Aggiornamenti energetici convenienti promuovono la produzione sostenibile

L'incessante ronzio degli estrusori negli impianti di produzione genera una vasta gamma di prodotti in plastica giorno e notte. Tuttavia, dietro questa produzione apparentemente efficiente si cela una verità nascosta: un consumo energetico massiccio. La domanda critica che l'industria si pone è come mantenere la produzione e la qualità riducendo drasticamente il consumo energetico per raggiungere una trasformazione ecologica nei processi di estrusione.

I processi di estrusione e compoundazione si basano innegabilmente su apparecchiature ad alta intensità energetica. Fortunatamente, i progressi tecnologici degli ultimi anni hanno migliorato significativamente l'efficienza energetica delle moderne linee di estrusione. Anche le linee di produzione più vecchie possono essere aggiornate per ridurre sostanzialmente la loro impronta energetica.

Un'analisi approfondita del processo di estrusione rivela numerosi fattori che influenzano la qualità del composto, la produzione e il consumo energetico. Gli esperti valutano tutti i parametri per sviluppare soluzioni di ammodernamento personalizzate per ogni sistema. Ogni processo di produzione e linea di estrusione detiene un potenziale significativo per la riduzione energetica e operazioni più sostenibili. Nei progetti di ammodernamento completati, il risparmio energetico medio varia tra l'8% e il 14%.

Esistono diversi approcci per ottimizzare il bilancio energetico del sistema di estrusione. L'ammodernamento dei soli sistemi di azionamento può migliorare significativamente l'utilizzo dell'energia in ingresso. Inoltre, ogni singola fase di produzione e le loro interrelazioni offrono opportunità di risparmio energetico. Ad esempio, l'energia può essere recuperata dall'acqua di pellettizzazione e restituita al processo di produzione per la fusione del materiale. Scambiatori di calore appositamente progettati facilitano questo processo. Anche nella sezione del processo di estrusione, la modifica dei metodi di riscaldamento del cilindro o dell'isolamento può ottimizzare il consumo energetico, mentre la regolazione delle configurazioni delle viti può ridurre l'energia in ingresso.

Nell'identificare il potenziale di miglioramento del bilancio energetico, gli esperti considerano non solo l'estrusore stesso, ma anche i sistemi di movimentazione, alimentazione e pellettizzazione dei materiali. La conoscenza completa del processo e la comprensione delle interazioni dei componenti consentono un'efficace identificazione delle opportunità di risparmio energetico in tutti i sistemi di estrusione e compoundazione.

I seguenti approcci possono migliorare significativamente l'efficienza energetica della linea di estrusione:

• Motori ad alta efficienza: L'implementazione di motori di grado IE3 o superiore riduce la perdita di energia del motore. Sebbene l'investimento iniziale sia più elevato, il risparmio energetico a lungo termine di solito recupera i costi entro diversi anni.
• Implementazione del convertitore di frequenza: La regolazione della velocità del motore in base alle effettive esigenze di produzione impedisce il funzionamento a pieno carico, particolarmente vantaggioso negli ambienti di produzione con significative fluttuazioni del carico.
• Ottimizzazione del sistema di trasmissione: La sostituzione di riduttori, giunti e altri componenti di trasmissione usurati o inefficienti riduce le perdite meccaniche, con una manutenzione regolare che garantisce prestazioni ottimali.

• Tecnologie di riscaldamento avanzate: La sostituzione del riscaldamento a resistenza tradizionale con l'induzione elettromagnetica o il riscaldamento a infrarossi fornisce un riscaldamento più rapido e uniforme con una maggiore efficienza energetica.
• Controllo preciso della temperatura: L'implementazione di algoritmi di controllo PID regola automaticamente la potenza di riscaldamento in base alle deviazioni di temperatura, prevenendo lo spreco di energia dovuto al surriscaldamento o al sottoriscaldamento.
• Isolamento migliorato: L'applicazione di materiali isolanti avanzati come fibra ceramica o aerogel a cilindri e filiere minimizza la perdita di calore.

• Selezione del metodo di raffreddamento: La scelta di metodi di raffreddamento appropriati (aria, acqua o olio) in base alle caratteristiche del materiale e ai requisiti del processo migliora l'efficienza.
• Riciclo dell'acqua: L'implementazione di sistemi di raffreddamento a circuito chiuso con filtrazione e disinfezione riduce significativamente il consumo di acqua dolce.
• Recupero del calore di scarto: L'utilizzo del calore di scarto dell'acqua di raffreddamento per il preriscaldamento del materiale o il riscaldamento degli impianti consente il cascading energetico.

• Configurazione ottimale della vite: La selezione di strutture a vite appropriate (singola, doppia o multi-vite) in base ai requisiti del materiale e del processo migliora l'efficienza.
• Ottimizzazione dei parametri geometrici: La regolazione del passo, della profondità del canale e dell'angolo dell'elica migliora la qualità della plastificazione e riduce la temperatura di fusione.
• Viti a risparmio energetico: I design speciali delle viti riducono la pressione di fusione e il consumo energetico.

• Ottimizzazione dei parametri: La regolazione sistematica della temperatura, della velocità della vite e della velocità di trascinamento attraverso metodi di progettazione sperimentale identifica le combinazioni ottimali.
• Riduzione del tempo di avvio: L'implementazione di sistemi di preriscaldamento e l'ottimizzazione delle procedure di avvio minimizzano lo spreco di energia durante l'avvio dell'apparecchiatura.
• Riduzione degli sprechi: Il miglioramento del controllo qualità e l'ottimizzazione del processo diminuiscono gli sprechi di materiale e migliorano i tassi di utilizzo.

• Sistemi di alimentazione di precisione: Gli alimentatori gravimetrici controllano accuratamente l'ingresso del materiale in base al consumo effettivo.
• Pellettizzazione a risparmio energetico: L'implementazione di metodi di pellettizzazione ad anello d'acqua o raffreddati ad aria riduce il consumo energetico in questa fase critica.
• Movimentazione ottimizzata dei materiali: I sistemi di trasporto pneumatico o sottovuoto minimizzano l'uso di energia durante il trasporto dei materiali.

• Monitoraggio energetico: I sistemi completi di gestione dell'energia consentono il monitoraggio e l'analisi in tempo reale dell'utilizzo dell'energia della linea di estrusione.
• Miglioramenti basati sui dati: I risultati dell'analisi informano i piani di modifica mirati al risparmio energetico.
• Formazione della forza lavoro: Il miglioramento della consapevolezza e delle competenze energetiche dei dipendenti favorisce la partecipazione collettiva agli sforzi di conservazione.

Un produttore di materie plastiche che gestiva una vecchia linea di estrusione a vite singola per la produzione di tubi in polietilene (PE) ha dovuto affrontare costi energetici significativi che hanno avuto un impatto sulla redditività. La valutazione ha identificato diverse aree chiave di miglioramento:

1. Motore di azionamento di grado IE1 obsoleto
2. Sistema di riscaldamento a resistenza inefficiente
3. Isolamento del cilindro deteriorato
4. Scarico di acqua di raffreddamento non riciclata

Il programma di ammodernamento implementato includeva:

1. Sostituzione con motore ad alta efficienza di grado IE3
2. Conversione al riscaldamento a induzione elettromagnetica
3. Installazione di isolamento avanzato in fibra ceramica
4. Implementazione del raffreddamento a circuito chiuso con torri di raffreddamento

I risultati hanno dimostrato:

• 12% di riduzione energetica per tonnellata di tubo in PE prodotto
• 8% di aumento della produttività da un riscaldamento più rapido
• 90% di riduzione nel consumo di acqua di raffreddamento
• Periodo di ammortamento di due anni sull'investimento di ammodernamento

Questo caso esemplifica come l'ammodernamento energetico strategico possa ridurre simultaneamente i costi operativi, migliorare l'efficienza e migliorare la sostenibilità ambientale nei processi di estrusione.