Oportunidades de eficiencia energética en la industria del plástico

Publicado en: 26 de febrero de 2020

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El plástico es uno de los productos más esenciales en el mundo actual. Como tal, es uno de los materiales más producidos. Como la mayoría de los productos modernos, su producción depende en gran medida del aire comprimido, que es vital en todos los rincones de la industria del plástico. Desde el moldeo por soplado hasta el moldeo por inyección, los compresores de aire ayudan a los operarios a fabricar plásticos con la máxima eficacia.

En lo que respecta al moldeo de plásticos, el aire comprimido permite realizar en segundos numerosas tareas que, de otro modo, llevarían minutos o incluso horas a mano, entre ellas:

  • La extrusión de plásticos en forma de tubo calentado durante la etapa de premoldeo.
  • El enfriamiento de los plásticos recién moldeados hasta alcanzar una forma permanente y endurecida.
  • El tratamiento posterior de los objetos de plástico formados antes de su uso comercial.

Antes de que un conjunto de plásticos producidos en serie -ya sean botellas o envases- se llene de productos para su consumo en el mercado, se suele utilizar aire comprimido para limpiar el interior con fines de saneamiento.

 

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Los beneficios monetarios de la eficiencia del aire comprimido en la industria del plástico

Un estudio de 2005, realizado por la Sociedad de la Industria del Plástico, Inc. en coordinación con el Departamento de Energía de EE.UU., descubrió que las mejoras en la gestión del aire comprimido suponían un ahorro anual estimado de 27.143 dólares en las plantas de plásticos. La cifra se basaba en los beneficios combinados de 29 mejoras recomendadas -como detener las fugas y comprar compresores más pequeños o más eficientes- en el mantenimiento de los compresores de aire.

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Esencialmente, la industria del plástico puede reducir los gastos generales y aumentar los márgenes de beneficio aplicando muchas de las mismas medidas de eficiencia que se utilizan en otras industrias cuando se trata de compresores de aire. Los beneficios de estas medidas incluyen:

  • El ahorro de energía, gracias a la detención de las fugas, garantiza una mejor conservación del aire comprimido en el punto de uso.
  • Ahorro de energía al no utilizar tanta electricidad para crear el aire comprimido que se pierde por las fugas.
  • Presión suficiente para cada aplicación.
  • Temperaturas de aire adecuadas para garantizar que las máquinas funcionen eficazmente y que las aplicaciones funcionen como es debido.
  • Drenaje regular, que mantiene un compresor de aire libre de acumulación de condensación.
  • Filtración limpia, que evita que el polvo, el aceite y las partículas de agua contaminen el aire comprimido.

El ahorro que las empresas de plásticos pueden obtener al tomar estas medidas se traduce en numerosos beneficios en todos los rincones del proceso. No sólo las operaciones se vuelven más rentables, sino que también los productos mejoran en última instancia su calidad, lo que conduce a un mejor perfil en el mercado.

Productividad en la industria del plástico con la eficiencia del aire comprimido

En la mayoría de las plantas que emplean métodos de soplado, se utilizan compresores de aire para expandir el parisonte, que es la forma inicial en forma de tubo de los plásticos calentados que se utilizan en el proceso. Gracias a la potencia de la tecnología del aire comprimido, los métodos de soplado pueden ser muy lucrativos para la industria del plástico en términos de producción. En el soplado de botellas de PET, por ejemplo, las máquinas rotativas que funcionan a gran velocidad pueden producir hasta 20.000 botellas por hora con compresores de aire de 600 psig.

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Si pensamos en el nivel de productividad que representa esta cifra, y en lo que significa cuando se multiplica por jornadas de trabajo de 8-10 horas, por semanas laborales de 5-6 días, por unas 40 semanas de funcionamiento al año, las cifras son asombrosas. En teoría, una gran planta de plásticos podría producir los siguientes productos con un sistema eficiente:

  • 200.000 botellas al día en un turno de 10 horas.
  • Un millón de botellas por semana en un lapso de cinco días.
  • Cuatro millones de botellas en el transcurso de un mes.
  • 48 millones de botellas en un año.

Las producciones modernas son capaces de alcanzar las cifras más asombrosas, y gran parte de ello se debe al notable poder de la tecnología del aire comprimido.

Problemas que pueden dificultar la eficiencia del aire comprimido en la industria del plástico

Sin embargo, la alta productividad podría afectar negativamente a las oportunidades de eficiencia del aire comprimido en la industria del plástico, a menos que las empresas tomen medidas para reducir la caída de presión dentro de las máquinas de moldeo. La caída de presión se deriva de la cantidad de potencia de aire que un sistema acaba consumiendo durante las producciones de alto nivel. Por ejemplo, un sistema de soplado podría utilizar hasta 3.200 scfm en el tiempo que se tarda en producir 24.000 botellas.

La caída de presión es mala por numerosas razones, ya que socava el propósito de la tecnología del aire comprimido. Por ejemplo, cuando se produce una caída de presión drástica entre el compresor y el punto de uso, las aplicaciones se resienten de las siguientes maneras:

  • No pasa suficiente presión por la manguera que conecta la presión con la punta de la herramienta.
  • Las herramientas no reciben suficiente aire para impulsar las aplicaciones de trabajo pesado.
  • Los resultados finales de las aplicaciones se vuelven insatisfactorios.
  • Las fábricas de plásticos pierden dinero cuando hay que desechar y rehacer productos acabados de calidad inferior.

En consecuencia, la caída de presión puede retrasar a las plantas y recortar gravemente los márgenes de beneficio, ya que hay que volver a comprar materiales para volver a producir.

Por razones obvias, la eficiencia del aire comprimido en la industria del plástico es más eficaz cuando la caída de presión de la máquina de moldeo se minimiza drásticamente. Normalmente, esto requiere la eliminación o la mejora de la capacidad de ciertos accesorios neumáticos. Determinar el nivel real de caída de presión en el curso de las operaciones puede ser difícil, incluso con el uso de transductores y dispositivos de lectura electrónicos. Por lo tanto, lo más aconsejable es contratar a un especialista en aire comprimido cuando se realicen actualizaciones de eficiencia en un sistema de moldeo de plásticos.

Métodos de moldeo por aire comprimido utilizados en la industria del plástico

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La industria del plástico es responsable de aproximadamente el 4% de todo el uso de energía en el mundo. Solo en 2012, la producción mundial de plástico supuso 288 millones de toneladas de producto. Dos tercios de esta productividad se produjeron en China, Europa y Norteamérica. El consumo energético de la industria se divide generalmente en las cuatro categorías siguientes:

  • Fusión de materiales - En el caso de los plásticos, se trata de la fusión de piezas duras en forma de líquido espeso o fluido con el fin de moldearlas.
  • Funcionamiento de los equipos - A lo largo de los montajes en las plantas de prensado de plásticos, muchas de las herramientas y máquinas son accionadas por compresores de aire.
  • Enfriamiento del producto - Una vez que se ha formado un objeto de plástico, es necesario enfriarlo hasta que quede en estado sólido y permanente. Los fabricantes suelen utilizar aire comprimido para este proceso.
  • Fabricación - Una vez que se ha producido una línea de productos de plástico, cada artículo debe prepararse para su envío. En este proceso intervienen varias herramientas neumáticas.

Aunque los fabricantes utilizan numerosos procesos para la producción en cada una de las cuatro categorías, los más utilizados son los métodos de extrusión y moldeo por inyección/soplado.

El método de extrusión del moldeo de plásticos

La extrusión es un método habitual en la fabricación de equipos como tubos, cubiertas de cables, películas y perfiles. Aunque existen diferencias entre los conjuntos de producción en los diseños de los moldes y las piezas de extrusión que se ponen en uso, los métodos generales son prácticamente los mismos.

La extrusora se llena primero de pellets de plástico, que se calientan en un barril accionado por un tornillo. El calor acaba por fundir los gránulos en plástico líquido. El proceso de calentamiento en sí mismo está ayudado por aceites que se ajustan a la temperatura, normalmente por medios electrónicos. A continuación, el plástico fundido se moldea para darle forma y se enfría hasta que se endurece, ya sea con aire líquido o comprimido. A continuación se realizan otras modificaciones, como el recorte, según sea necesario.

El método de extrusión puede desglosarse como sigue:

  • Una extrusora funde el plástico en un estado fluido.
  • El plástico fundido se moldea para darle forma.
  • Una vez moldeado, el plástico se enfría hasta alcanzar un estado sólido.
  • El objeto de plástico recién formado se envía para realizar modificaciones adicionales.

Todo el proceso es directo y sencillo, pero nada de ello sería posible sin los tipos de arsenal de prensado de alta tecnología que se emplean en las instalaciones actuales, donde el aire comprimido desempeña un papel fundamental.

Ahorro de energía con el moldeo por extrusión

En todo el proceso de extrusión, los calentadores, enfriadores y compresores son los que más energía consumen. En las plantas de prensado se piensa en el consumo de energía del mismo modo que en el principio de "el tiempo es oro". De este modo, es más fácil aprovechar las oportunidades de eficiencia del aire comprimido en la industria del plástico, porque el consumo está correlacionado con la productividad. El concepto es el siguiente:

  • La empresa destina cantidades fijas de dinero a las producciones en determinados plazos.
  • Las producciones deben ser eficientes para mantener los plazos.
  • Sólo si las cosas se mantienen en el tiempo, las producciones pueden mantenerse dentro del presupuesto.
  • Si se puede acelerar la producción, los márgenes de beneficio pueden aumentar.
  • La aceleración rentable de la productividad sólo puede lograrse con la máxima eficiencia del sistema.

Para conservar la energía a lo largo del proceso de extrusión, es crucial seleccionar la extrusora adecuada. Si hay disparidades en los componentes del tornillo y del molde, la energía se desperdicia durante el proceso. La extrusora también debe poder funcionar a velocidades suficientes y estar situada en un área con el aislamiento adecuado. Las empresas deben fundir los pellets a bajas temperaturas y enfriarlos con compresores de aire de máxima eficiencia. Además, el proceso de enfriamiento funciona mejor en lugares donde el aire ambiente es relativamente fresco.

Esencialmente, la empresa debe mantener los siguientes estándares en la industria del plástico para garantizar la eficiencia durante el moldeo por extrusión:

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  • Las máquinas deben estar optimizadas para las aplicaciones en cuestión.
  • Los componentes del sistema deben ser compatibles.
  • La maquinaria debe colocarse en zonas con una calidad de aire adecuada.
  • El aire ambiente debe estar frío durante el proceso de endurecimiento.

En el caso de los compresores de aire, un mantenimiento constante y a tiempo garantiza un funcionamiento fiable. Evitar el mantenimiento puede conducir a una presión de aire insuficiente que puede obstaculizar el proceso de moldeo de plásticos.

El moldeo por inyección en la industria del plástico

El moldeo por inyección es un método para fabricar piezas de plástico, y se lleva a cabo en ciclos. El método consiste en inyecciones de fluido plástico en un moldeador, que pueden realizarse y repetirse en rápida sucesión. Debido a esta eficacia, el método es a menudo favorecido en el sector de la fabricación.

Todo el proceso funciona de la siguiente manera: el plástico duro se funde en un fluido, que luego se inyecta a través de una boquilla que conduce a un compartimento de moldeo preformado que da forma uniforme a cada nueva inyección. El moldeador está formado por mitades espejadas que se unen para la etapa de moldeo y luego se separan para liberar el objeto de plástico recién formado. Una vez libre, el objeto se desplaza a lo largo del conjunto para realizar nuevas modificaciones, como el corte y el etiquetado.

Básicamente, el proceso de moldeo por inyección puede dividirse en los siguientes pasos:

  • El plástico se funde en forma fluida.
  • El plástico fluido se exprime a través de la boquilla.
  • Los moldeadores se unen alrededor del plástico desde ambos lados.
  • El plástico se amolda a la forma.
  • El objeto de plástico recién formado sigue adelante para su perfeccionamiento.

Los objetos, como los vasos de plástico, adquieren una simetría perfecta gracias a las mitades espejadas que se unen durante la fase de moldeo del método de inyección.

Los tipos de productos de plástico que se fabrican regularmente mediante el método de moldeo por inyección abarcan toda la gama de usos. Entre los ejemplos de piezas y accesorios de uso cotidiano que se fabrican con este método se encuentran los siguientes:

  • Cestas - Desde las cestas de cocina que se venden en las tiendas de suministros para el hogar hasta las cestas de la compra disponibles en los supermercados, el proceso responsable suele ser el moldeo por inyección.
  • Carcasas de dispositivos - Los dispositivos de mano y de sobremesa suelen llevar carcasas de plástico producidas mediante el método de moldeo por inyección. Entre los ejemplos de estos dispositivos se encuentran desde calculadoras hasta consolas de juegos.
  • Accesorios de baño - No sólo los frascos de laca y los envases de gel proceden generalmente de plantas de prensado de plásticos, ya que estas instalaciones también producen las carcasas que envuelven los circuitos de los secadores de pelo, las maquinillas de afeitar desechables y los rizadores de pelo.

Un gran número de herramientas y accesorios de los que dependemos a diario para fines como el aseo, la cocina, el papeleo o la diversión son productos de las plantas de plástico.

Eficiencia energética con el moldeo por inyección

El uso de energía durante el proceso de moldeo por inyección puede dividirse fácilmente en dos partes. Durante la primera parte, se utilizan grandes cantidades de energía, desde el momento en que se inyecta el fluido y hasta que el moldeador se abre para mostrar el objeto de plástico recién formado. A medida que el objeto se enfría hasta alcanzar su solidez permanente, se consume menos energía. Las razones de este consumo de energía son las siguientes:

  • La compresión del plástico a través de las boquillas requiere una gran presión de aire.
  • El cierre y la apertura de las piezas de fabricación de moldes requiere una energía óptima del sistema.

La mayor parte de la energía se reparte entre los motores del sistema y los componentes de calentamiento, mientras que los accesorios utilizan cantidades menores en todo el proceso. Por lo tanto, la eficiencia de la industria del plástico es a menudo más fácil de aprovechar a través de la puesta a punto de los procesos durante la etapa crucial de creación de la forma de moldeo por inyección.

Para que el proceso de moldeo por inyección sea lo más eficiente posible, los mecánicos deben comprobar constantemente las piezas en uso durante la etapa de fabricación de la forma para obtener una capacidad de rendimiento óptima; esto implicaría la limpieza periódica de los componentes de moldeo. Además, hay que asegurarse de que los ajustes de presión son los más adecuados para la producción en cuestión. Los pasos de mantenimiento que ayudan a garantizar la eficiencia durante el moldeo por inyección son los siguientes:

  • Limpie las boquillas con regularidad para que el plástico fluya con facilidad.
  • Inspeccione los componentes de la fabricación del molde en busca de restos de plástico.
  • Limpie los componentes del molde periódicamente para garantizar una conformación ideal.
  • Asegúrese de que la temperatura ambiente es ideal para los plásticos calientes y fluidos, así como para la refrigeración de los plásticos.
  • Asegúrese de que el aire ambiente permanece libre de humedad y aceite mediante medidas preventivas contra la condensación en la maquinaria del sistema.

En cuanto a la eficiencia del aire comprimido, las unidades equipadas con variadores de velocidad suelen ser las más óptimas para el proceso de moldeo por inyección. El proceso es más eficiente cuando se tiene en cuenta por igual la limpieza de las piezas de la máquina y la velocidad a la que se puede completar cada objeto.

El moldeo por soplado en la producción masiva de plásticos

El moldeo por soplado es el proceso que da forma a muchos de los objetos de plástico que se ven en las estanterías de los supermercados, como los envases de alimentos y las botellas de líquidos. El proceso se centra en los compresores de aire, que se utilizan para soplar plásticos precalentados para darles forma. Al igual que otros métodos de fabricación de formas, todo comienza con la extracción de plástico caliente en forma fluida. De hecho, el moldeo por soplado puede dividirse en dos categorías: el moldeo por extrusión y el moldeo por inyección.

  • Con el método de extrusión del moldeo por soplado, el plástico líquido se exprime en un extracto en forma de tubo y luego se encierra con artilugios para darle forma. Una vez que el plástico se ha formado en un objeto firme, el aire comprimido lo sopla hasta secarlo y lo endurece permanentemente.
  • El moldeo por inyección y soplado comienza con la formación de un premolde, que se recalienta y seca con aire comprimido. En algunos casos, el soplado final se produce en una instalación diferente a la del moldeado inicial.

Para que la industria del plástico logre la eficiencia del aire comprimido a través del moldeo por soplado, debe poner en práctica los mismos principios que se aplican a otros métodos. Los profesionales deben limpiar periódicamente el equipo utilizado en las etapas de fabricación de formas para garantizar que se produzca una formación adecuada. Además, los compresores de aire utilizados en la fabricación de plásticos deben lubricarse y drenarse con regularidad para evitar la condensación y la aerosolización de aceites nocivos en el proceso.

Los compresores Quincy aumentan la eficiencia de la industria del plástico

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