Balance linéaire : guide de conception

1. Introduction

L'importance du pesage

Les machines de remplissage sont utilisées pour remplir et emballer une quantité très précise de matière destinée à la vente. Garantir que le poids soit aussi précis que possible est crucial pour l'entreprise, car cela permet de rendre la production rentable (éviter le surdosage et "donner" du produit gratuitement), d'assurer la performance du produit selon les attentes du consommateur (par exemple, les boissons instantanées doivent contenir la bonne quantité de poudre pour une reconstitution optimale) et de respecter la réglementation (ne pas vendre moins que ce qui est indiqué).

Certaines machines de remplissage sont équipées de leur propre système de dosage, par exemple une vis sans fin (ou plusieurs) qui remplit volumétriquement une quantité définie de matière. D'autres machines ne sont pas directement équipées d'un tel système de dosage, et il est donc nécessaire d'effectuer cette fonction en amont de la remplisseuse pour s'assurer que la machine de remplissage reçoive la bonne quantité à emballer.

Une façon de procéder consiste à utiliser un système de balances qui pèse la matière à emballer, puis la déverse dans la machine de remplissage. L'une des conceptions relativement simples et économiques, tout en restant efficace, est l'utilisation d'une balance linéaire. Cet article technique vise à expliquer ce qu'est une balance linéaire et comment elle fonctionne.

2. Composants des balances linéaires

Les balances linéaires sont conçues pour peser rapidement une quantité précise de matière (généralement un solide en vrac avec des particules de taille relativement grande, non poussiéreuse). La quantité pesée peut ensuite être distribuée à une machine de remplissage, généralement située sous la balance, afin d'emballer la matière.

Une conception générale a désormais été largement adoptée par les fabricants, bien que certains détails et options puissent varier d'un fournisseur à l'autre.

Les balances linéaires sont composées des éléments suivants :

• Une trémie d'alimentation

• Un vibreur linéaire

• Une trémie de pesée

• Une goulotte de décharge

2.1 Trémie d'alimentation

La balance est équipée d'une trémie pour tamponner une certaine quantité de matière à doser. La trémie doit être réapprovisionnée régulièrement depuis le processus en amont afin de maintenir un niveau de matière relativement constant.

La trémie peut avoir une seule jambe si la balance linéaire n'a qu'une seule voie. Cependant, la trémie peut également avoir plusieurs jambes si la balance linéaire comporte plusieurs voies.

2.2 Nombre de voies

Une balance linéaire peut avoir plusieurs voies, généralement de 1 à 4 voies. Il est nécessaire d'avoir plus de voies de pesée si la balance doit augmenter sa capacité (peser plus fréquemment).

2.3 Vibreurs linéaires

Les vibreurs linéaires sont situés sous chaque jambe de la trémie d'alimentation et sont responsables du dosage contrôlé de la matière dans les trémies de distribution individuelles. Ces vibreurs utilisent une technologie de vibration avancée pour réguler le flux de matière, garantissant ainsi la cohérence et la précision. La coordination précise des vibreurs linéaires contribue à l'efficacité de la balance linéaire pour atteindre les poids cibles souhaités.

2.4 Trémies de pesée

Les trémies de pesée sont équipées de capteurs de charge qui permettent une mesure précise et en temps réel du poids de la matière qu'elles contiennent. Le système de contrôle de la balance linéaire ajuste la vibration et la fermeture des trémies d'alimentation pour atteindre le poids cible souhaité dans chaque trémie de pesée. Contrairement aux balances combinées, le poids cible dans chacune des trémies est égal au poids de remplissage.

2.5 Goulotte de décharge

La goulotte de décharge sert de conduit pour la matière une fois qu'elle a été pesée avec précision dans les trémies de pesée. Cette décharge contrôlée assure un transfert précis de la matière vers les processus en aval.

3. Principe de fonctionnement d'une balance linéaire

La balance doit être alimentée en matière depuis un processus en amont, généralement une trémie équipée d'un doseur tel qu'un convoyeur à vis ou un plateau vibrant. Le doseur distribuera la matière vers la trémie d'alimentation de la balance linéaire ; la matière à doser atteindra alors le flux dans la trémie et sortira par l'une des ouvertures de la trémie. La trémie peut être équipée typiquement de 1 à 4 jambes.

Maintenir le niveau de la trémie élevé et constant est crucial, car cela permet d'alimenter toutes les jambes de manière égale. Cela permet à son tour une bonne et uniforme distribution de la matière vers les vibreurs linéaires.

La matière à doser tombe de chaque distributeur dans une trémie de pesée qui est montée sur des capteurs de charge. Le système de contrôle de la balance linéaire ajuste la vibration pour essayer d'atteindre le poids cible souhaité dans la trémie de pesée.

Dans une balance linéaire, la quantité pesée dans chaque trémie de pesée est égale au poids cible de remplissage. Une seule trémie de pesée sera déchargée pour emballer la matière. Il s'agit d'une différence fondamentale par rapport à une balance combinée, où plusieurs trémies sont déchargées ensemble pour atteindre le poids cible.

4. Dimensionnement d'une nouvelle balance linéaire

Le dimensionnement d'une nouvelle balance linéaire dépendra des facteurs suivants :

• Le produit à doser : fluidité, adhésivité, densité apparente
• La quantité de matière à doser
• La vitesse de la machine de remplissage
• La précision à atteindre

4.1 Produit à doser

Il est très important de comprendre les caractéristiques du produit à doser : est-il relativement fin (s'il est trop fin et poussiéreux, les balances linéaires, qui sont des systèmes ouverts, ne seront probablement pas le bon choix), ou plus granulaire, ce qui sera plus favorable pour les balances linéaires. Est-il collant, huileux ? Dans ce cas, des finitions spécifiques, telles que des surfaces gaufrées, peuvent être nécessaires. De telles propriétés peuvent également affecter la forme des trémies d'alimentation et de pesée pour améliorer la nettoyabilité. Quelle est la densité apparente, qui déterminera la taille des trémies pour avoir suffisamment d'espace afin d'atteindre le poids cible.

4.2 Quantité de matière à doser

La quantité à doser dépend de la machine de remplissage située en aval de la balance linéaire. Il est important de définir la plage de poids de remplissage, ainsi que la plage correspondante de densité apparente des produits à remplir.

4.3 Vitesse de la machine de remplissage

La balance linéaire doit être capable de fournir du produit chaque fois qu'un sac, un sachet, un bâtonnet... est prêt à la machine de remplissage. Les machines traitant de petits poids d'emballage peuvent être très rapides, jusqu'à 100 emballages par minute ; la balance doit donc être conçue en conséquence, par exemple avec plusieurs voies pouvant doser en parallèle et ainsi augmenter le nombre de pesées par minute que la machine peut effectuer. Une balance linéaire peut généralement effectuer 10 à 12 pesées/min/voie. Sachant qu'on peut avoir jusqu'à 4 voies, il sera difficile de dépasser 50 pesées/min. Il est cependant possible d'avoir, par exemple, 2 trémies d'alimentation, chacune reliée à 4 doseurs, ce qui peut augmenter la capacité, mais cela n'est pas vraiment réalisable pour de grandes quantités à peser en raison de l'espace requis.

4.4 Précision à atteindre

La précision ne peut pas vraiment être définie indépendamment des paramètres de conception ci-dessus. En effet, augmenter la vitesse réduira probablement la précision, avoir des poids plus petits entraînera également une erreur relative plus grande, et les caractéristiques du produit auront également un impact fort sur la précision. Par exemple, si un produit granulaire est rempli, la précision peut dépendre du fait qu'une particule tombe ou non à la fin du dosage.

En plus de la précision, il est également important de comprendre la capacité du processus de la machine. Par exemple, le fournisseur peut indiquer une précision de 1,5 g, mais est-ce à 1 sigma, 2 sigma, 3 sigma... Cela doit être clarifié avec le fournisseur.

5. Conceptions spéciales des balances linéaires

Les fournisseurs peuvent proposer des conceptions spécifiques pour répondre à des besoins très particuliers dans les usines.

5.1 Co-dosage, mélange

Nous avons supposé jusqu'à présent que les doseurs linéaires ne peuvent traiter qu'un seul type de matière à la fois. Ce n'est pas nécessairement vrai ; il est en effet possible d'alimenter la balance avec 2 produits et de programmer un poids spécifique pour chacun des ingrédients. Pour cela, il est nécessaire d'avoir 2 trémies d'alimentation côte à côte et de remplir chacune des trémies avec une matière différente.

Les trémies ont une ou plusieurs jambes selon la capacité à atteindre. Le système de contrôle du pesage attend que 2 trémies de pesée soient prêtes (1 pour chacun des produits), puis déchargera ensemble les ingrédients, permettant ainsi d'avoir 2 composants dans l'emballage.

Cette solution nécessite un amont plus complexe, car la balance doit être alimentée en continu depuis différentes trémies (une pour chaque ingrédient). Plus il y aura d'ingrédients, plus le doseur devra être grand, surtout si la vitesse à atteindre est élevée.

Cela peut être une solution pour éviter une ligne de mélange complète si les recettes sont relativement simples.

6. Dépannage des balances linéaires

Défis et limitations	Description
Caractéristiques de la matière	La variabilité de la taille des particules ou de la densité peut affecter la précision du pesage.
Étalonnage du système	Un entretien régulier et un réétalonnage sont nécessaires pour éviter la dérive de l'étalonnage.
Vitesse et débit	Une production à haute vitesse peut compromettre la précision, nécessitant une adaptation au flux rapide de matière.
Collage de la matière	Les matières ayant des propriétés adhésives élevées peuvent coller aux surfaces des trémies d'alimentation, affectant la précision du dosage.
Problèmes de vibration	Un étalonnage précis des vibrations est essentiel pour éviter les variations d'écoulement des matériaux et les inexactitudes de dosage.
Exigences de maintenance	Les composants mécaniques peuvent subir une usure, nécessitant un entretien régulier.
Défis d'intégration	Assurer la compatibilité avec les processus amont et aval est crucial pour l'efficacité du système.
Systèmes de contrôle complexes	La complexité de la programmation peut poser des défis lors de la mise en service, nécessitant du personnel qualifié.
Facteurs environnementaux	Les variations de température et d'humidité peuvent influencer les performances des composants sensibles.
Contamination croisée des matériaux	Une vidange complète des trémies de pesage est essentielle pour éviter la contamination croisée entre les matériaux.
Changements de produit	Le changement de produit peut nécessiter des ajustements et un réétalonnage, entraînant des temps d'arrêt.
Limité aux matériaux fluides	Les balances linéaires peuvent être mieux adaptées aux matériaux fluides, posant des défis avec les matériaux cohésifs ou non fluides.

7. Achat d'une balance linéaire

7.1 Balances linéaires d'occasion

Lors de l'achat d'une balance linéaire d'occasion, plusieurs facteurs doivent être pris en compte pour garantir un achat judicieux. Voici quelques éléments importants à considérer :

• Utilisation de la balance : Déterminez l'application spécifique et les fonctionnalités requises. Par exemple, vérifiez si la balance servira à peser de gros colis dans un centre de distribution ou à d'autres fins particulières.

• Emplacement dans l'environnement industriel : Considérez l'endroit où la balance sera utilisée pour garantir son adéquation avec cet environnement.

• Capacité : Évaluez le poids maximal que la balance doit supporter pour déterminer la capacité appropriée.

• Précision : Évaluez le niveau de précision requis pour vos opérations et assurez-vous que la balance d'occasion répond à ces exigences.

• Marque et prix : Ce sont des facteurs importants influençant l'achat de produits d'occasion. Considérez la réputation de la marque et le prix de la balance combinée d'occasion.

• Risques : Évaluez les éventuels risques associés à l'achat d'occasion, tels que l'état de l'équipement et la fiabilité du vendeur.

• Maintenance et support : Prenez en compte la disponibilité des services de maintenance et du support technique pour la balance combinée d'occasion spécifique que vous envisagez.

Ces facteurs vous aideront à prendre une décision éclairée lors de l'achat d'une balance combinée d'occasion, garantissant qu'elle réponde à vos besoins opérationnels et offre un bon retour sur investissement.

7.2 Fournisseurs de balances linéaires

• Parsons Eagle

Notez que powderprocess.net n'a aucun lien avec ces entreprises.

Expérience personnelle de l'auteur

Diverses sources internet