderborn, plus de 30 installations d'essai de tailles différentes sont disponibles. Des centres d'essais complémentaires existent en outre au Japon, en Inde, en Thaïlande, en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis. Les résultats d'essais sont documentés et servent de base à la conception technique et à l'évaluation économique de l'installation de mélange.
amixon® n'évalue donc pas l'efficacité énergétique isolément comme une simple consommation électrique de l'entraînement. Ce qui est au centre, c'est l'ensemble du procédé, composé du temps de mélange, de la perte de produit, de l'effort de nettoyage, de la maintenance, de la disponibilité de l'installation et de l'utilisabilité à long terme. Avec des développements comme le concept de vidange KoneSlid® et le silo-mélangeur Gyraton®, amixon® associe une vidange rapide et étendue à un mélange économe en énergie de grandes charges.