¿Cómo reducir costos de energía en el proceso de secado de resina?

Los costos de energía restan gran rentabilidad a cualquier procesador de plásticos que seque resina usando equipo convencional. Se requieren elevados niveles de consumo de energía no sólo para secar resina sino también para regenerar el agente secante. Se calcula que tan sólo en Estados Unidos hay 20.000 secadores de diez años o más que siguen funcionando y usan sustancialmente más energía que la que se necesitaría con un equipo que incorporase las tecnologías innovadoras actuales.

Otro factor que ha aumentado la urgencia de esta situación en los últimos años es el aumento en el precio del petróleo y la probabilidad de que los precios sigan altos durante los próximos años. En consecuencia, los procesadores de plásticos no pueden esperar un respiro en sus facturas de suministro eléctrico.

Los proveedores de secadores de resina han intentado afrontar esta situación mediante la innovación de productos. Un enfoque ha sido aumentar la eficiencia de los secadores de agente secante, que durante mucho tiempo han sido los caballos de batalla de la industria. Los sistemas secantes pasan aire caliente a través de una tolva llena de resina para calentarla y llevarse la humedad de los gránulos o pellets hacia el lecho de secado, donde se absorbe la humedad. El agente secante se debe regenerar después de que se haya secado cada lote de resina, primero al calentarlo entre 204 y 270 grados Celsius para eliminar la humedad y luego al enfriar para recuperar la capacidad de adsorción plena. Un enfoque alternativo a la innovación del secador ha sido eliminar por completo el agente secante en favor de nuevos medios de secado, como el vacío o la radiación infrarroja. Se ha demostrado que ambos enfoques reducen el consumo de energía, en algunos casos, en altos porcentajes.

Aunque la innovación continúa, persiste el problema de comparar sistemáticamente entre sí los tipos de sistemas de secado. Una iniciativa para resolver este problema fue la inauguración en 2006 de un Centro de Tecnología del Secado (DTC, por sus siglas in inglés) de NOVATEC, Inc., una filial de Maguire Products, Inc. Este laboratorio, localizado en las oficinas centrales de NOVATEC en Baltimore, Maryland, EE. UU., está realizando la primera elaboración científicamente rigurosa de datos concretos para comparar los sistemas de secado de diferentes tipos. Los datos iniciales obtenidos en pruebas de secadores innovadores y convencionales fabricados por NOVATEC proporcionan una medida útil de las reducciones en consumo de energía que son posibles con el uso de los nuevos sistemas.

Los sistemas nuevos
El consumo de energía de cualquier tipo de secador varía con la capacidad de procesamiento, la resina, la temperatura de secado y otros factores, y comparar un tipo de secador con otro complica las cosas aún más. En el DTC, los métodos de prueba requieren seleccionar modelos de secador y controlar las condiciones de secado para lograr la máxima capacidad de comparación. Debido a que NOVATEC es un proveedor excepcionalmente diversificado de secadores (Tabla A), se beneficia más de datos comparativos sólidos que si sólo ofreciera uno o unos cuantos tipos de secador. Esos datos hacen posible recomendar un secador estrictamente de acuerdo a si es apropiado para los requisitos de un cliente dado.

En las pruebas realizadas en el DTC se ha trabajado con los siguientes sistemas de secado de resina:

• Secadores de agente secante de doble lecho. Estos secadores, considerados caballos de batalla, también se conocen como sistemas de torres gemelas y usan dos lechos de agente secante para limitar el proceso de secado de lote a las, aproximadamente, cuatro horas que se requieren para extraer la humedad: un lecho se está regenerando mientras el otro se está usando para la deshumidificación.
  
  
• Secadores de rueda secante. En estos sistemas, una rueda giratoria pone continuamente en servicio agente secante seco mientras regenera el agente secante saturado en el mismo ciclo de rotación. NOVATEC fabrica una rueda secadora con el nombre comercial NovaWheel.
  
  
• Secadores al vacío. Estos sistemas usan vacío para reducir el punto de ebullición del agua, con lo que convierten rápidamente la humedad en vapor de agua y literalmente sacan el vapor de agua del interior de los gránulos o pellets. El calentamiento y el secado al vacío ocurren simultáneamente en tres estaciones de avance, lo que hace posible los lotes pequeños en un proceso continuo que mantiene el ritmo de la capacidad de procesamiento de la máquina procesadora. El único sistema de secado al vacío que se usa ampliamente y que está diseñado para el uso de procesadores de plásticos es comercializado por su creador, Maguire, como el secador LPD y por NOVATEC como el NovaVac II.
  
  
• Secadores de membrana.Al igual que los secadores al vacío, estos sistemas vienen sin agente secante. Funcionan al hacer fluir aire comprimido a través de una membrana de adsorción. La versión fabricada por NOVATEC, llamada el NovaDrier, usa una membrana de diseño exclusivo cuyo alto grado de eficiencia en la eliminación de humedad hace posible tener aire de procesamiento con un punto de rocío de -40 °C fluyendo a través del sistema en menos de cuatro minutos después del arranque. Se ha demostrado que la membrana dura hasta 20 años en condiciones de uso exigentes.
  
  
• Cristalizador/secador de tambor rotatorio infrarrojo (IRD, por sus siglas en inglés) para PET. El componente central de la unidad IRD es un tambor o cilindro rotatorio de acero inoxidable, grande y horizontal, en cuya pared interior hay un conjunto helicoidal de paletas que transportan el PET a lo largo del tambor. La resina da vueltas mientras avanza por el tambor, de modo que todas las superficies se exponen igualmente a la luz de un banco central de calefactores infrarrojos alrededor de los cuales gira el tambor.

Los datos iniciales obtenidos en el DTC muestran reducciones evidentes en el consumo de energía por parte del secador al vacío y el secador de rueda secante respecto a un secador de agente secante de doble lecho convencional también suministrado por NOVATEC (Tabla B). Aunque el secador de membrana brinda ventajas únicas para muchos procesadores, los ahorros de energía logrados por la eliminación del agente secante con frecuencia son superados por el coste del aire comprimido. El cristalizador/secador IRD no es directamente comparable con los otros secadores innovadores pero se ha sometido a pruebas separadas en el DTC y los resultados indican un enorme potencial para reducir el consumo de energía respecto a los sistemas de secado/cristalización para PET.

Los secadores de doble lecho se seguirán comprando en cantidades importantes. Son parte integral de las operaciones de un gran número de clientes y son resistentes y fiables. Sin embargo, en la industria ya está en marcha un alejamiento de los secadores de doble lecho y, a juzgar por los datos obtenidos en el DTC, ese alejamiento se acelerará.

El secador de rueda demuestra ahorros de energía de hasta el 35%
A partir de los resultados iniciales en el DTC, el secador de rueda secante promete reemplazar a los sistemas secantes convencionales en la más amplia gama de capacidades de procesamiento —de unos 100 a 2.300 kg por hora. El costo de energía por hora que se midió para el secador de rueda fue un 35% menos que para el secador de doble lecho para ABS y un 14% menos para el policarbonato (PC). Los tiempos que se requieren para alcanzar niveles de humedad aceptables son comparables.

Al igual que el secador de doble lecho, el secador de rueda también ejecuta la adsorción y la regeneración simultáneamente, pero lo hace en una sola operación continua. La rueda cilíndrica en el secador contiene un panal impregnado de agente secante que está dividido en tres secciones. El aire que sale de la tolva de resina que se ha enfriado y filtrado pasa a través de una turbina y se divide en dos corrientes, una que pasa a través de la sección de eliminación de humedad de la rueda secante, la otra a través de la sección de purga, donde el agente secante ya se ha regenerado y ahora se enfría. Al mismo tiempo, una corriente de aire caliente que pasa a través de la tercera sección regenera el agente secante de esa sección. El rotor gira lentamente a la izquierda y mueve cada segmento del panal a lo largo de las tres etapas.

Al poner agente secante seco en servicio a la vez que se regenera el agente secante saturado en el mismo ciclo de rotación, el secador de rueda proporciona una alternativa más simple, más compacta y de menor costo a los secadores de doble lecho. Los ahorros de energía de hasta un 35% se logran principalmente porque se requiere mucha menos energía para regenerar el agente secante en la rueda que en los lechos de secado dobles.

El secador al vacío ahorra energía y seca en el menor tiempo posible
Se han vendido varios miles de secadores de resina al vacío desde que Maguire introdujo el sistema LPD en 2000. Los datos de usuarios en Europa, América y Asia confirman que, en comparación con los secadores de aire caliente y de agente secante de los clientes anteriormente instalados, el secador LPD requiere sólo un 20% de la energía y una sexta parte del tiempo para presecar adecuadamente la resina. Estos ahorros de energía se logran a consecuencia de la eficiencia del proceso de secado al vacío, junto con la eliminación de la energía requerida para regenerar el agente secante.

El tamaño de lote pequeño y el ciclo corto del secador al vacío hacen posible acortar los arranques en frío en la mañana del lunes de varias horas a menos de una hora, agregando mucho más al tiempo de producción semanal. También aumenta la productividad el sistema de tres estaciones de avance del secador, que hace posible cambios de color y material sobre la marcha, lo que elimina el tiempo de inactividad.

Las pruebas en el DTC que miden la eliminación de humedad a lo largo del tiempo confirmaron la afirmación inicial sobre los secadores al vacío de que el secado está terminado en un plazo de 20 a 40 minutos (Tabla C). Reducir la humedad a niveles comparables le tomó al secador de agente secante de doble lecho el triple del tiempo para PC y de cuatro a seis veces más para ABS. Los costos de energía por hora para el secador al vacío fueron de un 29% y un 35% menos para ABS y PC, respectivamente, que el secador de doble lecho; y aunque el secador de rueda en realidad mostró un menor costo de energía que el secador al vacío para el ABS, ocurrió lo opuesto para el PC. Para materiales a alta temperatura, el secador al vacío es más eficiente en cuanto al uso de energía que cualquier otro de los secadores probados. Para capacidades de procesamiento de hasta 90 Kg. por hora, en especial, brinda importantes ventajas sobre los sistemas de agente secante.

El secador de membrana sin agente secante es rápido, sencillo y económico
En las pruebas realizadas en el DTC, el NovaDrier mostró los costos de energía por hora más elevados. Por otra parte, es más simple y más compacto que cualquier otro secador de capacidad comparable, sin partes móviles y sin necesidad de un serpentín de enfriamiento. En consecuencia, implica menos costos de inversión y requiere el menor mantenimiento. Además, se puede montar incluso en las máquinas más pequeñas. NOVATEC ha expedido 2.000 unidades NovaDrier desde que presentó el sistema en el año 2000 y espera un crecimiento continuo para aplicaciones que requieren una capacidad de procesamiento inferior a 100 kg por hora. Maguire ofrece ahora el NovaDrier fuera del continente americano y el sistema está a disposición de muchos de los procesadores de plásticos del mundo por primera vez.

El aire comprimido que se usa en el secador de membrana puede venir de cualquier fuente y no necesita estar refrigerado ni presecado. Las partes móviles que normalmente se encuentran en secadores de agente secante (motor de proceso, calentador y motor de regeneración y válvulas) se eliminan. Aparte de la limpieza normal de la tolva, el único mantenimiento que se requiere habitualmente es cambiar dos elementos filtrantes cada doce meses. El control principal es un sencillo interruptor de encendido y apagado.

Debido a la simplicidad del sistema NovaDrier, la inversión inicial es económica y su arranque rápido, la eficiencia de secado y el bajo mantenimiento aumentan sustancialmente la productividad, en comparación con los sistemas secantes. Otra ventaja es una mayor calidad de las piezas, consecuencia de la uniformidad de la temperatura del proceso y el purgado continuo de los volátiles del proceso.

El cristalizador/secador para PET reduce el consumo de energía en más de un 50%
El cristalizador/secador IRD brinda un método rápido, sencillo y de ahorro de energía para que los fabricantes de películas, láminas y fibra de PET preparen resina y material recuperado para su procesamiento. El proceso completo toma un 20% del tiempo que se necesita en un equipo convencional y consume hasta un 65% menos de energía que los sistemas de agente secante. Las pruebas realizadas en el DTC que comparan el sistema IRD con un cristalizador y secador de doble lecho convencionales mostraron ahorros en el costo de energía del 56% y el 45% para material recuperado de lámina y botella, respectivamente (Tabla D).

En aplicaciones de alto volumen como los recipientes “en forma de concha” y otros productos que dependen mucho del material recuperado, esta nueva tecnología elimina la necesidad de tener grandes tolvas de secado aisladas y cristalizadores separados que con frecuencia requieren mucho espacio de techo libre. Todo lo que se necesita con el secador IRD es un secador de capacidad relativamente baja conectado a una tolva intermedia con capacidad para menos de lo producido en una hora de extrusión o funcionamiento de la máquina moldeadora.

El coste de inversión para un sistema IRD es aproximadamente equivalente al de un secador convencional y un cristalizador separado, pero el consumo de energía del IRD habitualmente es de alrededor de 0,1 Kw. por kilogramo de material por hora, frente a más del doble de esa cantidad para la mayor parte de los cristalizadores y secadores convencionales. La razón de esta eficiencia en energía es que, por ser energía radiante, los rayos infrarrojos calientan sólo la resina, no el aire circundante, y esto hace que el calentamiento ocurra desde el centro del gránulo o pellet hacia el exterior. La humedad que se extrae de los gránulos es empujada por una corriente de aire a temperatura ambiente.

Aunque el tiempo de secado para el PET en un sistema de agente secante convencional es de cinco o seis horas, el IRD requiere de ocho a trece minutos (el tiempo en el cual el PET recorre el tambor a lo largo) para cristalizar el PET, que luego se transfiere al secador/tolva intermedio otros de 30 a 45 minutos. Esto significa que los procesadores pueden comenzar a producir mercancías comercializables mucho antes después de arranques o paradas de extrusor. Y puesto que el secador IRD usa un proceso continuo que no exige grandes cargas de tolva de material para mantener el ritmo de la línea de producción, los cambios de color y trabajo son más sencillos y consumen menos tiempo.

En 2006, NOVATEC se convirtió en la única compañía estadounidense autorizada a construir y comercializar el IRD, a partir de un contrato de licencia con Stricker IRD Patent GbR de Alemania y UPM Holdings Ltd. en el Reino Unido. Los licenciatarios en Europa y Japón ya han construido más de 50 de esos sistemas.

La práctica de secado de resina en la industria cambiará rápidamente
La emergencia de secadores al vacío, de membrana e infrarrojos, está transformando la manera en que los procesadores de plásticos secan resina. A medida que se acumulan más datos mediante las pruebas comparativas de los sistemas de secado y que los procesadores que usan los nuevos tipos de secador ofrecen una mayor corroboración, se puede esperar que más procesadores hagan la transición de un equipo secante convencional como el de doble lecho.

Para ayudar a acelerar la transición existe una nueva red mundial de ventas y servicio de secadores creada por Maguire y NOVATEC. Aunque NOVATEC ha sido un importante creador de tecnología de secado de resina, sus actividades han estado en su mayor parte confinadas a Estados Unidos y Canadá.

Maguire Europa y Maguire Asia almacenarán y distribuirán los nuevos productos construidos por NOVATEC, en Estados Unidos, para los clientes en Europa, África, el Medio Oriente y Asia. NOVATEC suministrará sus secadores y otros sistemas directamente en Estados Unidos y a través de agentes en América Latina, Australia y Nueva Zelanda. Una nueva compañía, Maguire Canada, suministrará a los procesadores canadienses productos Maguire y NOVATEC.

Sin embargo, la mayor fuerza a favor del cambio, seguirá siendo el suministro escaso y el alto coste de los combustibles fósiles. Dada la continuidad de la época de escasez de petróleo, parece totalmente inevitable el cambio hacia nuevas maneras de secar resina.