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Manual de eficiencia energética para pymes

Manual de eficiencia energética para pymes

Fabricación de productos de plástico

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12 de 15 MEE pymes fabricacion plastico Document Transcript

  • 1. 12 Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico CNAE 22.2
  • 2. presentManual de eficiencia energética para pymesEl IDAE, como miembro del patronato de la Fundación EOI, no puede menos que felicitar a la misma por laoportunidad en la edición del presente Manual de eficiencia energética para pymes. La volatilidad registradapor los precios energéticos durante buena parte del año pasado ha continuado también en 2008, y a ella se haañadido una crisis financiera mundial que afecta al conjunto de la economía. Por ello, la mejora de la eficienciaenergética como instrumento de apoyo a la competitividad es básica en nuestro actual tejido industrial.El tejido empresarial español cuenta con mayor presencia de las pequeñas y medianas empresas (pymes) queen la Unión Europea, ocupando al mismo tiempo un mayor volumen de empleo: de un total de 3,3 millonesde empresas, el 99,9% son pymes que representan el 82% del empleo empresarial. La economía españo-la es, por lo tanto, una economía de pymes, en la que, además, el tamaño medio empresarial es reducido:6,6 trabajadores por empresa.Si a esta situación habitual de las pymes españolas se añade la actual coyuntura económica, el resultado es unincremento en la fragilidad de este tipo de compañías. En este contexto, mejorar su nivel de innovación, tantotecnológica como no tecnológica, su productividad y su competitividad se convierte en la estrategia apropiadaque permitirá la persistencia y adaptación de nuestras pymes a los nuevos entornos y desafíos planteados porunos mercados cada día más globalizados.La energía es un bien que incide directamente sobre el desarrollo de la sociedad. A su vez, el desarrollo cons-tituye un factor fundamental de seguridad, en tanto que aporta estabilidad, cohesión social y una mejor opeor posición estratégica. El sector industrial, en general, y las pymes, en particular, han venido mostrandohistóricamente un gran interés en la utilización efectiva de la energía. Baste decir que desde el comienzo delas primeras crisis energéticas, en la década de los años 70 del siglo pasado, el sector mejoró su intensidadenergética en un 7%, gasificando sus suministros energéticos en detrimento de los productos petrolíferos,55% del consumo industrial en 1973 frente al 11% en 2007 y, en menor medida, el carbón, 19% del consumo ,industrial en 1973 frente al 8% en 2007 .Pese a estas mejoras en los consumos energéticos, los primeros años del presente siglo muestran cierta sa-turación en lo que a incrementos de eficiencia energética se refiere. Si se añaden a la reciente evolución de laintensidad energética, prácticamente estabilizada desde el año 2000, la actual coyuntura económica y la altavolatilidad de los precios energéticos, se hace necesario incrementar las actuaciones que permitan continuaraumentando la eficiencia energética de las pymes.Las mejoras de los procesos productivos, con la incorporación de tecnologías más eficientes y sostenibles, larenovación de equipamientos obsoletos y la adecuada gestión de los procesos y servicios productivos serán losejes básicos de actuación que conducirán a una disminución de las intensidades energéticas.
  • 3. tación La incorporación de estas actuaciones al mercado cuenta, desde las administraciones públicas, con un conjunto de herramientas específicas destinadas a ayudar a las pymes a mejorar su competitividad a través de un mejor, más racional y sostenible uso de la energía. La Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España 2004-2012 (E4), aprobada por el Consejo de Ministros de 28 de noviembre de 2003, establece el marco de desarrollo para las actuaciones de eficiencia energética en el periodo 2004-2012. El desarrollo de la E4 se implementa a través de los planes de acción para el pasado pe- riodo 2005-2007 y el actualmente vigente 2008-2012, así como el Plan de Activación 2008-2011, recientemente aprobado por el Gobierno. En conjunto, la E4, sus planes de acción y el plan de activación tienen como objetivo lograr un ahorro energético, en términos de energía primaria, de cerca de 88 millones de toneladas equivalentes de petróleo, de las cuales al sector industrial le corresponden alrededor de 25. Para ello, el Plan de Acción 2008- 2012 proveerá de unos incentivos públicos de 370 millones de euros, equivalentes a una intensidad de ayuda del 22%, a las inversiones para la mejora de la eficiencia energética que se realicen en el sector industrial, que se estima que alcancen un volumen de 1.671 millones de euros. La incorporación de tecnologías renovables al mercado empresarial dispone de un instrumento adicional de apoyo: el Plan de Energías Renovables 2005-2010, aprobado por el Consejo de Ministros de 26 de agosto de 2005. Los usos térmicos finales de las pymes y empresas de comercio y servicios cuentan en este plan con un marco de apoyo a la diversificación energética sostenible a través, básicamente, de las tecnologías de biomasa térmica y solar térmica de baja temperatura. Desde el prisma de la innovación tecnológica, el instrumento por excelencia es el Plan Nacional de I+D+i que tiene como objetivo, entre otros, situar España a la vanguardia del conocimiento, promoviendo un tejido empresarial altamente competitivo. A las anteriores actuaciones y herramientas se añade el presente Manual de eficiencia energética para pymes, que deberá convertirse en una guía básica que oriente a las empresas sobre las posibles actuaciones energéticas existentes que les permitan mejorar sus productos y procesos, aumentando la competitividad de las mismas. Es de agradecer la dedicación de la Fundación EOI y del Centro de Eficiencia Energética de Gas Natural Fenosa en la elaboración de este Manual de eficiencia energética para pymes que, estamos seguros, redundará en beneficio, no solo del tejido empresarial del país, sino también de la sociedad en su conjunto, posibilitando un consumo energético responsable y sostenible.
  • 4. índicManual de eficiencia energética para pymesContexto energético general e introducción a la situación sectorial 0. Introducción 6 0.1. Balance energético del sector 8 1. Identificación de los procesos y tecnologías aplicadas 9 1.1. Materias primas en la elaboración de plásticos 10 1.2. Síntesis de polímero 10 1.3. Incorporación de aditivos 10 1.4. Procesamiento del polímero 10 1.4.1. Proceso de extrusión 11 1.4.2. Moldeo por soplado 13 1.4.3. Proceso de inyección 15 2. Ineficencias energéticas en procesos y sistemas 16 2.1. Procesamiento por extrusión 16 2.2. Procesamiento por soplado 16 2.3. Procesamiento por inyección 16 2.4. Ineficiencias en el consumo de agua 17 2.5. Sistemas implicados 18 3. Mejoras tecnológicas y en proceso que favorezcan la eficiencia energética 19 3.1. Motores eléctricos 19 3.2. Sistemas de iluminación 20
  • 5. ce 12 Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) 3.3. Compresores y sistemas de aire 20 3.4. Hornos y secaderos 21 3.5. Sistemas de calefacción 21 3.5.1. Líneas de vapor y condensados 22 3.5.2. Análisis de combustión de equipos 22 3.5.3. Sustitución de combustibles 24 3.6. Uso eficiente del agua 24 3.7. Aislamiento de redes de distribución 24 3.8. Reducción del consumo de energía en el proceso 25 3.9. Otros sistemas de ahorro de energía 25 3.9.1. Refrigeración libre 25 3.9.2. Camisas aislantes en el husillo 25 3.9.3. `Conformal cooling´ 25 3.9.4. Motores hidráulicos 25 3.9.4. Curado de tintas ultravioleta en atmósfera de nitrógeno 26 4. Bibliografía 26
  • 6. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) 0 Introducción A lo largo de los últimos años la industria química ha evolucio- nado hacia producciones de mayor valor añadido. La química La industria del sector plástico se engloba dentro del básica representa hoy el 40% del sector (hace 30 años repre- sector de la industria química, concretamente en la sentaba el 60%). Mientras que han ganado peso la química industria química básica. Un sector importante econó- de la salud que representa hoy un 26%, y la química para la micamente cuyo volumen de negocio a nivel (UE-25) se industria y el consumo final totaliza un 34%. situó en 2006 en los 639.000 millones de euros, repre- sentando el 30,3% de la facturación química mundial. Alemania, cuarto productor mundial, genera la cuarta Figura 1. Distribución sectorial de la producción quími- parte del negocio químico comunitario (25,4%). Francia ca. (2007) se mantiene en segundo lugar (15,7%), seguida de Italia (12,4%) y el Reino Unido (9,8%). España se sitúa como quinto productor europeo con el 7,5%. 40,5% 2,2% 17,4% Fertilizantes MMPP plásticas Química básica y caucho 11,5% En nuestro país la industria química tiene una enorme Orgánica 1,5% Fibras importancia. En el año 2006 la industria química, con 4,2% Inorgánica un volumen de ventas de 47 .138 millones de euros, 1,3% Colorantes representaba el 10% del total de la cifra de negocios 2,4% Gases 7,1% MMPP farmacéuticas del conjunto de la industria española, que alcanzó los 484.000 millones de euros. El sector químico es el cuarto 9,3%6 Otros consumos mayor sector industrial tras los sectores de alimentación, 17,0% bebidas y tabaco (18% del total), metalurgia y productos Especialidades 6,00% metálicos (16%) y material de transporte (15%). Por otra Perfumería 8,8% 25,8% Química de la salud y cosmética parte, la industria química aporta casi el 10% del producto Detergencia y productos 1,7% Fitosanitarios de limpieza industrial bruto español, lo que le convierte en uno de 33,7% Química para la industria y el consumo 9,6% los pilares estructurales de la economía. La aportación Pinturas y tintas al PIB industrial la lideran el sector de la metalurgia y los productos metálicos (18%), alimentación, bebidas y Fuente: FEYQUE. Contabilidad Nacional.. tabaco (14%) y el material de transporte (11%). Tabla 1. Distribución de la cifra de negocios industrial en España, 2006 (millones de euros y porcentaje). Sector industrial Cifra de negocios % del total Alimentación, bebidas y tabaco 90.590 18 Metalurgia y productos metálicos 77.360 16 Material de transporte 70.499 15 Industria química 47.138 10 Productos minerales no metálicos 36.424 8 Papel, edición y artes gráficas 30.816 6 Material y equipo eléctrico, electrónico y óptico 31.730 7 Maquinaria y equipo mecánico 30.200 6 Industria textil, confección, cuero y calzado 20.965 4 Transformado de caucho y plástico 20.451 4 Industrias manufactureras diversas 16.835 4 Madera y corcho 10.992 2 TOTAL INDUSTRIA 484.000 100 Fuente: FEYQUE. Contabilidad Nacional..
  • 7. Por subsectores, destaca la importancia de la producción familias de los plásticos termoestables y de los plásticosde materias primas de plástico y caucho supone el 17,4% técnicos. Algunos de estos plásticos son: ABS, alcoholdel total, seguida por las especialidades farmacéuticas polivinílico, aminoplastos, copolímeros EVA, fenoplastos,(17,0%) y la química orgánica (11,5%). polimetracrilatro, poliacetales, poliacetato de vinilo, polia- midas, polibutilentereftalato, policarbonatos, poliésteresPor otra parte, como pone de relieve la Asociación Espa- no saturados, polióxido de fenileno, politetrafluoretileno,ñola de Industriales de Plásticos (ANAIP), la industria de poliuretanos, resinas alcídicas, resinas epoxi, SAN, etc.transformación de plásticos tiene una enorme impor- Finalmente y para modificar las propiedades de los polí-tancia en nuestros país. No en vano está integrada por meros, y adecuarlos a las necesidades del mercado y4.200 empresas que dan trabajo a más de 100.000 a los requerimientos para cada aplicación, se utilizanpersonas y cuyo volumen de ventas en 2007 superó los los aditivos. Los más comunes son: cargas, colorantes,25.000 millones de euros, alcanzado el 8% de las ventas estabilizantes, ignifugantes, modificadores de impacto yde productos industriales (excluyendo alimentación y refuerzos.bebidas) de nuestros país. Los plásticos se caracterizan por una relación resistencia/A la hora de analizar la eficiencia energética de este densidad, propiedades excelentes para el aislamientosector, conviene delimitar la figura de los plásticos. térmico y eléctrico, y una buena resistencia a los ácidos ySe trata de productos sintéticos fabricados a partir de disolventes. Las moléculas de las que están compuestosrecursos naturales, como petróleo, gas natural, carbón pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, depen-y sal común. diendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramifi- 7 cadas son termoplásticas (se ablandan con el calor), mien-Los plásticos son materiales poliméricos orgánicos tras que las entrecruzadas son termoendurecibles (se(compuestos por moléculas orgánicas gigantes) que endurecen con el calor). Habitualmente, un determinadopueden deformarse hasta conseguir una forma deseada polímero no es el único material que se puede emplearpor medio de procesos como la extrusión, el moldeo, en un campo de aplicación concreto. Existen materialesla inyección, y el hilado, entre otros. Las moléculas alternativos y, por lo tanto, en un mercado competitivo lospueden ser de origen natural, por ejemplo la celulosa, polímeros deben proporcionar beneficios.la cera y el caucho (hule) natural; o sintéticas, como elpolietileno y el nylon. Los materiales empleados en su Con frecuencia, los polímeros ofrecen ventajas parafabricación son resinas en forma de bolitas o polvo en múltiples aplicaciones, como:disolución. Con estos materiales se fabrican los plás-ticos terminados. • Reducción del peso y ahorros de transporte y combustible.Nacen por tanto a partir de recursos naturales comopetróleo, gas natural, carbón y sal común. En términos • Propiedades aislantes eléctricas adecuadas para técnicos, la producción de plásticos es un proceso cableados, interruptores, enchufes, herramientasllamado polimerización: reacción química en la que dos eléctricas y productos electrónicos.o más moléculas se combinan para formar otra en laque se repiten las estructuras de las primitivas dando • Transparencia óptica adecuada para aplicaciones lugar al polímero. Una vez creados los compuestos de lentes, iluminación y embalajes.poliméricos, en forma de resina, polvos, granza, pasta,etc., se lleva a cabo la transformación de los mismos • Resistencia a la corrosión. Una característica por muy diversos procesos como, inyección, extru- importante para tuberías, sistemas de riego, ropasión, termoconformado, soplado, calandrado, etc. Si impermeable y artículos de deporte.se trata de productos semielaborados requieren unamanipulación posterior como mecanizado, ensam- • Resistencia a los productos químicos, hongos y blando, encolado, etc., que darán lugar al producto moho.final acabado. • Facilidad de procesamiento y, por lo tanto, posibi-Los plásticos de mayor consumo son el poliestireno, lidad de realizar formas complicadas.polipropileno, policloruro de vinilo y PET. Además deestos plásticos de más consumo o comerciales hay • Ahorros de coste respecto a soluciones alterna-otros muchos plásticos en el mercado, destacando las tivas.
  • 8. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) Los materiales poliméricos se utilizan tanto en objetos cable, se hace con plásticos. De las 5.000 piezas cotidianos simples, como bolsas de plástico, como en que lleva un automóvil fabricado en España, 1.700 componentes ópticos o electrónicos avanzados y aplica- son de plástico. Polipropileno y polímeros técnicos ciones médicas. Los campos de aplicación principales como el ABS o las poliamidas. en Europa Occidental se indican en la siguiente figura. La cantidad consumida en Europa Occidental ascendió • Medicina: En España, más de 125.000 personas a 48.788 kt. disfrutan de un mejor nivel de vida gracias a un marcapasos fabricado con plástico, según datos facilitados por la Asociación Nacional de Cardio- Figura 2. Campos de aplicación principales del plástico. logía. Además, otros productos del área sanitaria tienen al plástico como principal componente. Las jeringuillas, lentillas, prótesis, cápsulas, envases 5,80% de productos farmacéuticos, bolsas de sangre y Gran industria suero, guantes, filtros para hemodiálisis, válvulas, 20,10% Otros objetos tiritas, gafas, e incluso, el acondicionamiento de cotidianos/domésticos cada una de las salas de un hospital se construye 37,20% con materiales plásticos. PVC. Embalaje • Electrónica: El empleo de los plásticos ha permi- 8,00% tido mejorar sensiblemente las comunicaciones,8 Industria automovilística debido a que, su capacidad como aislante, protege de los agentes externos. Comunicaciones por saté- 18,50% Construcción 8,50% lite, cable, ordenadores personales, telefonía fija y Productos eléctricos móvil, etc. Todos contienen plásticos en su diseño. y electrónicos 2,00% El área más importante de consumo en este sector Agricultura es el de equipamientos electrónicos. PVC y polí- meros técnicos como el policarbonato y ABS. Fuente: Instituto Nacional de Estadística (INE). • Agricultura: Las aplicaciones más extendidas de la plasticultura son: acolchamiento de suelos, túneles La aplicación de los plásticos es claramente visible en de cultivo, invernaderos, tuberías para conducción muchos sectores, como lo pone de manifiesto ANAIP: de agua y drenaje, filmes para ensilar, cortavientos, láminas para embalses y cordelería. La resistencia al • Envase y embalaje: Los envases y embalajes impacto y al rasgado, la transparencia a la radiación plásticos son ligeros, suponiendo un ahorro de solar, la dispersión de la luz y la reducción del riesgo de combustible en el transporte de los productos heladas, son entre otros, los beneficios que ofrecen envasados son reciclables. Polietileno y PET. los plásticos en la agricultura. Poliestileno y PVC. • Construcción: La mayoría de los edificios públicos, nuestras viviendas, nuestros lugares de trabajo, ya 0.1. Balance energético del sector sean fábricas u oficinas, los edificios destinados al ocio y servicios, hospitales, etc., tienen al plástico como elemento común. La razón es que éstos, La industria de producción de plásticos es intensiva en permiten un abaratamiento de los costes en la consumo de energía y agua. El consumo de energía en producción de grandes series de piezas para la los procesos de transformación del plástico depende de construcción, a la vez que facilitan el ahorro de múltiples factores, entre los que se encuentran el tiempo energía por su bajo peso, sus grandes prestaciones para el secado del material, la complejidad del proceso y y su alto poder aislante. PVC y poliestireno. el tipo y la cantidad de equipos auxiliares necesarios. • Transporte y telecomunicaciones: La fabricación En Europa, el consumo de energía de la industria del de aviones, barcos, cohetes, trenes, motocicletas, plástico se cifra en nueve billones de euros. Existen globos, coches, bicicletas, teléfonos, antenas 27.000 empresas europeas que transforman 40 millones parabólicas, cámaras e incluso las nuevas redes de de toneladas de plástico, con un consumo medio de
  • 9. energía específica de 2.87 kW/kg de plástico transfor- En unidades monetarias el total de consumos energéticosmado y un coste medio de energía de 0,08 €/kW. es de 338.055.000 €. El gasto en energía eléctrica asciende a 260.062.000 €, seguido del gas con un coste total deSegún datos del Instituto Nacional de Estadística (INE, 33.268.000 €, gasóleo 20.780.000 €, otros consumos2006), en el sector del plástico, el tipo de energía más energéticos 10.697 .000 €, otros productos petrolíferosdemandado es la eléctrica, alcanzando un 77% sobre 9.747.000 € y por ultimo el fueloil con 3.501.000 €.todos los consumos energéticos de la industria. Noobstante, conviene aclarar que los porcentajes en Pero el consumo de energía no es solamente un problemademanda de energía dependen del producto que se económico para las empresas, sino que, además, reper-fabrique, existiendo diferencias dentro del sector. cute de manera negativa sobre el medio ambiente. La utilización de fuentes de energía y materias primas no renovables y las emisiones de CO2 generan un problemaFigura 3. Consumos energéticos del sector plástico. medioambiental que afecta al conjunto de la sociedad. Identificación de los procesos 1 10% Productos petrolíferos y tecnologías aplicadas 10% 3% Gas Otros La fabricación de los plásticos y sus manufacturados implica cuatro pasos básicos: 9 • Obtención de las materias primas. • Incorporación de los aditivos 77% Electricidad • Síntesis del polímero básico. Fuente: Instituto Nacional de Estadística. • Procesamiento del polímero.
  • 10. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) Figura 4. MONÓMETRO, COMONÓMERO, CATALIZADOR, DISOLVENTE... MATERIAS PRIMAS EFLUENTES GASEOSOS ENERGÍA POLIMERIZACIÓN AGUAS RESIDUALES AGUA ACABADOS RESIDUOS PROCESAMIENTO POLÍMERO10 líquidos inmiscibles y la polimerización tiene lugar en la 1.1. Materias primas en la elaboración interfase entre los dos líquidos. de plásticos Las materias primas utilizadas en la producción de 1.3. Incorporación de los aditivos plásticos han variado mucho a lo largo del tiempo. En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban con resinas de origen vegetal, como la celulosa (del Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para conse- algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites guir una propiedad determinada. Por ejemplo, los antioxi- (de semillas), derivados del almidón o el carbón. La dantes protegen el polímero de degradaciones químicas caseína de la leche era uno de los materiales no vege- causadas por el oxígeno o el ozono. De una forma pare- tales utilizados. En la actualidad, la mayoría de los cida, los estabilizadores ultravioleta lo protegen de la plásticos se elaboran con derivados del petróleo. Las intemperie. Los plastificantes producen un polímero materias primas derivadas del petróleo son baratas, más flexible, los lubricantes reducen la fricción y los pero dado que las existencias mundiales de petróleo pigmentos colorean los plásticos. Algunas sustancias tienen un límite, se están investigando otras fuentes ignífugas (sustancias combustibles ininflamables) y de materias primas. antiestáticas se utilizan también como aditivos. Muchos plásticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que implica la adición de algún material de 1.2. Síntesis del polímero refuerzo, normalmente fibras de vidrio o de carbono. Los materiales compuestos tienen la resistencia y la estabi- El primer paso en la fabricación de un plástico es la poli- lidad de los metales, pero por lo general son más ligeros. merización. Los dos métodos básicos de polimerización Las espumas plásticas, un material compuesto de plás- son las reacciones de condensación y las de adición, que tico y gas, proporcionan una masa de gran tamaño, pero pueden llevarse a cabo de varias formas. En la polimeri- muy ligera. zación en masa se polimeriza solo el monómero, por lo general en una fase gaseosa o líquida, si bien se realizan también algunas polimerizaciones en estado sólido. 1.4. Procesamiento del polímero Mediante la polimerización en disolución se forma una emulsión que seguidamente se coagula. En la polimeri- Las técnicas empleadas para conseguir la forma final y zación por interfase, los monómeros se disuelven en dos el acabado de los plásticos dependen de tres factores:
  • 11. tiempo, temperatura y fluencia (conocido como defor- • Inyección: proceso de soplado empleado cuandomación). La naturaleza de muchos de estos procesos es se desea producir recipientes de boca ancha.cíclica. • Mandril: parte central del dado.Una de las operaciones más comunes es la extrusión.Una máquina de extrusión consiste en un aparato • Matriz: dispositivo empleado en el moldeadoque bombea el plástico a través de un molde con la del plástico que contiene la forma del productoforma deseada. Los productos extrusionados, como deseado. Sinónimo de dado.los envases, tienen una sección llamada matriz con laforma del envase que se desea fabricar. Otros procesos • Párison: sinónimo de forma previa o preforma enutilizados son el moldeo por compresión, en el que la el proceso de soplado.presión fuerza al plástico a adoptar una forma concreta,y el moldeo por transferencia, en el que un pistón • Ramo: tipo de marcado que abarca la producciónintroduce el plástico fundido a presión en un molde. El de una empresa, conocido también como giro.calandrado es otra técnica mediante la cual se formanláminas de plástico. Algunos plásticos, y en particular • Soplado: proceso de soplado empleado paralos que tienen una elevada resistencia a la temperatura, producir recipientes de boca delgada.requieren procesos de fabricación especiales. • Torque: giro realizado bajo presión realizado porUna clasificación más específica de los procesos de trans- máquinas o estructuras. 11formación se basa en los cambios de estado que sufrenlos plásticos dentro de la maquinaria. Así, se distinguen: 1.4.1 Proceso de extrusión • Procesos primarios: el plástico es moldeado a través de un proceso térmico donde el material Es un proceso continuo, en el que la resina, fundida por pasa por el estado líquido y finalmente se solidi- la acción de temperatura y fricción, es forzada a pasar fica. Contempla los siguientes procedimientos: por un dado que le proporciona una forma definida y es extrusión, inyección, soplado, calandreo, inmer- enfriada finalmente para evitar deformaciones perma- sión y rotomoldeo. nentes. Se fabrican por este proceso: tubos, perfiles, pelí- culas, manguera, láminas, filamentos y pellets. Presenta • Procesos secundarios: utilizan medios mecá- alta productividad y es el proceso más importante de nicos o neumáticos para formar el artículo final obtención de formas plásticas en volúmenes de produc- sin pasar por la fusión del plástico. Consta de los ción elevados. Su operación es de las más sencillas, ya siguientes procesos de transformación: termofor- que una vez establecidas las condiciones de operación, mado, doblado, corte, torneado y barrenado. la producción continúa sin problemas siempre y cuando no exista un disturbio mayor. El coste de la maquinariaLos procesos más conocidos y utilizados en la trans- de extrusión es moderado, en comparación con otrosformación de los diferentes tipos de polímeros son: la procesos como inyección, soplado o calandreo, y conextrusión, moldeo por soplado y proceso por inyección. una buena flexibilidad para cambios de productos sin necesidad de hacer inversiones mayores.De cara a los procesos, conviene delimitar ciertosconceptos que intervienen: La restricción principal es que los productos obtenidos por extracción deben tener una sección transversal cons- • Dado: dispositivo empleado en el moldeado del tante en cualquier punto de su longitud (tubo, lámina) o plástico para darle una forma determinada de tubo. periódica (tubería corrugada), quedando excluidos todos Sinónimo de matriz. aquellos con formas irregulares o no uniformes. • Filete: dispositivo que recorre el husillo de un La mayor parte de los productos obtenidos de esta forma extremo a otro e impulsa la materia prima a través requieren de procesos posteriores con el fin de habilitar del extrusor. adecuadamente el artículo, como en el caso del sellado y cortado, para la obtención de bolsas a partir de película • Husillo: eje metálico central que contiene la mayor tubular o la formación de la unión o socket en el caso de tecnología dentro de una máquina de extrusión. tubería.
  • 12. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) En el mercado se pueden encontrar los siguientes • Para pelletización y fabricación de compuestos. productos transformados por el proceso de extrusión: Independientemente del tipo de extrusión que se quiera • Película tubular: bolsa, película plástica para uso analizar, todos guardan similitud hasta llegar al dado12 diverso, película para arropado de cultivos, bolsa extrusor. Básicamente, una extrusión consta de un eje para envase de alimentos y productos de alto metálico central con álabes helicoidales llamado husillo consumo. o tordillo, instalado dentro de un cilindro metálico reves- tido con una camisa de resistencias eléctricas. • Tubería: tubería para conducción de agua y drenaje, manguera para jardín y manguera para En un extremo del cilindro se encuentra un orificio de uso médico. entrada para la materia prima donde se instala una tolva de alimentación, generalmente de forma cónica; en ese • Recubrimiento: alambre para uso eléctrico y tele- mismo extremo se encuentra el sistema de acciona- fónico. miento del husillo, compuesto por un motor y un sistema de reducción de velocidad. En la punta del tornillo, se • Perfil: hojas para persiana, cerrajería de ventanas y ubica la salida del material y es el dado quien forma final- canales de flujo de agua. mente al plástico. • Lámina y película plana: rafia, manteles para 1.4.1.1. Equipos empleados mesa e individuales, cinta adhesiva. El proceso de extrusión utiliza electricidad para el motor, • Monofilamento: alfombras. para los auxiliares de la línea de extrusión y en los útiles generales tales como el agua de refrigeración, vapor La extrusión, por su versatilidad y amplia aplicación, o aire comprimido. Los equipos que intervienen en el suele dividirse en varios tipos, dependiendo de la forma proceso son los siguientes: del dado y de los productos extruidos, así la extrusión puede ser: • Tolva. Es un depósito de materia prima donde se colocan los pellets de material plástico para la • De tubo y perfil. alimentación continua del extrusor. Se utiliza para instalar de manera perfectamente concéntrica las • De película tubular. partes componentes del dado, lo cual es indispen- sable después de una labor de desensamble para • De lámina y película plana. su limpieza y mantenimiento. • Recubrimiento de cable. • Anillo de Enfriamiento. Lleva el material fundido al estado sólido; estabiliza la burbuja en diámetro • De monofilamento. y forma circular; reduce la altura de la burbuja;
  • 13. proporciona claridad a la película, deteniendo la • Embobinadores. Las unidades de embobinado de cristalización del polímero, y mejora la producti- película son dispositivos para la capacitación del vidad. material producido para suministrarlo a máquinas de procesado final como impresoras, corta- En el anillo de enfriamiento es importante controlar doras, selladoras, etc.. Pueden ser de contacto o el volumen, la velocidad y la dirección, así como centrales. la temperatura del aire. Los diseños de anillos de enfriamiento son variados, dependiendo del tipo de material que se vaya a procesar. Los diseños 1.4.2 Moldeo por soplado más complicados son los anillos con una y dos etapas de enfriamiento, que se eligen según los El moldeo por soplado es un proceso discontinuo de requerimientos de enfriamiento del proceso. producción de recipientes y artículos huecos. Durante el mismo una resina termoplástica es fundida, transfor- En la operación de equipos con enfriamiento mada en una preforma hueca y llevada a un molde final en interno, el área de contacto se duplica, permi- donde, por la introducción de aire a presión en su interior, tiendo aumentos de productividad del 30% se expande hasta tomar la forma del molde, finalmente al 59%, aunque presenta el inconveniente de es enfriada y expulsada como un artículo terminado. requerir un dado especial y un segundo compresor para abastecer el enfriamiento interno. Una Para la producción de la preforma se puede considerar la ventaja adicional en la circulación interna de aire mitad del proceso como conjunto utilizando el proceso de 13 es la reducción de la tendencia de la película a extrusión, permitiendo que el proceso de soplado se divida adherirse o bloquearse internamente, gracias a la en dos grupos distintos: inyección o soplado y extrusión. remoción de ciertos volátiles emitidos por el polí- mero caliente. Este proceso tiene la ventaja de ser el único para la producción de recipientes de boca angosta y, además,• Unidades de calibración. Las unidades de cali- los moldes requeridos no son muy costosos. También, bración son dispositivos que controlan el diámetro permite cambios en la producción con relativa sencillez. de la burbuja cuando se trabaja con la opción de enfriamiento interno. Estas unidades constan de Como restricciones del proceso se puede mencionar que pequeños rodillos soportados por ejes curvos se producen artículos huecos que requieren de grandes dispuestos alrededor de la burbuja y mantienen espacios de almacenaje y dificultan la comercialización a constantemente las dimensiones de ésta. Adicio- regiones que no estén próximas a la planta productora. Y nalmente, un censor de diámetro colocado justo que, además, en cada ciclo se obtiene material residual arriba de la línea de enfriamiento, manda una señal que debe ser molido y retornado al material virgen para para aumentar o reducir el volumen de aire; con su recuperación, lo que reduce la relación producto obte- ellos se puede lograr diferencia de ± 2 mm en el nido/material alimentado. diámetro. Respecto de las aplicaciones, prácticamente el moldeo• Unidad de tiro. Incluye un marco para el colapsa- de cualquier recipiente se puede lograr por medio del miento de la burbuja y un rodillo de presión y jalado proceso de soplado, siendo el único para la producción de de la película, que, al igual que el embobinador, recipientes de cuello angosto de alto consumo en indus- son partes que no influyen en la productividad de trias como la alimenticia, cosmética y química, aunque en una línea de extrusión, pero tienen influencia en la envases de cuello ancho, puede encontrar cierta compe- calidad de formado de la bobina de película. tencia en algunos otros procesos. El proceso se encuentra en franco crecimiento, bajo la necesidad de abastecer a• Rodillos de tiro. Influyen en la calidad de la pelí- un mercado de alimentos también en constante auge. cula final, ya que deben tirar uniformemente para no provocar variaciones en el espesor. La película Ejemplos de la diversidad de aplicaciones son: debe oprimirse con la firmeza necesaria para evitar la fuga de aire que pueda causar un descenso en el • Sector cosmético-farmacéutico diámetro final. Para el logro de esta última función, uno o ambos rodillos son de acero recubierto con - Envases de tratamiento tipo ampolletas. hule y uno de ellos está refrigerando. - Envases pequeños para muestras médicas.
  • 14. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) - Recipientes para medicamentos en pastillas. las dimensiones de espesor requeridas. La producción de - Recipientes para jarabes, soluciones y sus- esta preforma (párison) debe ser invariablemente vertical pensiones. y descendente, ya que no existe ninguna guía que pueda - Recipientes grandes para suero. ofrecerle alguna otra orientación, mientras que el tiempo - Recipientes para shampoo y cremas. empleado desde que comienza a salir del dado hasta que - Recipientes para lociones y perfumes. tiene la dimensión precisa para continuar con el ciclo está limitado al momento en que la primera porción de plás- • Sector de alimentos tico extruido se enfríe, perdiendo características para ser moldeado. Llegando a la longitud de preforma óptima, que - Botellas para aceite comestible. es ligeramente mayor a la longitud del molde que forma - Botellas para agua potable. la pieza final, entra en acción el mecanismo que cierra - Botellas para bebida carbonatadas con o sin las dos partes del molde para dejar confinado el párison retorno. (preforma) en éste. Durante su movimiento, el molde, - Botellas para bebidas alcohólicas. además, de rodear al párison, lo prensa por uno de sus - Envases pequeños para golosinas. extremos, provocando el sellado de las paredes del tubo, - Envases para bebidas refrescantes no carbo- debido a que el plástico se encuentra aún por encima de natadas. su temperatura de reblandecimiento. El diseño del molde - Envases para condimentos. puede incluso cortar el material sobrante por debajo de - Envases para bebidas en polvo. éste, formando así la característica línea o costura en la base de todo recipiente obtenido por extrusión-soplo.14 En cuanto al proceso en sí, para la obtención de artículos huecos por esta vía, la resina polimérica es alimentada en El otro extremo del párison permanece abierto, pues es la tolva de un extrusor, de ahí pasa al interior del cañón, necesario para las etapas posteriores. En la tercera fase se plastifica y homogeneiza por medio del husillo con los del proceso se introduce una boquilla por el extremo pigmentos y otros aditivos, siendo únicamente restringido abierto del molde y en el interior del párison se inyecta el uso de cargas o refuerzos, ya que estos últimos gene- aire a presión, obligando a la preforma a extenderse ralmente provocan la ruptura de las paredes del artículo hasta alcanzar las paredes del molde, donde se enfría y cuando está en la etapa de soplado. conserva la forma interior de éste. La boquilla de inyección del aire crea al mismo tiempo la estructura final de la boca El material ya homogéneo y completamente plastificado y cuello del recipiente. Es importante señalar que durante pasa al dado que, de manera similar a la extrusión de el proceso de expansión de la preforma hacia las paredes tubería, produce una preforma tubular con dimensiones del molde, el espesor de la pared sufre una reducción por de pared controladas para que la pieza final cumpla con el aumento del área superficial.
  • 15. En la última fase del ciclo de soplado, el molde se separa Finalmente, la última etapa del ciclo corresponde a laexponiendo al recipiente terminado a una temperatura expulsión de la pieza terminada con la apertura de losen que es estable dimensionalmente, para ser entonces moldes que dieron forma al cuerpo y cuello del recipienteexpulsado por su propio peso o por el aire a presión que y la salida del vástago central del interior del producto.aún se encuentra en su interior. 1.4.3.1. Equipos empleados 1.4.3 Proceso de inyección • Torre de refrigeración. Cede a la atmósfera el calor transportado por un caudal de agua que refri-Se utiliza cuando se quiere obtener recipientes de boca gera máquinas o procesos que desarrollan calor.ancha, con un cuerpo aún más ancho o de forma tal queno pueda obtenerse por un proceso simple de soplado. Está compuesta básicamente por un cuerpo deTambién es adecuado cuando la resina requerida para la contacto, agua, aire y los elementos auxiliaresobtención del recipiente tenga una fluidez y viscosidad necesarios para trasladar el aire y el agua a travésque no permitan la extrusión de una preforma o se tenga de ella. La torre de refrigeración es un dispositivomuchos problemas para su control. utilizado para disminuir la temperatura de un líquido, por lo general agua, al mantenerlo en contacto conEn esta variante del proceso de soplado, en la primera una corriente de aire, de manera que una pequeñaetapa la resina es alimentada a la tolva de una máquina parte se evapora y la mayor parte se enfría. Sede inyección, de donde pasa el cañón y por la acción del utilizan en instalaciones de aire acondicionado a 15husillo y de la resistencia calefactora es fundida, homo- gran escala y en otras muchas aplicaciones indus-geneizada y transportada hacia la punta de la unidad de triales, en este caso para la obtención de bote-inyección, quedando ahí acumulada temporalmente. llas de plástico por el proceso de soplado. Estas torres encarecen mucho el coste de las centrales,Al reunirse la cantidad de material suficiente para inyectar pero su uso se ha hecho necesario al comprobarla pieza y teniendo el molde listo para la recepción del el perjuicio ambiental que producen éstas en elmaterial, el husillo de la unidad de plastificación avanza, vertido de agua caliente a ríos y lagos.expulsando el material plastificado hacia la cavidad delmolde para producir la preforma, con un perfil de espe- El agua y el aire se ponen en contacto intensivo,sores que puede ser uniforme o variable dependiendo de para lo cual un ventilador aspira el aire a contra-la forma del artículo final. corriente del agua; como consecuencia una parte de ésta se evapora. El calor necesario para ello,El plástico inyectado es ligeramente enfriado para que aproximadamente 597 kcal por cada litro de agua,la preforma pierda fluidez y conserve un estado reblan- se toma del propio circuito produciendo así su refri-decido. En el momento que alcanza la temperatura geración. Para el enfriamiento se utiliza, además,adecuada, la parte del molde correspondiente al cuerpo la caída de temperatura entre el agua caliente y lade la preforma se aparta para ser sustituida por otro molde temperatura exterior del aire.que tiene la forma exterior del recipiente deseado. • Compresor. Para tener la presión de aire necesariaEn esta etapa, las partes del molde que formaron el cuello para el inflado del plástico se utiliza un compresory la parte interna de la preforma se conservan inmóviles. La de aire. El aire comprimido posee una gran energíapreforma, ubicada ahora en un molde de mayor volumen, potencial, ya que si eliminamos la presión exte-es expandida por la inyección de aire introducido por el rior, se expandiría rápidamente. El control de estavástago metálico central usado durante la inyección de fuerza expansiva proporciona la fuerza motriz deésta. La expansión implica una reducción en el espesor de muchas máquinas y herramientas, como martilloslas paredes del recipiente, de manera similar al proceso de neumáticos, taladradoras, limpiadoras de chorroextrusión soplo, pero, en este caso, la línea de costura en de arena y pistolas de pintura. En general, hayla base del producto no aparece, siendo reemplazada por dos tipos de compresores: alternativos y rota-una discreta prominencia que indica el punto de inyección torios. Para el caso de las pequeñas empresas,de la preforma. El plástico, ahora en contacto nuevamente se utiliza un compresor alternativo o de despla-con las paredes interiores del molde final, transfiere su zamiento, el cual se usa para generar presionescalor rápidamente hacia el metal, que a su vez es enfriado altas mediante un cilindro y un pistón. Cuando elcon fluidos refrigerantes. pistón se mueve hacia la derecha, el aire entra
  • 16. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) al cilindro por la válvula de admisión; cuando se 2.2. Procesamiento por soplado mueve hacia la izquierda, el aire se comprime y pasa a un depósito por un conducto muy fino. El aire, al comprimirlo, también se calienta. Las molé- Dentro de este proceso de tratamiento del plástico culas de aire chocan con más frecuencia unas con existen varios aspectos que influyen en el consumo otras si están más apretadas y la energía produ- energético de éste, identificarlas proporcionará la opor- cida por estas colisiones se manifiesta en forma tunidad de reducir el consumo y aumentar los benefi- de calor. Para evitar este calentamiento hay que cios. Tales aspectos son los siguientes: enfriar el aire con agua o aire frío antes de llevarlo al depósito. La producción de aire comprimido a • Temperatura del polímero fundido. alta presión sigue varias etapas de compresión; en cada cilindro se va comprimiendo más el aire y • Control del párison. se enfría entre etapa y etapa. • Cierre del molde. • Molino. Durante el proceso de fabricación de las botellas se generan ciertos excedentes que • Refrigeración del producto. quedan unidos a éstas, conocidas como rebabas, las cuales son cortadas y depositadas en un bulto • Desbarbado del producto. Eliminación de junto con las botellas que no cumplen con los rebabas. requisitos de calidad. Todo este plástico es repro-16 cesado para volver a usarse mediante un molino. • Aire comprimido como soporte del soplado y del párison. Este aparato recibe el plástico por la parte supe- rior, va cayendo poco a poco hasta llegar a su • Tiempo de funcionamiento de la máquina. centro, y consta de un espacio de aproximada- mente 10 dm3 con una pieza giratoria de acero • Refrigeración del producto. aleado que al girar rápidamente hace la función cuchilla, cortando el plástico en pequeños pedazos • Compresores y sistema de aire. listos para ser usados y procesados nuevamente. • Sistema de suministro de aire. Ineficiencias energéticas en 2 procesos y sistemas En estas etapas destaca el alto consumo de electricidad en los equipos y los requerimientos térmicos en las operaciones. Se examinan a continuación algunas de las ineficiencias manifestadas en los procesos descritos, como equipa- miento de aplicación susceptible de mejorar. 2.3. Procesamiento por inyección 2.1. Procesamiento por extrusión El uso de energía en el moldeo por inyección se puede ver como si tuviera lugar en dos fases: una demanda alta de energía en un corto espacio de tiempo entre que el polímero Los componentes principales responsables del consumo se inyecta y se expulsan las piezas, y una demanda baja en de energía en el proceso de extrusión son los motores, un tiempo más prolongado mientras se enfría la pieza. los calentadores, los sistemas de refrigeración y los sistemas de iluminación. La energía se requiere, no solo para fundir el polímero y volverlo a enfriar, sino para generar la presión necesaria En cualquier proceso de extrusión, la eficiencia del para introducir el polímero en el molde. La energía se husillo es esencial para obtener la máxima produc- utiliza, además, para abrir, cerrar y mantener el molde ción, así como para mantener un buen producto. La bajo presión mientras se forma y enfría la pieza. mayor parte de la energía usada durante este proceso se relaciona directamente con el funcionamiento de El siguiente gráfico muestra la participación de los diferentes la extrusora. aportes energéticos en el procesamiento por inyección.
  • 17. Figura 5. Ejemplo del consumo de energía en una planta de inyección (%). Maquinaria Iluminación Torre de refrigeración Trituradores Otros 0 20 40 60 80 100 Fuente: Reducción de Eneergía en la Industria del Plástico (Recipe). 17 materia prima; como disolvente, y como parte constitu- 2.4. Ineficiencias en el consumo de agua tiva del propio producto. El agua puede provenir tanto de redes de suministro de agua potable como de capta-El agua se presenta como otro de los consumos impor- ciones propias (pozos, sondeos o tomas de aguas super-tantes a la hora de producir materiales plásticos. El agua ficiales). En la tabla siguiente se recogen las principaleses utilizada por la industria de diferentes maneras: para redes de suministro que proporcionan agua a la industrialimpiar, calentar y enfriar; para generar vapor; como manufacturera.Tabla 2. Agua utilizada por la industria manufacturera (año 2005). Actividades económicas Redes de suministro Captación propia Industria de alimentación, bebidas y tabaco 73.154 124.204 Industria textil y de la confección, cuero y calzado 15.283 119.267 Industria de la madera y el corcho 2.458 23.146 Industria del papel, edición y artes gráficas 15.390 273.026 Refino del petróleo y tratamiento 50.354 20.087 de combustibles nucleares Industria química 87.481 428.974 Industria de la transformación del caucho 52.164 31.433 y materias plásticas Industria de otro productos minerales no metálicos 32.154 38.637 Metalurgia y fabricación de productos metálicos 41.680 179.437 Industria de la construcción de maquinaria 11.982 2.703 y equipo mecánico Industria de material y equipo eléctrico, 12.154 2.349 electrónico y óptico Fabricación de material de transporte 36.541 12.106 Industrias manufactureras diversas 11.154 74.629 TOTAL SUMINISTROS 441.949 1.329.998 Fuente: INE.
  • 18. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) • Sistemas de iluminación. La iluminación en las 2.5. Sistemas implicados instalaciones industriales es un tema complejo debido a la gran diversidad de equipos disponibles • Motores eléctricos. Los motores son grandes en el mercado, sus aplicaciones y las diferencias consumidores de energía, contabilizando más de individuales de percepción. dos tercios de la energía usada en la industria. Por tanto, las ineficiencias en estos sistemas tienen Desde un punto de vista energético, el gasto en una elevada repercusión en los costes energéticos. iluminación puede representar un porcentaje muy elevado de la factura energética, llegando a La eficiencia de los motores se puede ver redu- superar en muchos casos el 10% en instalaciones cida por el número de horas de funcionamiento, industriales y el 50% en oficinas. la antigüedad de la máquina y por condiciones climatológicas extremas de funcionamiento. En • Medidas de acondicionamiento de edificios. La estos casos, se puede medir su rendimiento energía que se utiliza para el acondicionamiento actual a través de los analizadores de redes que de edificios tiene como objetivo mantener la nos permiten obtener el voltaje, la intensidad y el temperatura en los niveles adecuados para tener factor de potencia. una sensación de confort (mediante sistemas de calefacción y aire acondicionado) y para mantener Los motores, generalmente, están en su máxima unos niveles de renovación de aire adecuados eficiencia cuando su carga es igual o ligeramente (mediante sistemas de ventilación).18 superior a la capacidad establecida. Si el extrusor es más grande de lo necesario, el motor no alcan- Un sistema perfecto para el acondicionamiento de zará la carga establecida y no funcionará en su edificios supondría que, una vez alcanzada la tempe- punto óptimo de eficiencia. ratura deseada en su interior, no habría que realizar ningún otro aporte energético para mantenerlo. • Compresores. Para tener la presión de aire necesaria para el inflado del plástico se utiliza un Sin embargo, incluso en el mejor de los casos, la compresor de aire, que disminuye el volumen de mayoría de los edificios tienen pérdidas de calor una determinada cantidad de aire y aumenta su hacia el exterior, lo que hace que deba realizarse presión por procedimientos mecánicos. un aporte continuo de energía para compensarlas. Cuanto menores sean esas pérdidas, menor gasto El aire comprimido posee una gran energía poten- energético se realizará. En muchas ocasiones, la cial, ya que si elimináramos la presión exterior, se factura energética del acondicionamiento es muy expandiría rápidamente. El control de esta fuerza elevada, sin que las empresas tengan conciencia expansiva proporciona la fuerza motriz de muchas clara de ello. De hecho, suele ser uno de los máquinas y herramientas, como martillos neumá- puntos que más oportunidades ofrece a la mejora ticos, taladradoras, limpiadoras de chorro de arena de la eficiencia energética. y pistolas de pintura. • Hornos y secaderos. Los secaderos son equipos de • Equipos de aire comprimido. La producción de intercambio en los que un agente secante absorbe aire a presión en la industria es un proceso muy caro la humedad del producto a secar. El agente secante desde un punto de vista energético, ya que gran suele ser o aire caliente cuya temperatura se ha parte de la energía consumida por el compresor se elevado gracias a la combustión de un fuel o directa- pierde en forma de calor. Una mala utilización de mente los gases producto de la combustión. este servicio o un mal mantenimiento de la insta- lación (sobre todo en lo que concierne a la detec- • Calderas. Las calderas son los equipos más ción de fugas) suponen un despilfarro energético (y, empleados para el aprovechamiento energético de por supuesto, económico). El caudal de calor que los combustibles. A diferencia de los equipos eléc- se elimina en el compresor puede emplearse como tricos, son sistemas que no suelen tener eficien- una corriente residual de baja temperatura, bien cias térmicas muy elevadas. En estos casos, las para sistemas de calefacción, para el precalenta- ineficiencias mayores se producen por malas condi- miento del aire de alimentación a calderas o para su ciones de funcionamiento y por un mantenimiento utilización como foco frío en una bomba de calor. inadecuado de las mismas.
  • 19. • Torres de refrigeración. El rendimiento de una rendimientos energéticos, lo cual puede suponer ahorros torre de refrigeración depende, principalmente, de combustible entre el 1% y el 4% de media en las de la superficie de intercambio de calor que se instalaciones, si bien pueden darse casos de ahorro muy ha montado, de la buena distribución del agua, superiores. de la cantidad de aire aspirado y del estado del aire exterior. La diferencia entre la tempera- tura de agua fría deseada y la temperatura del 3.1. Motores eléctricos termómetro húmedo (llamada distancia límite de enfriamiento) es significativa para el tamaño de la Para mejorar la eficiencia en los motores eléctricos se torre. Cuanto mayor sea dicha distancia límite de deben tener en cuenta los siguientes aspectos: enfriamiento, más pequeña se hace la torre y, por consiguiente, más económica. La distancia límite • Revisión y optimización de los procesos indus- debe ser, como mínimo, de 3 ºC - 4 ºC. triales: un correcto programa de mantención preventiva es de gran ayuda, ya que cada vez que un motor eléctrico sale a reacondicionamiento general, Mejoras tecnológicas y en proceso3 que favorezcan la eficiencia energética su eficiencia global baja en alrededor de un 2%. • Sustitución de motores antiguos por otros másUn aspecto de vital importancia para el ahorro energético eficientes. Los nuevos motores que se comer-es el conocimiento del funcionamiento y características cializan actualmente son más eficientes que los 19de los equipos productivos por parte del personal que antiguos y demandan menos energía, lo que selos va a utilizar, para evitar que la maquinaria funcione traduce en ahorros de energía eléctrica. Estosdurante más tiempo del necesario y en condiciones no motores producen la misma potencia mecánicaóptimas. Por otro lado, es crucial para alcanzar un mejor que los motores estándar con un menor consumoaprovechamiento de los equipos, y consecuentemente eléctrico, llegando a reducir las pérdidas energé-un ahorro energético, el mantenimiento y limpieza de los ticas en un 45%, teniendo una vida útil mayor yequipos. El correcto mantenimiento y limpieza de piezas operando a temperaturas más bajas por la incorpo-esenciales en el desarrollo de la cadena de valor, como ración de ventiladores y sistemas de enfriamientocalderas, hornos, secaderos, etc., evita la acumulación más eficientes. Adicionalmente, utilizan diseños yde depósitos de hollín en la maquinaria, optimizando los materiales aislantes de mayor calidad.
  • 20. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) • Dimensionamiento adecuado: Es recomendable Por último, la tecnología LED presenta importantes no utilizar maquinaria sobredimensionada. Como ventajas frente a las dos anteriores, como son: norma general se recomienda que la potencia ahorros de energía eléctrica y en mantenimiento y nominal esté sobredimensionada del 5% al 15% reposición, así como en emisiones de CO2. respecto a la potencia necesaria para el proceso productivo en la que se emplea. • Siempre que sea posible es conveniente la utili- zación de la luz natural, para lo que se pueden • Arranque de motores. Para evitar las sobreinten- colocar claraboyas en las instalaciones. sidades eléctricas y los sobreesfuerzos mecánicos se han desarrollado dispositivos de arranque suave. • Es posible además de mejorar la utilización de la Estos permiten ajustar en incrementos pequeños iluminación a través de detectores de presencia de los esfuerzos mecánicos y la corriente utilizada en luz natural. el arranque. 3.3. Compresores y sistemas de aire 3.2. Sistemas de iluminación Se estima que aproximadamente el 60% del coste ener- Una adecuada iluminación es muy importante para garan- gético para el proceso de estirado-soplado se puede atri- tizar el confort de las personas y está relacionada con buir al sistema de aire comprimido. Un uso eficiente de20 aspectos motivacionales y de seguridad en el trabajo. estos sistemas depende de tres factores: Por tanto, además del ahorro energético que se pueda conseguir es importante no olvidar que la iluminación del • Seleccionar el tipo y el tamaño correctos del compresor entorno de trabajo debe ser el adecuado para las activi- o de la bomba para igualar los niveles de uso. dades a las que se dedican. • Trabajar a la presión adecuada para una producción • En el mercado existen diversidad de lámparas; correcta. incandescentes, de descarga y LED o lámparas de diodo. Las lámparas incandescentes son las de • Establecer procedimientos rigurosos de manteni- menor rendimiento debido a que gran parte de la miento para reducir al mínimo los escapes. energía que consumen se convierte en calor. Las de descarga requieren para su correcto funciona- Los sistemas de control avanzados permiten que los miento la incorporación de cebadores y balastos. compresores se pueden localizar en diversas zonas del
  • 21. circuito y conectarse desde un interruptor central. Éste equipos de combustión es posible acoplar un recu-es un método para controlar sistemas de aire compri- perador de calor de los gases de combustión paramido más económico y eficiente energéticamente que precalentar el aire de entrada a los quemadorestrabajar con un solo compresor grande durante largos e incluso dotarlos de quemadores especiales queperiodos de tiempo. permitan integrar esta recuperación de calor. En cuanto a los equipos eléctricos, se puede recu- perar, por ejemplo, la energía del agua de refri- 3.4. Hornos y secaderos geración de hornos de inducción. Mediante un sistema de intercambiadores de calor y ajustando la temperatura de salida del agua se puede conse-El procesado de plásticos a altas temperaturas implica guir una recuperación de energía de hasta el 12%necesariamente un precalentamiento y un gran aporte de la energía disipada.de calor para conseguir que los componentes claveestén a la temperatura requerida antes de que el proceso • Regulación de temperatura. Un buen sistema decomience. Además, el periodo de preparación es, a regulación de temperatura en el interior de los equiposmenudo, más largo que el necesario para cerciorarse de asegura un consumo energético ajustado a las nece-que las temperaturas sean aceptables. La introducción sidades del proceso. En este sentido, se ha producidode medidas que permitan una mayor eficiencia ener- un enorme avance gracias al desarrollo de las aplica-gética de los equipos que intervienen en los diferentes ciones electrónicas de control de temperatura.procesos productivos del plástico depende, en gran 21medida, de las características de las materias primas quese consuman en el proceso de elaboración, así como de 3.5. Sistemas de calefacciónlas condiciones de tratamiento de esas materias primas.No obstante, existen aspectos, que independientementedel proceso productivo que se aplique, se deben tener La calefacción puede ser una parte significativa de losen cuenta para conseguir que los equipos funcionen de consumos energéticos, aunque se pueden conseguirforma eficiente: ahorros de hasta un 10% mejorando el aislamiento e instalando calderas eficientes. No obstante, otras • Aislamiento de hornos y secaderos. La dife- mejoras que pueden introducirse en los equipos afecta- rencia de temperatura entre el interior del horno y rían al tratamiento de combustibles y fluidos térmicos, el ambiente determina las pérdidas de energía por se incluyen las siguientes: conducción. Por ello, la calidad del aislamiento ha de ser mayor cuanto más elevada sea la tempera- • Conexión de la caldera. Es recomendable tura interior de trabajo del equipo. Los defectos de conectar las calderas lentamente, y nunca inyectar aislamiento son un importante foco de pérdidas. agua fría a un sistema caliente, ya que los cambios Conviene, por tanto, revisar periódicamente el bruscos de temperatura pueden dañar la caldera. estado de la capa aislante y hacer mediciones de la temperatura superficial de las paredes para • Operación de la caldera. Hacer operar a la caldera asegurar que las pérdidas por este concepto se en condiciones normales o máximas, según mantienen dentro de un margen aceptable. la carga demandada por el proceso. Con esta medida evitamos que la caldera opere en exceso y • Régimen de funcionamiento. El modo carga y consuma energía de forma innecesaria. descarga de los equipos, así como el tiempo entre tratamientos sucesivos, influyen en las pérdidas de • Sistema de combustible. Asegurar que el calor a través de puertas y aberturas. En equipos sistema de combustible funciona correctamente y discontinuos, la apertura de puertas conlleva el sin fugas. Purgar las calderas antes de encender el escape de cierta cantidad de aire caliente de su quemador, para prevenir explosiones en ellas. interior que es necesario calentar posteriormente. En los hornos continuos estas pérdidas son infe- • Relación aire/combustible. Verificar por parte del riores y son más adecuados cuando se procesan técnico de mantenimiento la relación aire/combus- cantidades elevadas de producto. tible manteniendo los quemadores bien ajustados y limpios. Con esta medida se consigue una combus- • Sistemas de recuperación de energía. En los tión más eficiente y un menor consumo de combus-
  • 22. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) tible. Para monitorizar este aspecto se puede llevar • Recuperación de condensados de vapor: a cabo análisis de los gases de escape. Existen instalaciones en que se evacúa sin apro- vechar la totalidad de la mezcla de condensado • Alimentación del agua. Cuidar extremadamente y vapor de expansión. En general, sólo se suele el sistema de alimentación de agua de la caldera, aprovechar un máximo del 75% de la energía encargado de bombear la alimentada en el sistema contenida en el vapor, mientras el 25% restante de vapor hasta la caldera. Si renovamos el aceite está contenido en el condensado evacuado. Por de los elementos de la bomba de agua, manten- consiguiente, el objetivo es evitar las pérdidas dremos un buen funcionamiento. de energía. Otro parámetro básico para mini- mizar las pérdidas por condensados es reducir su • Aislamiento. Revisar la temperatura superficial de caudal de origen: los purgadores son elementos las paredes de los equipos y verificar el estado de mecánicos que pueden fallar y dejar pasar vapor su aislamiento. Una temperatura superficial supe- que se pierde en el circuito de condensados. Un rior a los 35 ºC es inadecuada por motivos de segu- correcto diseño, elección de tipo, inventariado ridad (quemaduras) y por las elevadas pérdidas y revisión periódica de los purgadores ayudará energéticas que supone. enormemente a reducir el consumo de vapor notablemente; asimismo, dispositivos como • Controladores de velocidad. Usar dispositivos estaciones de comprobación y colectores de controladores de velocidad en los motores de las retorno de condensados facilitan la labor de revi- bombas de agua de alimentación. Esto permite sión y/o modificación. La consideración de la red22 variar la frecuencia de la alimentación al motor de purgadores como equipos de instrumentación y, por lo tanto, modificar su velocidad para adap- de la planta, en lugar de parte de la red de tube- tarla al caudal de agua adecuado a la demanda del rías, permite aplicar criterios más estrictos para proceso al que abastece. evaluar su operación. Cabe indicar también que la tecnología de fabricación de estos dispositivos ha evolucionado notablemente en los últimos años. 3.5.1 Líneas de vapor y condensados • Mejora del aislamiento de las tuberías: Permite De igual forma deben optimizarse las líneas de vapor y minimizar el calor que se pierde durante el trans- condensados, teniendo en cuenta aspectos como: porte de calor. • Reducción de la presión del vapor: Un aspecto importante a controlar es la presión del vapor. A 3.5.2 Análisis de combustión de equipos cada presión de vapor corresponde una determi- nada temperatura de vapor saturado o húmedo. Todo programa de mejora energética debe tener entre Cuanto mayor es la presión mayor será la tempe- sus objetivos el aumento de la eficiencia de los equipos ratura. Los cambiadores de calor suelen diseñarse de combustión tanto en lo relativo a la reducción de la de manera que sólo se transmite el calor latente temperatura de la salida de humos como a la reducción del vapor. Para calcular la superficie de caldeo del exceso de aire. es preciso que exista un gradiente de tempera- turas entre el vapor y el producto. Si el gradiente Según las diversas normativas legales existentes, es de temperaturas es alto, la superficie de caldeo obligatorio realizar análisis de la combustión en los puede ser reducida. A menudo se parte de este generadores de calor (calderas, hornos). Estos análisis planteamiento, pero en otros casos la presión de son fundamentales a la hora de conocer el estado vapor viene prefijada, y toda reducción supone un y el funcionamiento de los equipos con el objeto gasto. También el calor latente (calor de evapora- de encontrar acciones que permitan optimizar los ción o de condensación) del vapor depende de sistemas de combustión y, por tanto, obtener ahorros, la presión. Cuanto menor sea ésta, tanto mayor tanto en términos energéticos como económicos. será el calor. Por tanto, si se utiliza vapor a baja Los análisis de los gases de combustión permiten presión se aprovecha más energía en el intercam- calcular el rendimiento energético de la com bustión. biador que con vapor a alta presión, siempre que Los parámetros que se tienen en cuenta suelen ser la presión alcance un nivel mínimo para asegurar el el exceso de aire y el contenido de ciertos gases retorno del condensado sin problemas. (O2, CO2 y CO).
  • 23. Con la medición de los parámetros anteriormente • Quemador que actúa en periodos de tiempo cortos mencionados se pueden detectar problemas o ineficien- o mal regulado.cias que disminuyan el rendimiento de la combustión. 23Así, las temperaturas de humos altas pueden deberse a • Boquilla de pulverización deteriorada, sucia o inco-alguno de los siguientes aspectos: rrectamente seleccionada. • Exceso de tiro que disminuya el tiempo de contacto • Defectos de distribución de aire (defectos en el de los gases con las superficies de intercambio. ventilador y conductos de aire). • Suciedad en las superficies de intercambio de • Mala atomización. calor que dificulten dicho intercambio. • El quemador no es apropiado para el combustible • Deterioro de la cámara de combustión. utilizado. • Equipo de combustión desajustado. • Presión del combustible incorrecta. • Cámara de combustión mal diseñada. La salida de humos opacos se suelen producir por: • Recorrido insuficiente de los humos. • Mal diseño o ajuste incorrecto de la cámara de combustión. • Exceso de combustión. • Llama que incide en superficies frías.Una baja proporción de CO2 puede deberse a: • Mal funcionamiento del quemador. • Exceso de aire. • Tiro insuficiente. • Acusado defecto de aire. • Mezcla no homogénea de combustible y aire. • Falta de estanqueidad en la cámara de combustión Mal suministro de combustible. (filtraciones de aire). • Boquilla defectuosa o inadecuada. • Mal funcionamiento del regulador de tiro. • Filtraciones de aire. • Cámara de combustión defectuosa. • Relación aire/combustible inadecuada. • Llama desajustada.
  • 24. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) • Hogar defectuoso. 3.7. Aislamiento de redes de distribución • Regulador de tiro mal ajustado. Las tuberías de vapor, válvulas y cambiadores de calor deben tener el más correcto aislamiento posible para 3.5.3 Sustitución de combustibles evitar pérdidas de calor por radiación y convección, máxime cuando el aislamiento figura entre los métodos La sustitución de productos petrolíferos (fuelóleo, coke) más eficaces de ahorro energético. por gas natural supone, además de una notable reduc- ción de emisiones de CO2 y contaminantes, una mejora Es conveniente seguir las siguientes pautas de mante- significativa del rendimiento de combustión. nimiento y revisión de los elementos que configuran los sistemas de distribución: Los gases producidos por este tipo de combustibles no pueden enfriarse por debajo de 175 ºC - 200 ºC, en • Tuberías calorifugadas. Asegurar que las pérdidas función de su contenido en azufre. Sin embargo, en la de calor de las tuberías sean lo más pequeñas combustión del gas natural puede bajarse sin riesgo esta posibles, comprobando que se encuentren calo- temperatura hasta los 120 ºC -130 ºC, lo que supone un rifugadas y que su aislamiento está en perfecto mayor aprovechamiento del poder calorífico contenido. estado. Con esto podemos reducir las pérdidas a Además, combustibles como el fuelóleo requieren una 0,5 kg/m2h - 1 kg/m2h. importante cantidad de energía para su trasvase y preca-24 lentamiento hasta las condiciones de utilización. • Evitar fugas. Evitar pérdidas de energía por fugas de vapor. Todas las fugas de vapor se repararán tan Finalmente hay que considerar la posibilidad de emplear pronto como sea posible para no mantener una la biomasa como combustible. fuga de vapor hasta que la instalación pare. Una fuga puede suponer pérdidas de calor, por lo que se encarece el coste energético. 3.6. Uso eficiente del agua • Inspección de las líneas de vapor. Realizar, al menos una vez por año, una inspección de Como hemos señalado anteriormente, el agua se las líneas de vapor, identificando el daño físico, presenta como una materia prima muy utilizada a la par grietas; bandas y cintas de sujeción rotas; juntas que imprescindible en el proceso de fabricación de toda rotas o dañadas, y/o cubiertas dañadas. Con esta variedad de plásticos. Por ello, es conveniente realizar un medida mantenemos un adecuado rendimiento de análisis de la calidad del agua. Algunos procedimientos la caldera. empleados son los siguientes: Un aislamiento de espesor óptimo para disminuir las • El control de agua bruta se realiza con el fin de pérdidas por las paredes reduce éstas al 2% - 3% de adecuar el proceso de tratamiento del agua a sus las que se producirían sin aislamiento. La instalación características. Cuanta mayor sea la calidad del de aislamiento de espesor óptimo es una buena prác- agua, menores serán los costes de tratamiento. tica energética y la amortización se realiza en plazos muy cortos, del orden de semanas. Cuanto mayor sea • Si observamos que los datos obtenidos del análisis el espesor del aislamiento, mayor será su coste, pero de agua de alimentación no corresponden a valores disminuirá el valor de las pérdidas. Hay que buscar, por adecuados, puede que sea necesaria la corrección tanto, aquel espesor que haga mínimo el coste total del tratamiento de agua a fin de evitar incrusta- de la instalación, ya que un aumento del coste en el ciones calcáreas y purgas excesivas. aislamiento por encima del valor óptimo puede no quedar justificado por la disminución de pérdidas que • Si los parámetros medidos del agua del inte- se pueden conseguir se pueden aislar y tapar depósitos rior de los equipos no son los adecuados, es abiertos para disminuir las pérdidas de calor a través de necesario actuar sobre el tratamiento del agua la superficie libre de líquidos calientes, cubriéndolas con o sobre el sistema de purgas de la caldera para tapas o, si no es posible, disponiendo bolas flotantes evitar problemas de seguridad y calidad del de polipropileno (se reducen las pérdidas hasta en vapor. un 80%).
  • 25. 3.8. Reducción del consumo de energía 3.9. Otros sistemas de ahorro de energía en el procesoEn cualquier proceso de extrusión, la eficiencia del husillo 3.9.1 Refrigeración librees esencial para obtener la máxima producción, así comopara mantener un buen producto. La mayor parte de la Estos sistemas se activan cuando la temperatura ambienteenergía usada durante el proceso se relaciona directa- cae 1 ºC por debajo de la temperatura del agua de retorno.mente con el funcionamiento de la extrusora. Antes de llegar al refrigerador, el agua de retorno se desvía automáticamente al refrigerador libre. Esto prerrefrigera el • Es conveniente optimizar y controlar la cantidad agua, reduce la carga en el refrigerado y la energía consu- de agua y la temperatura en la zona de alimen- mida por los compresores. Cuanto más cae la tempera- tación de la extrusora para obtener la máxima tura ambiente por debajo de la temperatura del agua de eficacia. retorno, mayor es el efecto de la refrigeración libre. Estos sistemas suelen tener un retorno de la inversión muy • Asegurarse que el husillo está convenientemente rápida y el ahorro de energía es elevado. aislado. • Dimensionamiento y control del motor eléctrico 3.9.2 Camisas aislantes en el husillo para ajustar el esfuerzo de torsión requerido por el 25 husillo. Las camisas aislantes en el husillo son un método econó- mico para reducir el consumo de energía y disminuir el • En la calefacción de boquilla se pueden conseguir coste de los elementos de calefacción aproximadamente ahorros de energía fijando la temperatura de la un 50%. Trabajan como el revestimiento termoaislante boquilla, lo más baja posible, pero asegurando que de un termo de agua caliente, reflejando el calor. el flujo de material fundido es uniforme. • Comprobación que la presión esté fijada en el 3.9.3 ‘Conformal cooling’ mínimo en el suministro de aire comprimido. En el procesamiento por inyección, el calor del material • Utilización del “enfriado libre” siempre que sea fundido debe ser eliminado de la cavidad del molde para posible. que la pieza solidifique y pueda ser expulsada. El tiempo necesario para moldear una pieza viene definido por la velo- • El dimensionamiento de los motores de ventila- cidad de apertura y cierre del molde. Generalmente, la parte ción, bobinado y otros deben ser adecuados a la más larga del ciclo es la fase de enfriamiento y es donde el capacidad de la extrusora. conformal cooling puede establecer mejoras importantes. • Mantener una buena ventilación en la parte alta El método tradicional para refrigerar moldes consiste en para la refrigeración del ventilador. establecer canales interiores en el molde y hacer circular agua por ellos. El conformal cooling es la capacidad de • Optimizar el sistema de circulación de agua en crear canales en el molde que sigan los contornos de la los rodillos en el proceso de calentamiento-enfria- cavidad de la pieza. El objetivo es enfriar la pieza rápida miento. y uniformemente, y la reducción del tiempo de enfria- miento obtenida respecto al método convencional puede • Se debe controlar la temperatura de agua para ser del 20% - 50%. Además, una reducción del tiempo enfriamiento del perfil para asegurar que no se de ciclo y de los niveles de residuos da lugar a una reduc- está enfriando más de lo necesario. ción significativa del coste. • Siempre que sea posible se deben desconectar los calentadores y los ventiladores. 3.9.4 Motores hidráulicos • Es recomendable el uso de los ventiladores para Las máquinas de inyección hidráulicas utilizan menos eliminar el agua en lugar de aire comprimido. energía para el funcionamiento básico de la máquina que
  • 26. Manual de eficiencia energética para pymes Fabricación de productos de plástico (CNAE 22.2) la máquina hidráulica equivalente, ya que las máquinas • Instituto Nacional de Estadística (INE). eléctricas utilizan energía sólo cuando se requiere movi- miento. Además de ahorros de energía, consiguen una • Disminución de costes energéticos en la eficiencia más alta del sistema y lo más importante, alta empresa. Fundación Confemental. repetibilidad de todos los movimientos de la máquina. En comparación con las máquinas hidráulicas, las eléc- • Guía de ahorro energético en instalaciones tricas tienen la delantera especialmente en aplica- industriales. Comunidad de Madrid. ciones rápidas. Por ejemplo, cuando se requiere de un disparo rápido de inyección para la fabricación de piezas • Diagnóstico energético en plásticos Gamoz. de paredes delgadas, con alta resistencia y aspecto Pesic. atractivo. • Plan de ahorro y eficiencia energético. Sociedad para el Desarrollo Energético de Andalucía. 3.9.5 Curado de tintas ultravioleta en atmósfera de nitrógeno • Observatorio del Plástico (www.observatorioplastico.com). La tecnología ultravioleta permite una mayor produc- tividad y elimina la contaminación por ozono, además • Revista de la Asociación Valenciana de de conseguir en el aspecto de calidad superficies Empresarios de Plásticos (www.avep.es). más brillantes, mayor resistencia química y a la abra-26 sión, y obertura sin olores. • Programa enerpyme (www.enerpyme.es). • Observatorio Industrial Sector Químico: 4 Bibliografía (www.mityc.es/Observatorios/Observatorios/ SectorQuimico). • Energía en el procesado de plásticos. Informe euRecipe (2006). • Asociación Española de Industriales de Plásticos (Anaip) (www.anaip.es). • Mejores técnicas disponibles en la producción de polímeros. Comisión Europea (2007). • Artículos varios de web del sector (www.plast21.com). • Manual de eficiencia energética 2007. Eficiencia y ahorro energético en la Industria. Gas Natural Fenosa.
  • 27. 12 Fabricación de productos de plástico Daniel Blázquez Marta Del OlMO Colaboradores de EOI Obra realizada por:Con la colaboración del Centro de Eficiencia Energética de: © EOI Escuela de Negocios © Centro de Eficiencia Energética de Gas Natural Fenosa Reservados todos los derechos Edita: Gas Natural Fenosa Diseño y maquetación: Global Diseña Impresión: División de Impresión Impreso en papel ecológico y libre de cloro.
  • 28. www.empresaeficiente.com www.gasnaturalfenosa.es