12 août 2024
Développement durable : les centrifugeuses montent en régime
Quand vous développez des centrifugeuses, chaque goutte et chaque kilowatt-heure comptent. GEA fabriquant des centrifugeuses depuis plus de 130 ans, vous pourriez donc croire que nous ne nous y intéressons plus tant que cela au quotidien. Jürgen Mackel, Vice-président Ligne de produits Séparateurs chez GEA, et Christian Becker, Chef de produit responsable de la gamme de centrifugeuses pour le lait, vous prouvent le contraire. Tous deux mettent continuellement au point de nouvelles solutions, qui répondent aux exigences du progrès technique, aux conditions actuelles du marché et à tous les aspects du développement durable. Lisez pour en savoir plus sur ce que l’art de l’ingénierie by GEA apporte dans les ateliers de fabrication d’un large éventail d’industries du monde entier.
Christian Becker et Jürgen Mackel découvrent jusqu’aux marges d’optimisation cachées de chaque type de centrifugeuse.
Remettre en question et optimiser : un enjeu majeur
Chez GEA, nous ne nous reposons jamais sur nos lauriers. Au contraire, nous utilisons nos succès comme un tremplin. « Nous ne nous engageons pas à fond pour améliorer la productivité et conserver les ressources juste pour la beauté du geste, c’est inscrit dans l’ADN de notre entreprise, » explique J. Mackel. « Nous travaillons depuis toujours pour atteindre des objectifs qui sont de meilleures performances et des machines plus efficaces, ce qui résulte en moins d’usure et d’entretien, et il faut le dire en une consommation d’énergie et d’eau moindre. »
S’ajoute à cela qu’avec le temps le développement durable a pris une importance grandissante. « C’est pour cela que nous avons examiné avec soin tous les paramètres utiles, passé en revue l’ensemble du cycle de vie dans une perspective de développement durable et adopté une nouvelle approche dans notre façon de penser la conception, » dit-il.
C. Becker poursuit : « Nous commençons toujours par nous poser des questions, qui sont aujourd’hui plus influencées que jamais par des sujets comme le développement durable et le rapport efficacité/coûts. Pourquoi l’exploitation d’une centrifugeuse est-elle si coûteuse ? À quel niveau utilisons-nous l’énergie de manière peu efficace ? Où pourrions-nous faire des économies d’eau et de liquide de nettoyage en place (NEP) ? Nous évaluons ensuite les options opérationnelles et techniques pour réduire la consommation. »
Nous nous appuyons pour cela sur ce qui a été fait jusque-là. « De par le passé, quand nous voulions construire une nouvelle machine, nous augmentions la puissance, en général en utilisant une vitesse supérieure, tandis que le diamètre du bol était maintenu le plus petit possible, » dit J. Mackel. « Davantage de puissance sous forme de vitesse limite les dépenses en capital, autrement dit les coûts d’investissement, mais la consommation accrue d’électricité augmente ensuite les coûts d’utilisation, c’est à dire les dépenses de fonctionnement. »
Le prix de l’électricité n’intéressait personne ou presque jusqu’à il y a quelques années. Aujourd’hui, les choses sont différentes. « Nous abordons désormais la question sous un autre angle en concevant des bols de plus grand diamètre et en construisant des machines qui fonctionnent plus lentement, à une vitesse 10 % plus lente, ce qui équivaut à une baisse de la consommation d’énergie de 20 % », dit-il. « Cela parce que les clients concentrent leur attention sur les kilowatts-heures, qui constituent un point particulièrement sensible quand vous passez en revue les coûts. »
C’est la même chose pour les concepts d’entraînement au niveau desquels il y a diverses pertes d’efficacité. L’entraînement direct de GEA a permis de réduire ces pertes à un minimum. Ces concepts requièrent par ailleurs peu d’entretien et occupent peu de place, tout en étant compatibles avec de gros moteurs. De par le passé, les ingénieurs mettaient en avant le produit : plus haut rendement, meilleure qualité. Aujourd’hui, ces caractéristiques passent un peu aux oubliettes. « Nous nous intéressons en fait de plus en plus à la quantité d’énergie et d’eau que la machine consomme tout au long de son cycle de vie, » explique J. Mackel. Auparavant, par exemple, vous ajoutiez de l’eau de contrôle pendant sept secondes, alors qu’aujourd’hui deux secondes sont suffisantes. Si vous faites le calcul, cela fait une belle différence en fin de journée.
Les paramètres de production de GEA comptent aussi, bien sûr. Le but est d’utiliser aussi peu d’énergie directe et indirecte que possible et de consommer le moins possible de matériaux lors de la fabrication. J. Mackel replace ceci dans un contexte plus large : « Mais ce que nous économisons en interne n’est qu’une fraction des économies qui seront réalisables plus tard chez le client avec une machine d’une durée de vie de 20 à 40 ans. »
L’empreinte carbone de 150 000 machines
De l’énergie, de l’eau et des matières premières : ces éléments doivent être mesurés avec exactitude et enregistrés dans le cadre du process d’amélioration. Chaque année, ce chiffre est calculé pour toutes les machines vendues, près de 150 000 au total. « Nous connaissons les niveaux de rendement des moteurs installés, les domaines d’application et les heures de fonctionnement prévues, » explique J. Mackel. Sur cette base, il est possible de déterminer le nombre de kilowatts-heures que chaque machine consomme par an (un kilowatt-heure produit jusqu’à 0,9 kg de CO2, en fonction du pays et de la région).
Il est évident que l’électricité n’est pas toujours la même. Les clients qui utilisent de l’électricité verte générée par des centrales hydrauliques ou éoliennes auront un bilan bien différent de ceux qui ont recours à des combustibles fossiles. La machine elle-même peut également être facilement ramenée à ses divers composants en vue de son recyclage. « Nous pensons en termes de matières premières plutôt qu’en termes de déchets, ce qui s’inscrit dans une optique d’économie circulaire, » ajoute J. Mackel. « Les grands bols des séparateurs peuvent rester en service pendant jusqu’à 30 ans. À la fin de la durée de vie de la machine, ils sont fondus et réintroduits dans le process. »
Afin d’optimiser la consommation d’énergie et d’eau dans nos centrifugeuses, les points critiques respectifs doivent être passés au crible et améliorés.
Ne rien gaspiller, tel est l’objectif
Si l’eau est une des ressources les plus précieuses au monde, elle est aussi indispensable pour faire fonctionner les centrifugeuses. La plupart de l’eau consommée l’est en tant qu’eau de refroidissement, pour à la fois le moteur et le refroidissement et la protection du produit contre la chaleur produite par la friction, ou en tant qu’eau de contrôle pour le processus de d’évacuation. Étant donné que les centrifugeuses se déchargent fréquemment, parfois toutes les deux ou trois minutes, il est possible d’économiser beaucoup d’eau. Alors que l’eau de contrôle était auparavant ajoutée pendant sept secondes, deux secondes suffisent désormais, or il faut savoir qu’une seconde d’eau de contrôle correspond à près d’un litre d’eau », dit Jürgen Mackel. « Nous travaillons actuellement à des solutions pour savoir comment utiliser l’eau de refroidissement, dont la température est passée de 20 à 40 degrés – ailleurs dans le process. Cela représente en moyenne plus de 150 litres/heure. Cette eau finissait autrefois dans les égouts, mais aujourd’hui nous nous en servons pour nous laver les mains et nous pouvons même la boire sans aucun risque pour la santé car les circuits sont fermés. »
La consommation d’énergie de la centrifugeuse est tout aussi importante. Dans cette optique, deux concepts de fonctions d’économies d’énergie ont été développés : EngySpeed correspond à des séparateurs de plus grand diamètre qui ont une vitesse plus lente, tandis qu’EngyVac insère un vide entre le bol et la hotte. Indifféremment de si la machine est de plus petites dimensions et tourne plus vite ou est de plus grandes dimensions et tourne plus lentement, la zone de clarification, le débit et l’efficacité de la séparation restent constants avec EngySpeed. « La vitesse a plus d’impact sur la friction que le diamètre », explique J. Mackel. « Les moyens éprouvés d’économiser de l’énergie requièrent par conséquent de réduire la vitesse à un quart de la valeur des machines de petites dimensions à grande vitesse. »
Mais combien de temps faut-il pour amortir le coût d’un diamètre plus important du bol en termes d’économies d’énergie ? Dans un exemple type pris dans le secteur laitier, sur la base d’un temps de fonctionnement moyen de 6 000 heures par an et d’un débit de 25 000 l/h avec un prix estimé de l’électricité de 30 ct/kWh, le système de plus grandes dimensions est amorti en 2,6 ans grâce aux économies d’énergie qu’il permet de réaliser. « Un des principaux avantages par rapport aux machines à vide est que vous n’avez pas besoin d’unité d’alimentation supplémentaire, » indique C. Becker. « Autrement dit, les clients bénéficient d’une machine standard et d’un programme d’entretien pour une machine plus grande dont les coûts sont comparables à ceux d’une machine plus petite. » Cette grande machine bénéficiant d’EngySpeed tourne plus lentement et a donc des intervalles de maintenance plus longs pour certains composants. Ceci est particulièrement important dans le secteur laitier, dans lequel les industriels sont obligés contractuellement de livrer du lait.
Dans un exemple type pris dans le secteur laitier, sur la base d’un temps de fonctionnement moyen de 6 000 heures par an et d’un débit de 25 000 l/h avec un prix estimé de l’électricité de 30 ct/kWh, le système de plus grandes dimensions est amorti en 2,6 ans grâce aux économies d’énergie qu’il permet de réaliser.
EngyVac est normalement déployé dans une grande série de produits et centrifugeuses de plus fortes puissances, sur lesquels la réduction de la vitesse n’est pas envisageable. Ici, l’amortissement n’est souvent pas le facteur décisif au moment d’investir dans un équipement durable. La conformité aux exigences règlementaires afin d’économiser de l’énergie ou d’atteindre les objectifs de développement durable joue souvent un rôle plus important.
NEP – Un second rôle qui a de vraies marges d’amélioration
Une autre idée consiste à purifier le liquide de nettoyage (les liquides NEP), avec un séparateur de clarification, afin d’en éliminer les solides et de pouvoir le réutiliser. Le chef de produit l’a appris au cours d’années d’expérience : « Dans le secteur laitier en particulier, nous avons des cas où des douzaines de tonnes de liquides NEP sont simplement rejetées dans les égouts chaque jour », dit C, Becker. Le séparateur GEA CIPClean réduit l’impact environnemental, coupe la consommation d’eau et réduit l’énergie nécessaire pour traiter le liquide NEP frais. Le NEP recyclé conserve la chaleur résiduelle.
La puissance de la vitesse et autres paramètres variables
À un certain point, les concepteurs atteignent leurs limites. C’est là que les solutions d’automatisation intelligentes comme InsightPartner Separation entrent en jeu. « L’automatisation est la nouvelle voie pour économiser : des performances impeccables, quand c’est nécessaire, » dit C. Becker. « Et un service d’entretien proactif qui effectue des calculs prévisionnels afin de maximiser le temps utilisable. »
Les capteurs collecteurs de données, qui aident à réguler les centrifugeuses sont également de plus en plus intéressants. « Nous aimons aussi innover, repousser les limites du possible en matière de conception, ce qui est par ailleurs ce qui rend notre job chez GEA si passionnant, » explique C. Becker. « Cela fait plus de 130 ans maintenant que nous repensons les centrifugeuses et nous continuerons à le faire pendant les 130 ans à venir. Et nous restons curieux. »
Il va sans dire que rien n’est laissé au hasard chez GEA. « La direction de l’innovation de l’entreprise cultive aussi une communauté d’innovation, » ajoute J. Mackel. « Participer à l’innovation est ce que nous attendons de chacun de nos collaborateurs, et cela peut et doit être fun. »
