Energetic modelling and efficiency improvement of a tyre vulcanization press

Tyre manufacturing is characterised for being a very energy intensive industry. One of the productive steps responsible for its high energy consumption is the vulcanization of the “green” tyre to transform it into the final tyre as we all know it. Traditionally, the vulcanization press, where this process is performed, is heated by steam. This heating system is considered to be highly energetically inefficient. This thesis work proposes an energetic model for a bicycle tyre vulcanization press, allowing the calculation of the energy contributions coming from its different parts (for example: dies and bladder) and how they are actually used for tyre curing. It also predicts the energy efficiency of the process attending to the operational parameters (for example: bladder pressure) and press configuration (for example: dies dimensions). The model proposed is a theoretical one, based on the fundamental heat transfer equations and the thermodynamic properties of steam. Posterior analysis using the results of the model for a current industrial situation has been made. The influence of different operational and geometrical parameters on the efficiency has been studied, obtaining valuable conclusions to improve process efficiency. However, even if the possibility of increasing the vulcanization press efficiency by varying some current parameters exists, it is limited in extent due to geometrical and operational restrictions. For this reason, an alternative heating system based on electromagnetic induction has been evaluated in energetical and economical terms.

L’industria della produzione degli pneumatici è molto energivora. Uno dei processi risponsabili dell’elevato consumo energetico è la fase di vulcanizzazione, che trasforma lo pneumatico senza vulcanizzare nel prodotto finale che tutti conosciamo. Di solito, la pressa di vulcanizzazione dove si svolge questo processo, è riscaldata per vapore. Questo sistema di riscaldamento è considerato come altamente inefficente. Questa tesi propone un modello energetico per una pressa di pneumatici per bicicletta, permettendo il calcolo dei contributi energetici provenenti delle diverse parti (per esempio: stampi e bladder) e come sono usati effetivamente per la vulcanizzazione dello pneumatico. Anche predice l’efficenza del processo considerando i parametri di operazione (per esempio: pressione della bladder) e la configurazione della pressa (per essempio: dimensioni degli stampi). Il modello proposto è un modello teoretico, basato sulle equazioni fondamentali della trasferenza del calore e le proprietà termodinamiche del vapore. Ulteriori analisi sono stati fatti usando i risultati del modello per una situazione industriale. Si è studiata l’influenza delle variabili di operazione e parametri geometrici sull’efficenza, ottenendo conclusioni per rendere il processo energeticamente più efficente. Tuttavia, anche se esiste la possibilità di incrementare la efficenza della pressa di vulcanizzazione variando alcuni parametri, questo miglioramento è limitato per restrizioni geometriche e di processo. Per questo motivo, si è valutato un metodo di riscaldamento alternativo basato sulla induzione elettromagnetica su un punto di vista energetico ed economico.