Eficiência Energética para Convertedores de Plástico

Estamos chegando no último post da nossa série de conteúdos para apoiar ações de gestão de energia e eficiência energética na indústria de convertedores de plástico no Brasil. Já falamos aqui sobre práticas de gestão em alto nível, exploramos as oportunidades dos processos auxiliares e de utilidades e hoje vamos fechar falando dos processos principais, normalmente o que mais consomem energia nessa indústria.

É comum entrar em uma indústria de plásticos e ver um parque de máquinas super diverso. Máquinas antigas e novas quase sempre coexistem. No entanto, elas apresentam custos de operação bem diferentes. Nossos dados mostram que, em média, uma máquina da década de 1990 é 20% menos eficiente que uma máquina da década de 2010. Isso falando da média, se considerarmos o salto tecnológico entre máquinas hidráulicas e elétricas (ou semi elétricas) esse valor pode ser da ordem de 60%.

Última vez que você fez um pedido de máquina nova.

Tá bom, Ricardo, fácil falar… já viu quanto uma máquina dessa custa? Sim, é compreensível que máquinas antigas e novas coexistam, elas tem um custo de aquisição bem elevado. O que temos que garantir é que:

  • Na hora da decisão de compra o custo de operação durante o ciclo de vida seja estimado. Em geral considera-se para a análise 10 anos de uso e uma depreciação total de 15 a 20 anos dependendo da máquina. Em geral o custo de operação em 10 anos supera de longe o custo de aquisição. Pense que ao comprar uma máquina, além do custo dela própria, você estará adquirindo também uma conta de consumo mensal de operação dela.
  • Outra prática importante é manter a operação controlada “na ponta do lápis”. Isso significa ter calculado o quanto aquela máquina (ou conjunto de máquinas) está custando para operar. Dessa forma é possível prever quando compensará fazer um retrofit ou mesmo comprar uma nova.

Quando falamos de eficiência energética é comum também aparecer um conflito no ambiente da fábrica. Muita gente entende que ser mais eficiente significa ser menos produtivo. Na verdade é ao contrário. Na maior parte dos processos de convertedores de plástico quanto maior a produtividade (kg/h) menor são os indicadores de consumo específico (kWh/kg).

Vamos entrar agora em cada processo específico e indicar os pontos sensíveis que influenciam no consumo energético. 

Injeção de Plástico

A injeção de plástico é um dos processos mais utilizados, aqui vão 7 fatores especialmente importantes para quem injeta resina:

  1. Uso de acumuladores hidráulicos

Processos que precisam ciclos muito curtos podem demandar alta carga energética para que os pistões hidráulicos se movimentem. Um acumulador hidráulico serve como um armazenamento de energia de entrega quase que imediata à máquina. Fábricas que utilizam acumuladores, além de redução no consumo de energia também têm reportado menor aquecimento dos sistemas e maior vida útil.

  1. Isolamento térmico do barril ou “canhão”

Quem já foi em uma fábrica com um parque de máquinas grande num dia de verão sabe que naturalmente o processo irradia calor. Esse calor vem principalmente do barril onde fica a rosca central da máquina. Ele é gerado tanto das resistências elétricas ligadas alí quanto da irradiação de energia cinética de cisalhamento entre as moléculas de resina na rosca. Quanto menos calor irradiar dali, melhor. Hoje já existem soluções que auxiliam na minimização dessas perdas. Algumas fábricas têm reportado períodos de payback de menos de um ano na implantação desses sistemas isolantes. Um efeito colateral positivo também é a redução de exposição ao risco de superfícies quentes pelos operadores.

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Use o exemplo desse cachorro para isolar o barril da sua injetora.
  1. Tecnologia elétrica

Máquinas elétricas e híbridas são o que há de melhor hoje na oferta de máquinas para indústria de injeção. Elas são mais econômicas, precisas e tem manutenção mais simples do que as máquinas híbridas. O investimento ainda é alto em relação à uma máquina tradicional, mas dependendo da sua ociosidade e características de ciclo, com certeza compensa considerar o uso desse tipo de máquina.

  1. Inversores de frequência

De novo inversores, Ricardo? Sim! Pra quem tem uma máquina hidráulica tradicional e não pode optar pela troca, o retrofit da máquina com a instalação de inversores de frequência pode promover resultados significativos. O inversor vai permitir que a máquina reduza a velocidade ou desligue o motor hidráulico completamente nos momentos de ciclo que o torque/pressão não é necessário. Em geral processos de ciclo longo e de baixa ociosidade tem menores tempos de payback.

  1. Tecnologias de molde

Nos moldes daria pra entrar em um mundo só deles. Sem adicionar muita complexidade aqui, dois pontos chamam atenção no assunto de moldes: não subestime o resfriamento conformal, ou seja, quando os canais de resfriamento do molde acompanham o formato da peça (e não são necessariamente feitos em ângulos retos). Esse tipo de resfriamento pode economizar muito na operação do seu chiller e torre de arrefecimento. Outra dica é sobre as perdas nos canais, os chamados “galhos”. Apesar deles normalmente voltarem ao processo, eles consomem energia para serem conformados igual seu produto final.

Extrusão de plástico

  1. Inversores de frequência

Os modelos de motores de corrente direta (DC) podem ser substituídos por motores em corrente alternada com inversores de frequência. Fábricas operando extrusão de perfis já reportaram uma economia média de 4% devido à essa troca. 

  1. Otimização de motor e transmissão

A mudança na relação da transmissão do motor da extrusora pode ser feito para otimizar a carga aplicada no motor e maximizar a eficiência energética. Se o seu motor usa correias de comando, a simples troca de correias com riscos paralelos ao comprimento da correia (V-Belt) por uma correia com riscos perpendiculares ao comprimento da correia (correia dentada) pode economizar até 3% do consumo energético.

  1. Isolamento

O isolamento em extrusoras é mais raro que em injetoras. O calor gerado pela energia cinética de cisalhamento dentro do cilindro já é alto de mais e normalmente as resistências são pouco acionadas, alguns processos até precisa retirar calor constantemente. A dica aqui é para garantir que seu sistema está configurado corretamente para que os sistemas de aquecimento e de arrefecimento não fiquem brigando para chegar na temperatura de operação ideal.

Sopro (extrusão e injeção)

  1. Sistema de ar comprimido

Esses processos são grandes consumidores de ar comprimido. Já falamos da operação desses sistemas no artigo passado, aqui vamos focar no processo em si. Duas ações de eficiência chamam atenção aqui: um sistema re recuperação de ar comprimido de baixa pressão pode ser útil na fábrica e evitar o uso de ar comprimido em pressões maiores. Outra ação é que se reduza a pressão do sistema no momento logo após o “primeiro sopro”. 

  1. Perdas de processo

O processo de sopro é notadamente conhecido como vilão das perdas e rebarbas. Assim como na injeção, apesar de ser possível recuperar esse material internamente, a energia consumida será perdida para sempre. A perda máxima permissível nesse tipo de processo é de 20% em massa.

Termoformagem

  1. Forno de aquecimento

Na termoformagem o aquecimento das chapas ou rolos consistem no processo mais oneroso energeticamente. Medidas simples como a minimização de distância entre fornos de pré-aquecimento, aquecimento e processo principal são fundamentais. Também importante é manter as entradas e saídas de material na mínima espessura possível. Como a carga térmica exigida aqui é um pouco maior do que a dos outros processos e com características inerentemente diferentes (aquecimento em forno, sem o calor de cisalhamento), considere usar aquecedores catalíticos à gás que não precisam de chama.

  1. Automação de acionamento

O processo de termoformagem é conhecido também por ter um ciclo mais longo. Por isso, é importante que os sistemas funcionem sob demanda e não fiquem acionados aguardando determinado ponto do ciclo. Por exemplo, ventiladores de arrefecimento e moedores/esteiras de rebarbas devem ser acionados apenas no momento em que são necessários.

Rotomoldagem

Este é o único processo de transformação de plásticos que usa mais gás natural como fonte energética do que energia elétrica. De qualquer forma, todas as técnicas dessa série de conteúdos também pode ser aplicado à essa fonte de energia sem grandes problemas. 

  1. Queimadores

Os queimadores de gás tem um delicado ajuste da combustão que é necessário para que o processo não desperdice combustível. Invista tempo em acertar essas configurações.

Se você não tem esses poderes é melhor seguir nossas dicas.
  1. Molde

O molde de uma termoformagem normalmente é muito maior que os moldes das outras técnicas. Por isso aqui ainda mais do que nos outros casos é importante investir em moldes que empregam materiais de alta condutividade térmica, baixa inércia térmica e ainda tecnologias de transferência interna de tcalor dentro do molde. Nos fornos vale a pena investir em análises baseadas em câmeras infravermelho para identificar fugas de calor.

  1. Inversores para bombas e ventiladores

Esses processos normalmente tem ciclos maiores e utilizam ventiladores e bombas de água para pulverizar e arrefecer o molde. São aplicações perfeitas para inversores de frequência.

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Cliente final usando aquele filme feito com muito esmero e pouca energia elétrica

Essa foi nossa série de conteúdos da cadeia de transformação de plásticos! Nesses últimos 4 artigos resumimos nossa experiência em mais de 30 transformadores que tivemos contato além de conversas com outras empresas que fornecem soluções para essa indústria. Aproveitamos esse conhecimento para gerar um e-book completo sobre o tema. Para conferir é só seguir o link abaixo.

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Ricardo Dias

Engenheiro ambiental e urbano pela UFABC e mestre em Sistemas Sustentáveis com ênfase em Energia pelo Rochester Institute of Technology. É co-fundador da CUBi e atualmente CEO.

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