À l'ère du bas carbone, quatre solutions envisageables pour la modernisation énergétique des machines à découper les films

Sous la double pression des objectifs de réduction des émissions de carbone et de la diminution des marges de production, la question de la consommation énergétique des machines de refendage de films – équipement essentiel pour les procédés de fabrication en aval du BOPP et des séparateurs de batteries au lithium – ne peut plus être ignorée. Les machines de refendage traditionnelles souffrent souvent de problèmes chroniques tels qu'une consommation excessive d'énergie au ralenti, nécessitant une refonte complète de leur gestion énergétique. S'appuyant sur les tendances actuelles en matière de technologies de production verte, voici quatre solutions de modernisation écoénergétiques éprouvées.

Option 1 : Modernisation du système d’entraînement – ​​remplacement des entraînements traditionnels par une technologie de servocommande et de conversion de fréquence

Les machines à refendre traditionnelles utilisent souvent des moteurs asynchrones ordinaires associés à des embrayages à poudre magnétique ou à des résistances de freinage pour contrôler la tension. Cette méthode est extrêmement inefficace à basse vitesse et sous faible charge, et l'énergie générée par le freinage est en grande partie dissipée sous forme de chaleur.

L'élément clé de cette modernisation réside dans l'introduction de moteurs synchrones à aimants permanents (MSAP) de classe énergétique IE4/IE5 et de systèmes d'asservissement intelligents. Les moteurs MSAP se caractérisent par un rendement élevé et un couple important à basse vitesse. Dans des conditions de démarrages/arrêts fréquents et de variations de vitesse des machines à refendre, les économies d'énergie directes peuvent atteindre 10 à 20 %. Autre amélioration : l'adoption d'un système d'asservissement avec unité de récupération d'énergie. Ce système réinjecte dans le réseau l'énergie électrique régénérée par le moteur lors du freinage au déroulement et du contrôle de la tension au rembobinage, afin d'alimenter d'autres équipements de l'atelier. Il se révèle particulièrement économe en énergie dans les environnements à haute vitesse et haute tension.

De plus, la conversion des variateurs de fréquence est essentielle pour éliminer la consommation d'énergie à vide. En installant un convertisseur de fréquence vectoriel en amont du moteur principal, on obtient une alimentation électrique à la demande : lorsque la vitesse de cisaillement chute de 600 m/min à 300 m/min, conformément à la loi de réduction cubique de la puissance pour les charges de ventilateurs et de pompes, la puissance théorique sur l'arbre n'est plus que de 1/8 de la puissance initiale, ce qui permet des économies d'énergie de 40 % à 70 %.

Option 2 : Optimisation du contrôle des processus — Réduire les pertes de rebuts grâce à une tension précise et un relaminage automatique

Si la modernisation des systèmes d'entraînement vise à réduire les coûts, l'optimisation des procédés permet de réaliser des économies d'énergie indirectes en diminuant les gaspillages cachés. Lors du refendage, l'étirement, la rupture et le froissement du film, ainsi que les arrêts fréquents dus aux fluctuations de tension, constituent les principales sources de gaspillage d'énergie.

Grâce à un système de contrôle de tension en boucle fermée entièrement automatique (à galet flottant et capteur de tension) associé à un servomoteur à réponse rapide, la tension reste extrêmement stable tout au long du processus, du démarrage à la décélération, minimisant ainsi le taux de défauts. De plus, un système de changement de bobine automatique à double station et une technologie d'alimentation par pré-entraînement permettent une production continue sans interruption, évitant ainsi les fortes surtensions et les pertes d'énergie dues aux arrêts et redémarrages fréquents du moteur principal.

L'adaptation intelligente des paramètres de refendage est également un élément clé. L'équipement optimise automatiquement la vitesse de refendage et la compression de l'outil en fonction du matériau du film (par exemple, les différences entre le BOPP et le papier aluminium) afin d'éviter un gaspillage excessif. Un contrôle de haute précision permet de maintenir les erreurs de refendage à ±0,1 mm, améliorant ainsi considérablement l'utilisation du matériau et réduisant les chutes.

Solution 3 : Logique d’arrêt à vide et de veille – éliminer le gaspillage « invisible »

En production, une fois le refendage d'une bobine terminé, les opérateurs doivent la décharger, changer les mandrins et enfiler les films. Pendant ce temps d'attente, les moteurs et les ventilateurs continuent souvent de tourner à plein régime. Selon les statistiques, le temps d'arrêt des refendeuses de petite et moyenne taille peut atteindre 30 à 50 %.

Cette solution nécessite un investissement minimal en rénovation et offre un retour sur investissement très élevé. Grâce à l'installation de capteurs sur le panneau de commande ou au niveau de l'enrouleur, le système PLC détecte automatiquement l'état de « vide charge » et applique une logique d'arrêt progressive : lors de brèves pauses, le variateur de fréquence abaisse sa fréquence à 5-10 Hz et redémarre lentement pour permettre un redémarrage rapide ; lorsque la durée de vide dépasse le seuil défini (par exemple, 2 minutes), le système coupe automatiquement le signal d'activation du variateur de fréquence du moteur principal ainsi que l'alimentation de la pompe hydraulique et du ventilateur, ne conservant que l'alimentation du contrôleur.

Ce système de contrôle collaboratif élimine le gaspillage habituel dû aux interruptions de fonctionnement. Prenons l'exemple d'une refendeuse équipée d'un moteur principal de 11 kW : si la machine est inactive pendant une heure par jour, le moteur à lui seul permet d'économiser plus de 3 300 kWh par an. Grâce aux arrêts des systèmes auxiliaires, les économies d'électricité annuelles peuvent dépasser 5 000 kWh.

Solution 4 : Structure légère et gestion thermique – réduction globale de la consommation (détails)

Outre les améliorations électriques et logiques, l'optimisation des structures physiques peut également apporter des améliorations significatives en matière d'efficacité énergétique.

D'une part, une conception structurelle légère réduit l'inertie des pièces mobiles. Tout en garantissant la rigidité, l'optimisation topologique du châssis et des galets, ou l'utilisation de composants en alliage d'aluminium haute résistance et en fibre de carbone, permet de réduire la masse en rotation. Il en résulte une diminution de l'énergie d'accélération nécessaire à leur entraînement et une réduction de la charge sur le servomoteur. Associée à des composants à faible frottement (tels que des roulements étanches haute performance et des galets à revêtement céramique), cette approche permet de réduire davantage les pertes de transmission en fonctionnement à haute vitesse.

Par ailleurs, la gestion de l'énergie thermique et le recyclage des déchets font également partie des mesures d'économie d'énergie. Pour dissiper la chaleur générée par le frottement des outils lors du refendage à grande vitesse, des échangeurs de chaleur à haut rendement sont utilisés. Concernant les chutes de découpe, certains équipements récents intègrent des dispositifs de recyclage en ligne qui les broient et les fondent instantanément en granulés, assurant ainsi un recyclage en boucle fermée au niveau de la ligne de production. Ceci permet non seulement de réduire les coûts des matières premières, mais aussi la consommation d'énergie liée au traitement des déchets.

À l'ère du bas carbone, la transformation énergétique des machines de découpe de films a évolué, passant d'une simple mise à niveau de composants à une ingénierie système « mécatronique et logicielle intégrée ». Parmi ces quatre solutions, le retour sur investissement des mises à niveau intégrant un onduleur et la suppression des temps d'arrêt à vide n'est généralement que de 6 à 8 mois, ce qui en fait le moyen le plus rapide pour les entreprises de réduire leurs coûts, d'améliorer leur efficacité et d'opérer une transition écologique.