¿Qué tan eficiente es su planta de procesamiento de plásticos?

La evaluación comparativa del desempeño energético de los procesos productivos es una necesidad para definir las brechas tecnológicas, culturales y operacionales que deben cerrarse para incrementar la competitividad. El presente documento ofrece datos de referencia que ayudan a hacer análisis comparativos del desempeño y discute las limitaciones y consideraciones de esta tarea de referenciación.

La referenciación energética de los procesos de transformación de polí­meros no es una tarea fácil, debido a que el material procesado, los pre y post-procesos requeridos, y el diseño del producto final afectan significativamente el desempeño energético. Por ejemplo, no es directamente comparable una planta en donde se producen principalmente artí­culos de poliestireno, en donde la energí­a requerida para fundir este material es aproximadamente 0,10 kWh/kg, frente a una planta donde se producen artí­culos de polietileno de alta densidad, en donde la energí­a requerida para fundir este material es aproximadamente 0,16 kWh/kg.

Tampoco es posible comparar directamente procesos de inyección de pared delgada con altas demandas de presiones, tí­picos del sector de empaques, con procesos de inyección de autopartes, en donde los espesores superan los 2 mm, incrementando la demanda energética de plastificación de la inyectora y los tiempos de ciclo del proceso.

El uso de las referenciaciones propuestas en este documento debe tener en cuenta estas limitaciones. En la medida en que un proceso productivo se aleje de los supuestos de la referenciación, la confiabilidad de la evaluación comparativa disminuirá.

El primer elemento para la referenciación es el marco de referencia. Se puede considerar el Consumo Energético Especí­fico (CEE) de toda la planta o el CEE de una lí­nea de producción o equipo en particular. El CEE normalmente se presenta en kWh consumidos por kilogramo producido.

Marco de referencia: la planta

En el caso de considerar a toda la planta, se estarí­an incluyendo los consumos directos (equipos y auxiliares) e indirectos (aire acondicionado, iluminación, etc.). El consumo energético especí­fico, en este caso, se ve afectado por los retales y la producción no conforme.

No existen muchos estudios sectoriales energéticos que permitan hacer una relación directa entre consumo y producción bruta. Hay estudios a gran escala que se remontan a 2005, cuando el consorcio Recipe condujo una gran encuesta en la industria plástica en Europa [1] y en el 2008 cuando la Euromap realizó un estudio similar [2]. El valor medio encontrado de consumo de plantas varí­a entre 1,4 y 2,8 kWh/kg. Los valores por proceso se encuentran en la Tabla 1. Se debe entender que los indicadores hoy en dí­a son más bajos, gracias a las mejoras energéticas en los equipos y a las exigencias económicas, legales, comerciales y sociales de tener procesos más eficientes.

Para el caso colombiano, se puede hacer una estimación indirecta utilizando datos de la Encuesta Anual Manufacturera, realizada por el DANE (Departamento Administrativo Nacional de Estadí­stica) [3]. En la Figura 1 se presenta por año la relación entre el consumo energético (kWh) y la producción bruta (millón de pesos colombianos). Estimando que la materia prima representa entre el 40% y el 60% de los costos y utilizando valores promedios del precio de resinas poliméricas, se encuentra que el CEE en 2015 de la industria plástica colombiana se encuentra entre 1,5 y 2,5 kWh/kg, lo que es consistente con la referenciación internacional. De esta gráfica, que es función de la producción en pesos, también se resalta la disminución progresiva del CEE en el tiempo, obteniendo una reducción entre 2005 y 2015 del 20%.

El Instituto de Capacitación e Investigación del Plástico y el Caucho (ICIPC) ha venido realizando intervenciones energéticas en los procesos de transformación de polí­meros desde el 2008, en más de 20 lí­neas en 10 plantas productivas en Colombia. En las 10 plantas intervenidas, el promedio de consumo energético varí­a entre 1,7 y 2,2 kWh/kg, con valores promedio para plantas de inyección de 2,5 kWh/kg, para plantas de inyección y soplado de 2,6 kWh/kg y para plantas de extrusión de 1,2 kWh/kg.

Marco de referencia: una lí­nea de producción o un equipo

A la hora de obtener una referenciación de una lí­nea de producción o un equipo, la referencia está dada por las mejores tecnologí­as disponibles comercialmente. Un buen punto de partida son las clasificaciones de la Euromap, las cuales evalúan el desempeño energético de máquinas de inyección y soplado de cuerpos huecos.

En el caso del proceso de inyección, la Euromap 60.1 define un sistema de clasificación de máquinas inyectoras dependiendo de su desempeño energético [4]. Una clasificación similar se lleva a cabo para máquinas de soplado de cuerpos huecos en la Euromap 46.1 [5]. Si bien las clasificaciones se realizan sobre máquinas y no sobre un proceso como tal, son un buen punto de partida para evaluar el desempeño de un proceso productivo.

La evaluación para máquinas de inyección estándar de diámetros mayores a 25 mm, se lleva a cabo según la Euromap 60.1 con un PP virgen de MFI 20-25 g/10 min (a 2,16 kg y 230°C), con una presión de inyección superior a los 750 bares, una temperatura de masa de 220°C, plastificando una distancia igual a dos veces el diámetro del husillo, con una velocidad de plastificación superior a 0,5 m/s, utilizando una contrapresión de 50 bares, una post-presión superior a 375 bares por un tiempo mayor a cinco segundos y un tiempo de enfriamiento restante que es función del diámetro del husillo. No se consideran los consumos energéticos derivados de coladas calientes, secadoras de materiales o del sistema de refrigeración.

Para el caso del proceso de soplado, el documento Euromap 46.1 define las siguientes condiciones: se utiliza un PE-HD con un MFI entre 8-10g/10 min (a 21,6 kg y 190°C), con temperatura de masa de 190°C, condiciones de fuerza de cierre, velocidades y desplazamientos del molde y flujo másico de la extrusora superiores al 90% de la capacidad de la máquina, y tiempos de soplado que son función de la fuerza de cierre. En este caso no se considera los altos niveles de retales del proceso, ni los consumos energéticos del sistema de refrigeración del molde. La clasificación energética de las máquinas en función del CEE se presenta en la Tabla 2.

Mientras más cercanas sean las condiciones reales del proceso de inyección o soplado en planta a las establecidas por la recomendación de Euromap, mayor será la confiabilidad de la referenciación. Por ejemplo, el ICIPC durante sus intervenciones encontró procesos de inyección con valores superiores a 1,2 kWh/kg, lo que equivale a una clasificación baja. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que en estos procesos se utilizaban MFI menores a 1 g/10 min, debido a la resistencia quí­mica requerida por la aplicación final, condición muy distinta al MFI de 20-25 g/10 min usada en la clasificación de la Euromap.

En términos generales y teniendo en cuenta la anterior consideración, se puede establecer que cuando el CEE del proceso de inyección o soplado es inferior a 0,39 kWh/kg (clases 8, 9 y 10), se tiene un proceso muy competitivo frente al estado del arte. Entre tanto, cuando el valor oscila entre 0,77 y 0,39 kWh/kg en inyección y entre 0,62 y 0,39 kWh/kg en soplado (clases 5, 6 y 7), se tiene un proceso energéticamente aceptable, pero con posibilidades de mejora. En la misma lí­nea, valores superiores a 0,77 kWh/kg en inyección y a 0,62 kWh/kg en soplado pueden indicar un proceso de baja competitividad desde el punto de vista energético.

Para el proceso de extrusión, no existe una referenciación por clasificaciones. La mejor referenciación energética disponible está dada por los datos suministrados por los fabricantes de maquinaria sobre el desempeño de sus equipos. Por ejemplo, en la última feria K 2016, se reportaron extrusoras para pelí­cula soplada de cinco capas con valores que oscilaban entre 0,3 y 0,35 kWh/kg. Sin embargo, la incidencia del material en el desempeño energético en la extrusión es mucho mayor que en los procesos discontinuos, debido a que el material se plastifica y fluye constantemente, dificultando hacer estudios comparativos. En tal sentido, es mejor comparar el desempeño del proceso de extrusión en términos de eficiencia energética, en lugar de consumo energético especí­fico.

Se entiende por eficiencia energética la relación entre la demanda energética teórica para llevar al material a la temperatura de proceso y la demanda energética real del proceso. En los estudios e intervenciones realizadas por el ICIPC, la eficiencia energética de los procesos de extrusión nunca superó el 54% y está í­ntimamente relacionada con la velocidad de procesamiento y la restricción del cabezal. Se requieren mayores estudios sectoriales y tecnológicos para definir valores de referencia de los equipos de extrusión.

Conclusión

El presente documento ofrece datos comparativos sobre el desempeño energético de plantas de procesamiento. Igualmente, se presentan datos de referencia para máquinas de inyección y soplado. En el caso de las extrusoras, se requieren estudios sectoriales y tecnológicos para definir correctamente los valores de referencia.

Artí­culo proveniente de la revista impresa con el código TP3202-eficiencia-energetica.