Oszczędności w kosztach energii to priorytet w przetwórstwie tworzyw

Oszczędzanie energii w przetwórstwie tworzyw sztucznych staje się coraz większym wymogiem. Dlatego też zalecanie jest takie zorganizowanie procesu przetwórczego i sięganie po takie systemy, by podołać temu wyzwaniu.

Rygorystyczne zarządzanie kosztami zakładowymi i wytwarzania ma wysoki priorytet podczas energochłonnego przetwarzania tworzyw sztucznych. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych koncepcji wytwarzania chłodu oraz regulowania temperatury można osiągnąć znaczne obniżenie kosztów.

Minęły już czasy, w których koszty energii odgrywały raczej poślednią rolę w decyzjach inwestycyjnych - w najlepszym przypadku znikając w ogóle w bloku kosztów ogólnych. Dzisiaj bardziej sensowne może być rozważanie rozwiązań w zakresie długofalowego obniżania kosztów energii, niż dyskutowanie nad obniżeniem czasu cyklu produkcyjnego o kolejne dziesiąte sekundy.

Nowopowstałe rozwiązania systemowe, wykorzystujące dla wspólnego dobra wzajemne oddziaływania pomiędzy regulacją temperatury a wytwarzaniem chłodu, przyczyniają się do osiągnięcia przekonujących oszczędności.

Oczywiście każdy użytkownik życzyłby sobie niskich kosztów energii i wytwarzania. Oszczędności w tych sferach odbijają się przecież bezpośrednio na kosztach produktów. Wytwarzanie chłodu oraz regulacja temperatury często odbywa się nadal przy pomocy nieefektywnych systemów o nadmiernie wysokim zużyciu energii. Przyglądając się dokładniej zagadnieniu samej obróbki tworzyw sztucznych, można dość szybko zidentyfikować wszystkich "pożeraczy" energii.

Są to np. starsze, chłodzone powietrzem maszyny chłodnicze pracujące ze współczynnikiem wydajności pomiędzy 2 a 2,5. Współczynnik wydajności określa stosunek efektywnej wydajności chłodzenia do włożonej energii. Przy współczynniku wydajności równym 2 maszyna zużywa 100 kWh energii chłodzenia. Dla porównania, w podobnych warunkach nowoczesna maszyna chłodząca zużywa do 50 proc. energii mniej.

Do regulacji temperatury, także komponentów technicznych wymagających zachowania temperatury pracy w zakresie pomiędzy 40 a 90 stopni, stosuje się często konwencjonalne regulatory. Nieważne czy są to jedno-, czy dwu-, czy wieloobiegowe metody regulacji temperatury - w zakresie zużycia energii na wszystkich systemach ciąży jeden błąd.

Do wyrównania każdego odchylenia od wartości zadanej, niezależnie od tego czy w górę czy w dół, potrzebna jest dodatkowa energia. Ten zbędny nakład energii grzewczej jest wytwarzany bezpośrednio poprzez wkład grzewczy, a zbędny wydatek energii chłodzącej obciąża produkcję energii chłodzenia. W takim wypadku dochodzi więc nawet do podwójnego obciążenia pod względem użycia energii. Już tylko w tych dwóch sferach można dostrzec istotny potencjał oszczędnościowy.

Warto więc przyjrzeć się możliwości zastosowania urządzeń chłodniczych wyłącznie w miesiącach letnich. Energia stosowana do chłodzenia maszyn i narzędzi w procesach wtryskiwania oraz wytłaczania jest bardzo kosztowna. Co więcej należy liczyć się z dalszymi wzrostami kosztów, warunkowymi rosnącymi kosztami prądu. Z tego powodu maszyny chłodzące powinny być stosowane tylko wtedy, gdy jest to niezbędnie konieczne. Ma to szczególne znaczenie przy chłodzeniu narzędzi podczas formowania wtryskowego lub chłodzenia basenów przy wytłaczaniu, kiedy nieodzowna jest niska temperatura cieczy chłodniczej.

W takich przypadkach istnieją już odpowiednie rozwiązania systemowe ograniczające stosowanie maszyn chłodzących do miesięcy letnich oraz części okresu przejściowego. Opatentowany, wolny od glikolu system "odciążenia zimowego" może zastąpić nawet do 75 proc. kosztownego czasu pracy agregatu chłodniczego. Konieczny do tego wkład energii zredukowany zostaje do 2-3 proc. zapotrzebowania wytwornicy chłodu. Jako medium chłodzące wykorzystuje się w tej technologii darmowo dostępne powietrze z otoczenia. Gdy temperatura powietrza na zewnątrz jest niższa od temperatury obiegu powrotnego wody chłodzącej, to rozpoczyna się proces odciążania agregatów chłodzących. Gdy zaś temperatura na zewnątrz osiągnie wartość tylko o kilka stopni poniżej temperatury zasilania cieczy chłodzącej, agregat zostaje całkowicie odłączony.

Także w miesiącach zimowych przy wyjątkowo niskich temperaturach zewnętrznych systemy są mrozoodporne, ponieważ samoczynnie przechodzą w ruch jałowy. W przypadku gdy dojdzie np. do awarii lub wyłączenia zasilenia, następuje samoczynne opróżnienie systemów bez udziału energii pomocniczej do zasobników znajdujących się w miejscu zabezpieczonym przed działaniem mrozu. Cała organizacja wytwarzania energii chłodzącej przejmuje oprogramowanie zarządzające.

Oprogramowanie systemowe odpowiada na możliwie długą aktywację systemu "odciążenia zimowego", bowiem każda godzina, w której system zastępuje urządzenie chłodnicze oznacza dla użytkownika żywą gotówkę.

Często jeszcze dzisiaj do chłodzenia maszyn używa się urządzeń w systemach chłodzących z jednym obiegiem. Jest to wariant zaopatrzenia w energię chłodzenia o prawdopodobnie najwyższych kosztach utrzymania. Jednocześnie użytkownik rezygnuje z korzystania z darmowego ciepła z obiegu chłodzenia maszyn do ogrzewania pomieszczeń. Zastępując system z jednym obiegiem, systemem o podwójnym obiegu użytkownik odnosi równocześnie kilka korzyści.

Ponieważ w chłodzeniu maszyn temperatura zasilania 30 st. C jest generalnie wystarczająca do chłodzenia oleju w instalacji hydraulicznej, więc w systemach dwubiegowych rezygnuje się z kosztownego chłodzenia powrotu przy pomocy urządzeń chłodniczych, a energię chłodzącą wytwarza się przy pomocy urządzeń chłodzących zewnętrznych wykorzystujących temperaturę powietrza zewnętrznego.

Daje to wytwórcy tworzyw sztucznych oszczędności ok. 98 proc. kosztów zasilania w porównaniu z zastosowaniem wytwornicy chłodu do chłodzenia maszyn. Ponadto ciepło pozyskane z obiegu powrotnego chłodzenia maszyn przy swej temperaturze 35 st. C i zastosowaniu specjalnych urządzeń idealnie nadaje się do celów grzewczych.

Przy pomocy tej technologii producent tworzyw sztucznych dodatkowo zmniejsza swe koszty. Darmowe ciepło zastępuje kosztowne pierwotne źródła energii, takie jak olej, gaz, których koszty będą najpewniej nadal rosły. W ten sposób z ciepła będącego produktem wtórnym, którego ponowne schłodzenie stanowi dodatkowe koszty, powstaje dzięki rekuperacji energia grzewcza i przyczynia się do redukcji kosztów ogrzewania.

Jeśli do celów grzewczych lub podgrzewania wody pitnej konieczna jest temperatura wyższa niż ta pozyskiwana z ciepła odzyskiwanego, korzysta się wówczas z systemów pomp ciepła. W kontekście wzrostu cen oleju i gazu jest to z pewnością interesująca alternatywa dla konwencjonalnego ogrzewania.

Kolejną zaletą jest możliwość załączenia części zespołu zewnętrznych urządzeń chłodzących w okresie przejściowym i zimą. Wydajność chłodnicy zewnętrznej rośnie wraz ze spadkiem temperatury i część z niej może być wykorzystywana do korzystnego finansowo odciążenia agregatów chłodniczych. W miesiącach letnich, w których wielu producentów tworzyw sztucznych ma problemy z zaopatrzeniem w chłód, przy pomocy agregatów chłodniczych, przejście z systemu jednobiegowego na dwubiegowy zapewnia spore odciążenie.

Koszty jednostkowe można znacznie zredukować dzięki optymalnemu dopasowaniu elementów składowych systemu regulacji temperatury. Czynniki, na które można wpływać sięgają od skrócenia czasów cyklu przez poprawę jakości produktu, redukcję odpadów produkcyjnych i czasów zbrojenia po obniżenie zapotrzebowania na energię przy samej regulacji temperatury.

Wyróżniającym tego przykładem jest system regulacji temperatury Rhytemper. Inaczej niż zwykłe przepływowe systemy regulacji temperatury, odtwarza on kształt wypraski z punktu widzenia techniki grzewczej w jej poszczególnych sekcjach i jest zsynchronizowany z całym procesem wtryskiwania. Powstający przy tym niezmienny "termiczny odcisk palca" jest zapamiętywany w pamięci jednostki sterującej - w przypadku zmiany narzędzia jest on ponownie wczytywany. W trakcie procesu produkcyjnego system dba o stałe dopasowanie regulacji temperatury w każdym z punktów poszczególnych kanałów chłodzenia.

Dokładne odprowadzanie ciepła w trakcie najważniejszego z procesów produkcji skraca czasy cyklu w stosunku do zwykłej regulacji temperatury. Jednocześnie zadbano o równomierny rozkład temperatury na powierzchni narzędzia. Zapewnia to najwyższa możliwą jakość gotowego produktu. Dzięki tym właściwościom zbędne są rezerwy czasu cyklu, konieczne dotychczas ze względów bezpieczeństwa.

W ponad tysiącu przeanalizowanych wdrożeń urządzeń typu Rhytemper przeciętna oszczędność czasu cyklu wyniosła 16 proc. Spowodowane przez zanieczyszczenia zakłócenia bilansu cieplnego cieczy chłodzącej są wykrywane i regulowane, przez co zabezpieczona jest adaptacja do pierwotnego bilansu. Jeśli w pojedynczych ośrodkach, pomimo wykorzystania pełnego zakresu regulacji nie zostanie zapewniona odpowiednia temperatura oraz ilość wody, wówczas wtryskarka zgłasza błąd i proces produkcji zostaje przerwany.

W ten sposób odpady produkcyjne zostają zredukowane od samego początku do minimum. Podczas, gdy zwykłe regulatory temperatury potrzebują dodatkowych pomp oraz podłączenia do zasilania ciepła i chłodu w celu regulacji odchyleń do wartości zadanych, w tym systemie sama energia chłodzenia wystarcza do regulacji właściwego procesu produkcji oraz kilku watów do elektronicznej regulacji.