I costi energetici rappresentano uno dei costi operativi più importanti in qualsiasi ambiente produttivo. Per le aziende che producono in serie piatti di carta, vassoi o imballaggi in pasta di cellulosa-imballaggi stampati, le opzioni di trasmissione-in particolare se implementare o meno unmacchina per la produzione di piatti di carta con servomotori completiconfigurazione-può fare una differenza misurabile nelle bollette elettriche mensili. Ma quanto sono realmente efficienti dal punto di vista energetico-le macchine per la produzione di lastre di carta dotate di servomotore? E come si confrontano con le alternative convenzionali?
In questo articolo vengono discussi in dettaglio i fattori meccanici, numerici e pratici che determinano le prestazioni energetiche nella produzione di lastre di carta.
Cosa significa effettivamente "Full Servo" in questo contesto
Il termine completamente servo indica macchine in cui tutti gli assi principali di movimento-inclusi la corsa principale della pressa, il meccanismo di alimentazione e il sistema di espulsione-sono azionati damacchina per la produzione di piatti di carta con servomotori completitecnologia, piuttosto che i tradizionali motori a induzione o attuatori pneumatici.
Un servomotore è un motore-a circuito chiuso che riceve feedback da un encoder e regola continuamente velocità, coppia e posizione in tempo reale. Questo è fondamentalmente diverso da un motore a induzione CA convenzionale, che funziona a una velocità fissa indipendentemente dal fatto che in quel momento sia effettivamente necessaria la piena potenza.
In una macchina completamente servoassistita per lastre di carta, il servosistema assorbe corrente solo in proporzione al carico meccanico effettivo in ciascuna fase del ciclo. Durante la fase di sosta - quando lo stampo mantiene la posizione - il motore non richiede quasi nulla. Durante la corsa di pressatura accelera. Questa corrispondenza dinamica del carico-è il fondamento dell'efficienza energetica del servo.
Il confronto energetico: servo e sistemi di azionamento convenzionali
Per comprendere il divario di efficienza, basta guardare agli sprechi delle macchine tradizionali.
I tradizionali piatti di carta sono tipicamente configurati con i seguenti driver:
Motore a induzione CA + volano + frizione/freno: il motore funziona continuamente alla massima velocità e il volano immagazzina energia cinetica. Una frizione si innesta per azionare la corsa della pressa. L'energia viene costantemente consumata anche quando non avviene alcuna formazione.
Centralina idraulica: una pompa idraulica azionata da un motore a induzione che funziona continuamente per mantenere la pressione del sistema. Se la pressa è al minimo o in attesa tra un ciclo e l'altro, la pompa sta ancora facendo circolare l'olio e consumando energia.
Sistemi pneumatici: il compressore d'aria funziona quasi ininterrottamente, a causa delle perdite di compressione e delle perdite, l'efficienza dei sistemi pneumatici è già molto bassa.
In tutti e tre i casi, il consumo energetico è ampiamente disaccoppiato dalla domanda di produzione reale. La macchina raggiunge quasi la-piena potenza indipendentemente dal fatto che sia a metà-corsa o in attesa dell'alimentazione del pezzo grezzo successivo.
I servosistemi completi eliminano questi sprechi. I dati di settore e i test sulle apparecchiature mostrano costantemente che le macchine completamente servoassistite per piatti di carta consumano dal 30% al 60% in meno di elettricità rispetto alle macchine idrauliche o meccaniche a volano-equivalenti che producono lo stesso volume di output.
Infatti, una linea di produzione di lastre di carta di medie-dimensioni che esegue due turni al giorno potrebbe risparmiare tra 8.000 e 25.000 kilowatt-ora all'anno passando dall'azionamento idraulico a quello completamente servo, a seconda delle dimensioni della macchina, della velocità di produzione e delle tariffe elettriche locali.
Perché i risparmi sono così consistenti
Diversi fattori ingegneristici si sommano per spiegare perché i servosistemi completi funzionano così bene in termini di energia:
Frenata rigenerativa
Quando il servomotore decelera - come alla fine di una corsa prima di invertire -, agisce come un generatore, recuperando energia cinetica e restituendola al bus del driver o al banco di condensatori. Questorigenerativocapacità significa che l'energia viene recuperata anziché dissipata sotto forma di calore, come accadrebbe in un freno meccanico o in una valvola di sicurezza idraulica.
Questi piccoli recuperi si sommano a una parte significativa del budget energetico complessivo per le macchine a ciclo veloce che funzionano tra 60 e 120 battiti al minuto.
Profili di movimento precisi
I servocontrollori consentono agli ingegneri di programmare profili di movimento personalizzati per ciascun albero. Invece di una corsa fissa-azionata da una camma, la pressa può accelerare rapidamente, rallentare prima di chiudersi per ridurre l'impatto, fermarsi alla pressione ottimale, quindi ritrarsi rapidamente - il tutto con una curva fluida e ottimizzata. Ciò riduce contemporaneamente l'assorbimento di corrente di picco e lo stress meccanico.
Eliminazione delle perdite in standby
I sistemi idraulici richiedono una pompa in funzione continua per mantenere la pressione del sistema. Anche al minimo, questo costa energia. Un servoazionamento in standby assorbe quasi-corrente zero. Per le operazioni con frequenti interruzioni, cambi di turno o programmi di domanda-variabili, questa differenza aumenta in modo significativo nel corso di un anno.
Ridotta generazione di calore
Poiché i servomotori sono più efficienti, producono meno calore disperso. Ciò presenta un vantaggio secondario: minori requisiti di raffreddamento per il quadro elettrico e l'area di lavoro circostante, che si traduce in minori carichi HVAC nell'impianto di produzione.
Efficienza reale ed efficienza nominale: cosa guardare
Le specifiche di utilizzo energetico dei produttori vengono solitamente misurate in condizioni perfette. Ciò significa correre tutto il tempo senza fermarsi. Ma le prestazioni nel mondo-reale dipendono da alcuni altri fattori.
Il primo è la velocità di produzione. L'energia utilizzata per articolo è migliore quando la macchina funziona alla velocità nominale o a un valore vicino a essa. Se corri al 50% su una macchina realizzata per un rendimento elevato, utilizzerà meno energia totale. Ma potrebbe peggiorare il rapporto energia-per-piatto.
Il secondo sono le caratteristiche del materiale. Le materie prime più spesse o più dense necessitano di una maggiore forza di formatura. Ciò aumenta la richiesta di coppia del motore. Se passi dalla carta standard alla carta più pesante o multi-strato, il consumo di energia per ciclo aumenterà.
Il terzo è il mantenimento della temperatura. Gli elementi riscaldanti nello stampo non influiscono sul consumo energetico del sistema di servoazionamento.
L'isolamento efficiente del gruppo dello stampo e i cicli di riscaldamento-raffreddamento-ottimizzati sono importanti tanto quanto il sistema di azionamento per le prestazioni energetiche totali della macchina.
Stato di manutenzione: cuscinetti usurati, binari di guida disallineati o contaminazione di encoder di feedback servo contaminati aumentano l'attrito e la resistenza, costringendo il motore a lavorare di più. Ben-mantenutomacchina per la produzione di piatti di carta con servomotori completisupera costantemente uno trascurato sui parametri energetici.
Oltre l'energia: altri vantaggi operativi del Full Servo
L’efficienza energetica è l’indicatore principale. Ma le macchine completamente servo hanno anche altri vantaggi per il funzionamento. Vale la pena pensare a questi:
Maggiore precisione e ripetibilità
Poiché i servomotori rispondono al feedback dell'encoder in tempo reale-, l'uniformità delle dimensioni su migliaia di cicli è significativamente migliore rispetto alle trasmissioni a camme o alle presse idrauliche. Ciò riduce il tasso di scarto - che è di per sé una forma di efficienza dei materiali e dell'energia.
Livelli di rumore più bassi
Le centraline idrauliche e i sistemi pneumatici sono notoriamente rumorosi. Le macchine completamente servo funzionano in modo notevolmente più silenzioso, migliorando l'ambiente di lavoro e riducendo la necessità di protezione dell'udito in strutture con rigide normative sul lavoro.
Tempi di inattività per manutenzione ridotti
Non è necessario cambiare l'olio idraulico. Non è necessario sostituire i filtri. Non è necessario seguire i programmi di manutenzione del compressore d'aria. Un sistema servo-è costituito da parti meccaniche semplici. Ciò significa meno fermi di manutenzione pianificati. Significa anche una minore possibilità di guasti improvvisi. Nel corso della vita della macchina, ciò porta a una maggiore efficienza complessiva delle apparecchiature (OEE). Quindi questo è un altro modo per guadagnare efficienza indirettamente.
Dati e capacità di monitoraggio
I moderni servoazionamenti dispongono di interfacce di comunicazione. Solitamente sono Ethernet/IP, Ethernet Square o Modbus. Controllano il consumo di energia, il tempo di ciclo e il carico del motore in tempo reale. Questi dati consentono ai responsabili della produzione di individuare le inefficienze. Consente inoltre di monitorare il consumo di energia per ogni ciclo di produzione. Inoltre, consente loro di pianificare orari per utilizzare-tariffe elettriche di punta.
Il costo iniziale più elevato è giustificato?
Le macchine per lastre di carta completamente servo hanno in genere un prezzo di acquisto più elevato rispetto ai loro equivalenti idraulici o meccanici dello stesso volume. Il premio varia in base al mercato e alla configurazione, ma un costo del capitale superiore dal 20% al 40% non è insolito. Investire in amacchina per la produzione di piatti di carta con servomotori completirichiede un’attenta valutazione del volume di produzione e dei prezzi dell’energia.
Per la maggior parte delle aziende di media{0}}e grande-capacità, il periodo di recupero dell'investimento per il solo risparmio energetico è compreso tra 2 e 4 anni con un prezzo tipico dell'elettricità-e tende ad essere più breve nelle aree con tassi industriali elevati. Quando si tengono conto della riduzione dei costi di manutenzione e del tasso di scarto inferiore, il quadro del costo totale di proprietà diventa ancora più convincente.
Per ambienti di produzione a basso-volume o intermittenti, il calcolo è diverso. Se una macchina funziona solo poche ore al giorno, il risparmio energetico assoluto è inferiore e il periodo di ammortamento si allunga di conseguenza.
Riepilogo
Le piastre in carta con servomotore completo sono infatti più efficienti dal punto di vista energetico rispetto alle alternative idrauliche, pneumatiche o meccaniche al volano-; il consumo diretto di energia varia in genere dal 30% al 60%. L'efficienza deriva dal controllo del motore-sensibile al carico, dal recupero dell'energia rigenerativa e dall'eliminazione delle perdite in standby inerenti ai sistemi idraulici.
La tecnologia offre anche vantaggi collaterali in termini di precisione, livelli di rumore, manutenzione e visibilità dei dati, migliorando l’economia complessiva della produzione. Per le aziende che pianificano una nuova linea di produzione o aggiornano le apparecchiature esistenti, le prestazioni energetiche del sistema di azionamento meritano un peso considerevole nella decisione di acquisto - non solo per il prezzo adesivo.