Quali funzioni di efficienza energetica (per es. tempi di processo brevi, basso consumo energetico specifico) sono standard nei moderni miscelatori industriali?
Il consumo energetico di un miscelatore industriale è determinato meno dalle singole caratteristiche di dotazione che dalla combinazione adeguata di principio di miscelazione, azionamento, conduzione del processo e periferiche dell'impianto. I miscelatori moderni possono ridurre l'energia per lotto o per tonnellata di prodotto se raggiungono la qualità di miscelazione richiesta con un tempo di processo il più breve possibile e senza un apporto di potenza superfluo. I valori caratteristici raggiungibili dipendono tuttavia fortemente da prodotto, grado di riempimento, compito di miscelazione, viscosità, temperatura e onere di pulizia.
Tra le misure oggi ampiamente diffuse rientrano motori elettrici efficienti e azionamenti a frequenza variabile. I motori ad alto rendimento riducono le perdite elettriche. I convertitori di frequenza consentono un avviamento dolce controllato e l'adattamento della velocità di rotazione al grado di riempimento, alle caratteristiche del prodotto e alla fase di processo. In questo modo l'impianto può essere gestito, ad esempio durante il riempimento, la miscelazione, lo svuotamento o la pulizia, con la velocità di rotazione di volta in volta necessaria.
Gli azionamenti diretti possono ridurre le perdite meccaniche in singole applicazioni. Non sono tuttavia automaticamente più efficienti di un motoriduttore di alta qualità. La soluzione migliore dipende dalla velocità di rotazione, dalla coppia, dal profilo di carico, dai requisiti di manutenzione e dal tipo costruttivo del miscelatore. Anche il recupero dell'energia di frenata è rilevante dal punto di vista economico solo con determinati azionamenti dinamici e frenate frequenti.
Un fattore essenziale è la geometria dell'utensile di miscelazione. Utensili ben progettati generano il movimento di prodotto necessario per il compito di miscelazione, senza causare attrito superfluo, un'elevata sollecitazione di taglio o zone immobili. Analisi fluidodinamiche digitali e prove di miscelazione possono supportare la progettazione. Non sostituiscono tuttavia la sperimentazione con il prodotto reale.
Un tempo di miscelazione breve può ridurre il consumo energetico per lotto, a condizione che la qualità di miscelazione richiesta venga raggiunta in modo affidabile. Un apporto di potenza elevato o una velocità di rotazione molto alta non sono sempre opportuni. Con solidi sfusi sensibili o a scorrimento libero, un sistema di miscelazione lento con un rimescolamento complessivo efficiente può risultare energeticamente più vantaggioso di un procedimento ad alta intensità. Con polveri coesive, agglomerati o masse ad alta viscosità può invece essere necessario un apporto energetico maggiore.
Anche una buona svuotabilità può risparmiare energia e risorse. Se il miscelatore si svuota con quantità residue ridotte, diminuiscono le perdite di prodotto, l'onere di pulizia ed eventualmente il fabbisogno di trattamento successivo. Organi di scarico a bassa presenza di spazi morti, superfici di prodotto ben accessibili e una geometria del recipiente adeguata favoriscono questo effetto.
L'automazione offre un ulteriore potenziale di risparmio. Il rilevamento di coppia, potenza, velocità di rotazione, temperatura, pressione o vuoto rende il processo trasparente. I programmi di ricetta possono controllare in modo riproducibile i profili di velocità, i tempi di miscelazione e le sequenze di dosaggio. Un riconoscimento automatico del punto finale può evitare una miscelazione eccessiva, a condizione che siano disponibili segnali di processo idonei e significativi. In molti processi con polveri, tuttavia, il punto finale di miscelazione non è misurabile direttamente e deve essere garantito tramite prove, tempi di miscelazione validati o analisi a campione.
Il monitoraggio energetico consente una valutazione continua dei consumi per lotto, per chilogrammo di prodotto o per fase di processo. Solo il confronto tra lotti simili in condizioni comparabili mostra se il fabbisogno energetico cambia. Un aumento dell'assorbimento di potenza o tempi di miscelazione più lunghi possono indicare incrostazioni, usura, materie prime difformi o impostazioni non adeguate. Un sistema di gestione dell'energia secondo la norma ISO 50001 può supportare la rilevazione sistematica e il miglioramento di tali indicatori.
Nei miscelatori riscaldati, raffreddati o funzionanti sottovuoto, il concetto termico acquista importanza. Recipienti coibentati, geometrie a doppia camicia adeguate e una termoregolazione conforme al fabbisogno riducono le perdite di calore e migliorano lo scambio termico. Il recupero di calore dall'aria di scarico o dai circuiti di raffreddamento può essere utile, ma non è una funzione standard di ogni miscelatore.
Negli essiccatori-miscelatori sottovuoto, il vuoto abbassa il punto di ebollizione del solvente o dell'acqua. Ciò consente di essiccare a temperature di prodotto più basse. Il fabbisogno termico complessivo, tuttavia, non diminuisce automaticamente, poiché evaporazione, generazione del vuoto, condensazione e perdite di calore devono essere considerati insieme.
Particolarmente efficace può essere l'integrazione di più fasi di processo in un unico apparecchio. Se miscelazione, essiccazione, raffreddamento, reazione o granulazione avvengono senza travaso, vengono meno le perdite di trasferimento, gli apparecchi aggiuntivi e in parte anche le fasi di pulizia. Se ciò sia vantaggioso dal punto di vista energetico deve essere valutato per l'intero processo e non solo per il singolo miscelatore.
Come basi moderne valgono quindi azionamenti progettati in modo efficiente, un controllo a velocità variabile, utensili di miscelazione adatti al prodotto, una buona svuotabilità, programmi di ricetta riproducibili e un monitoraggio energetico trasparente. I maggiori risparmi non derivano di norma da una singola caratteristica, bensì dalla progettazione adeguata dell'intero processo di miscelazione.
Così amixon® valuta l'efficienza energetica, il TCO e l'ammortamento di un miscelatore industriale
L'economicità di un miscelatore industriale non è determinata unicamente dall'assorbimento di potenza dell'azionamento. Determinante è il costo totale di proprietà (Total Cost of Ownership) lungo la durata di utilizzo prevista. Ne fanno parte l'investimento, l'energia, le perdite di prodotto, i tempi di pulizia e di cambio, la manutenzione, i ricambi, l'onere di personale, i rischi di fermo impianto, nonché la possibile durata di utilizzo dell'impianto.
amixon® considera questi fattori insieme al gestore dell'impianto. Valori generici per il consumo energetico specifico per tonnellata di prodotto sono solo limitatamente significativi. Il fabbisogno energetico reale dipende, tra l'altro, dalla ricetta, dalla dimensione del lotto, dal grado di riempimento, dal tempo di miscelazione, dallo stato del prodotto e dall'apporto energetico richiesto. Per questo motivo l'assorbimento di energia e il tempo di miscelazione dovrebbero essere determinati con il prodotto originale nel centro prove.
Energia grazie a un movimento di miscelazione adeguato
A seconda del tipo costruttivo e del compito di miscelazione, i miscelatori amixon® lavorano con basse velocità periferiche. Un movimento rotatorio lento può ridurre l'attrito, la sollecitazione da urto e i carichi dinamici. Ciò è particolarmente vantaggioso con polveri sensibili o a scorrimento libero, quando un rimescolamento complessivo delicato raggiunge la qualità di miscelazione richiesta con un apporto energetico ridotto.
Un importante sviluppo recente è il silo miscelatore Gyraton®. È progettato per lotti di grandi dimensioni e può lavorare volumi di miscelazione fino a circa 100 metri cubi. Il principio di miscelazione unisce un movimento di prodotto ad ampio volume a una potenza di azionamento installata particolarmente bassa. Anche con lotti grandi si può così ottenere un fabbisogno energetico relativamente contenuto. Il consumo energetico specifico effettivo dipende tuttavia sempre da prodotto, grado di riempimento, durata di miscelazione e portata richiesta.
Tempi di miscelazione brevi possono migliorare l'energia per lotto e il tempo produttivo dell'impianto. Nei miscelatori HM la miscelazione è favorita da flussi di miscelazione sovrapposti. Il tempo di miscelazione necessario deve essere determinato tramite prova per ogni prodotto e fissato per il funzionamento successivo.
Perdita di prodotto e tempi di cambio
Con ricette pregiate o critiche, le quantità residue e i tempi di pulizia hanno un'influenza notevole sull'economicità. Una buona svuotabilità riduce le perdite di prodotto, semplifica il cambio di lotto e può ridurre il fabbisogno di pulizie complesse.
Un ulteriore sviluppo recente di amixon® è il concetto di scarico KoneSlid®. Consente uno svuotamento rapido ed esteso del miscelatore. Il tempo di scarico breve può accelerare il processo successivo e ridurre il rischio di segregazione durante lo svuotamento. Gli elementi ComDisc® possono favorire ulteriormente lo svuotamento residuo.
Il grado di svuotamento effettivamente raggiungibile dipende dal prodotto. Struttura delle particelle, umidità, coesione, peso di massa volumica e tendenza all'adesione influenzano la quantità residua rimanente. I dati rilevanti ai fini dell'ammortamento dovrebbero pertanto essere verificati con il rispettivo prodotto originale.
Camere di miscelazione a bassa presenza di spazi morti e superfici a contatto con il prodotto ben accessibili favoriscono una pulizia rapida. Ciò consente di ridurre i tempi di cambio e di aumentare il tempo di impianto utilizzabile in modo produttivo. L'effetto economico si manifesta soprattutto in caso di cambi di prodotto frequenti, lotti piccoli e requisiti di pulizia impegnativi.
Manutenzione e durata di utilizzo
L'organo miscelante, supportato esclusivamente in alto, evita un passaggio d'albero inferiore a contatto con il prodotto. In combinazione con una costruzione robusta e a bassa velocità, ciò può ridurre l'onere di manutenzione e i potenziali punti di usura. Molti impianti amixon® vengono gestiti per lunghi periodi e, se necessario, modernizzati o adeguati.
I componenti di usura critici possono già essere forniti con la prima consegna. La disponibilità a lungo termine della documentazione costruttiva e delle informazioni di produzione favorisce l'identificazione, la valutazione ed eventualmente la riproduzione dei ricambi. Ciò può prolungare la durata di utilizzo dell'impianto e limitare i tempi di fermo non pianificati.
Dati solidi anziché valori generici
Per un calcolo del ROI o dell'ammortamento, amixon® determina nel centro prove dati specifici per il prodotto. Tra questi possono rientrare il tempo di miscelazione, l'assorbimento di energia, la svuotabilità, la delicatezza sul prodotto, l'onere di pulizia e il tempo di cambio. Le prove vengono condotte con il prodotto originale e con gradi di riempimento, dimensioni di lotto nonché condizioni di temperatura e pressione il più possibile realistici.
Nel centro prove amixon® di Paderborn sono disponibili più di 30 impianti di prova in diverse taglie. A completamento esistono centri prove in Giappone, India, Thailandia, Cina, Corea del Sud e negli Stati Uniti. I risultati delle prove vengono documentati e costituiscono la base per la progettazione tecnica e la valutazione economica dell'impianto di miscelazione.
amixon® non valuta quindi l'efficienza energetica isolatamente come consumo elettrico dell'azionamento. Al centro vi è il processo complessivo composto da tempo di miscelazione, perdita di prodotto, onere di pulizia, manutenzione, disponibilità dell'impianto e utilizzabilità a lungo termine. Con sviluppi come il concetto di scarico KoneSlid® e il silo miscelatore Gyraton®, amixon® unisce uno svuotamento rapido ed esteso a una miscelazione energeticamente efficiente di lotti grandi.