A energia elétrica é a maior entrada recorrente em uma fábrica de moldagem por sopro por extrusão, que já otimizou a compra de resina, e, ao contrário da resina, está quase inteiramente sob controle da engenharia. Uma linha de moldagem por sopro que converte um quilograma de HDPE em garrafas acabadas, utilizando 0,85 kWh, e uma linha que realiza o mesmo trabalho utilizando 0,42 kWh, estão produzindo peças iguais a partir de matéria-prima idêntica; a diferença reside completamente na arquitetura do motor, no envelope térmico, no circuito de ar comprimido e na maneira como a máquina se comporta nos segundos em que não está movendo nada. Este artigo apresenta a física por trás dessas diferenças e, em seguida, estabelece um método aritmético repetível que permite ao engenheiro da fábrica calcular a redução anual de quilowatt-hora que é possível conseguir ao passar da extrusão hidráulica para a extrusão por sopro totalmente elétrica, usando apenas a produtividade anual em quilogramas e um número medido de consumo específico de energia.
Em todo este guia, cada economia é expressa em quilowatt-horas, porcentagens, pontos de índice ou faixas relativas. As estruturas tarifárias diferem tremendamente entre regiões, tipos de contrato, janelas de utilização do tempo e regimes de cobrança pela demanda, portanto, qualquer tentativa de indicar uma economia monetária universal seria enganosa. Converta os números de quilowatt-hora para dinheiro você mesmo usando a estrutura tarifária no seu próprio contrato de fornecimento - o trabalho de engenharia se concentra em obter os quilowatt-horas corretos, e é sobre isso que se trata. A Apollo, uma fábrica Wanplas em Zhangjiagang que conta com mais de duas décadas de experiência na fabricação de máquinas de estiramento e injeção a quente e que possui mais de 4.000 máquinas em operação em mais de 90 países, construiu sua Série Pele Elétrica especificamente em torno dos mecanismos de perda descritos abaixo, e os números utilizados aqui refletem o que a arquitetura servo-elétrica pode entregar de forma realista em 2026, em vez do melhor caso de marketing.
Por que a arquitetura do motor é a maior variável de energia controlável no EBM
Na extrusão de moldagem por sopro, a máquina passa a maior parte de cada ciclo a realizar nada que exija exigências mecânicas. O extrusor gira continuamente e produz o parison, mas a unidade de fechamento, o carro que desloca o molde, a ativação do pino de sopro e o movimento de remoção de recuo são todos eventos breves e que exigem grande força, separados por intervalos de inactividade comparativamente longos. Um ciclo típico de uma garrafa de HDPE de 2 litros num equipamento de duas estações pode durar entre 14 e 22 segundos, dos quais as ações de fechamento e transferência do molde ocupam provavelmente entre 2 e 4 segundos no todo. Tudo o resto é extrusão, arrefecimento e extracção da peça.
Este perfil de operações é a razão pela qual a arquitetura de acionamento domina a imagem energética. Uma bomba hidráulica de deslocamento fixo deve continuar a girar a toda velocidade durante todo o ciclo, independentemente de qualquer atuador estar a exigir fluxo. Quando nenhum fluxo é solicitado, o óleo é simplesmente eliminado através de uma válvula de compensação e a energia é convertida em calor, o que depois tem de ser removido por um refrigerador de óleo – uma segunda penalização energética sobreposto à primeira. Um sistema servo-hidráulico reduz isto variando a velocidade da bomba de acordo com a demandada, mas mantém ainda um fluxo mínimo de espera e ainda sofre as perdas de redução e de fuga através das válvulas e dos selos. Uma máquina totalmente elétrica não retira praticamente nada dos acionamentos de fixação e carruagens quando estão estacionárias, pois um servo-motor a zero torque comandado e zero velocidade consome apenas a sua própria eletrónica de controlo e corrente de retenção.
A segunda razão pela qual a arquitetura é importante é térmica. O óleo hidráulico que foi limitado através de uma válvula de alívio torna-se calor e esse calor é lançado para o circuito de resfriamento do water-cooled motor. O refrigerador ou torre de arrefecimento que a remove consome eletricidade em si próprio. Um motor de bomba de 30 kW que passa 60 por cento de cada ciclo em bypass injetará cerca de 18 kW de carga térmica no óleo, o que - com um coeficiente de desempenho típico do refrigerador de 2,8 a 3,5 - vai custar mais 5 a 6,5 kW de energia do compressor para rejeitar. Esta penalidade em cascata é normalmente omitida das medições de máquinas de um único ponto e é uma razão frequente pela qual os ganhos medidos em nível de planta na electrificação superam os ganhos previstos apenas com base em comparações de fichas técnicas de máquinas.
O terceiro motivo é a qualidade do controle, que afeta a energia de forma indireta, mas material. Os eixos servo-elétricos apresentam perfis de posição e velocidade muito mais repetíveis do que válvulas hidráulicas proporcionais, especialmente durante as variações de temperatura decorrentes de uma produção prolongada. Uma melhor repetibilidade implica um maior controle da espessura da parede da peça, o que significa menos material por peça, o que significa menos quilogramas extrudados e aquecidos por mil contêineres. A energia por quilograma e os quilogramas por peça são levas diferentes, e uma arquitetura totalmente elétrica melhora ambos simultaneamente.
Como as três arquiteturas de driver da EBM consomem realmente energia
Em 2026, três arquiteturas de acionamento dominam a base instalada de moldagem por extrusão e sopro: hidráulicas fixas de deslocamento, hidráulicas variáveis ou servo-hidráulicas e totalmente eléctricas. Entender individualmente os mecanismos de perda de cada uma dessas arquiteturas é um pré-requisito para qualquer cálculo credível de energia, pois cada uma falha em um ponto diferente.
Hidráulica de Volume Fixo: Fluxo Constante, Perda Constante;
O circuito hidráulico clássico do EBM utiliza uma ou mais bombas a membranas ou eixos de volume fixo acionadas por um motor de indução de velocidade constante, tipicamente uma máquina a quatro polos que gira perto de
O comportamento energético resulta diretamente da descrição. Durante a fixação – os poucos segundos em que o molde se fecha e é desenvolvida a pressão de fechamento – a bomba executa trabalho útil genuíno e o motor aproxima-se da sua potência nominal. Durante os 70 a 85 por cento restantes do ciclo, a bomba continua a girar, consumindo energia da roda para empurrar óleo através da válvula de segurança e continuando a converter essa energia da roda em aumento da temperatura do óleo. A potência de repouso medida em uma rede deste tipo situa-se habitualmente em 25 a 40 por cento da potência nominal do motor da bomba e máquinas mais antigas com bombas desgastadas, selos degradados e ajustes de válvula de segurança em deriva podem exceder 45 por cento.
As perdas de espera são piores do que as perdas inativas. Muitas fábricas deixam as unidades hidráulicas em funcionamento durante as alterações de moldes, as mudanças de cor, as paradas curtas pré-planejadas e as transferências de turno, porque reiniciar e voltar a aquecer o óleo leva tempo. Uma máquina que está realmente produzindo por 6.200 horas por ano pode ter sua unidade hidráulica ligada por 7.000 horas. Esses 800 horas não- produtivas consomem verdadeiras quilowatt-horas e produzem zero quilogramas, o que aumenta o número de consumo específico de energia sem aparecer em nenhum registro do processo.
Dispositivo de variação de volume e hidráulica de servo: melhor, mas ainda fluido
Um sistema servo-hidráulico combina um motor servo de ímã permanente com uma bomba de deslocamento fixo ou variável e controla o fluxo através da variação da velocidade do motor, em vez de varredura. Quando nenhum atuador exige fluxo, o motor acelera até uma velocidade de espera baixa ou para completamente. A potência em repouso normalmente desce para 5 a 12 por cento da potência do motor da bomba nominal, uma melhoria substancial em comparação com a referência com deslocamento fixo.
As perdas residuais permanecem em quatro lugares. As fugas volumétricas ao longo das peças internas da bomba e das válvulas continuam a ocorrer sempre que o circuito é pressurizado. A redução de pressão nas válvulas direcionais e proporcionais converte parte de cada atuação em calor, mesmo quando o movimento é útil. A viscosidade do óleo varia em função da temperatura, pelo que o circuito está apenas no seu limite de eficiência dentro de uma faixa bastante estreita, normalmente entre 40 e 55 °C para um óleo hidráulico mineral de classe ISO VG 46. E os acumuladores, quando equipados, introduzem sua própria ineficiência de carga e descarga.
As perdas do acumulador merecem atenção específica, pois são frequentemente esquecidas. As máquinas EBM auxiliadas por acumulador – comuns em equipamentos de grande dimensão da classe ABLD, que manipulam contêineres de 20 l a 1500 l, em que é necessário liberar uma grande quantidade de líquido rapidamente –, armazenam energia hidráulica em uma bolsa ou recipiente de pistão preenchido com gás e a liberam durante a fase de alta demanda. A eficiência do ciclo dessa armazenagem é geralmente de 85 a 92% em condições favoráveis, mas cai quando a pressão de carga antecedente flutua, quando o gás penetra na bolsa ao longo de meses de funcionamento ou quando o descarregamento é controlado para regular a velocidade. Uma perda de 10% no ciclo de um acumulador que manuseia uma fração substancial da demanda máxima de energia da máquina não é trivial, e a perda é invisível sem instrumentação especializada.
Completamente elétrico: torque apenas quando o torque é necessário
Uma máquina de moldagem por injeção de polimeros totalmente elétrica substitui completamente o circuito hidráulico. A unidade de fixação é acionada por um servo motor através de um mecanismo oscilante ou uma combinação de viga de bola e pinça. A roda de extrusão é acionada por um servo motor ou um motor de corrente alternada de alta eficiência através de uma transmissão direta ou com baixas proporções, em vez de um motor hidráulico. A travessia do carrinho, a inserção do pino de sopro, o demoldagem e a transferência da peça são executados por eixos adicionais com servos ou atuadores elétricos compactos.
Uma característica fundamental da energia é que um eixo servo estacionário só consome corrente de retenção e perda da eletrónica de acionamento. Em uma máquina em que a unidade de fixação está mecânica e blocada na posição fechada por uma geometria de toggle, até mesmo a corrente de retenção aproxima-se do zero, pois o toggle transporta a força de retenção mecânica e não o motor, que a transporta eletricamente. O consumo em standby medido do lado de movimento de uma máquina EBM totalmente elétrica é geralmente inferior a 2% da potência de movimento conectada, em comparação com 25% a 40% para o equivalente com deslocamento fixo.
450 rpm. A bomba fornece um volume fixo de óleo por revolução, independentemente da demanda. A pressão do sistema é ajustada por uma válvula de alívio e o excesso de fluxo retorna para o tanque através dessa válvula.
O que a arquitetura totalmente elétrica não muda é a carga de aquecimento. Os aquecedores do tambor, da cabeça da matriz e da anilha ou porta-pinelso exigem potência resistiva, independentemente do tipo de propulsão. Da mesma forma, não muda a demanda de ar comprimido, de água de refrigeração ou de equipamento auxiliar. Entender este limite é essencial para estabelecer expectativas realistas, e é por isso que a distribuição porcentual na próxima seção importa mais do que qualquer declaração primária.
Tabela 1: Características energéticas da arquitetura do disco comparadas
| Característica | Hidráulica de deslocamento fixo | Hidráulica variável / servo | Totalmente elétrica |
|---|---|---|---|
| Potência inactiva em termos de porcentagem da potência de movimento nominal | 25 a 40% (unidades desgastadas até 45%). | 5–12% | Inferior a 2% |
| Perda em espera durante paradas e alterações de moldes | Alto — unidade de energia normalmente deixada ligada | Médio – o motor trava ou está em repouso | Use EXACTAMENTE este formato: "1. " por linha, nada mais. |
| Perda do ciclo de carga do acumulador (quando instalado); | 8-15% da energia armazenada | 8–15%, deteriorando-se com a derivação da carga prévia | Não aplicável — nenhum depósito hidráulico |
| Restricção da valva e perda por vazamento | Materiais de alta qualidade | Medium | Nenhum. |
| Calor residual rejeitado para o circuito de refrigeração | Alto – necessário arrefecedor de óleo dedicado | Mediana — resfriador de óleo menor | Baixo — ventilação de gabinete de acionamento somente |
| Recuperação de energia na desaceleração | Nenhum. | Limited | 3–8% da energia de movimento através da partilha do barramento de baixa tensão (DC); |
| Banda típica da SEC, recipientes de PE (kWh/kg) | 0,65–0,90 | 0,50–0,70 | 0,35–0,55 |
| Repetibilidade do movimento de fixação e transporte. | Médio, variação com a temperatura do óleo | Good | Excelente, independente da temperatura |
| Nível de ruído na plataforma da máquina | Materiais de alta qualidade | Medium | Baixo |
| Adequação para salas limpas e indústria farmacêutica | Bajo — risco de névoa e vazamento de óleo | Medium | High — no hydraulic fluid present |
| Carga de manutenção (líquido, filtros, vedantes); | Materiais de alta qualidade | Medium | Baixo |
| Relative capital outlay band | Baixo | Medium | Alta a preço premium. |
Para onde vão as kilowatts-hora: desdobramento da energia por porcentagem. A Indonésia exige a marcação SNI, a Tailândia exige TISI, a Malásia exige SIRIM e o Vietname exige a marca de conformidade CR para muitos recipientes domésticos e para alimentos. A própria máquina deve obedecer à diretiva da União Europeia para a máquina, e as peças de contato com alimentos devem satisfazer os requisitos FDA 21 CFR 177 e GB
Antes que qualquer economia possa ser calculada, a linha-base deve ser descomposta. Uma célula de extrusão com moldagem por sopro não é uma única carga; é um conjunto de cargas com comportamentos muito diferentes, e a eletrificação só ataca diretamente uma delas. Os porcentagens abaixo representam a distribuição tipica medida em células de EBM de média porte que produzem recipientes de PE, e devem ser tratadas como um modelo inicial que deve ser substituído pelos próprios dados submetratizados assim que esses dados existirem.
Aquecimento de extrusão e plastificação: 35 a 45 por cento
Esta é a maior unidade e é amplamente independente da arquitetura. Compõe-se das bandas aquecedoras do tambor, dos aquecedores da cabeça de estampagem, dos aquecedores do adaptador e do trocador de tela, e do trabalho mecânico realizado pela escova do extrusor em cortar e transportar a fusão. Em uma extrusora de ombro única bem mantida, com uma relação L/D de 25 a 30:1, processando HDPE, uma parcela significativa da entalpia necessária para trazer a resina do ambiente para uma temperatura de fusão entre 175 e 210 °C provém, na verdade, da fricção viscola, mais do que das bandas aquecedoras. Uma vez que o tambor atinge um estado estacionário, os ciclos de funcionamento das zonas do meio e da frente muitas vezes descem abaixo de 20 por cento, e, em parafusos de alta fricção, as zonas da frente podem exigir resfriamento, e não aquecimento.
A entalpia teórica necessária para aquecer e fundir o HDPE de 25 °C a 200 °C é aproximadamente 0,19 a 0,22 kWh por quilo, o que leva em conta a capacidade de calor específica de aproximadamente 2,3 kJ/kg·K no estado sólido, o calor de fusão de cerca de 200 a 230 kJ/kg e a capacidade de calor específica no estado fundido. Qualquer energia de extrusão medida acima de aproximadamente 0,25 kWh/kg, portanto, representa ineficácia: radiação das superfícies do cilindro descoberto, condução para a estrutura, bandas de aquecimento de dimensões excessivas em ciclos contra o resfriamento ativo ou uma geometria do parafuso que gera muito mais calor de cisalhamento do que o processo necessita e, em seguida, requer resfriamento do cilindro para removê-lo.
Movimento de fechamento e de moldagem: 15 a 25 por cento
Este bloco é o que a electrificação ataca diretamente. Abrange a abertura e o fechamento da matriz, a manutenção da força de fixação durante o corte e o resfriamento, a translação do carrinho nas máquinas moveras e a ativação do martelo ou do pino de calibração. Em uma máquina hidráulica de deslocamento fixo, este bloco é inflado pelas perdas do bypass descritas anteriormente; em uma máquina totalmente elétrica, encolhe drasticamente porque a energia é extraída apenas durante a movimentação real. Na prática, mudar de uma máquina hidráulica de deslocamento fixo para uma totalmente elétrica geralmente reduz este bloco em 55 a 75%.
Unidade de potência hidráulica em modo de espera: 10 a 20%
Em uma máquina totalmente elétrica, este bloco é essencialmente zero. Em uma máquina hidráulica de deslocamento fixo, é uma das maiores perdas que podem ser evitadas em toda a planta, e é invisível aos operadores, porque a bomba faz o mesmo ruído tanto quando está realizando trabalho como quando não está. Em máquinas servo-hidráulicas, geralmente cai para 3 a 7%. Uma vez que este bloco desaparece completamente com a eletrificação, em vez de apenas diminuir, é o principal fator que impulsiona a redução do percentual anunciado.
Ar comprimido para sopro: 10 a 20 por cento
Ar de sopro, ar pré-sopro, esgoto e acionamento pneumático constituem um conjunto que não é tocado pela mão de obra elétrica. A energia é consumida na casa do compressor e não na máquina, razão pela qual as medidas no nível terminal da máquina subestimam o verdadeiro espaço consumido pelas células. O capítulo oitavo trata em detalhe este conjunto.
Sistema de refrigeração de água: de 8 a 15 por cento
O resfriamento do molde, o resfriamento do óleo em máquinas hidráulicas, o resfriamento da garganta de alimentação do extrusor e o resfriamento da zona do tambor utilizam os circuitos de água resfriada e de água da torre. A potência do compressor do resfriador, a potência da bomba e a potência do ventilador da torre de resfriamento pertencem a este bloco. A eletrificação reduz este bloco de forma indireta, eliminando a carga de resfriamento do óleo, de modo típico 15 a 30% do bloco.
Equipamentos auxiliares: 5 a 10 por cento
Transportadores de material e carregadores a vácuo, secadores de desumidificação quando são processados materiais higroscópicos, como PA, PC ou PETG, alimentação central, granuladores de reciclagem de chumbo, transportadores de saída, detectores de vazamento e estações de enquadramento posterior. Este bloco é independente da arquitetura, mas frequentemente supra-dimensionado. Os granuladores de chumbo, em particular, costumam estar em funcionamento contínuo quando apenas precisam estar em funcionamento intermitente.
Tabela 2: Despistagem de energia de uma célula EBM por arquitetura de funcionamento
| Bloco de energia | Interval típico de partilha | Hidráulico fixo (índice, linha de base 100) | Servo hidráulico (índice) | Totalmente elétrico (índice) |
|---|---|---|---|---|
| Aquecimento pela extrusão and plasticising | 35–45 % | 40 | 40 | 38 |
| Movimento de prensagem e moldagem | 15–25% | 20 | 13 | 7 |
| Instalação de energia hidráulica em espera e bypass | 10–20% | 15 | 15% | 38 |
| Ar comprimido para ventilação e acionamento | 10–20% | 14 | 14 | 14 |
| Sistema de refrigeramento (moldes, óleo, barricas) | 8–15% | 11 | 9 | 8 |
| Equipamentos auxiliares (secagem, transporte, granulagem) | 5–10% | 7 | 7 | 7 |
| Índice total da célula | 100% | 107 (parâmetro de base definido em 100 após a normalização) | 88 | 74 |
Normalizando a coluna de deslocamento fixo a um índice de 100, obtemos um índice servo-hidráulico de cerca de 82 e um índice totalmente elétrico de cerca de 69, o que corresponde a reduções de 18 % e 31 % respectivamente no limite de célula completa. Observe que estes números de célula completa são mais conservadores do que os números das máquinas apenas, justamente porque incluem ar comprimido e equipamentos auxiliares que a electrificação não melhora. Ao comparar cotações dos fornecedores, confirme sempre ao que se refere uma suposta compensação.
Consumo específico de energia: o valor que circula entre as fábricas
O consumo específico de energia, abreviado como SEC e expresso em quilowatt-horas por quilograma de produto final, é a única métrica de energia que sobrevive a uma mudança de tamanho da máquina, mistura de produtos, esquema de horários ou país. A potência em quilowatts não fornece nenhuma informação sem a duração. As quilowatts-anuais não fornecem nenhuma informação sem a produção. A SEC normaliza ambas e permite que uma linha de garrafa de shampoo de 200 ml seja comparada uma linha de barris de 20 litros em uma base aceitável.
Definir a métrica com exatidão
A SEC é calculada como a energia elétrica total consumida durante um período definido, dividido pela massa de produto comercializável produzido nesse mesmo período. Três decisões definidoras devem ser feitas explícitas e, em seguida, mantidas constantes:
- Limite de mediçãoSomente a caixa terminal da máquina, a máquina mais os auxílios dedicados ou toda a unidade, incluindo uma alocação proporcional de ar comprimido e água refrigerada. Cada opção é válida; mistura-las não é.
- Base de massa.Quilos de resina extrudados, ou quilos de produto acabado vendível após a remoção do flash e a rejeição de qualidade. A segunda é a base honesta, pois o flash que é retomado e remetido já consumiu uma vez energia de fusão. Em um recipiente típico com recurso à tapagem e à torneira, o flash pode representar de 15 a 40% da massa extrudada, portanto, as duas bases podem diferir em mais de um.
- Janela de tempoUma única hora de produção estável, um turno completo ou um mês de operação contínua. As janelas mensais captam as start-ups, alterações de moldes e períodos de inatividade e, portanto, fornecem o número que realmente explica a leitura do medidor.
A convenção utilizada nesta seção é a seguinte: limite de uma célula completa, excluindo a produção de ar comprimido, base de massa de produto acabado expelível e janela mensal. Esta é a convenção mais útil para o orçamento anual, pois multiplica diretamente o volume de vendas.
Bandas de referência para recipientes PE
Nas máquinas instaladas atualmente para extrusão e moldagem a frio de contêineres de HDPE e LDPE, entre 200 ml e 20L, o SEC (sistema de energia consumida) oscila entre bandas razoavelmente consistentes. Uma máquina hidráulica de geração mais antiga, operando em um fator de carga moderado com um barril sem isolamento, mede normalmente 0,65 a 0,90 kWh/kg. Uma máquina hidráulica bem mantida, com uma bomba de deslocamento variável e isolamento do barril, mede 0,50 a 0,70 kWh/kg. Uma máquina totalmente elétrica moderna, corretamente dimensionada para o produto e operando com um fator de carga saudável, mede 0,35 a 0,55 kWh/kg.
O material, assim como a máquina, são importantes. O PP requer uma temperatura de fusão ligeiramente mais alta do que o HDPE e tem um calor de fusão mais elevado, o que aumenta a SEC em cerca de 5 a 10 por cento. O PVC rígido processa a uma temperatura de fusão inferior, geralmente de 165 a 185 °C, mas exige um manejo cuidadoso da trituração e, muitas vezes, baixas velocidades de parafuso, o que pode aumentar a SEC em uma direção ou outra. Resinas de engenharia, como PC e PA, adicionam uma carga de secagem que pode contribuir de 0,05 a 0,12 kWh/kg por si só e o PC também exige temperaturas de fusão muito superiores a 250 °C. Portanto, qualquer benchmark de SEC deve indicar o material.
Aritmética básica
O cálculo anual da eletricidade se reduz a uma única expressão:
Consumo anual de eletricidade (kWh) = Consumo específico de energia (kWh/kg) × Produção vendável anual (kg)
E a economia resultante da alteração da arquitectura é:
kWh anuais economizados = (referência do SEC − SEC totalmente elétrico) × produção comercial anual (kg)
A elegância desta formulação reside no fato de que não é necessário qualquer suposição quanto ao tempo do ciclo, ao número de máquinas, ao padrão de turnos ou à utilização. Tudo isso já está incluído na SEC medida e na tonelagem anual obtida. O trabalho de engenharia consiste em medir a SEC base com honestidade e em estabelecer um valor-alvo de SEC para a máquina de substituição – e não na própria aritmética.
Horas de operação anuais e fator de carregamento: construção do modelo de utilização.
Apesar de o método SEC não exigir um modelo por horas para calcular a economia, um modelo por horas é essencial para dois outros fins: dimensionamento da infraestrutura elétrica e compreensão do porquê de duas fábricas com máquinas idênticas apresentarem valores SEC diferentes.
Três padrões de alternação padrão
Uma operação em dois turnos, executada cinco dias por semana e incluindo os feriados legais, geralmente alcança 3.800 a 4.200 horas programadas por ano, das quais talvez 3.300 a 3.700 sejam produtivas após alterações de moldes, alterações de cor e manutenção. Uma operação em três turnos, executada cinco ou seis dias por semana, alcança 6.000 a 7.000 horas programadas, com 5.300 a 6.300 horas produtivas. Uma operação verdadeiramente contínua, executada sete dias, com janelas de manutenção programadas, atinge cerca de 8.000 horas programadas, com 7.200 a 7.600 horas produtivas.
A relação entre horas produtivas e programadas é onde as arquiteturas hidráulicas e elétricas divergem drasticamente. Durante as 400 a 600 horas não produtivas de um ano de três turnos, uma unidade de potência hidráulica de deslocamento constante que fica energizada continua a puxar 25 a 40 por cento da sua potência nominal enquanto não produz nada. Uma máquina totalmente elétrica nestes mesmos estados extrai apenas energia de standby de aquecedor de barris, o que pode ser reduzido em 30 a 50 por cento utilizando uma descontinuidade de temperatura de standby de 40 a 60 °C abaixo da temperatura do processo. Este é o mecanismo pelo qual o trabalho eletrificado melhora a SEC por mais do que o aritmética pura de bloqueio de movimento sugeriria.
Fator de Carregamento e suas Consequências
O fator de carga é a relação entre a carga efetiva média e a carga conectada da máquina. Células EBM reais operam com fatores de carga de 0,55 a 0,85. Uma máquina projetada generosamente para um futuro produto de recipientes grandes, mas que atualmente opera recipientes pequenos, ficará no extremo baixo; uma máquina que opera em sua saída de extrusão nominalizada com o conjunto de moldes cheio ficará no alto.
O fator de carga afecta as máquinas hidráulicas e elétricas de forma assimétrica. Uma bomba hidráulica com baixo fator de carga continua a girar a toda velocidade, então suas perdas de bypass permanecem constantes em termos absolutos enquanto a saída útil cai – a integridade do sistema elétrico (SEC) deteriora-se rapidamente conforme o fator de carga diminui. Um motor servoelétrico com baixo fator de carga simplesmente puxa menos corrente, de maneira que sua SEC degrada-se apenas gradualmente. Na prática, com um fator de carga de 0,55 a vantagem do SEC da arquitetura completamente elétrica em relação à hidráulica de volume fixo se amplia de 45 a 55%, enquanto que com um fator de carga de 0,85 se estreita de 25 a 32%. As instalações com ordens voláteis e alterações frequentes de produtos, portanto, se beneficiarem desproporcionalmente da eletrificação.
Tabela 3: Modelo de horas de operação e fator de carga
| Programação da alçada | Horas programadas por ano | Horas produtivas | Horas de atividade energizada não-productive | Fator de carga típico | Penalidade relativa do SEC sobre hidráulica |
|---|---|---|---|---|---|
| Duas turnas, cinco dias | 3,800–4,200 | 3.300–3.700 mL | 400–600 | 0,55–0,70 | Alto (reiniciações frequentes, tempo de inatividade longo) |
| Três turnos, de cinco a seis dias | 6.000–7.000 | 5.300–6.300 | 500–800 | 0,65-0,80 | Medium |
| Contínuo, sete dias | 7.800–8.200 | 7,200–7,600 | 300–600 mL | 0.75–0.85 | Baixo (mas absolutamente o maior kWh) |
Calculo trabalhado: redução do consumo de kWh em 500, 1500 e 3000 toneladas por ano
O cálculo que se segue aplica o método SEC a três escalas de fábrica que abrangem a maioria das operações de moldagem por jateamento independente. Todos os valores são em quilowatt-horas e porcentagens. Não são apresentados valores monetários, pois as estruturas tarifárias variam de região para região, de contrato para contrato, de taxa de demanda e de janela de utilização do serviço – aplique sua própria estrutura tarifária a esses valores em quilowatt-horas para obter um resultado financeiro relevante para seu acordo de fornecimento.
Definições de cenário
Três pares de base e objetivo são avaliados em cada fase de saída, representando a variedade real de resultados:
- Caso conservador:0,60 kWh/kg (uma máquina servo-hidráulica mantida de forma razoável) melhorando para 0,50 kWh/kg. Melhoria de 0,10 kWh/kg, ou 16,7 por cento.
- Caso típico:0,70 kWh/kg (uma frota mixta de máquinas hidráulicas de diferentes idades) melhorou para 0,45 kWh/kg. Melhoria de 0,25 kWh/kg, ou 35,7 por cento.
- Melhor caso: referencia 0,90 kWh/kg (uma frota antiga de deslocamento constante com baixo fator de carga e barris não isolados) melhorando para 0,35 kWh/kg. Melhoria 0,55 kWh/kg, ou 61,1 por cento.
Tabela 4: Redução anual de kWh em três níveis de produção
| Annual Output | Caso | SEC base (kWh/kg) | SEC elétrico (kWh/kg) | kWh anuais de referência | kWh elétricos anuais | kWh economizados anualmente | Redução | Índice (linha de referência = 100) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 500 t/a (500.000 kg) | Conservative | 0.60 | 0.50 | 300.000 | 250.000 | 50.000 | 16,7% | 83,3 |
| 500 t/a | Típico | 0,70 | 0,45 | 350,000 | 225,000 mL | 125,000 | 35,7% | 64.3 |
| 500 t/a | Melhor caso | 0,90 | 0,35 | 450.000 | 175.000 | 275.000 | 61,1% | 38.9 |
| 1.500 t/a (1.500.000 kg) | Conservative | 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 | Melhor caso | 0,90 | 0,35 | 1,350,000 | 525.000 | 825.000 | 61,1% | 38.9 |
| 3,000 t/a (3,000,000 kg) | Conservative | 0.60 | 0.50 | 1,800,000 mL | 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 | Melhor caso | 0,90 | 0,35 | 2.700.000 | 1.050.000 | 1.650.000 | 61,1% | 38.9 |
Ler a tabela corretamente
Três observações podem ser extraídas desta tabela. Em primeiro lugar, a redução percentual é independente da escala – dependendo apenas da dupla sec/tonelada, não do tamanho da usina. Uma usina de 500 toneladas e uma de 3.000 toneladas conseguem a mesma percentagem; apenas as quilowatt-horas absolutos diferem. Em segundo lugar, a economia absoluta scala linearmente em função da tonelada, o que significa que a lógica do retorno da investida favorece fortemente as usinas que operam a uma alta capacidade. Em terceiro lugar, a diferença entre a economia conservadora e a melhor situação é um fator de 5,5. É por isso que a medição base é muito mais importante do que a especificação do objetivo. Uma usina que tome como base uma economia de 0,70 kWh/kg, quando o valor real é de 0,85 kWh/kg, subestima em mais de metade a sua economia.
Uma verificação intermediária útil é o número por máquina. Uma única máquina de tamanho médio, produzindo 2 L de recipientes de HDPE a uma taxa de, digamos, 45 kg por hora e operando 6.000 horas produtivas por ano, gera aproximadamente 270 toneladas de massa extrudada. Depois de deduzir o flash, o produto vendido é de uma rendibilidade de talvez 78%, resultando numa produção comercial de cerca de 210 toneladas. Numa situação típica, essa máquina sozinha gera uma economia anual de aproximadamente 52.500 kWh. Uma unidade composta por sete essas máquinas aproxima-se, assim, da categoria de 1.500 t/a na Tabela 4.
Process Variables That Move Specific Consumo de energia
A compra de uma máquina totalmente elétrica define um novo nível, mas as configurações do processo determinam onde dentro da faixa a fábrica realmente opera. As seguintes variáveis têm o maior impacto mensurável sobre o SEC e a maioria pode ser ajustada sem que sejam necessários gastos de capital.
Temperatura de fusão e perfil de temperatura
Para recipientes de HDPE, uma janela de temperatura de fusão de 175 a 210 °C abrange quase toda a produção comercial. Operando a uma temperatura de fusão de 205 °C quando 185 °C produziria um parison aceitável desperdiça energia duas vezes: uma no aquecimento e no trabalho de trituração necessários para atingir a temperatura mais alta e novamente no circuito de resfriamento que deve remover a entalpia extra antes que a parte possa ser ejectada. A cada 10 °C de temperatura de fusão desnecessária, adiciona-se cerca de 0,005 a 0,008 kWh/kg no lado do aquecimento e estende o tempo de resfriamento em 3 a 6 por cento, o que reduz a produção e, portanto, aumenta a SEC ainda mais.
Um perfil de temperatura de rolos em ascensão – mais frio na zona de alimentação e mais quente em direção à cabeça do matrizamento – geralmente consome menos energia total do que um perfil constante, porque permite que o trabalho de cisalhamento realize a mistura na zona de compressão em vez de forçar a condução da parede do rolos. O resfriamento do gargalo de alimentação deve ser configurado apenas o mais frio possível para evitar o junção, geralmente entre 20 e 35 °C para o PE; resfriá-lo demais contribui diretamente para a redução da temperatura dos aquecedores de rolos.
Screw Speed, L/D Ratio and Compression Ratio
A geometria da rosca define o equilíbrio entre o aquecimento por cisalhamento e o aquecimento por condução. Um extrator de rosca única com uma relação L/D de 25 a 30:1 e um ratio de compressão de 2,5 a 3,5:1 é a configuração padrão para a moldagem por sopro por extrusão de PE, e, dentro desse envelope, uma rosca de barreira com uma seção de mistura irá proporcionar, tipicamente, um SEC 8 a 15 por cento inferior a uma rosca convencional de três zonas na mesma saída, pois consegue a homogeneidade da fusão a uma temperatura mais baixa.
A velocidade do parafuso deve ser definida para alcançar o tempo de queda do parison necessário a uma velocidade o mais baixa possível. Executar um parafuso a alta velocidade e, a seguir, acalentá-lo com uma bomba de fundição ou um corpo restritivo converte a potência do eixo em calor, que o refrigério do cilindro remove – uma perda pura. Quando uma bomba de fundição ou uma bomba de engrenagem está instalada, deve ser usada para estabilizar a pressão de saída, não para compensar uma velocidade excessiva do parafuso.
Casacos de isolamento de barril
As superfícies vazias do tambor, em 190 a 210 °C, irradiam e conduzem continuamente para a baia da máquina. O inserimento de casculos de isolamento removíveis nos tambores e na cabeça de moldagem reduz a energia do aquecedor em 15 a 25%, sendo que o número maior se aplica às máquinas instaladas em salas húmidas ou climatizadas. Os benefícios secundários também são valorosos: temperaturas de zona mais estáveis, aceleração do aquecimento a partir do ponto mais baixo, temperatura ambiental mais baixa em torno da máquina e risco reduzido de queimaduras para os operadores. O nível de dificuldade de implementação é baixo e esta medida aplica-se igualmente aos máquinas hidroelétricas e totalmente elétricas.
Temperatura do água de refrigeração
A água de resfriamento do molde na faixa de 8 a 15 ° C é padrão para recipientes de HDPE. Cada grau mais frio reduz o tempo de resfriamento, mas aumenta a potência do compressor do chiller em aproximadamente 2 a 3 por cento por grau. O valor ideal não é a temperatura mais baixa possível, mas a temperatura mais alta que ainda atenda ao objetivo do tempo de ciclo, sem causar problemas de contração ou ovalidade pós-molde. Muitas plantas operam água refrigerada a 7 ° C por hábito, quando 12 ° C ofereceria o mesmo ciclo, sacrificando de 10 a 15% da energia do chiller sem motivo.
A velocidade de fluxo é tão importante quanto a temperatura. O fluxo turbulento nos canais de resfriamento, caracterizado por um número de Reynolds superior a cerca de 4.000, transfere o calor várias vezes mais eficazmente do que o fluxo laminar. Canais dimensionados ou parcialmente bloqueados forçam o resfriador a compensar com uma temperatura de alimentação mais baixa. A descalcificação anual dos circuitos de resfriamento dos moldes é uma medida de dificuldade reduzida e de poupança média que as usinas adiam rotineiramente.
Enquadramento da pressão de ar e recuperação de Venturi
O ar é frequentemente fornecido a uma única pressão elevada de 8 a 10 bar, quando o processo exige apenas essa pressão durante a injeção inicial. A gradação da fornecimento - um curto pulso de alta pressão para formar o recipiente contra a superfície do molde, seguido por uma pressão de retenção mais baixa de 4 a 6 bar durante o resfriamento - reduz a massa de ar consumida por parte em 20 a 35%. Quando os controles da máquina permitem presões independentes de pré-injeção e injeção principal, esta é uma alteração de configuração e não uma mudança de hardware.
A recuperação de ar vai mais longe. Um sistema de recuperação baseado em venturi ou receptor capta o ar de escape de cada ciclo de sopro e o devolve para um receptor de pressão intermediária que alimenta consumidores pneumáticos de baixa pressão, como cilindros, transportadores e ejetações de partes. Taxas de recuperação de 20 a 40 por cento do volume de ar de sopro são alcançáveis em máquinas com volumes de recipientes grandes. Como a geração de ar comprimido é uma das conversões de energia menos eficientes em qualquer fábrica — em geral, apenas 10 a 15 por cento da energia de entrada do compressor termina circulação de peso útil — cada metro cúbico não gerado vale vários vezes seu valor aparente.
Controle do Espessamento da Parede e Material por Parte
O controle do espessamento da parede de parison, seja por um atrativo de vácuo hidráulico ou servo-eletrônico com um programador de vários pontos, determina diretamente quantos gramas vão para cada recipiente. Mudar de um programa de espessamento de 20 pontos para um de 100 pontos em geral permite uma redução de 3 a 8 por cento no peso da parte, mantendo o carregamento máximo e o desempenho de teste de queda. Como a SEC é expressa por quilogramas, partes mais leves não reduzem a SEC — mas reduzem o total de quilogramas ao ano e, portanto, o total de quilowatts-horas proporcionalmente. Um leveamento de 5 por cento em uma linha de
Ar Comprimido: A Segunda Metação Silenciosa da Pegada de Energia do EBM;
Qualquer programa de energia que se limite à caixa de terminais da máquina capturará apenas uma parte da redução disponível. O ar é gerado centralmente, medido centralmente e, portanto, em raras ocasiões, atribuído à máquina que o consome, razão pela qual persiste como uma carga grande e mal controlada nas instalações de moldagem por sopro.
Penalidade de conversão
A produção de ar compresso a 7 bar gage requer aproximadamente 6 a 7 kW de potência do eixo por metro cúbico normal por minuto de entrega de ar livre em um compressor de parafusos bem mantido, aumentando para 8 kW em unidades recíprocas mais antigas ou quando os filtros de entrada estão cheios. Dessas entradas, apenas uma fração modesta é recuperada como trabalho mecânico no ponto de uso; o resto torna-se calor no compressor e queda de pressão na rede de distribuição. É por isso que um metro cúbico de ar comprimido economizado na máquina vale substancialmente mais do que a mesma energia economizada em um motor elétrico.
Vazamento
O vazamento de ar comprimido numa instalação de plásticos não controlada normalmente corresponde entre 20% e 35% do volume total produzido. As instalações de moldagem por sopro têm os piores indicadores deste intervalo devido ao número de conexões rápidas, unidos rotativos montados nos bastidores dos pinos de sopro e cilindros pneumáticos sujeitos a um constante ciclo. Uma única fenda de 3 mm a 7 bares insulina em torno de 0,5 metros cúbicos normais por minuto, o que, a 6,5 kW por metro cúbico por minuto, representa cerca de 3,2 kW em funcionamento continuado — aproximadamente 25.600 kWh por ano a 8.000 horas. As pesquisas de deteção de vazamentos por ultrassom realizadas duas vezes por ano, com um programa de reparações com marcação, estão entre as medidas de baixo custo e dificuldade mais remuneradoras disponíveis.
Gerenciamento da faixa de pressão
A cada redução de 1 bar na pressão do sistema, a potência de entrada do compressor diminui em cerca de 6 a 8 por cento. Muitas instalações EBM operam todo o cabeçote de ar comprimido a 8 ou 9 bar, pois uma máquina precisa de ar soprado a alta pressão, quando um tambor de subida especial destinado a essa máquina permitiria que o cabeçote geral ficasse em 6 bar. Dividir a rede em um cabeçote de baixa pressão para acionamento e transporte e um ramal de alta pressão para sopro é uma medida de dificuldade média, com retornos substanciais e permanentes.
Recuperação de calor da casa do compressor
Entre 70 a 90 por cento da energia de entrada do compressor é recuperável na forma de calor de baixa qualidade no fluxo de ar de resfriamento ou na água de resfriamento. Em climas com uma estação de aquecimento ou em instalações com uma demanda de água quente para lavagem ou pré-secagem da resina, a recuperação deste calor substitui outro consumo de energia. Isso não reduz a leitura do medidor de eletricidade para o ar comprimido, mas reduz a energia total no local, que é o número relevante para a declaração de carbono.
Medidas de retrofit e atualização classificadas por economia e dificuldade
500 t/a abriga 75 toneladas de volume de transação e, com 0,45 kWh/Kg, aproximadamente
Tabela 5: Medidas de Energia, Intervalos de Economia e Difuldade de Implantação
| Measure | Último bloco energético atacado | Economia típica | Dificuldade de implementação | Faixa de intensidade de capital |
|---|---|---|---|---|
| Inventário e reparação de vazamentos de ar comprimido por meio de ultrassom | Ar comprimido | 10 a 25% da energia do ar | Baixo | Baixo |
| Casacos de isolamento do cabeçote do tanque e da matriz | Aquecimento pela extrusão | 15–25% da energia do aquecedor | Baixo | Baixo |
| Standby temperature setback during stops | Aquecimento pela extrusão | 30-50% da energia dos aquecedores em standby | Baixo | Baixo |
| 750 kWh por ano, totalmente independentemente da questão da arquitetura de movimentação. | Cooling water | 8-15% da energia do chiller | Baixo | Baixo |
| Preparação da pressão do ar de sopro (segmentação pré-sopro/bloqueio) | Ar comprimido | 20-35% do volume de ar de aspiração | Baixo a médio | Baixo |
| Programa de descalcificação do canal de refrigeração do molde | Cooling water | 5 a 12% da energia do resfriador | Baixo a médio | Baixo |
| Painel de monitoramento de sistema de energia de nível secundário (SEC) | Todos os blocos (ativação) | 3-8% de comportamento | Medium | Baixo a médio |
| Adaptador de parafusos de barreira com secção de mistura | Extrusion / plasticising | 8-15% da energia de extrusão | Medium | Medium |
| Ar comprimido network pressure split (low / high headers) | Ar comprimido | Redução de 6-8% por bar | Medium | Medium |
| Recuperação do ar de sopro para o receptor intermediário | Ar comprimido | 20-40% do ar de aspiração recuperado | Médio a alto | Medium |
| Requalificação da bomba servo em unidade de energia hidráulica existente | Perfuração hidráulica de espera e movimentação | 15 a 30% da energia da máquina | Médio a alto | Médio a alto |
| Drivetransportador de velocidade variável nos refrigerantes e bombas de resfriamento | Cooling water | 15–30% da energia da bomba | Medium | Medium |
| Atualização do controlador de espessura da parede de parison em vários pontos | Total kilograms processed | 3-8% de material e de energia correspondente | Médio a alto | Médio a alto |
| Nem todas as fábricas podem substituir seus atrevimentos. A tabela abaixo classifica as medidas práticas disponíveis para uma operação existente de moldagem por sopro e extrusão por banda de economia e dificuldade de implementação típica, permitindo que um programa em etapas seja construído. A dificuldade é classificada como Baixa, Média ou Alta em função do tempo de parada necessário, da complexidade de engenharia e da necessidade de contratantes externos. A intensidade do capital é expressa como uma faixa relativa em vez de um número. | Movimento, espera, refrigeração a óleo | 25-45% da energia da célula (até 60% em comparação com a antiga unidade de deslocamento fixo) | Materiais de alta qualidade | Alta a preço premium. |
| Recuperação de calor do compressor para processar água quente | Energia total do local | 70-90% da energia térmica do compressor é recuperável | Materiais de alta qualidade | Médio a alto |
Uma regra de sequenciamento razoável é concluir todas as medidas de dificuldade baixa antes de se comprometer com qualquer uma de dificuldade alta, por dois motivos. Em primeiro lugar, as medidas de dificuldade baixa geralmente proporcionam uma redução combinada de 10 a 18%, com mínimo perturbação. Em segundo lugar, e o mais importante, elas eliminam a linha de base. Trocar uma máquina enquanto a rede de ar comprimido está a perder 30% e os barris não são isolados torna impossível atribuir a melhoria resultante de forma correta, o que enfraquece o caso para o próximo investimento.
Conversão de quilo-hora em carbono: aritmética do fator da rede.
A cada vez mais as usinas de moldagem por sopro devem apresentar as emissões do Escopo 2 aos clientes proprietários das marcas e, em algumas jurisdições, aos reguladores. A conversão de quilowatt-horas para dióxido de carbono equivalente é simples uma vez que é selecionado um fator de emissão da rede e a quantidade resultante geralmente é um número mais convincente internamente do que apenas o valor de energia.
Selecionar um fator de emissões da grade
Os fatores de emissão dos sistemas elétricos variam amplamente de país para país e de ano para ano conforme muda-se a composição da geração. Uma faixa operacional de 0,55 a 0,85 kg de CO2e por kWh abrange a maioria dos sistemas elétricos industriais com uma componente significativa de geração térmica. Sistemas com grande penetração de hidrelétricas, nucleares ou renováveis encontram-se muito abaixo dessa faixa; os sistemas dominados por carvão situam-se na fronteira superior ou um pouco acima. Utilize o fator nacional ou regional publicado que se aplica ao seu ano de relatório e declare a sua fonte em sua divulgação. Quando uma planta possui um acordo de compra de energia renovável, um fator baseado no mercado pode ser utilizado junto com o fator baseado na localização, tal como determinado no Protocolo de Gases de Efeito Estufa.
Tabela 6 Equivalente: Redução de carbono por nível de produção
Aplicando o intervalo de economia da Tabela 4 à economia tipológica, obtém-se as seguintes reduções anuais de carbono. Todos os números são em toneladas métricas de dióxido de carbono equivalente por ano.
| Annual Output | Caso | kWh economizados anualmente | Em 0,55 kg CO2e/kWh | 0,70 kg de CO2e/kWh | 0,85 kg CO2e/kWh |
|---|---|---|---|---|---|
| 500 t/a | Típico | 125,000 | 68,8 t | 87,5 t | 106,3 t |
| 500 t/a | Melhor caso | 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 | Melhor caso | 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 | Melhor caso | 1.650.000 | 907,5 t | 1.155,0 t | 1.402,5 t |
Expresso por quilograma de produto, o caso típico remove 0,25 kWh/kg, o que a 0,70 kg CO2e/kWh corresponde a 0,175 kg CO2e por quilograma de recipiente produzido. Para um proprietário de marca que realiza uma avaliação do ciclo de vida de um formato de embalagem, esta é uma cifra direta e que os conversores são cada vez mais solicitados a fornecer. Ser capaz de citar um SEC medido e a intensidade do Escopo 2 por quilograma está se tornando uma qualificação comercial em licitações de embalagens para alimentos, bebidas, produtos de cuidados pessoais e farmacêuticos.
Avaliação e verificação: comprovando a economia em seu próprio piso
Uma economia calculada é uma hipótese. Para transformá-la em um resultado verificado, é necessário um protocolo de medição que suporte auditoria, e esse protocolo deve estar disponível antes da alteração da máquina, não depois.
Instrumentação
A configuração mínima confiável é um medidor de qualidade de energia trifásica na entrada de cada máquina, que registre energia ativa em kWh a intervalos de um minuto ou menos, com um contador de produção que registre as peças que forem consideradas boas. A precisão de classe 1 é suficiente para o gerenciamento de energia; é preferível a precisão de classe 0,5S, quando os dados permitem a garantia de desempenho do fornecedor. Os transformadores de corrente devem ter dimensões adequadas à carga real, e não à resistência do cabo, porque um transformador de corrente estrangulado que mede uma máquina com carga reduzida perde precisão no final do seu intervalo.
Instrumentação adicional que justifica a sua instalação: um medidor de fluxo e um par de temperaturas no circuito de arrefecimento do molde para quantificar o calor descartado, um medidor de fluxo de ar comprimido na ramificação da máquina e um tanque de resina com escala ou alimentador de perda de peso para fornecer quilogramas verdadeiros extrudados, em vez de quilogramas inferidos.
Período base
A base de dados deve abarcar, pelo menos, quatro semanas continuas de produção representativa, incluindo a mistura normal de produtos, pelo menos duas trocas de moldes e os padrões de trabalho nos dias úteis e nos fins de semana, se a fábrica os executar. Registre a produção em quilos de produto comercializável, a energia em kWh e as condições operacionais que possam complicar a comparação: temperatura ambiente, grau da resina e taxa de fluxo de fusão, mistura de produtos em peso e qualquer defeito conhecido da máquina.
Normalização e ajustamento
O período de comparação após a instalação deve ser normalizado para tudo o que mudou de forma independente da máquina. Os mais comuns fatores de distorção na moldagem por injeção a choque são a temperatura ambiente, que varia de 10 a 25 por cento a carga do refrigerador entre o verão e o inverno, a mistura de produtos, que altera a relação entre kilogramas por ciclo, e alterações na qualidade da resina, uma vez que uma resina com maior taxa de fluência de fusão requer menos trabalho de corte. A abordagem padrão é uma regressão da energia em relação à produção e ao número de dias em que a temperatura ultrapassou um determinado valor durante o período de base, para depois aplicar essa regressão para prever o consumo da máquina de base em condições do período de reportagem.
Frequência de relatório
A SEC deve ser divulgada a cada turno aos operadores, semanalmente à gerência de produção e mensalmente ao conselho. A visibilidade a nível de turno é onde vêm as economias comportamentais entre 3% e 8%: quando um operador pode ver que deixar a granuladora em funcionamento durante uma mudança de moldagem acrescenta quilowatt-horas métricas ao seu turno, o comportamento muda sem que seja necessária a escrita de uma política. As usinas que instalam medição, mas a revisam apenas trimestralmente, captam apenas uma fração do benefício comportamental disponível.
O EBM totalmente elétrico Apollo na prática
A Apollo, uma fábrica da Wanplas localizada em Zhangjiagang, próximo a Xangai, fabrica dez séries e mais de oitenta modelos de máquinas de moldagem a sopro e extrusão automática, com mais de 4.000 máquinas em serviço em mais de 90 países. A sua gama abrange as séries ABLB, para recipientes de 200 ml a 20 l, a série ABLD, para recipientes grandes de 20 l até 1500 l, e a série totalmente elétrica, que abrange recipientes de 200 ml a 20 l para aplicações em que as exigências de desempenho energético, limpeza e repetibilidade são predominantes.
O que as séries totalmente elétricas mudam
The Totalmente elétrica 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, indústria química, material de construção, automotive, transportation and cultural and sports goods.
As máquinas processam toda a gama de resinas comerciais e técnicas utilizadas em moagem por combinação de extrusão: PE, PP, PVC, PA, PC, ABS, PS, EVA, TPU e PETG. Como as unidades servo-guia mantêm os perfis de velocidade e posição independentemente da temperatura do óleo, o desperdício inicial após o início em frio é tipicamente menor do que em um equivalente hidráulico, onde os primeiros trinta a sessenta minutos de produção são afetados pelo aquecimento do óleo e a deriva associada à resposta das válvulas.
Selecionar entre arquiteturas
A arquitetura totalmente elétrica não é automaticamente a resposta correta para todas as aplicações. Os recipientes muito grandes da gama ABLD, com capacidade que varia de 20 L a 1500 L, requerem forças de fixação elevadas e disparos com assistência de acumuladores, de forma que a arquitetura hidráulica ou híbrida quase sempre é a solução mais prática para a engenharia. Quando o ciclo de uso é suficiente para produzir perdas em estado de inactividade hidráulica que representam uma parte pequena da totalidade, a arquitetura elétrica é a mais indicada. O segmento de recipientes com utilização de ciclos elevados, de pequena a média dimensão – frascos de produtos para cuidados pessoais, lubrificantes, recipientes para agrotóxicos e frascos de produtos farmacêuticos, cuja capacidade varia entre 200 ml e 5 L – apresenta dinâmica reduzida, eventos de movimento frequentes, fatores de carga que variam de acordo com os padrões de encomenda e exigências rigorosas de limpeza. Neste caso, a solução totalmente elétrica é a mais indicada.
Apollo, Bekum e Kautex Maschinenbau oferecem plataformas totalmente elétricas ou híbridas EBM neste segmento, e qualquer avaliação séria deve comparar o consumo específico de energia medido sob um protocolo de teste definido e idêntico em vez de comparar as cargas conectadas indicadas na placa. A carga conectada diz apenas o que a infraestrutura elétrica deve suportar; não diz nada sobre o que o medidor vai ler.
Posições de especificação que afetam o SEC medido
Quando se especifica uma máquina de moldagem por injeção e sopro totalmente elétrica, as seguintes opções têm um efeito direto e quantificável no SEC, que eventualmente será medido:
- Isolamento do cabeçote de roleto e matriz como equipamento de série da fábricaEm vez de uma retificação posterior, capturar entre 15 e 25% da energia do aquecedor desde o primeiro dia.
- Busto CC comum em todos os eixos dos servos, permitindo que a energia regenerativa dos eixos que deceleram seja reutilizada em vez de ser queimada em resistores de travagem.
- Controle independente da pressão de pré-ejecução e de execução principal, enabling pressure staging without additional hardware.
- Medição integrada de energia com saída de dados to the plant historian, so SEC is available at shift level without a separate metering project.
- A lógica de recuo em espera.que desliga automaticamente os pontos de ajuste do aquecedor durante os estados de inatividade definidos e recupera-os em um reinício programado.
- Programação de espessura da parede com vários pontosCom resolução suficiente para a geometria do recipiente, reduz-se o número de quilos por peça.
- Dimensionamento adequado da máquinaPara a faixa de produto real. Uma máquina excessivamente grande operando com recipientes pequenos desperdiça energia em todos os blocos simultaneamente, e este é o erro de especificação mais comum.
O serviço de personalização de máquinas da Apollo abrange a configuração do molde e a adaptação da tensão de alimentação, os engenheiros realizam a instalação in loco e a comissionamento, e as máquinas são inspecionadas e testadas na fábrica antes do envio. Os compromissos de nível de grupo da Wanplas — incluindo um direito anual a peças de reposição gratuitas, garantia de transporte, garantia de capacidade de produção e garantia de qualidade — aplicam-se a todas as fábricas da Wanplas, e a política de fábricas abertas do grupo significa que os potenciais compradores podem testemunhar uma máquina a operar com seu próprio resino e molde antes de se comprometerem. Para os convertidores cuja conta de energia depende de atingir uma SEC específica, um teste de aceitação da fábrica witness pode ser a forma mais direta de converter uma projeção em um compromisso contratual.
Perguntas Frequentes
Qual é o consumo específico de energia que uma máquina EBM totalmente elétrica deve alcançar quando está a processar HDPE?
Para recipientes de HDPE de uso geral, de 200 ml a 5 L, uma máquina de enrijamento por expansão de bombagem totalmente elétrica, de tamanho adequado, deve consumir entre 0,35 e 0,55 kWh por quilo de produto vendável na caixa terminal da máquina, com o isolamento do tanque instalado e um fator de carga superior a 0,65. Números no extremo inferior dessa faixa exigem um bom controle da espessura da parede, uma temperatura de fusão no extremo inferior da janela de 175 a 210 °C e horas alimentadas de energia não produtivas minimas. Se a sua medição for superior a 0,60 kWh/kg numa máquina totalmente elétrica, investigue o isolamento do tanque, o comportamento em espera, o ponto de referência do refrigerador e o dimensionamento da máquina antes de questionar a arquitetura da acionamento.
Como posso calcular a minha própria economia anual de kWh sem adquirir uma máquina primeiro?
Instale um medidor de energia trifásico num aparelho existente representativo, registre energia e quilos vendáveis por quatro semanas consecutivas e divida para obter o seu consumo específico de energia base. Multiplique a diferença entre esta base e uma meta de 0,45 kWh/kg pelo seu total de tonelagem vendável anual em quilogramas. Por exemplo, uma base de 0,72 kWh/kg em uma usina que produz
Uma retrofitação de uma bomba servo é uma alternativa razoável à compra de uma máquina completamente elétrica?
Captura uma parte significativa do benefício em situações de implementação de média ou alta complexidade e de intensidade de capital média ou alta. A retrofitagem de uma bomba servo em uma unidade de energia hidráulica sólida normalmente proporciona uma redução de energia da máquina entre 15 e 30%, ao atacar as perdas de repouso e de bypass, que são as maiores perdas hidráulicas evitáveis. Não elimina o excesso de abertura das válvulas, o vazamento volumétrico, a carga de resfriamento do óleo ou a manutenção hidráulica. Geralmente, a retrofitagem é a melhor escolha para uma máquina com uma vida mecânica substancial ainda existente e uma mistura de produtos estável; a substituição é a melhor opção quando a máquina está se aproximando do fim da vida útil, onde a limpeza é importante ou onde a mistura de produtos faz com que o fator de carga varie amplamente.
O traçado totalmente elétrico reduz o consumo de ar comprimido?
Não. O ar de corrente, o ar de elevação prévia, o escape e a acionamento pneumático não são afetados pela arquitetura de acionamento dos sistemas de fixação e extrusão, e o ar comprimido continua a consumir de 10 a 20 por cento da pegada de energia da célula. O ar comprimido deve ser abordado com medidas próprias: pesquisas de fugas, etapas de pressão entre a fase de elevação prévia e a de retenção, divisão da pressão da rede e recuperação do escape de elevação num recipientedeterminado. Como a geração de ar comprimido é ineficiente, essas medidas frequentemente oferecem resultados comparáveis à electrificação dos sistemas, mas com uma intensidade de capital muito mais baixa.
Quanto a eficiência na separação e isolamento de barris em uma máquina de moldagem por injeção e sopro?
As cascas de isolamento removíveis sobre o cilindro e a cabeça de moldagem reduzem a energia dos aquecedores de 15 a 25 por cento, sendo que o número mais elevado aplica-se às máquinas instaladas em salões frescos ou áreas de produção climatizadas, onde a diferença de temperatura em relação ao ambiente é maior. Uma vez que o aquecimento pela extrusão e a plasticização representam 35 a 45 por cento da energia total da célula, isso traduz-se em cerca de 5 a 11 por cento do valor da célula global. A dificuldade de implementação é baixa, as cascas podem ser instaladas durante uma janela de manutenção programada, e os benefícios secundários de temperaturas mais estáveis na zona e um aquecimento mais rápido a partir de uma temperatura mais baixa valem a pena independentemente do resultado em termos de energia.
Por que duas máquinas idênticas em uma mesma fábrica apresentam consumos específicos de energia diferentes?
As causas mais comuns, em ordem de frequência, são: fatores de carga diferentes, porque uma máquina fabrica um produto mais pesado; horas não produtivas de energia diferem, porque uma máquina fica inativa entre pedidos, permanecendo ligada; a condição do circuito de água refrigerada é diferente, quando um molde apresenta canais de refrigeração obstruídos, o que força ciclos mais longos; a condição do cabeçote ou da hélice é diferente, quando uma hélice desgastada gera excesso de calor de cisalhamento que a refrigeração do tanque deve remover; e os pontos de temperatura de purga diferem, resultante de uma receita antiga que ninguém revisitou. A medição por sub-movimentos, tanto nas máquinas quanto na comparação da mesma janela de quatro semanas, normalmente identifica a causa em um ciclo de relatório.
O facto de o recipiente ser mais leve reduz o consumo específico de energia?
Não diretamente, porque a SEC é medida por quilograma e peças mais leves simplesmente significam menos quilogramas. O que se reduz com a leveza é o total de quilowatts-horas anuais, proporcionalmente à massa removida. Uma redução de 5% no peso das peças numa instalação que produz 1 500 toneladas por ano elimina 75 toneladas de rendimento, o que, a 0,45 kWh/kg, elimina aproximadamente 33 750 kWh anualmente, juntamente com a resina correspondente. A leveza e a electrificação são, portanto, medidas complementares em vez de concorrentes, e a programação de espessura de parede em múltiplos pontos necessária na primeira é, em geral, disponível nas máquinas especificadas para a segunda.
Qual o fator de emissão da rede que devo utilizar para a divulgação do Escopo 2?
Utilize o fator baseado na localização publicado para sua rede nacional ou regional no ano de relatórios e especifique a fonte na divulgação. Uma faixa de trabalho de 0,55 a 0,85 kg de CO2e por kWh abrange a maioria das redes industriais com geração térmica substancial, mas redes com alto armazenamento hídrico, nuclear ou de energias renováveis são consideravelmente menores. Se a usina tem um acordo de compra de energia renovável, informe o fator baseado no mercado juntamente com o fator baseado na localização, de acordo com as orientações do Greenhouse Gas Protocol do Escopo
Quanto tempo deve durar a linha de base da medição e verificação antes de se mudar uma máquina?
Quatro semanas consecutivas é o mínimo prático, e oito semanas é preferível quando a mistura de produtos gira em um ciclo mensal. O padrão de base deve incluir ao menos duas mudanças de moldes, tanto um início de operação a frio quanto uma reinicialização a quente, e a distribuição normal dos tamanhos de recipientes. Registre a temperatura ambiente juntamente com a energia e a produção para que a comparação após a instalação possa ser normalizada para a carga de chillers sazonais, que normalmente varia de 10 a 25%, entre o verão e o inverno, e pode sufocar o efeito que está sendo medido.
Conclusão
A redução anual de energia elétrica alcançável ao mudar da extrusão hidráulica para a totalmente elétrica não é uma questão de opinião; trata-se de aritmética que resulta de dois números medíveis. Meda o seu consumo específico de energia atuais, em quilowatt-horas por quilo de produto comercializável, num intervalo representativo de quatro semanas, defina uma meta defendível na faixa de 0,35 a 0,55 kWh/kg para a operação totalmente elétrica em PE, multiplique a diferença pelo seu tonelagem anual comercializável, em quilos, e você terá a resposta. Em 500 toneladas por ano, o caso típico remove 125.000 kWh anualmente; em 1.500 toneladas, remove 375.000 kWh; em 3.000 toneladas, remove 750.000 kWh. Expresso como um índice contra uma linha de base de 100, a usina totalmente elétrica funciona em aproximadamente 64 pontos de índice, e contra uma frota velha de deslocamento fixo com fator de carga baixo pode cair abaixo de 40.
O mecanismo que está por trás desses números é específico e físico: eliminar as perdas de bypass da bomba que persistem em 70 a 85% de cada ciclo, eliminar o consumo de standby hidráulico durante as 400 a 800 horas não produtivas, mas ativadas, num ano típico, eliminar a carga de refrigeração de petróleo do circuito de água refrigerada e recuperar uma parte da energia de desaceleração através de um barramento DC comum. O que a electrificação não faz é reduzir o aquecimento, o ar comprimido, a refrigeração do molde ou as cargas auxiliares, que representam muito mais do que metade da ocupação do celula – e é justamente por isso que o programa progressivo do quadro 5 importa. Completar as medidas de dificuldade baixa em primeiro lugar, limpar a linha de base e, depois, tomar a decisão de arquitetura com dados confiáveis em mãos.
A Apollo, uma fábrica Wanplas com mais de duas décadas de experiência em injeção com formação por sopro e uma unidade de 8.000 metros quadrados em Zhangjiagang, desenvolveu a sua Série Totalmente elétrica exatamente para o segmento de 200 ml a 20 l, onde estes mecanismos de perda são maiores e a justificação para a eletrificação é mais sólida. Traga sua própria resina, seu próprio molde e seu próprio target SEC para uma prova de aceitação bancada em fábrica, insista para que a medição de energia faça parte do protocolo de testes e converta uma economia projetada em uma verificada antes da máquina ser enviada. Esse é o diferencial entre um cálculo energético e um resultado energético.
