Mejoras energéticas rentables impulsan la fabricación sostenible

El constante zumbido de las extrusoras en las plantas de fabricación produce una amplia gama de productos plásticos día y noche. Sin embargo, detrás de esta producción aparentemente eficiente se esconde una verdad oculta: un consumo masivo de energía. La pregunta crítica que enfrenta la industria es cómo mantener la producción y la calidad mientras se reduce drásticamente el uso de energía para lograr una transformación ecológica en los procesos de extrusión.

Los procesos de extrusión y mezcla dependen innegablemente de equipos que consumen mucha energía. Afortunadamente, los avances tecnológicos de los últimos años han mejorado significativamente la eficiencia energética de las líneas de extrusión modernas. Incluso las líneas de producción más antiguas pueden actualizarse para reducir sustancialmente su huella energética.

Un análisis exhaustivo del proceso de extrusión revela numerosos factores que afectan la calidad del compuesto, la producción y el consumo de energía. Los expertos evalúan todos los parámetros para desarrollar soluciones de modernización personalizadas para cada sistema. Cada proceso de fabricación y línea de extrusión tiene un potencial significativo para la reducción de energía y operaciones más sostenibles. En los proyectos de modernización completados, el ahorro de energía promedio oscila entre el 8% y el 14%.

Existen varios enfoques para optimizar el balance energético del sistema de extrusión. La modernización de los sistemas de accionamiento por sí sola puede mejorar significativamente la utilización de la entrada de energía. Además, cada paso de producción individual y sus interrelaciones ofrecen oportunidades de ahorro de energía. Por ejemplo, la energía se puede recuperar del agua de peletización y devolver al proceso de producción para la fusión del material. Los intercambiadores de calor especialmente diseñados facilitan este proceso. Incluso en la sección del proceso de extrusión, la modificación de los métodos de calentamiento del cilindro o el aislamiento puede optimizar el consumo de energía, mientras que el ajuste de las configuraciones de los tornillos puede reducir la entrada de energía.

Al identificar el potencial de mejora del balance energético, los expertos consideran no solo la extrusora en sí, sino también los sistemas de manipulación de materiales, alimentación y peletización. El conocimiento integral del proceso y la comprensión de las interacciones de los componentes permiten la identificación efectiva de oportunidades de ahorro de energía en los sistemas de extrusión y mezcla.

Los siguientes enfoques pueden mejorar significativamente la eficiencia energética de la línea de extrusión:

• Motores de alta eficiencia: La implementación de motores IE3 o de grado superior reduce la pérdida de energía del motor. Si bien la inversión inicial es mayor, el ahorro de energía a largo plazo normalmente recupera los costos en varios años.
• Implementación de convertidores de frecuencia: El ajuste de la velocidad del motor en función de las necesidades reales de producción evita el funcionamiento a plena carga, lo que es particularmente beneficioso en entornos de producción con fluctuaciones significativas de carga.
• Optimización del sistema de transmisión: La sustitución de cajas de cambios, acoplamientos y otros componentes de transmisión desgastados o ineficientes reduce las pérdidas mecánicas, y el mantenimiento regular garantiza un rendimiento óptimo.

• Tecnologías de calentamiento avanzadas: La sustitución del calentamiento por resistencia tradicional por calentamiento por inducción electromagnética o infrarrojo proporciona un calentamiento más rápido y uniforme con mayor eficiencia energética.
• Control de temperatura de precisión: La implementación de algoritmos de control PID ajusta automáticamente la potencia de calentamiento en función de las desviaciones de temperatura, evitando el desperdicio de energía por sobrecalentamiento o subcalentamiento.
• Aislamiento mejorado: La aplicación de materiales de aislamiento avanzados como fibra cerámica o aerogel a los cilindros y las boquillas minimiza la pérdida de calor.

• Selección del método de enfriamiento: La elección de métodos de enfriamiento apropiados (aire, agua o aceite) en función de las características del material y los requisitos del proceso mejora la eficiencia.
• Reciclaje de agua: La implementación de sistemas de enfriamiento de circuito cerrado con filtración y desinfección reduce significativamente el consumo de agua dulce.
• Recuperación de calor residual: La utilización del calor residual del agua de enfriamiento para el precalentamiento del material o la calefacción de las instalaciones permite la cascada de energía.

• Configuración óptima del tornillo: La selección de estructuras de tornillo apropiadas (simple, doble o multitornillo) en función de los requisitos del material y del proceso mejora la eficiencia.
• Optimización de parámetros geométricos: El ajuste del paso, la profundidad del canal y el ángulo de la hélice mejora la calidad de la plastificación y reduce la temperatura de fusión.
• Tornillos de eficiencia energética: Los diseños de tornillos especializados reducen la presión de fusión y el consumo de energía.

• Optimización de parámetros: El ajuste sistemático de la temperatura, la velocidad del tornillo y la velocidad de extracción mediante métodos de diseño experimental identifica combinaciones óptimas.
• Reducción del tiempo de inicio: La implementación de sistemas de precalentamiento y la optimización de los procedimientos de inicio minimizan el desperdicio de energía durante el inicio del equipo.
• Reducción de residuos: La mejora del control de calidad y la optimización del proceso disminuyen el desperdicio de material y mejoran las tasas de utilización.

• Sistemas de alimentación de precisión: Los alimentadores gravimétricos controlan con precisión la entrada de material en función del consumo real.
• Peletización de eficiencia energética: La implementación de métodos de peletización con anillo de agua o refrigerados por aire reduce el consumo de energía en esta etapa crítica.
• Manipulación de materiales optimizada: Los sistemas de transporte neumático o por vacío minimizan el uso de energía durante el transporte de materiales.

• Monitorización de la energía: Los sistemas integrales de gestión de la energía permiten la monitorización y el análisis en tiempo real del uso de energía de la línea de extrusión.
• Mejoras basadas en datos: Los resultados del análisis informan los planes de modificación específicos para el ahorro de energía.
• Formación de la plantilla: La mejora de la concienciación y las habilidades de los empleados en materia de energía fomenta la participación colectiva en los esfuerzos de conservación.

Un fabricante de plásticos que operaba una antigua línea de extrusión de un solo tornillo para la producción de tuberías de polietileno (PE) se enfrentó a importantes costos energéticos que afectaban a la rentabilidad. La evaluación identificó varias áreas clave de mejora:

1. Motor de accionamiento de grado IE1 anticuado
2. Sistema de calentamiento por resistencia ineficiente
3. Aislamiento del cilindro deteriorado
4. Descarga de agua de refrigeración no reciclada

El programa de modernización implementado incluyó:

1. Sustitución por un motor de alta eficiencia de grado IE3
2. Conversión al calentamiento por inducción electromagnética
3. Instalación de aislamiento avanzado de fibra cerámica
4. Implementación de refrigeración de circuito cerrado con torres de refrigeración

Los resultados demostraron:

• 12% de reducción de energía por tonelada de tubería de PE producida
• 8% de aumento de la productividad por un calentamiento más rápido
• 90% de reducción en el consumo de agua de refrigeración
• Período de amortización de dos años de la inversión en modernización

Este caso ejemplifica cómo la modernización energética estratégica puede reducir simultáneamente los costos operativos, mejorar la eficiencia y mejorar la sostenibilidad medioambiental en los procesos de extrusión.