Research Article

Insights from an Instrumented Screw Press: Investigating pressure, torque, cage strain and flows dynamic^☆

Analyse d’une presse à vis instrumentée : étude de la pression, du couple, de la déformation de la cage et de la dynamique des flux

¹ Terres Inovia, 33600 Pessac, France
² Univ. Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, CBMN, UMR 5248, 33600 Pessac, France

^* Corresponding author: p.carre@terresinovia.fr

Received: 2 June 2025
Accepted: 17 July 2025

Abstract

This study presents a comprehensive, real-time investigation of the mechanical and flow dynamics within screw press during oil extraction from sunflower kernels and non-dehulled rapeseed. Using an instrumented press equipped with high-frequency sensors for pressure, torque, and cage strain, the research reveals pronounced cyclic fluctuations in internal pressures and deformations of the cage, closely tied to screw rotation. These findings challenge the adequacy of conventional steady-state models and highlight the need for dynamic approaches to capture the true behaviour of oilseed matrices during pressing. Comparative analysis demonstrates that sunflower kernels, due to their higher deformability and filtration resistance, exhibit flatter pressure profiles and reduced energy consumption, but also limit maximum pressure and oil yield compared to rapeseed. Residence time distribution measurements further uncover complex material flow patterns, including significant backflow at higher screw speeds, necessitating hybrid modelling approaches. The observed correlation between cage deformation and torque variation suggests that structural rigidity is a key factor for optimizing press performance and energy efficiency. Overall, this work advances the mechanistic understanding of screw press operation and provides new insights for improving oilseed processing efficiency and equipment design.

Résumé

Cette étude présente une investigation en temps réel des dynamiques mécaniques et d’écoulement au sein d’une presse à vis lors de l’extraction d’huile à partir d’amandes de tournesol et de graines de colza. En utilisant une presse instrumentée équipée de capteurs haute fréquence mesurant la pression, le couple, la déformation de la cage et le couple. Cette recherche révèle des fluctuations cycliques marquées des pressions et déformations de la cage, étroitement liées à la rotation de la vis. Ces résultats remettent en cause l’adéquation des modèles conventionnels en régime permanent et soulignent la nécessité d’approches dynamiques pour décrire le comportement réel des matrices oléagineuses lors du pressage. L’analyse comparative démontre que les amandes de tournesol, en raison de leur déformabilité accrue et de leur résistance à la filtration plus élevée, présentent des profils de pression plus plats et une consommation énergétique réduite, mais limitent également la pression maximale et le rendement en huile comparativement au colza. Les mesures de distribution des temps de séjour mettent en évidence des écoulements complexes, incluant un reflux significatif à la vitesse de vis la plus haute, nécessitant des approches de modélisation hybrides. La corrélation observée entre la déformation de la cage et les variations de couple suggère que la rigidité structurelle est un facteur susceptible d’optimiser les performances et l’efficacité énergétique des presses. Globalement, ce travail approfondit la compréhension mécanistique du fonctionnement des presses à vis et offre de nouvelles perspectives pour améliorer l’efficacité du traitement des oléagineux et la conception des équipements.