Manejo de costos de extrusion

Esta es una adaptacion de un articulo preparado por Allan L. Griff (conocido experto) y publicado por Omnexus en Julio 1, 2009.

No se preocupen por sus costos de electricidad para su operacion de extrusion!. Se que esto contradice una de las preocupaciones favoritas de la industria, pero es una verdad facilmente demostrable.

1. Necesitamos una cierta cantidad de calor para fundir cualquier resina termoplastica que alimentemos al extrusor.

2. Cualquier calor adicional que pongamos puede causar serios problemas:

• Degradacion del polimero, con la consecuente decoloracion, contaminacion y debilitamiento.
• Necesidad de enfriamiento, lo cual puede limitar la tasa de produccion.
• Distorsion dimensional (forma y tamaño), y menor control de espesor.
• Los aditivos pueden evaporarse o reaccionar prematuramente.

3. Es facil estimar el calor requerido, el cual es igual a la energia necesaria para elevar la temperatura ambiental a temperatura de extrusion de un kg de plastico. Por ejemplo, el calor necesario para elevar la temperatura del PVC (amorfo) de 25 a 175 ºC, es alrededor de 0.05 kW-hr. Para el PE es aproximadamente el doble porque es parcialmente cristalino y tambien corre mas caliente. Si tenemos los datos en calorias o joules, necesitamos los factores de conversion: 1 Kcal = 0.001163 kW-hr o 1 KJ = 0.000278 kW-hr.

4. Convertir este calor en costo real por kg extruido es facil, tambien. Es necesario estimar la eficiencia del extrusor - cuanta energia puesta (calentadores y motores) realmente entran en el plastico. Hace muchos años, Kruder & Nunn (HPM) estudiaron la eficiencia de las operaciones reales de extrusion (sin teoria, sin modelos), y encontraron que esta fluctua entre 30 a 70 %, esto significa que solo el 30 a 70 % de la energia usada fue a calentar el material. Usaremos el promedio de 50 % para estimar el costo de energia de una operacion que no ha sido medida. Esto significa que necesitamos dos unidades de calor para que una entre en el plastico.

Con $0.10/kW-hr y 0.1 kW-hr/ kg PE y 50 % de eficiencia, el costo de energia es solo $0.02/kg. Con la resina costando $0.90/kg o mas, tiene poco sentido concentrarse en el costo de la energia cuando lo mas importante seria reducir el costo del material. Por ejemplo, reusando en todo lo posible los refiles y desperdicios a valor completo, un control mas ajustado del espesor y una adquisicion de materiales sincronizada y adecuada.

Aqui algunos factores adicionales en forma de preguntas:

Adonde se va todo el calor de fusion? Si usamos el factor de 50 % de eficiencia, por lo menos la mitad es irradiada al aire circundante y la otra mitad se va al medio de enfriamiento (agua o aire). La primera mitad puede reducir la facturacion de calentamiento de la planta en climas frios y la segunda mitad puede hacer lo mismo si (como en la pelicula)el aire de enfriamiento es solo emitido dentro de la planta. En sitios calientes, enviar el aire caliente al exterior puede reducir el costo de aire acondicionado y hacer el lugar de trabajo menos opresivo. En algunos casos, el agente enfriador puede usarse para precalentar la alimentacion de materia prima, lo cual es un muy buen uso si es que el sistema de precalentamiento tiene menor o igual valor que los ahorros.

Nuestra facturacion de energia es muy alta, por lo que nos gustaria hacer todas las reducciones posibles. Concentrarse en el equipo auxiliar tal como precalentadores, secadores y enfriadores. Todos ellos son menos eficientes que los extrusores. Las bombas de engranajes, por otro lado, son usuarios eficiente de energia. Los mezcladores estaticos requieren mas energia porque aumentan la resistencia al flujo, peor pueden ser necesarios para tener productos vendibles a tasas competitivas. No cometer el gran error de ignorar los altos consumidores de energia, tales como los sistemas de calefaccion y aire acondicionado - supervisar el flujo de aire, temperaturas fijadas y las variaciones noche-dia pueden lograr mas ahorros que si nos fijamos equivocadamente en el extrusor.

Ayuda el aislamiento? No mucho en el cilindro, ya que un cilindro mas frio significa mas potencia de motor para mover el tornillo. El aislamiento es util en el cabezal, ya que promueve una temperatura uniforme del metal evitando puntos calientes y esquinas de irradiacion. Pero como ahorro, su efecto es minimo, como se explico mas arriba.

Que hay del cliche de que el equipo nuevo ahorrara energia? Ciertamente hay algunos ahorros posibles, pero hagamos los numeros antes de ir mas adelante. Estos argumentos son generalmente un sintoma de porcentajitis, la 'inflamacion' del porcentaje. Busquemos cifras reales en dolares ahorrados por hora o año, o mejor aun por kg de material extruido. Tener cuidado, ademas, con los argumentos de que un nuevo dispositivo o tornillo aumentara la productividad - averiguar como, asegurarse de que la mayor produccion no pierde dinero por una menor control de espesor y/o mas desperdicio, y estar seguros de que podemos vender esta produccion adicional a precios rentables, antes de emocionarse demasiado.

Las resinas o aditivos alternos pueden ahorrar energia? Si, cuando corren a menores presiones(haciendo que el motor trabaje menos) y si ellos permiten menores temperaturas de fusion (menos calor total necesario). Sin embargo, como dijimos antes, revisemos bien los numeros - encontremos lo que ellos dicen que hacen y cuanto dinero podemos ahorrar antes de hacer una corrida de prueba costosa.

Es verdad que el PVC necesita menos energia de proceso que los otros plasticos? Si, es verdad (ver mas arriba), y el PVC puede ser mas eficiente en energia que sus competidores no plasticos como el vidrio y los metales. Esto nos permite defender al PVC de ataques seudo cientificos ambientalistas, y no solo argumentar preferencia del publico o un desempeño superior.