La electricidad es la entrada recurrente más grande en una planta de termoformado por soplado que ya ha optimizado la compra de resina, y a diferencia de la resina, está casi completamente bajo control de ingeniería. Una línea de termoformado que convierte un kilo de HDPE en botellas terminadas utilizando 0,85 kWh y una línea que realiza el mismo trabajo utilizando 0,42 kWh están produciendo piezas idénticas a partir de la misma materia prima: la diferencia reside enteramente en la arquitectura de los accionamientos, el invólucro térmico, el circuito de aire comprimido y la forma en que la máquina se comporta durante los segundos en que no está realmente moviendo nada. En este artículo se exponen las bases físicas de esas diferencias, y luego se construye un método aritmético reproducible que permite al ingeniero de la planta calcular la reducción anual de kilovatios hora que es posible lograr al pasar de la termoformación por soplado hidráulica a una totalmente eléctrica, utilizando únicamente la producción anual en kilogramos y un valor medido de consumo específico de energía.
A lo largo de esta guía, todos los ahorros se expresan en kilovatios-hora, porcentajes, puntos de índice o bandas relativas. Las estructuras tarifarias difieren enormemente entre regiones, tipos de contratos, ventanas horarias y regímenes de carga según la demanda, por lo que cualquier intento de declarar un ahorro monetario universal sería engañoso. Convierte las cifras en kilovatios-hora en dinero por tu cuenta utilizando la estructura tarifaria de tu propio contrato de suministro – el trabajo de ingeniería está en conseguir las cifras de kilovatios-hora, y eso es lo que sigue. Apollo, una fábrica Wanplas en Zhangjiagang con más de veinte años de experiencia en la fabricación de máquinas de moldeo por soplado por extrusión y más de 4.000 máquinas en funcionamiento en más de 90 países, ha construido su Serie totalmente eléctrica específicamente en torno a los mecanismos de pérdida que se describen a continuación, y los números utilizados aquí reflejan lo que la arquitectura servo-eléctrica puede entregar de forma realista en el año 2026 en lugar de un mejor caso publicitario.
Por qué la arquitectura de empuje es la variable de energía más controlable en el reciclaje de materias primas.
En el moldeo por soplado por extrusión, la máquina pasa la mayor parte de cada ciclo haciendo algo que no requiere esfuerzo mecánico. El extrusor gira continuamente y produce el parison, pero la unidad de sujeción, el carro que transporta el molde, la activación del pistón de soplado y el movimiento de desblandado son todos eventos cortos y de alta fuerza separados por intervalos de inactividad comparativamente prolongados. Un ciclo típico de una botella de HDPE de 2 litros en una máquina con dos puestos podría durar de 14 a 22 segundos, de los cuales las acciones de sujeción y transferencia de moldes ocupan tal vez 2 a 4 segundos en total. Todo lo demás es extrusión, enfriamiento y extracción de la parte.
Este perfil de funcionamiento es la razón por la que la arquitectura de los mecanismos es predominante en la imagen energética. Una bomba hidráulica de desplazamiento fijo debe seguir girando a toda velocidad durante todo el ciclo, independientemente de si algún actuador requiere flujo. Cuando no se solicita flujo, el aceite se descarga simplemente a través de una válvula de descompresión y la energía se convierte en calor, que luego debe eliminarse mediante un enfriador de aceite (una segunda penalización de energía superpuesta a la primera). Un sistema servo-hidráulico reduce esto variando la velocidad de la bomba según la demanda, pero sigue manteniendo un flujo de reposo mínimo y sigue sufriendo pérdidas de reducción y fugas a través de las válvulas y sellos. Una máquina completamente eléctrica no consume prácticamente nada desde los mecanismos de sujeción y transporte cuando están en reposo, ya que un motor servo con un par comandado y velocidad cero solo consume la propia electrónica de control y la corriente de retención.
El segundo motivo por el que la arquitectura del sistema es importante es el térmico. El aceite hidráulico que se ha ajustado a través de una válvula de descarga se convierte en calor, y ese calor se descarga al circuito de enfriamiento. El chiller o la torre de refrigeración que lo elimina consume electricidad por sí solo. Un motor de bomba de 30 kW que dedica el 60 por ciento de cada ciclo al paso en derivación está inyectando aproximadamente 18 kW de carga térmica en el aceite, lo que a un coeficiente de rendimiento típico de 2,8 a 3,5, cuesta entre 5 y 6,5 kW de potencia del compresor para eliminar. Esta penalización en cascada se suele omitir en las mediciones de máquinas de un solo punto y es una de las principales causas de que los ahorros medidos a nivel de la planta obtenidos por la electrificación superen los ahorros previstos únicamente a partir de las comparaciones de la placa de características de las máquinas.
El tercer motivo es la calidad del control, que afecta indirectamente pero de manera material a la energía. Los ejes servo-eléctricos mantienen los perfiles de posición y velocidad con una repetibilidad mucho mayor que las válvulas hidráulicas proporcionales, particularmente a lo largo de los cambios de temperatura durante una larga serie de producción. Una mejor repetibilidad significa un mayor control del espesor de las paredes de los moldes, lo que significa menos material por pieza, lo que significa menos kilogramos extruidos y calentados por cada mil recipientes. La energía por kilogramo y los kilogramos por pieza son palancas separadas, y la arquitectura totalmente eléctrica mejora ambas simultáneamente.
Cómo las tres arquitecturas de driver EBM consumen energía en realidad
Medidas de retrofit y actualización clasificadas por ahorro y dificultad
Hidráulica de desplazamiento fijo: flujo constante, pérdida constante
Utilice exactamente este formato: "1. " por línea, nada más.
El comportamiento energético resulta directamente de esa descripción. Durante el ajuste –los pocos segundos en que el molde se cierra y se desarrolla la presión de cierre–, la bomba está realizando un verdadero trabajo útil y el motor se aproxima a su potencia nominal. Durante el resto del ciclo, que representa entre el 70 y el 85 por ciento, la bomba sigue girando, sigue consumiendo potencia del eje para empujar el aceite a través de la válvula de alivio y sigue convirtiendo esa potencia del eje en aumento de la temperatura del aceite. La potencia de funcionamiento medida en este tipo de circuito suele ubicarse entre el 25 y el 40 por ciento de la potencia nominal del motor de la bomba, y los equipos más antiguos, con bombas desgastadas, juntas y ajustes de válvulas de alivio degradados, pueden superar el 45 por ciento.
Las pérdidas en estado de espera son peores que las pérdidas en estado de inactividad. Muchas plantas dejan correr las unidades de potencia hidráulica durante los cambios de molde, los cambios de color, las paradas cortas planificadas y los cambios de turnos porque el restablecimiento y el nuevo calentamiento del aceite demoran tiempo. Una máquina que produce realmente durante 6.200 horas al año puede tener su unidad de potencia hidráulica en funcionamiento durante 7.000 horas. Los 800 horas no productivas consumen realmente horas de kilovatio y producen cero kilogramos, lo cual hace que el consumo específico de energía aumente sin aparecer en ningún registro del proceso.
Dispositivo de desplazamiento variable y hidráulico servo: mejor, pero sigue siendo fluido
Un sistema servo-hidráulico combina un motor servo de imanes permanentes con una bomba de desplazamiento fijo o variable y controla el flujo variando la velocidad del motor en lugar de reducirlo. Cuando ningún actuador requiere flujo, el motor se ralentiza a una velocidad de reposo baja o se detiene por completo. La potencia de reposo suele ser del 5 al 12 % de la potencia nominal del motor de la bomba, lo que supone una mejora sustancial con respecto a la línea base de desplazamiento fijo.
Las pérdidas residuales permanecen en cuatro lugares. La fuga volumétrica a través del interior de la bomba y el eje de las válvulas continúa siempre que el circuito esté a presión. La caída de presión a través de las válvulas direccionales y proporcionales convierte una parte de cada activación en calor, incluso cuando el movimiento es útil. La viscosidad del aceite cambia con la temperatura, por lo que el circuito alcanza su eficiencia óptima únicamente dentro de una banda bastante estrecha, normalmente entre 40 y 55 °C para un aceite hidráulico mineral de grado ISO VG 46. Y los acumuladores, cuando están instalados, introducen su propia ineficiencia de carga y descarga.
Las pérdidas del acumulador merecen una atención específica porque generalmente se pasan por alto. Las máquinas EBM asistidas por acumulador, que son comunes en el equipamiento grande de clase ABLD que maneja contenedores de 20 l a 1500 l donde se debe entregar una descarga grande de forma rápida, almacenan energía hidráulica en un balón o recipiente de pistón cargado de gas y la liberan durante la fase de alta demanda. La eficiencia del viaje de ida y vuelta de ese almacén es generalmente del 85 al 92 % en condiciones favorables, pero cae cuando la presión de carga previa se altera, cuando el gas se filtra a través del balón durante meses de servicio o cuando la descarga se limita para controlar la velocidad. Una pérdida del 10 % en el viaje de ida y vuelta en un acumulador que maneja una fracción significativa de la demanda máxima de energía de la máquina no es trivial, y la pérdida es invisible sin instrumentación dedicada.
Completamente eléctrico: par de torsión solo cuando se necesita.
Una máquina de moldeo por soplado por extrusión completamente eléctrica reemplaza por completo el circuito hidráulico. La unidad de fijación es accionada por un motor servo a través de un mecanismo de toggle o una disposición de tornillo de bolas y cabezal, mientras que el tornillo extrusor es accionado por un motor servo o un motor AC de alta eficiencia a través de una caja de relaciones directa o de baja relación, en lugar de un motor hidráulico. El desplazamiento del carro, la inserción del perno de soplado, el desengrasado y la transferencia de piezas se manejan mediante ejes adicionales servo o actuadores eléctricos compactos.
La característica energética definitoria es que un eje servo estacionario no consume más que la corriente de mantenimiento más las pérdidas de la electrónica del motor. En una máquina en la que la unidad de sujeción está mecánicamente bloqueada en la posición cerrada por la geometría del balancín, incluso la corriente de mantenimiento se aproxima a cero porque el balancín soporta la fuerza de apriete mecánicamente, en lugar de que el motor la sostenga eléctricamente. El consumo en stand by medido del lado de movimiento de una máquina EBM totalmente eléctrica está habitualmente por debajo del 2 % de la potencia de movimiento conectada, en comparación con un 25 a 40 % en el equivalente de desplazamiento fijo.
Un segundo beneficio menos discutido es el freno regenerativo. Cuando una unidad de sujeción accionada por servoamplificador desacelera una masa en movimiento al final de una carrera, el motor funciona como un generador. En sistemas de accionamiento con un bus DC común, la energía recuperada está disponible para otros ejes en el mismo bus en lugar de disiparse en un resistencia de frenado. En una máquina con varios ejes coordinados y un bus bien diseñado, del 3 al 8 por ciento de la energía de movimiento se puede reciclar internamente. Esta es una cifra modesta de por sí, pero se acumula durante millones de ciclos al año.
Lo que no cambia en una arquitectura totalmente eléctrica es la carga de calefacción. Los calentadores de barriles, de boquillas y de anillos o pinos ven potencia de resistencia independientemente del tipo de accionamiento. Tampoco cambia la demanda de aire comprimido, de agua refrigerante o de equipo auxiliar. Comprender este límite es fundamental para establecer expectativas realistas, y es por eso que el desglose porcentual en la siguiente sección es más importante que cualquier afirmación cualitativa.
Tabla 1: Características energéticas de la arquitectura de la unidad comparadas
| Característica | Hidráulico de desplazamiento fijo | Hidráulico variable/servo | Completamente eléctrico. |
|---|---|---|---|
| Potencia en reposo como porcentaje de la potencia nominal de movimiento | Del 25 al 40 % (unidades desgastadas hasta 45 %) | 5–12% | Menos del 2% |
| Pérdidas en estado de espera durante las paradas y cambios de moldes. | Alto — por lo general se deja el equipo de potencia encendido | Medio — el motor funciona a ralentí o en reposo. | Usa ESTE formato EXACTAMENTE: "1. < traducción >" por línea, nada más. |
| Pérdida de ida y vuelta del acumulador (si está disponible) | 8-15% de la energía almacenada | 8-15%, que degrada con el desplazamiento de carga previa | No aplicable — no almacén hidráulico |
| Limite de válvula y pérdida de fugas | Alto | Medio | Ninguno |
| Cálido residual descartado al circuito de enfriamiento | Alto: se requiere un enfriador de aceite dedicado | Mediano: enfriador de aceite más pequeño. | Bajo — solo ventilación del gabinete del accionador |
| Recuperación de energía al desacelerar. | Ninguno | Limitado | El 3–8 % de la energía de movimiento a través del compartido de bus de corriente continua (si está disponible) |
| Banda típica de la SEC, recipientes de PE (kWh/kg) | 0,65-0,90 | 0,50-0,70 | 0,35–0,55 |
| Repetición del movimiento de sujeción y deslizamiento | Medio, variaciones con la temperatura del aceite | Buen. | Excelente, independiente de la temperatura |
| Nivel de ruido en la baya de la máquina. | Alto | Medio | Bajo |
| Adecuación para salas limpias y productos farmacéuticos | Bajo — riesgo de humos de aceite y fugas. | Medio | 000 CNY, garantizar de forma profesional la calidad y estabilidad del moldeo de botellas de detergente de gran capacidad |
| Carga de mantenimiento (líquido, filtros, juntas) | Alto | Medio | Bajo |
| Elevada fiabilidad sin fluido hidráulico | Bajo | Medio | Alta a premium. |
Dónde van los kilovatios-hora: desglose del consumo de energía según porcentaje. Indonesia exige la marca SNI, Tailandia requiere TISI, Malasia exige SIRIM y Vietnam exige la marca de conformidad CR para muchos contenedores de alimentos y artículos domésticos. La máquina en sí debe cumplir la directiva de máquinas CE, y las partes que entran en contacto con los alimentos deben cumplir los estándares FDA 21 CFR 177 y GB
Antes de poder calcular cualquier ahorro, es necesario descomponer la línea base. Una celda de moldeo por soplado por extrusión no es una sola carga; es un conjunto de cargas con comportamientos muy diferentes, y la electrificación ataca directamente a una de ellas. Los porcentajes que aparecen a continuación representan la distribución típica medida en celdas de EBM de tamaño medio que producen recipientes de PE, y deben considerarse como un planteamiento de partida a sustituir por los propios datos submetrados en cuanto exista esa información.
Calentamiento de la extrusión y plastificación: del 35 al 45 por ciento
Este es el bloque más grande y en gran medida es independiente de la arquitectura. Comprende las bandas de calentadores del cilindro, los calentadores de la cabeza del cubo, los calentadores adaptadores y cambiadores de pantalla, y el trabajo mecánico realizado por el tornillo extrusor para cortar y transportar la masa fundida. En un extrusor de un solo tornillo bien ejecutado, con una relación L/D de 25 a 30:1, procesando HDPE, una parte considerable de la entalpía necesaria para llevar la resina de una temperatura ambiente a una temperatura de fusión de 175 a 210 °C proviene de fricción vítrea en lugar de de las bandas de calentador. Una vez que el cilindro alcanza un estado estable, los ciclos de trabajo de los calentadores en las zonas central y frontal suelen descender por debajo del 20%, y en los tornillos de alta resistencia a la fricción, las zonas posteriores pueden requerir enfriamiento en lugar de calentamiento.
La entalpía teórica requerida para calentar y derretir el HDPE desde 25 °C hasta 200 °C es de aproximadamente 0,19 a 0,22 kWh por kilogramo, lo que representa la capacidad calorífica específica de aproximadamente 2,3 kJ/kg·K en estado sólido, el calor de fusión de aproximadamente 200 a 230 kJ/kg y la capacidad calorífica específica en estado fundido. Cualquier energía de extrusión medida superior a aproximadamente 0,25 kWh/kg representa una inefficiencia: radiación desde las superficies del tambor desnudas, conducción hacia el bastidor, bandas de calentamiento de dimensiones excesivas que funcionan mediante enfriamiento activo o una geometría del tornillo que genera mucho más calor de corte de lo que necesita el proceso y después requiere enfriamiento del tambor para liberarlo.
Acomodamiento y movimiento de las moldes: 15 a 25 por ciento
Este es el bloque que la electrificación ataca directamente. Incluye la apertura y cierre del molde, el mantenimiento de la fuerza de ajuste durante el soplado y el enfriamiento, el desplazamiento del carro en las máquinas transportadoras, y la activación de la varilla de soplado o de calibración. En una máquina hidráulica de desplazamiento fijo, este bloque se infla debido a las pérdidas de derivación mencionadas anteriormente; en una máquina totalmente eléctrica, se reduce drásticamente porque la energía sólo se extrae durante el movimiento real. En la práctica, pasar de una máquina hidráulica de desplazamiento fijo a una totalmente eléctrica reduce este bloque entre un 55% y un 75%.
Unidad de potencia hidráulica en espera: del 10 al 20 por ciento
En una máquina totalmente eléctrica, este bloque es esencialmente cero. En una máquina hidráulica de desplazamiento fijo, es una de las mayores pérdidas evitables en toda la planta, y es invisible para los operadores, ya que la bomba emite el mismo ruido tanto cuando está haciendo trabajo como cuando no lo está. En las máquinas servo-hidráulicas, generalmente es del 3 al 7 %. Como este bloque desaparece por completo con la electrificación en lugar de simplemente reducirse, es el principal responsable de la reducción del porcentaje indicado.
Aire comprimida para soplado: del 10 al 20 por ciento
Sistema de agua de refrigeración (molde, aceite, barril)
Sistema de agua de refrigeración: del 8 al 15 por ciento
El enfriamiento del molde, el enfriamiento del aceite en las máquinas hidráulicas, el enfriamiento del cabello de alimentación del extrusor y el enfriamiento de la zona del depósito dependen de los circuitos de agua refrigerada y agua de torre. La potencia del compresor del chiller, la potencia de la bomba y la potencia del ventilador de la torre de refrigeración se incluyen en este modulo. La electrificación reduce indirectamente este módulo eliminando la carga de refrigeración del aceite, generalmente entre un 15% y un 30% del módulo.
Equipos auxiliares: entre el 5 y el 10 por ciento.
Transportadores de material y cargadores de vacío, secaderos deshumidificadores cuando se procesan materiales higroscópicos como PA, PC o PETG, alimentación central, granuladores de reprocesamiento de golpes, transportadores de extracción, detección de fugas y estaciones de ajuste downstream. Este bloque es independiente de la arquitectura, pero a menudo es excesivamente grande. En particular, los granuladores de golpes a menudo están en funcionamiento constantemente cuando solo necesitan funcionar intermitentemente.
Tabla 2: Desglose de la energía de una célula EBM por arquitectura de los accionamientos
| Bloque de energía | Intervalo típico de participación | Hidráulico fijo (índice, referente 100) | Servo hidráulico (indice) | Totalmente eléctrico (índice) |
|---|---|---|---|---|
| Calentamiento por extrusión and plasticising | 35-45 % | 40 | 40 | 38 |
| Movimiento de sujeción y moldeo. | 15–25% | 20 | 13 | 7 |
| En espera y activación de bypass de la unidad de potencia hidráulica | 10-20 % | 15 | 15 | 38 |
| Aire comprimido para la ventilación y el accionamiento | 10-20 % | 14 | 14 | 14 |
| 35-45 % | 8–15% | 11 | 9 | 8 |
| Equipos auxiliares (secado, transporte, granulación). | 5–10% | 7 | 7 | 7 |
| Índice total de células | 100 % | 107 (la línea base se establece en 100 después de normalizar) | 88 | 74 |
Normalizando la columna de desplazamiento fijo a un índice de 100 se obtiene un índice servo-hidráulico de aproximadamente 82 y un índice totalmente eléctrico de aproximadamente 69, lo que corresponde a reducciones del 18 por ciento y el 31 por ciento, respectivamente, en el límite de la célula entera. Cabe destacar que estos valores de la célula entera son más conservadores que los valores para la máquina sola que a menudo se citan, precisamente porque incluyen aire comprimido y accesorios que la electrificación no mejora. Al comparar las cotizaciones de los proveedores, siempre confirme a qué límite se refiere el ahorro declarado.
Consumo específico de energía: el parámetro que circula entre las plantas.
El consumo específico de energía, abreviado SEC y expresado en kilovatios hora por kilogram de producto final, es la única métrica energética que resiste a cualquier cambio en el tamaño de la máquina, la combinación de productos, el patrón de turnos o el país. La potencia en kilovatios no indica nada sin la duración. Los kilovatios hora anuales no significan nada sin la producción. El SEC normaliza ambos y permite comparar una línea de botellas de champú de 200 ml con una línea de bidones de 20 litros en una base defendible.
Definir con precisión la unidad de medida
El SEC se calcula como la energía eléctrica total consumida durante un período definido, dividido por la masa del producto comercializable producido en ese mismo período. Se deben hacer explícitas y mantener constantes tres decisiones definitorias:
- Límite de medición.Solo caja terminal de la máquina, máquina más accesorios dedicados o celda completa, incluyendo una asignación proporcional de aire comprimido y agua refrigerada. Cada método es válido; mezclar los mismos no es correcto.
- Sobre la base de la masa.Kilogramos de resina extruidos o kilogramos de producto terminado comercializable después de la eliminación del destello y el rechazo de calidad. La segunda es la base honesta porque el destello que se vuelve a moler y reestimula ya ha consumido energía de fusión una vez. En un recipiente típico con un cierre y un enrollado, el destello puede representar del 15 al 40 por ciento de la masa extruida, por lo que las dos bases pueden diferir en un factor de más de uno.
- Ventana de tiempo.Una sola hora de producción estable, un turno completo o un mes de funcionamiento intermitente. Las ventanas mensuales capturan los arranques, los cambios de moldes y los periodos de inactividad, por lo que proporcionan el número que realmente explica la lectura del medidor.
La convención utilizada en todo este artículo es la siguiente: límite de la célula entera excluyendo la generación de aire comprimido, base de masa del producto terminado vendido, ventana mensual en rulamiento. Esta es la convención más útil para la elaboración del presupuesto anual porque se multiplica directamente por la tonelada de ventas.
Intervalos de referencia para los contenedores de PE
Tabla 4: Reducción anual de kWh en los tres niveles de rendimiento
El material importa tanto como la máquina. El PP requiere una temperatura de fusión ligeramente más alta que el HDPE y tiene un mayor calor de fusión, lo que aumenta el SEC en aproximadamente un 5 al 10%. El PVC rígido se procesa a una temperatura de fusión inferior, típicamente de 165 a 185 °C, pero requiere una gestión muy cuidadosa de la cizalladura y, a menudo, velocidades más bajas de tornillo, lo que puede aumentar el SEC en cualquier dirección. Las resinas de ingeniería, como el PC y el PA, añaden una carga de secado que puede contribuir de 0,05 a 0,12 kWh/kg por sí solo, y el PC también requiere temperaturas de fusión muy superiores a 250 °C. Por lo tanto, cualquier referencia SEC debe indicar el material.
Aritmética básica
El cálculo anual de la electricidad se reduce a una única expresión:
Consumo anual de electricidad (kWh) = Consumo específico de energía (kWh/kg) × Producción vendible anual (kg)
El ahorro que se obtiene al cambiar la arquitectura es:
kWh ahorrados anuales = (base de ESEC – ESEC totalmente eléctrica) × salida comercial anual (kg)
La elegancia de esta fórmula es que no necesita ningún supuesto sobre el tiempo del ciclo, el número de máquinas, el patrón de turnos o la utilización. Todos esos aspectos están ya incorporados en el SEC medido y en la tonelada anual conseguida. El trabajo de ingeniería consiste en medir el SEC de referencia de manera honesta y en establecer un SEC objetivo defensible para la máquina de reemplazo, no en el cálculo mismo.
Horas de operación anuales y factor de carga: creación del modelo de servicio.
Aunque el método SEC no requiere un modelo de horas para calcular el ahorro, un modelo de horas es esencial para otros dos propósitos: dimensionar la infraestructura eléctrica y entender por qué dos plantas con máquinas idénticas registran valores de SEC diferentes.
Tres patrones de cambio estándar
Una operación en dos turnos que funciona cinco días a la semana con días festivos legales alcanza generalmente entre 3.800 y 4.200 horas programadas al año, de las cuales aproximadamente entre 3.300 y 3.700 son productivas después de los cambios de moldes, cambios de colores y el mantenimiento. Una operación en tres turnos que funciona cinco o seis días a la semana alcanza entre 6.000 y 7.000 horas programadas, con 5.300 a 6.300 productivas. Una operación realmente continua que funciona siete días con ventanas planificadas de mantenimiento alcanza aproximadamente 8.000 horas programadas, con 7.200 a 7.600 productivas.
La relación entre las horas productivas y las programadas es donde la arquitectura hidráulica y la eléctrica se separan en forma clara. Durante las 400 a 600 horas no productivas en un año de tres turnos, una unidad de potencia hidráulica de desplazamiento fijo que se deja conectada continúa absorbiendo entre el 25 y el 40% de su potencia nominal sin producir nada. Una máquina completamente eléctrica en el mismo estado solo consume la potencia de parada de la caldera auxiliar, una potencia que, a su vez, se puede reducir en un 30 a 50% utilizando un descenso de temperatura de espera de entre 40 y 60 °C por debajo de la temperatura de proceso. Este es el mecanismo por el que la electrificación mejora el SEC en más de lo que sugiere la aritmética de bloqueo de movimiento puro.
3,300–3,700
El factor de carga es la relación entre el suministro de potencia efectivo promedio y la carga conectada de la máquina. Las células EBM reales operan a factores de carga del 0,55 al 0,85. Una máquina dimensionada generosamente para un producto de contenedores grandes pero que actualmente utiliza contenedores de pequeño tamaño se situará en el extremo inferior; una máquina que opera a su salida de extrusión nominal con un juego completo de moldes se situará en el extremo superior.
El factor de carga afecta a las máquinas hidráulicas y eléctricas de manera asimétrica. Una bomba hidráulica a un factor de carga bajo sigue girando a toda velocidad, por lo que sus pérdidas por desviación mantienen un nivel constante en términos absolutos mientras que la salida útil disminuye – la SEC se deteriora rápidamente a medida que cae el factor de carga. Un sistema servoeléctrico a un factor de carga bajo simplemente consume menos corriente, por lo que sus SEC se deterioran solo suavemente. En la práctica, con un factor de carga de 0,55, la ventaja de la arquitectura completamente eléctrica sobre la hidráulica con desplazamiento fijo se amplía entre el 45 y el 55%, mientras que con un factor de carga de 0,85 se reduce entre el 25 y el 32%. Por lo tanto, las plantas con libros de pedidos volátiles y cambios de productos frecuentes se benefician desproporcionadamente de la electrificación.
Tabla 3: Horas de funcionamiento y factor de carga del modelo
| Patrones de turno | Horas programadas al año | Horas de producción | Horas energizadas no productivas | Factor de carga típico. | Penalidad relativa de la SEC sobre hidráulica |
|---|---|---|---|---|---|
| Dos turnos, cinco días | 3,800–4,200 | 225,000 | 400–600 | 0,55-0,70 | Alto (reinicios frecuentes, tiempo de inactividad prolongado) |
| Tres turnos, de cinco a seis días | 6.000-7.000 | 5.300–6.300 | 500-800 t | 0,65-0,80 | Medio |
| Continuo, siete días | 7.800–8.200 | 7,200–7,600 | 0,60 | 0.75–0.85 | Bajo (pero la KWh absoluta sigue siendo la mayor) |
Cálculo con fecha: reducción de kWh a 500, 1500 y 3000 toneladas al año
El siguiente cálculo aplica el método de la SEC a tres escalas de planta que abarcan la mayoría de las operaciones de moldeo por soplado independientes. Todos los valores son en kilovatios-hora y porcentajes. No se proporcionan valores monetarios, porque las estructuras de tarifas varían según la región, el contrato, el cargo por demanda y el intervalo de uso — aplique su propia estructura de tarifas a estos valores de kilovatios-hora para obtener un resultado financiero relevante para su acuerdo de suministro.
Definiciones del escenario
Se evalúan tres pares de valores de referencia a objetivos en cada nivel de salida, que representan la variabilidad real de los resultados:
- Caso conservativo:punto de partida 0,60 kWh/kg (en una máquina servohidráulica mantenida de manera razonable), que mejora a 0,50 kWh/kg. Mejoramiento de 0,10 kWh/kg, o un 16,7 por ciento.
- Caso típico:línea base: 0,70 kWh/kg (una flota mixta de máquinas hidráulicas de diferentes edades) que mejoro a 0,45 kWh/kg. Mejora de 0,25 kWh/kg, o un 35,7 por ciento.
- Caso ideal: línea base de 0,90 kWh/kg (un antiguo parque de planta de desplazamiento fijo a un factor de carga bajo sin barriles aislados) que mejora a 0,35 kWh/kg. Mejora de 0,55 kWh/kg, o un 61,1%.
Factor de carga y sus consecuencias
| Annual Output | Caso | SEC base (kWh/kg) | SEC eléctrica (kWh/kg) | kWh anuales de referencia | kWh eléctricos anuales | kWh ahorrados al año | Reducción | Índice (línea de base = 100) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 500 t/a (500 000 kg) | Margen de gasto de capital relativo | 0,60 | 0.50 | 300 000 | 250.000 | 50.000 | 16,7% | 83,3 |
| 500 t/a | Típico | 0,70 | 0,45 | 350,000 | 0.60 | 125,000 | 35,7% | 64,3 |
| 500 t/a | Mejor escenario | 0,90 | 0,35 | 450.000 | 175.000 | 275.000 | 61,1% | 38.9 |
| 1,800,000 | Margen de gasto de capital relativo | 0,60 | 0.50 | 900,000 | 750 000 | 150.000 | 16,7% | 83,3 |
| 1.500 t/a | Típico | 0,70 | 0,45 | 1.050.000 | 675.000 | 375.000 | 35,7% | 64,3 |
| 1.500 t/a | Mejor escenario | 0,90 | 0,35 | 1.350.000 | 525.000 | 825.000 | 61,1% | 38.9 |
| 3,000 t/a (3,000,000 kg) | Margen de gasto de capital relativo | 0,60 | 0.50 | 300–600 | 1,500,000 | 300 000 | 16,7% | 83,3 |
| 3 000 t/a | Típico | 0,70 | 0,45 | 2.100.000 | 1.350.000 | 750 000 | 35,7% | 64,3 |
| 3 000 t/a | Mejor escenario | 0,90 | 0,35 | 2.700.000 | 1.050.000 | 1.650.000 | 61,1% | 38.9 |
Leer la tabla correctamente
De este cuadro se derivan tres observaciones. En primer lugar, la reducción porcentual es independiente de la escala, es decir, depende solo del par de SEC, no del tonelaje. Una planta de 500 toneladas y una planta de 3.000 toneladas consiguen el mismo porcentaje; solo las cantidades absolutas de kilovatios-hora difieren. En segundo lugar, el ahorro absoluto se relaciona linealmente con el tonelaje, lo cual significa que la lógica del retorno de la inversión favorece firmemente las plantas de alta utilización. En tercer lugar, la diferencia entre el caso conservador y el mejor caso es de un factor de 5,5, razón por la cual la medición de referencia es mucho más importante que la especificación objetivo. Una planta que asume una referencia de 0,70 kWh/kg cuando el dato real es de 0,85 kWh/kg subestima su ahorro en más de la mitad.
Una comprobación intermedia útil es el dato por máquina. Una sola máquina mediana de EBM que produce recipientes de HDPE de 2 l a una velocidad de, por ejemplo, 45 kg por hora y que funciona 6.000 horas productivas al año, produce aproximadamente 270 toneladas de masa extrusionada. Después de deducir la vileza que deja el proceso como producto vendido, con un rendimiento de quizás un 78 %, la producción comercializada es de aproximadamente 210 toneladas. En el caso típico, esa sola máquina representa aproximadamente 52.500 kWh de ahorro anual. Por lo tanto, una planta de siete máquinas de este tipo se acerca al nivel de 1.500 t/a del cuadro 4.
Process Variables That Move Specific Consumo de energía
La compra de una máquina completamente eléctrica establece un piso nuevo, pero las configuraciones del proceso determinan dónde opera la planta dentro de la banda. Las siguientes variables tienen el mayor impacto medible en el SEC y la mayoría se pueden ajustar sin invertir capital.
Temperatura de fusión y perfil de temperatura
Para contenedores de HDPE, un intervalo de temperatura de fusión de 175 a 210 °C cubre casi toda la labor comercial. Operando a 205 °C cuando 185 °C produciría un parison aceptable, se desperdicia energía dos veces: una vez en los calentadores y el trabajo de cizalladura necesarios para alcanzar la temperatura más alta, y otra vez en el circuito de enfriamiento que debe eliminar la energía de alta potencia adicional antes de que la pieza se pueda expulsar. Cada 10 °C de temperatura de fusión innecesaria añade aproximadamente 0,005 a 0,008 kWh/kg en la parte de calefacción y prolonga el tiempo de enfriamiento en un 3 a 6%, lo que reduce la producción y, por lo tanto, aumenta aún más el SEC.
Un perfil de temperatura del tambor ascendente, más fresco en la zona de suministro y más cálido hacia la punta de la matriz, generalmente consume menos energía total que un perfil plano, porque permite que el trabajo de corte haga el derretimiento en la zona de compresión en lugar de forzar la conducción desde la pared del tambor. El enfriamiento de la garganta de suministro debe configurarse tan frío como sea necesario para evitar el puenteamiento, normalmente de 20 a 35 °C para el PE; el enfriamiento excesivo de la garganta de suministro combate directamente los calefactores del tambor.
Screw Speed, L/D Ratio and Compression Ratio
La geometría de tornillos establece el equilibrio entre el calentamiento por corte y el calentamiento por conducción. Un extrusor de tornillo único con una relación L/D de 25 a 30:1 y una relación de compresión de 2,5 a 3,5:1 es la configuración estándar para el moldeo por soplado de extrusión de PE, y dentro de ese rango un tornillo de barrera con una sección de mezcla generalmente ofrece un SEC 8 a 15 % inferior al de un tornillo convencional de tres zonas con la misma producción, porque alcanza la homogeneidad de la masa fundida a una temperatura más baja.
La velocidad de tornillo debe ajustarse para lograr el tiempo de caída de presión requerido a la menor velocidad posible. Si se ejecuta un tornillo con velocidad alta y luego se fina con una bomba de fusión o una matriz restrictiva, el poder del eje se convierte en calor que luego se elimina mediante el enfriamiento del tambor, lo cual es una pérdida pura. Cuando se monta una bomba de fusión o una bomba de engranajes, se debe usar para estabilizar la presión de salida, no para compensar un tornillo en exceso de velocidad.
Sacos de aislamiento para los tambores
Las superficies del barril a temperaturas de 190 a 210°C radian e convectan constantemente hacia la bodega de la máquina. El montaje de chaquetas aislantes removibles sobre el barril y la cabeza de la matriz reduce la energía del calentador en un 15 a un 25%, con el dato mayor aplicándose a las máquinas situadas en salas con mal ventilación o climatizadas. Los beneficios secundarios son igualmente valiosos: temperaturas de la zona más estables, calentamiento más rápido a partir de temperaturas bajas, menor temperatura ambiente alrededor de la máquina y menor riesgo de quemaduras para los operadores. La dificultad de implementación es baja, y esta medida se aplica igualmente a las máquinas hidráulicas y totalmente eléctricas.
Temperatura del agua de enfriamiento del moldes
El agua de enfriamiento del molde en la banda de 8 a 15 °C es estándar para los contenedores de HDPE. Cada grado más fresco acorta el tiempo de enfriamiento, pero aumenta la potencia del compresor del chiller en torno al 2 o 3 por ciento por grado. El valor óptimo no es la temperatura más fría que se puede alcanzar, sino la temperatura más alta que sigue satisfaciendo el objetivo de tiempo de ciclo sin generar problemas de encogimiento posterior al molde ni de ovalidad. Muchas plantas vierten agua refrigerada a 7 °C por hábito, cuando el mismo ciclo se puede lograr a 12 °C. De esa manera, se sacrifican entre un 10 y un 15 % de energía del chiller por nada.
La velocidad de flujo es tan importante como la temperatura. El flujo turbulento en los canales de refrigeración, caracterizado por un número de Reynolds mayor a 4.000, transfiere el calor de manera much más eficaz que el flujo laminar. Los canales escalonados o parcialmente bloqueados obligan al enfriador a compensar con una temperatura de suministro más baja. El descalcificado anual de los circuitos de refrigeración de los moldes es una medida de dificultad baja y ahorro medio que las plantas suelen posponer.
Bloqueo de la presión del aire y recuperación de Venturi
El aire de soplado se suministra con frecuencia a una sola presión alta de 8 a 10 bares, cuando el proceso solo requiere esa presión durante el inflado inicial. La división del suministro, que consiste en un breve pulso a alta presión para formar el recipiente contra la superficie del molde y, posteriormente, una presión de mantenimiento menor de 4 a 6 bares durante el enfriamiento, reduce la masa de aire consumida por parte en un 20 a un 35 por ciento. Cuando los controles de la máquina permiten presiones de soplado y presión principal independientes, este cambio se limita a ajustes, en lugar de implicar un cambio de hardware.
La recuperación del aire lleva más lejos. Un sistema de recuperación basado en venturi o en receptáculos recoge el escape de cada ciclo de soplado y lo devuelve a un receptáculo de presión intermedia que alimenta los consumidores neumáticos de baja presión, como cilindros, transportadores y expulsores de piezas. Se pueden lograr tasas de recuperación del 20 al 40% del volumen del aire de soplado en máquinas con grandes volúmenes de contenedores. Debido a que la generación de aire comprimido es una de las conversiones de energía menos eficientes en cualquier planta — típicamente solo el 10 al 15% de la energía de entrada del compresor termina como trabajo neumático útil — cada metro cúbico no generado vale varias veces su valor aparente.
Control del espesor de la pared y materia prima por pieza
El control del espesor de la pared del parison, ya sea por un actuador de gap de la matriz hidráulica o servoeléctrica con un programador multipunto, determina directamente cuántos gramos entran en cada contenedor. Pasar de un programa de espesor de pared de 20 puntos a uno de 100 puntos permite típicamente una reducción del 3 al 8% en el peso de la pieza mientras se mantiene el rendimiento de carga superior y de prueba por caída. Dado que el SEC se expresa en kilogramos, las piezas más ligeras no reducen el SEC — pero reducen el total de kilogramos anuales, y por lo tanto reducen proporcionalmente los kilovatios hora anuales. Un aligeramiento del 5% en una planta de 1500 t/a elimina 75 toneladas de capacidad y, a 0,45 kWh/kg, aproximadamente
Aire comprimido: la segunda parte silenciosa de la huella de energía de EBM
Cualquier programa de energía que se detenga en la caja terminal de la máquina solo captará parte de la reducción disponible. El aire comprimido se genera de forma centralizada, se mede de manera centralizada y, por lo tanto, rara vez se atribuye a la máquina que lo consume, razón por la cual persiste como una carga grande y no gestionada en las plantas de moldeo por soplado.
Sancción por conversión
La producción de aire comprimido a 7 bares gauge requiere aproximadamente 6 a 7 kW de potencia del eje por metro cúbico normal/minuto de suministro de aire libre en un compresor de tornillos bien mantenido, y aumenta hasta 8 kW en unidades alternativas más antiguas o donde los filtros de entrada están obstruidos. De esa entrada, solo una pequeña fracción se recupera como trabajo mecánico en el punto de uso; el resto se convierte en calor en el compresor y en caída de presión en la red de distribución. Es por eso que un metro cúbico de aire comprimido ahorrado en la máquina vale significativamente más que la misma energía ahorrada en un motor eléctrico.
Fugas
Las fugas de aire comprimido en una planta de plásticos no gestionada suelen alcanzar entre el 20 y el 35 por ciento del volumen total generado. Las plantas de moldeo por soplado se encuentran en el extremo malo de ese rango debido al número de acoplamientos de enganche rápido, uniones giratorias en las clavijas de soplado montadas sobre carretes y cilindros neumáticos propensos a ciclos constantes. Un solo orificio de 3 mm a 7 bares pierde aproximadamente 0,5 metros cúbicos normales por minuto, lo que a 6,5 kW por metro cúbico por minuto representa alrededor de 3,2 kW extraídos de manera continua, aproximadamente 25.600 kWh al año con 8.000 horas. Los estudios de detección de fugas por ultrasonido que se realizan dos veces al año, con un programa de reparaciones etiquetados, se encuentran entre las medidas de mayor rendimiento con menor dificultad disponibles.
Gestión de la banda de presión.
Cada reducción de 1 bar en la presión del sistema reduce la energía consumida por el compresor en aproximadamente un 6% a un 8%. Muchas instalaciones EBM funcionan con toda la cabeza de aire comprimido a 8 o 9 bares porque una máquina necesita aire pulsado a alta presión, cuando un booster dedicado dedicado a esa máquina permitiría que la cabeza general cayera a 6 bares. Dividir la red en una cabeza de baja presión para la iniciación y el transporte y una rama de alta presión para el soplado es una medida de dificultad media con rendimientos sustanciales y permanentes.
Recuperación de calor desde la casa del compresor
Entre el 70 y el 90 % de la energía de entrada del compresor es recuperable como calor de bajo grado en el flujo de aire de refrigeración o agua de refrigeración. En climas con temporada de calefacción o en plantas con demanda de agua caliente para lavado o secado previo de resinas, la recuperación de ese calor disminuye el consumo de energía. Esto no reduce la lectura del contador de electricidad para el aire comprimido, sino que reduce la energía total del sitio, que es el número que importa para la presentación de informes de carbono.
Tabla de contenido
750 kWh por año, totalmente independientemente de la cuestión de la arquitectura del motor.
Tabla 5: medidas de energía, bandas de ahorro y dificultad de implementación
| Measure | Ataque al bloque de energía. | Ahorro típico | Dificultad de implementación | Banda de intensidad de capital |
|---|---|---|---|---|
| Examen y reparación de fugas de aire comprimido por ultrasonidos | Aire comprimido | Entre un 10 y un 25 % de energía del aire. | Bajo | Bajo |
| Chalecos de aislamiento para el cabezal del cilindro y la matriz | Calentamiento por extrusión | El 15–25 % de la energía del calefactor. | Bajo | Bajo |
| Conservador | Calentamiento por extrusión | 30–50% de la energía del calentador de espera | Bajo | Bajo |
| No todas las plantas pueden reemplazar su flota. La tabla inferior clasifica las medidas prácticas disponibles para una operación de moldeo por soplado de extrusión existente por la banda de ahorro típica y la dificultad de implementación, lo que permite construir un programa por fases. La dificultad se califica como Baja, Media o Alta en función del tiempo de inactividad requerido, la complejidad de la ingeniería y la necesidad de contratistas externos. La intensidad de capital se expresa en una banda relativa en lugar de una cifra. | Ajuste de la temperatura de espera durante las paradas | 8 a 15 % de la energía del enfriador. | Bajo | Bajo |
| Estadio de presión de aire de escape (separación pre-escapa / retención) | Aire comprimido | 20–35% del volumen del aire de aireación | Bajo a medio | Bajo |
| Programa de descalcificación del canal de enfriamiento del molde | Ajuste de la temperatura de espera durante las paradas | 5–12% de la energía del chiller | Bajo a medio | Bajo |
| Submetrología y cuadro de control SEC a nivel de turno. | Todos los bloques (habilitación) | 3–8% conductual | Medio | Bajo a medio |
| Retrofit de tornillo de barrera con sección de mezcla. | Agua de enfriamiento | 8–15% de la energía de extrusión | Medio | Medio |
| Aire comprimido network pressure split (low / high headers) | Aire comprimido | Se reduce de 6 a 8% por bar. | Medio | Medio |
| Recuperación de aire de escape a un depósito intermedio | Aire comprimido | 20–40% del aire de aireación recuperado | Medio a alto | Medio |
| Retrofitting de la bomba servo en la unidad de potencia hidráulica existente | Standby hidráulico y movimiento | Entre un 15 y un 30 % de energía de la máquina. | Medio a alto | Medio a alto |
| Accionamiento de velocidad variable en los chillers y las bombas de refrigeración | Ajuste de la temperatura de espera durante las paradas | 15–30 % de la energía de la bomba | Medio | Medio |
| Actualización del controlador de espesor de pared en el parison a varios puntos. | Extrusión/plastificacion | 3–8% de material y energía correspondiente | Medio a alto | Medio a alto |
| Optimización del punto de ajuste del agua refrigerada (8→12 °C cuando el ciclo lo permite) | Movimiento, estado de espera, enfriamiento con aceite. | 25-45% de la energía de la celda (hasta 60% en comparación con los antiguos de desplazamiento fijo) | Alto | Alta a premium. |
| Recuperación del calor del compresor para procesar agua caliente | Energía total del sitio | El 70–90% del calor del compresor se puede recuperar | Alto | Medio a alto |
Una regla de secuenciación sensata es completar todas las medidas de baja dificultad antes de comprometerse con una de alta dificultad, por dos razones. En primer lugar, las medidas de baja dificultad suelen entregar una reducción combinada del 10 al 18 % con una interrupción mínima. En segundo lugar, y lo que es más importante, limpian la línea base. Reemplazar una máquina mientras la red de aire comprimido pierde un 30 %, y los barriles no están aislados, hace imposible atribuir correctamente la mejora resultante, lo que mina el argumento a favor de la próxima inversión.
Conversión de kilovatios-hora a carbono: aritmética del factor de red
Cada vez más, las plantas de moldeo por soplado deben informar sobre las emisiones del ámbito 2 a los clientes que son propietarios de las marcas y, en algunos casos, a los reguladores. La conversión de kilovatios-hora en equivalente de dióxido de carbono es sencilla una vez que se ha seleccionado un factor de emisión de red, y la tonelada resultante suele ser un número más convincente internamente que la cifra de energía en sí.
Seleccionar un factor de emisión de red
Los factores de emisión de la red eléctrica varían considerablemente según el país y el año, debido a las variaciones en la mezcla de generación. Un intervalo de trabajo de 0,55 a 0,85 kg de CO2e por kWh cubre la mayoría de las redes industriales con un importante componente de generación térmica. Las redes con una alta penetración de energía hidráulica, nuclear o renovable se encuentran notablemente por debajo de este intervalo; las redes dominadas por el carbón se sitúan en el límite superior o ligeramente por encima de este. Utilice el factor nacional o regional publicado que sea aplicable al año que se reporta y mencione la fuente en su divulgación. Cuando una planta tiene un acuerdo de compra de energía renovable, se puede utilizar un factor basado en el mercado junto con el factor basado en la ubicación, según lo requerido por el Protocolo de los gases de efecto invernadero.
Total de kilogramos procesados
La aplicación de la banda a los ahorros por caso típico de la Tabla 4 da como resultado las siguientes reducciones anuales de carbono. Todos los números son toneladas métricas de dióxido de carbono equivalente por año.
| Annual Output | Caso | kWh ahorrados al año | Tabla 6 Equivalente: Reducción de carbono por categoría de rendimiento | A una emisión de CO2e de 0,70 kg/kWh | 0,85 kg de CO2e/kWh |
|---|---|---|---|---|---|
| 500 t/a | Típico | 125,000 | 68,8 t | 87,5 t | 106,3 t |
| 500 t/a | Mejor escenario | 275.000 | 151,3 t | 192,5 t | 233,8 t |
| 1.500 t/a | Típico | 375.000 | 206,3 t | 262.5 t | 318,8 t |
| 1.500 t/a | Mejor escenario | 825.000 | 453.8 t | 577,5 t | 701,3 t |
| 3 000 t/a | Típico | 750 000 | 412,5 t | 525,0 t | 637,5 t |
| 3 000 t/a | Mejor escenario | 1.650.000 | 907,5 t | 1.155,0 t | 1.402,5 t |
Expresado por kilogramo de producto, el caso típico elimina 0,25 kWh/kg, lo que, a 0,70 kg CO2e/kWh, corresponde a 0,175 kg CO2e por kilogram de envase producido. Para un propietario de marca que realiza una evaluación del ciclo de vida en un formato de embalaje, esa es una cifra directamente utilizable y que los convierte cada vez más piden. Ser capaz de ofrecer una SEC medida y la intensidad correspondiente del ámbito 2 por kilogramo se está convirtiendo en una cualificación comercial para los presupuestos de envasado para alimentos, bebidas, cuidado personal y productos farmacéuticos.
Medida y verificación: demostración del ahorro en su propio lobby
El ahorro calculado es una hipótesis. Para transformarlo en un resultado verificado, se necesita un protocolo de medición que resista la auditoría, y el protocolo debe estar en vigor antes del cambio de la máquina, no después.
Instrumentación
Un ahorro calculado es una hipótesis. Para convertirlo en un resultado verificado, es necesario un protocolo de medición que supere un control y que esté en vigor antes del cambio de la máquina, no después.
Instrumentación adicional que justifica su instalación: un medidor de caudal y un par de temperatura en el circuito de enfriamiento del molde para cuantificar el calor rechazado, un medidor de caudal de aire comprimido en la rama de la máquina y un alimentador de aparato pesado o de pérdida en peso para proporcionar kilogramos reales extruidos en lugar de kilogramos inferidos.
Período de referencia
Una línea base debe extenderse al menos durante cuatro semanas continuas de producción representativa, que abarque la mezcla normal de productos, al menos dos cambios de molde y los patrones de los días laborables y los fines de semana, si la planta los ejecuta. Registre el rendimiento en kilogramos de producto comercializable, la energía en kWh y las condiciones de operación que podrían confundir la comparación: la temperatura ambiente, la clasificación de resina y la velocidad de fluidez en fusión, la mezcla de productos en peso y cualquier fallo conocido de la máquina.
Normalización y ajuste
El periodo de comparación después de la instalación debe normalizarse por cualquier factor que haya cambiado independientemente de la máquina. Los factores confusores más comunes en el moldeado por soplado de extrusión son la temperatura ambiente, que desplaza la carga del enfriador entre verano e invierno entre un 10 y un 25 por ciento, la mezcla del producto, que cambia la relación kilogramos por ciclo, y los cambios en el grado de la resina, ya que una resina con un mayor índice de flujo de fusión requiere menos trabajo de estiramiento. El enfoque estándar es una regresión de la energía frente a la producción y los grados días durante el período de referencia, para luego aplicar esa regresión para predecir lo que habría consumido la máquina de referencia en las condiciones del período de informe.
Cadencia de reporting
La energía eléctrica consumida debe informarse a nivel de turno a los operadores, semanalmente a la dirección de producción y mensualmente a la junta directiva. La visibilidad a nivel de turno es donde provienen los ahorros de comportamiento del 3 al 8 %: cuando un operador puede ver que dejar funcionando el granulador durante un cambio de molde añade kilogramos de energía al turno, el comportamiento cambia sin que sea necesario redactar ninguna política. Las plantas que instalan medidor, pero solo lo revisan trimestralmente, consiguen un fracción del beneficio de comportamiento disponible.
Apollo Completamente eléctrico. EBM en la práctica
Apollo, una planta Wanplas con sede en Zhangjiagang, cerca de Shanghái, fabrica diez series y más de ochenta modelos de máquinas de moldeado por soplado de extrusión automática, con más de 4.000 máquinas en servicio en más de 90 países. Su gama abarca la serie ABLB para contenedores desde 200 ml hasta 20 L, la serie ABLD para contenedores grandes de 20 L hasta 1.500 L y la serie totalmente eléctrica, que cubre desde 200 ml hasta 20 L para aplicaciones donde el rendimiento energético, la limpieza y la repetibilidad son requisitos esenciales.
¿Qué cambios introduce la serie totalmente eléctrica?
The Completamente eléctrico. Series removes the hydraulic power unit entirely. Clamping, carriage traverse, blow pin actuation and extruder drive are all servo-electric. In energy terms this means the hydraulic standby block in Table 2 goes to zero, the clamping and motion block drops by roughly two thirds, and the oil cooling load disappears from the chilled water circuit. In operational terms it means no hydraulic fluid on the shop floor, no oil filter changes, no seal replacement schedule and no risk of oil contamination on food-contact or pharmaceutical containers — a material advantage for converters supplying medical and pharmaceutical customers, one of Apollo’s eight core application areas alongside food and beverage, daily chemical products, industria química, material de construcción, automotive, transportation and cultural and sports goods.
Las máquinas procesan toda la gama de resinas comerciales y técnicas utilizadas en el moldeo por soplado por extrusión: PE, PP, PVC, PA, PC, ABS, PS, EVA, TPU y PETG. Ya que los unidades de servo se ajustan de manera independiente a los perfiles de velocidad y posición según la temperatura del aceite, el desperdicio de arranque tras un arranque en frío es generalmente menor que en un equivalente hidráulico, en el que los primeros treinta a sesenta minutos de producción se ven afectados por el calentamiento del aceite y el desplazamiento asociado en la respuesta de las válvulas.
La configuración creíble mínima es un medidor de calidad de la potencia trifásico en el suministro entrante a cada máquina, que registre energía activa en kWh a intervalos de un minuto o menos, con un contador de producción correspondiente que registre las piezas buenas. La precisión de clase 1 es suficiente para la gestión de la energía; la clase 0,5S es preferible cuando los datos apoyan una garantía de rendimiento del proveedor. Los transformadores de corriente deben regularse para la carga real, no para la resistencia del cable, porque un transformador de corriente muy sobredimensionado que mide una máquina con una carga ligera pierde precisión en el extremo inferior de su rango.
La arquitectura totalmente eléctrica no es automáticamente la respuesta adecuada para cada aplicación. Los contenedores muy grandes de la gama ABLD, que van desde 20 l hasta 1500 l, requieren fuerzas de ajuste elevadas y grandes disparos asistidos por acumuladores, en los que la arquitectura hidráulica o híbrida suele ser la solución de ingeniería más práctica, y donde el ciclo de trabajo es suficientemente intenso que las pérdidas de inactividad hidráulica suponen una parte menor del total. El caso más fuerte para la arquitectura totalmente eléctrica es el segmento de contenedores de alto ciclo, de tamaño pequeño a mediano -botes de cuidado personal de 200 ml a 5 l, botellas de lubricante, contenedores con productos agroquímicos y botellas farmacéuticas- en los que los ciclos son cortos, los eventos de movimiento son frecuentes, los factores de carga fluctúan según los patrones de pedidos y los requisitos de limpieza son exigentes.
Apollo, Bekum y Kautex Maschinenbau ofrecen todas plataformas EBM totalmente eléctricas o híbridas en este segmento, y cualquier evaluación seria debe comparar el consumo específico de energía medido bajo un protocolo de prueba definido e idéntico en lugar de comparar las cargas conectadas indicadas en el etiquetado de la máquina. La carga conectada solo indica lo que la infraestructura eléctrica debe soportar; no dice nada sobre lo que leerá el contador.
Puntos de especificación que afectan el SEC medido.
Al especificar una máquina EBM completamente eléctrica, las siguientes opciones tienen un efecto directo y cuantificable sobre el SEC, que finalmente se medirá:
- Aislamiento del cabezal del tambor y de la matriz, como equipos instalados de serieEn lugar de una posterior retrofijación, capturar de inmediato del 15 al 25 % de la energía del calentador.
- Bus de CA común en todos los ejes de los servos, lo que permite reutilizar la energía regenerativa de los ejes que desaceleran en lugar de quemarla en resistores de frenado.
- Control independiente de la presión de pre-impulsión y de impulso principal., enabling pressure staging without additional hardware.
- Medición de energía integrada con salida de datos to the plant historian, so SEC is available at shift level without a separate metering project.
- La lógica de retroceso en modo de espera.que reduce automáticamente las señales de temperatura fijadas durante los estados de inactividad definidos y las restaura una vez reiniciado según el programa.
- Programación de espesores de pared multipunto.Con una resolución suficiente para la geometría del recipiente, se reducen los kilos por pieza.
- Ajuste correcto del tamaño de la máquinaPara el envoltorio de producto real. Una máquina sobredimensionada que opera con contenedores pequeños desperdicia energía en cada bloque de forma simultánea, y este es el error de especificación más común.
El servicio de personalización de máquinas de Apollo incluye la configuración del molde y la adaptación del voltaje de alimentación, los ingenieros realizan la instalación y la puesta en marcha en el sitio, y las máquinas se inspeccionan y prueban en la fábrica antes del envío. Los compromisos a nivel grupal de Wanplas, que incluyen un derecho anual a piezas de repuesto gratuitas, garantía de transporte, garantía de capacidad de producción y garantía de calidad, se aplican en todas las fábricas de Wanplas, y la política de fábrica abierta del grupo permite a los posibles compradores observar cómo una máquina utiliza su propia resina y molde antes de comprometerse. Para los convertidores cuyas cálculos energéticos dependen de lograr un SEC específico, una prueba de aceptación en fábrica presenciada con medición de energía incorporada en el protocolo es la forma más directa de convertir una proyección en un compromiso contractual.
Preguntas frecuentes
¿Qué consumo específico de energía debería alcanzar una máquina EBM completamente eléctrica cuando ejecuta HDPE?
Para recipientes de HDPE de uso general de entre 200 ml y 5 litros, una máquina de moldeo por soplado completamente eléctrica de tamaño adecuado debe medir entre 0,35 y 0,55 kWh por kilogramo de producto vendible en la caja terminal de la máquina, con aislamiento del depósito instalado y un factor de carga superior al 0,65. Los números en el lado inferior de esa franja requieren un buen control del espesor de la pared, una temperatura del fundido en el extremo inferior de la ventana de 175 a 210 °C y un mínimo de horas de energía activa no productiva. Si su medición supera los 0,60 kWh/kg en una máquina completamente eléctrica, investigue el aislamiento del depósito, el comportamiento en estado de espera, el punto de configuración del enfriador y el tamaño de la máquina antes de cuestionar la arquitectura de la unidad.
Selección entre arquitecturas
Utilice exactamente este formato: "1. " por línea, nada más.
¿Cómo calculo mi propio ahorro anual en kWh sin comprar una máquina primero?
Captura una parte significativa del beneficio en implementaciones de dificultad media a alta y con una intensidad de capital media a alta. Un retrofit de una bomba servo en una unidad de potencia hidráulica en buen estado suele ofrecer una reducción del 15 al 30% de la energía de la máquina al atacar las pérdidas de espera y bypass, que son las mayores pérdidas hidráulicas evitables. No elimina los derroches de la válvula, las fugas volumétricas, la carga de enfriamiento del aceite ni el mantenimiento hidráulico. En general, el retrofit es la opción mejor en una máquina con una vida mecánica considerable y una combinación de productos estable; la sustitución es la mejor opción cuando la máquina se acerca al final de su vida útil, cuando la limpieza es importante o cuando la combinación de productos hace que el factor de carga varíe ampliamente.
¿Reduce la unidad de tracción completamente eléctrica el consumo de aire comprimido?
No. El aire de soplado, el aire de soplado previos, los gases de escape y el accionamiento neumático no se ven afectados por la arquitectura del sistema de accionamiento de los sistemas de fijación y extrusión, y el aire comprimido sigue representando entre el 10 y el 20% de la huella energética celular. El aire comprimido debe tratarse con sus propias medidas: estudios de fugas, etapa de presión entre las fases de soplado previo y retención, división de la presión de la red y recuperación de los gases de soplado en un depósito intermedio. Dado que la generación de aire comprimido es ineficiente, estas medidas suelen ofrecer retornos comparables a la electrificación del sistema de accionamiento con una intensidad de capital muy inferior.
¿Cuánto ahorra realmente el aislamiento de los barriles en una máquina de moldeo por soplado por extrusión?
Los chalecos de aislamiento removibles sobre el tambor y la cabeza del matriz reducen la energía del calentador entre un 15 y un 25 por ciento, y el mayor número se aplica a las máquinas situadas en salas ventosas o en zonas de producción con aire acondicionado en las que la diferencia de temperatura con respecto al ambiente es mayor. Dado que el calentamiento por extrusión y el plástico son del 35 al 45 por ciento de la energía total de la celda, esto se traduce en aproximadamente un 5 a un 11 por ciento del valor total de la celda. La dificultad de implementación es baja, los chalecos pueden instalarse durante un intervalo de mantenimiento programado, y los beneficios secundarios de temperaturas zonales más estables y un calentamiento más rápido desde fríos merecen la pena incluso sin considerar el resultado de ahorro de energía.
¿Por qué dos máquinas idénticas en la misma planta muestran un consumo de energía específico diferente?
Las causas más comunes, en orden de frecuencia, son: diferentes factores de carga debido a que una máquina fabrica un producto más pesado; diferentes horas de funcionamiento energizado no productivas porque una máquina permanece inactiva entre órdenes mientras sigue encendida; diferente estado del circuito de agua refrigerada, en el que un molde tiene canales de enfriamiento calcificados que obligan a realizar ciclos más largos; diferente estado de la cabeza de tornillo o de la matriz, en el que un tornillo desgastado genera un exceso de calor cortante que el enfriamiento del barril debe eliminar; y diferentes puntos de temperatura del derretido heredados de una receta antigua que nadie ha revisado. El submetrado tanto de las máquinas como la comparación de la misma ventana de cuatro semanas normalmente permite identificar la causa dentro de un ciclo de reporting.
¿El hecho de hacer más liviano el contenedor reduce el consumo específico de energía?
No directamente, ya que la SEC se mide por kilogramo y las partes más ligeras simplemente significan menos kilogramos. Lo que el aligeramiento reduce es el total de kilovatios hora anuales, proporcionalmente a la masa eliminada. Una reducción del 5 por ciento en el peso de las piezas en una planta que produce 1.500 toneladas al año, elimina 75 toneladas de producción, que a 0,45 kWh/kg, eliminan aproximadamente 33.750 kWh anuales junto con la correspondiente resina. Por lo tanto, el aligeramiento y la electrificación son medidas complementarias en lugar de competirse entre sí, y la programación de espesores de pared de parimiento multiplos necesaria para la primera está generalmente disponible en las máquinas especificadas para la segunda.
¿Es una retrofijación de una bomba de servo un alternativa razonable a la compra de una máquina totalmente eléctrica?
Comparación del beneficio relativo entre cantidades y unidades individuales
¿Qué factor de emisión de red debo usar para la presentación de informes de ámbito 2?
Cuatro semanas continuas son el mínimo práctico, y es preferible una duración de ocho semanas cuando el mi¬ plex de productos se alterna en un ciclo mensual. La línea de base debe incluir al menos dos cambios de moldes, tanto una inicial a bajas temperaturas como una reiniciación a altas temperaturas, y la distribución normal de tamaños de recipientes. Se deben registrar las temperaturas ambientales junto con la energía y la producción, de modo que la comparación posterior a la instalación se pueda normalizar teniendo en cuenta la carga de enfriamiento estacional, que suele variar de un 10 % a un 25 % entre verano e invierno y que podría fácilmente anular el efecto que se está midiendo.
Conclusión
La reducción anual de electricidad que se puede lograr al pasar de la extrusión hidráulica a la extración por soplado totalmente eléctrica no es cuestión de opinión; es una aritmética que se deriva de dos números medibles. Meda tu consumo específico de energía actual en kilovatio-horas por kilogramo de producto vendible durante un intervalo representativo de cuatro semanas, establece un objetivo defendible en la franja de 0,35 a 0,55 kWh/kg para una operación totalmente eléctrica en el PA, multiplica la diferencia por tu tonelaje vendible anual en kilogramos y tienes la respuesta. A 500 toneladas anuales, el caso típico elimina 125.000 kWh anuales; a 1.500 toneladas, elimina 375.000 kWh; a 3.000 toneladas, elimina 750.000 kWh. Expresado como un índice respecto de una línea de referencia de 100, la planta totalmente eléctrica funciona a aproximadamente 64 puntos de índice, y respecto de una flota antigua de desplazamiento fijo con un factor de carga bajo, puede caer debajo de 40.
El mecanismo detrás de esos números es específico y físico: eliminar las pérdidas derivadas de los bypass de la bomba que persisten durante un 70 a 85% de cada ciclo, eliminar el consumo de mantenimiento hidráulico durante los 400 a 800 horas no productivas pero activadas en un año típico, eliminar la carga de refrigeración del aceite del circuito de agua refrigerada y recuperar una parte de la energía de desaceleración a través de un bus común de corriente continua. Lo que la electrificación no hace es reducir las cargas de calefacción, aire comprimido, enfriamiento de los moldes o auxiliares, que en conjunto representan mucho más del 50% de la superficie ocupada por las células, y ése es precisamente el motivo por el que el programa por etapas contemplado en la tabla 5 es importante. Realice primero las medidas de dificultad baja, limpie la línea base y tome luego la decisión de arquitectura con datos confiables en la mano.
Apollo, una fábrica de Wanplas con más de veinte años de experiencia en moldeo por soplado de extrusión y una planta de 8.000 metros cuadrados en Zhangjiagang, construye su Serie totalmente eléctrica para exactamente el segmento de 200 ml a 20 litros, donde estos mecanismos de pérdida son mayores y el caso de la electrificación es más fuerte. Lleva tu propia resina, tu propio molde y tu propio objetivo SEC a una prueba de aceptación en fábrica, insiste en que la medición de la energía forme parte del protocolo de prueba y convierte un ahorro proyectado en uno verificado antes de que la máquina se envíe. Esa es la diferencia entre un cálculo de energía y un resultado de energía.
