Des améliorations énergétiques rentables stimulent la fabrication durable

Le bourdonnement constant des extrudeuses dans les usines de fabrication produit un vaste éventail de produits en plastique jour et nuit. Cependant, derrière cette production apparemment efficace se cache une vérité cachée : une consommation d'énergie massive. La question cruciale à laquelle l'industrie est confrontée est de savoir comment maintenir la production et la qualité tout en réduisant considérablement la consommation d'énergie afin de réaliser une transformation verte dans les procédés d'extrusion.

Les procédés d'extrusion et de compoundage reposent indéniablement sur des équipements énergivores. Heureusement, les progrès technologiques de ces dernières années ont considérablement amélioré l'efficacité énergétique des lignes d'extrusion modernes. Même les anciennes lignes de production peuvent être modernisées pour réduire considérablement leur empreinte énergétique.

Une analyse approfondie du processus d'extrusion révèle de nombreux facteurs affectant la qualité du composé, le rendement et la consommation d'énergie. Les experts évaluent tous les paramètres pour développer des solutions de modernisation personnalisées pour chaque système. Chaque processus de fabrication et chaque ligne d'extrusion recèle un potentiel important de réduction de l'énergie et d'opérations plus durables. Dans les projets de modernisation achevés, les économies d'énergie moyennes se situent entre 8 % et 14 %.

Plusieurs approches existent pour optimiser l'équilibre énergétique du système d'extrusion. La modernisation des seuls systèmes d'entraînement peut améliorer considérablement l'utilisation de l'énergie en entrée. De plus, chaque étape de production individuelle et leurs interrelations offrent des possibilités d'économies d'énergie. Par exemple, l'énergie peut être récupérée de l'eau de granulation et renvoyée au processus de production pour la fusion des matériaux. Des échangeurs de chaleur spécialement conçus facilitent ce processus. Même dans la section du processus d'extrusion, la modification des méthodes de chauffage des cylindres ou de l'isolation peut optimiser la consommation d'énergie, tandis que l'ajustement des configurations des vis peut réduire l'apport d'énergie.

Lors de l'identification du potentiel d'amélioration de l'équilibre énergétique, les experts ne considèrent pas seulement l'extrudeuse elle-même, mais aussi les systèmes de manutention des matériaux, d'alimentation et de granulation. Une connaissance approfondie des processus et une compréhension des interactions des composants permettent d'identifier efficacement les possibilités d'économies d'énergie dans les systèmes d'extrusion et de compoundage.

Les approches suivantes peuvent améliorer considérablement l'efficacité énergétique des lignes d'extrusion :

• Moteurs à haut rendement : La mise en œuvre de moteurs de classe IE3 ou supérieure réduit les pertes d'énergie des moteurs. Bien que l'investissement initial soit plus élevé, les économies d'énergie à long terme permettent généralement d'amortir les coûts en quelques années.
• Mise en œuvre de convertisseurs de fréquence : L'ajustement de la vitesse du moteur en fonction des besoins réels de la production empêche le fonctionnement à pleine charge, ce qui est particulièrement bénéfique dans les environnements de production avec des fluctuations de charge importantes.
• Optimisation du système de transmission : Le remplacement des boîtes de vitesses, des accouplements et d'autres composants de transmission usés ou inefficaces réduit les pertes mécaniques, un entretien régulier assurant des performances optimales.

• Technologies de chauffage avancées : Le remplacement du chauffage par résistance traditionnel par l'induction électromagnétique ou le chauffage infrarouge permet d'obtenir un chauffage plus rapide et plus uniforme avec une plus grande efficacité énergétique.
• Contrôle précis de la température : La mise en œuvre d'algorithmes de contrôle PID ajuste automatiquement la puissance de chauffage en fonction des écarts de température, ce qui évite le gaspillage d'énergie dû à la surchauffe ou à la sous-chauffe.
• Isolation améliorée : L'application de matériaux d'isolation avancés comme la fibre céramique ou l'aérogel aux cylindres et aux filières minimise les pertes de chaleur.

• Sélection de la méthode de refroidissement : Le choix de méthodes de refroidissement appropriées (air, eau ou huile) en fonction des caractéristiques des matériaux et des exigences du processus améliore l'efficacité.
• Recyclage de l'eau : La mise en œuvre de systèmes de refroidissement en boucle fermée avec filtration et désinfection réduit considérablement la consommation d'eau douce.
• Récupération de la chaleur perdue : L'utilisation de la chaleur perdue de l'eau de refroidissement pour le préchauffage des matériaux ou le chauffage des installations permet une cascade d'énergie.

• Configuration optimale des vis : La sélection de structures de vis appropriées (simple, double ou multi-vis) en fonction des exigences des matériaux et des processus améliore l'efficacité.
• Optimisation des paramètres géométriques : L'ajustement du pas, de la profondeur des canaux et de l'angle d'hélice améliore la qualité de la plastification et réduit la température de fusion.
• Vis à faible consommation d'énergie : Des conceptions de vis spécialisées réduisent la pression de fusion et la consommation d'énergie.

• Optimisation des paramètres : L'ajustement systématique de la température, de la vitesse de la vis et de la vitesse de traction par le biais de méthodes de conception expérimentale permet d'identifier les combinaisons optimales.
• Réduction du temps de démarrage : La mise en œuvre de systèmes de préchauffage et l'optimisation des procédures de démarrage minimisent le gaspillage d'énergie lors de la mise en marche de l'équipement.
• Réduction des déchets : L'amélioration du contrôle de la qualité et l'optimisation des processus diminuent les déchets de matériaux et améliorent les taux d'utilisation.

• Systèmes d'alimentation de précision : Les alimentateurs gravimétriques contrôlent avec précision l'apport de matériaux en fonction de la consommation réelle.
• Granulation économe en énergie : La mise en œuvre de méthodes de granulation à anneau d'eau ou à refroidissement par air réduit la consommation d'énergie à ce stade critique.
• Manutention optimisée des matériaux : Les systèmes de transport pneumatiques ou à vide minimisent la consommation d'énergie pendant le transport des matériaux.

• Surveillance de l'énergie : Des systèmes complets de gestion de l'énergie permettent une surveillance et une analyse en temps réel de la consommation d'énergie des lignes d'extrusion.
• Améliorations basées sur les données : Les résultats de l'analyse informent les plans de modification ciblés pour économiser l'énergie.
• Formation de la main-d'œuvre : L'amélioration de la sensibilisation et des compétences des employés en matière d'énergie favorise la participation collective aux efforts de conservation.

Un fabricant de plastiques exploitant une ancienne ligne d'extrusion monovis pour la production de tuyaux en polyéthylène (PE) était confronté à des coûts énergétiques importants, ce qui avait une incidence sur la rentabilité. L'évaluation a permis d'identifier plusieurs domaines d'amélioration clés :

1. Moteur d'entraînement de qualité IE1 obsolète
2. Système de chauffage par résistance inefficace
3. Isolation du cylindre détériorée
4. Rejet d'eau de refroidissement non recyclée

Le programme de modernisation mis en œuvre comprenait :

1. Remplacement par un moteur à haut rendement de qualité IE3
2. Conversion au chauffage par induction électromagnétique
3. Installation d'une isolation avancée en fibre céramique
4. Mise en œuvre d'un refroidissement en boucle fermée avec des tours de refroidissement

Les résultats ont démontré :

• 12 % de réduction d'énergie par tonne de tuyau en PE produit
• 8 % d'augmentation de la productivité grâce à un chauffage plus rapide
• 90 % de réduction de la consommation d'eau de refroidissement
• Période de remboursement de deux ans sur l'investissement de modernisation

Cette étude de cas illustre comment une modernisation énergétique stratégique peut simultanément réduire les coûts d'exploitation, améliorer l'efficacité et renforcer la durabilité environnementale dans les procédés d'extrusion.