Perdidas de energia en sistemas de control de perfil de peliculas sopladas

PERDIDA DE ENERGIA EN SISTEMAS DE CONTROL DE PERFIL PARA LINEAS DE FABRICACION DE PELICULAS PLASTICAS EN SISTEMA BURBUJA (BLOWN FILM).

 

 

Las circunstancias actuales están forzando a productores de películas plásticas  a mejorar la eficiencia de sus líneas productivas. Las enormes variaciones en precios de la materia prima, demandas más altas en calidad por parte del usuario final, plazos de entrega más cortos y la obligación del ahorro de material están a la vuelta de la esquina.

Como solución importante se propone la actualización de viejas líneas de película soplada.

El empleo de anillos de enfriamiento de alto rendimiento con regulación automática de espesores no solo aumenta la producción de la línea hasta en un 50%, si no que además se mejoran considerablemente las tolerancias de espesores.

En general, se mejora la eficiencia de la producción mediante la capacidad adicional de producción, mejora en las tolerancias del film, cambios de pedido minimizados y ahorro de materia prima debido a la reducción de tolerancias y tiempos cortos de ajuste.

Es así como se pueden considerar dos principios importantes.

Anillo de enfriamiento automático - tipo 1

Control del volumen del aire de enfriamiento – Incremento o decremento del volumen de aire segmentado y regulado en función de los puntos finos o gruesos alrededor de la burbuja, influenciando el espesor del film por debajo de la línea de enfriamiento.

Este procedimiento es casi neutral en cuanto a consumo de energía se refiere, ya que como un área de la burbuja requiere menos aire de enfriamiento, y otro sector requiere más, se compensa la demanda. La pérdida de energía del aire de alimentación es aproximadamente del 1% o inferior, en la mayoría de los usos.

Puesto que el aire de enfriamiento se utiliza para determinar el control de las tolerancias de la película, es eficaz incluso en capacidades de enfriamiento muy altas.

Anillo de enfriamiento automático - tipo - 2

Un principio alternativo es calentar el aire de enfriamiento mediante calefactores y termopares en segmentos alrededor de la circunferencia del anillo del aire. Los cambios de temperatura localizados en los segmentos aumentan el índice de estiramiento, que reduce con eficacia los puntos gruesos que afectan las tolerancias del perfil. Si se requieren rendimientos de la máquina más altos, la cantidad de energía térmica tiene que ser aumentada correspondientemente.

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Para determinar las ventajas y las desventajas de ambos principios, hemos realizado estudios de campo con dos anillos de aire construidos de forma idéntica por PLAST-CONTROL, únicamente el tipo de actuador de control es diferente. La línea se equipó con un ventilador de 25kW en un cabezal de 400 milímetros de diámetro.

El anillo de aire tipo 1 se equipó con 48 válvulas de control accionadas por motores de paso de alta precisión, el segundo anillo de aire tipo 2 se implementó con 64 elementos de calefacción con un consumo de energía de 0.6 kilovatios por cada uno.

Ambos anillos tienen flujo de aire interno y externo idéntico, usando el mismo suministro de aire y partes móviles externas idénticas correspondientes a los labios del anillo.

 

Tolerancias de perfil alcanzadas en la película

Respecto a las tolerancias del perfil alcanzadas bajo control, no hay grandes diferencias apreciables a través del experimento. Dependiendo del tipo de película y de la producción de la extrusora, las tolerancias encontradas, controladas en un rango de 2 sigma fueron entre el 1.5% y el 3%. La influencia en las tolerancias de espesor de la película alcanzada por ambos principios fue sustancial.

 

 

 

 

Comportamiento de la reacción del sistema

El anillo tipo 1 tiene algunas ventajas comparadas con las del anillo tipo 2 de temperatura de aire controlada. Físicamente el ajuste de la posición de los actuadores es bastante rápido (menos de 1 minuto) y la reacción en la película es casi instantánea. El sistema con los calefactores y termopares, necesita entre 4-8 minutos dependiendo de la capacidad de enfriamiento, hasta lograr un efecto sobre la película que pueda ser apreciado. En este caso, la capacidad del enfriamiento del aire sobre la película debe ser mayor para el sistema de anillo tipo 2, debido a que se calientan los sectores gruesos de la película.

 

Capacidad de enfriamiento

Hay diferencias sintomáticas entre las dos variantes de anillo de aire. Con el anillo tipo 1, el aire fresco se insufla directamente a la burbuja, mientras que los elementos de calefacción en el anillo tipo - 2 calientan el aire de enfriamiento, lo que reduce la eficacia de enfriamiento del sector grueso de calibre. Teóricamente el rendimiento de procesamiento de la línea de película soplada equipada con un anillo de enfriamiento tipo - 2, es reducido por el orden de aproximadamente el 5%, realizando el análisis con una geometría de anillo y de labio de aire idénticos.

 

Coste del equipo

Comparando los dos tipos de anillos de aire, el anillo de aire tipo - 2 es aproximadamente un 15% más barato fabricar que el anillo tipo 1.

 

Gastos de Operación

Anillo de Aire Tipo 1

Las pérdidas de la eficiencia son aproximadamente 1% = 0.25kW (un ventilador 25kW fue instalado para la prueba) del aire de enfriamiento total y se requirió de 0.25kW de corriente eléctrica para la electrónica y la impulsión de las válvulas. El costo total de la energía para el funcionamiento del ventilador al 95% es aproximadamente 0.5 kilovatios, de aquí nos resulta un gasto de operación de €440 en 8.000 horas por año, (con un costo de 0.11€/KWH)

 

 

Anillo de Aire Tipo  2

Trabajando a una producción y a una tolerancia de espesores equivalente, el anillo tipo - 2 requiere aproximadamente un 5% más de la capacidad de soplador (25 kilovatio x 0,05= 1,25kW) así como la energía eléctrica para accionar los elementos de calefacción (64 x 0.6 en el load= del 40% 15.35 kilovatios con un coste de 0.11€/KWH). El costo total de energía está en el rango de 14.000,- a 15.000,- EUR por año - 32 a 34 veces más que el analizado anteriormente con el anillo tipo 1.

 

Datos ambientales

Esta diferencia enorme en costos operacionales no es solamente monetaria, el anillo de enfriamiento tipo - 2 emite aproximadamente 72.5 toneladas de CO2 por año. Estas bien pueden compararse con las cargas de impuestos más altas, relacionadas con los costos de producción para los fabricantes de películas plásticas.

Se puede comparar 72.5 toneladas de CO2 equivalentes a la generación de 60 coches de media de producción por año o el equivalente a 36 hogares de media de producción por año.

Anillo de enfriamiento de doble estación  DUO tipo 1 con 48 actuadores de motor de paso para control del perfil.

Anillo de enfriamiento de doble estación  DUO tipo 2 con 64 calefactores y termopares para el control del  perfil