Os custos de energia são um dos custos operacionais mais importantes em qualquer ambiente de produção. Para empresas que produzem em massa pratos de papel, bandejas ou embalagens moldadas de celulose-, as opções de transmissão-particularmente se devem ou não implantar umMáquina de fazer placa de papel com servomotores completosconfiguração-pode fazer uma diferença mensurável nas contas mensais de eletricidade. Mas quão eficientes-em termos energéticos são as máquinas de fabricação de placas de papel com servomotor completo, realmente? E como eles se comparam às alternativas convencionais?
Neste artigo, os fatores mecânicos, numéricos e práticos que determinam o desempenho energético na produção de chapas de papel são discutidos em detalhes.
O que "Servo Completo" realmente significa neste contexto
O termo servo completo refere-se a máquinas nas quais todos os eixos principais de movimento-incluindo o curso principal da prensa, o mecanismo de alimentação e o sistema de ejeção-são acionados porMáquina de fazer placa de papel com servomotores completostecnologia, em vez de motores de indução convencionais ou atuadores pneumáticos.
Um servo motor é um motor de circuito fechado-que recebe feedback de um codificador e ajusta continuamente sua velocidade, torque e posição em tempo real. Isto é fundamentalmente diferente de um motor de indução CA convencional, que funciona a uma velocidade fixa, independentemente de a potência total ser realmente necessária naquele momento.
Em uma máquina de chapa de papel totalmente servo, o sistema servo absorve a corrente apenas na proporção da carga mecânica real em cada estágio do ciclo. Durante a fase de espera - quando o molde está mantendo a posição - o motor não exige quase nada. Durante o curso de pressão, ele aumenta. Essa correspondência-de carga dinâmica é a base da eficiência energética do servo.
A comparação energética: sistemas de acionamento servo vs. convencionais
Para compreender a lacuna de eficiência, observe o desperdício das máquinas tradicionais.
As placas de papel tradicionais normalmente são configuradas com os seguintes drivers:
Motor de indução CA + volante + embreagem/freio: O motor funciona continuamente em velocidade máxima e o volante armazena energia cinética. Uma embreagem é acionada para acionar o curso da prensa. A energia é constantemente consumida mesmo quando nenhuma formação está acontecendo.
Unidade de energia hidráulica: Uma bomba hidráulica acionada por motor de indução que funciona continuamente para manter a pressão do sistema. Se a prensa estiver ociosa ou aguardando entre os ciclos, a bomba ainda estará circulando óleo e consumindo energia.
Sistemas pneumáticos: O compressor de ar tem operação quase contínua, devido às perdas de compressão e vazamentos, a eficiência dos sistemas pneumáticos já é muito baixa.
Nos três casos, o consumo de energia está largamente dissociado da procura real de produção. A máquina aproxima-se da-potência máxima, independentemente de estar no meio-do curso ou aguardando a próxima alimentação em branco.
Sistemas servo completos eliminam esse desperdício. Dados da indústria e testes de equipamentos mostram consistentemente que máquinas de placas de papel totalmente servo consomem de 30% a 60% menos eletricidade em comparação com máquinas hidráulicas ou mecânicas de volante-equivalentes que produzem o mesmo volume de produção.
Na verdade, uma linha de produção de placas de papel-de tamanho médio operando em dois turnos por dia pode economizar entre 8.000 e 25.000 quilowatts-horas por ano ao mudar de acionamento hidráulico para servo completo, dependendo do tamanho da máquina, da velocidade de produção e das tarifas locais de eletricidade.
Por que as economias são tão consistentes
Vários fatores de engenharia se somam para explicar por que os sistemas servo completos funcionam tão bem em termos de energia:
Frenagem Regenerativa
Quando o servo motor desacelera - como no final de um curso antes da reversão - ele atua como um gerador, recuperando energia cinética e devolvendo-a ao barramento do driver ou banco de capacitores. Esseregenerativocapacidade significa que a energia é recapturada em vez de dissipada como calor, como seria em um freio mecânico ou válvula de alívio hidráulica.
Essas pequenas recuperações representam uma parte significativa do orçamento geral de energia para máquinas de ciclo rápido que funcionam entre 60 e 120 batimentos por minuto.
Perfis de movimento precisos
Os servocontroladores permitem que os engenheiros programem perfis de movimento personalizados para cada eixo. Em vez de um curso acionado por came-fixo, a prensa pode acelerar rapidamente, desacelerar antes de fechar para reduzir o impacto, permanecer na pressão ideal e depois retrair rapidamente - tudo em uma curva suave e otimizada. Isso reduz o consumo de corrente de pico e o estresse mecânico simultaneamente.
Eliminação de perdas em espera
Os sistemas hidráulicos requerem uma bomba em funcionamento contínuo para manter a pressão do sistema. Mesmo em modo inativo, isso custa energia. Um servoconversor em espera consome corrente quase-zero. Para operações com paradas frequentes, mudanças de turno ou programações de demanda-variável, essa diferença aumenta significativamente ao longo de um ano.
Geração de calor reduzida
Como os servomotores são mais eficientes, eles produzem menos calor residual. Isto tem um benefício secundário: requisitos reduzidos de resfriamento para o gabinete elétrico e o espaço de trabalho ao redor, o que se traduz em menores cargas de HVAC nas instalações de produção.
Eficiência real versus eficiência nominal: o que observar
As especificações de uso de energia dos fabricantes são geralmente medidas em condições perfeitas. Isso significa correr o tempo todo, sem paradas. Mas o desempenho-no mundo real depende de mais algumas coisas.
O primeiro é a velocidade de produção. A energia utilizada por item é melhor quando a máquina funciona na velocidade nominal ou próxima dela. Se você operar a 50% em uma máquina feita para alto rendimento, ela usará menos energia total. Mas isso pode piorar a proporção de energia-por-placa.
Em segundo lugar estão as características do material. Matérias-primas mais espessas ou densas precisam de mais força de formação. Isto aumenta a demanda de torque do motor. Se você mudar do papel padrão para um papel mais-mais pesado ou multicamadas, o uso de energia por ciclo aumentará.
O terceiro é a manutenção da temperatura. Os elementos de aquecimento na matriz não afetam o uso de energia do sistema de servoacionamento.
O isolamento eficiente da montagem do molde e os ciclos otimizados de aquecimento-aquecimento/resfriamento-são tão importantes quanto o sistema de acionamento para o desempenho energético total da máquina.
Status de manutenção: Rolamentos desgastados, trilhos-guia desalinhados ou contaminação de codificadores de servo-feedback contaminados aumentam o atrito e a resistência, forçando o motor a trabalhar mais. Um bem-mantidoMáquina de fazer placa de papel com servomotores completossupera consistentemente aquele negligenciado em métricas de energia.
Além da energia: outros benefícios operacionais do Full Servo
A eficiência energética é o principal indicador. Mas as máquinas servo completas também têm outros pontos positivos para operação. Vale a pena pensar sobre isso:
Maior precisão e repetibilidade
Como os servomotores respondem ao feedback do codificador{0}}em tempo real, a uniformidade das dimensões ao longo de milhares de ciclos é significativamente melhor do que os acionadores de came ou as prensas hidráulicas. Isso reduz as taxas de descarte -, o que é em si uma forma de eficiência de materiais e energia.
Níveis mais baixos de ruído
Unidades de energia hidráulica e sistemas pneumáticos são notoriamente barulhentos. As máquinas servo completas operam consideravelmente mais silenciosamente, melhorando o ambiente de trabalho e reduzindo a necessidade de proteção auditiva em instalações com regulamentações trabalhistas rígidas.
Tempo de inatividade de manutenção reduzido
Você não precisa trocar o óleo hidráulico. Você não precisa substituir os filtros. Você não precisa seguir os cronogramas de manutenção do compressor de ar. Um sistema servo-acionado possui peças mecânicas simples. Isso significa menos paradas planejadas para manutenção. Isso também significa uma menor chance de quebras repentinas. Ao longo da vida útil da máquina, isso leva a uma maior eficácia geral do equipamento (OEE). Portanto, esta é outra forma de ganhar eficiência indiretamente.
Capacidade de dados e monitoramento
Servo drives modernos possuem interfaces de comunicação. Geralmente são Ethernet/IP, Ethernet Square ou Modbus. Eles monitoram o uso de energia, o tempo de ciclo e a carga do motor em tempo real. Esses dados permitem que os gerentes de produção encontrem ineficiências. Também permite monitorar o uso de energia para cada ciclo de produção. E permite que eles planejem horários para usar as tarifas de eletricidade fora dos horários de pico.
O custo inicial mais alto é justificado?
As máquinas de chapa de papel totalmente servo normalmente têm um preço de compra mais alto do que seus equivalentes hidráulicos ou mecânicos do mesmo volume. O prêmio varia de acordo com o mercado e a configuração, mas um custo de capital 20% a 40% maior não é incomum. Investir em umMáquina de fazer placa de papel com servomotores completosrequer uma avaliação cuidadosa do volume de produção e do preço da energia.
Para a maioria das empresas-e grandes-de capacidade, o período de retorno apenas para economia de energia é de 2 a 4 anos com um preço típico de eletricidade-e tende a ser mais curto em áreas com altas taxas industriais. Quando os custos de manutenção reduzidos e as taxas de sucata mais baixas são levados em consideração, o cenário do custo total de propriedade torna-se ainda mais atraente.
Para ambientes de produção-de baixo volume ou intermitentes, o cálculo é diferente. Se uma máquina funcionar apenas algumas horas por dia, as poupanças absolutas de energia serão menores e o período de retorno do investimento prolonga-se em conformidade.
Resumo
As placas de papel com servomotor completo são, de fato, mais eficientes em termos energéticos do que as alternativas hidráulicas, pneumáticas ou mecânicas-de volante – o consumo direto de energia normalmente varia de 30% a 60%. A eficiência vem do controle-responsivo do motor à carga, da recuperação de energia regenerativa e da eliminação de perdas em espera inerentes aos sistemas hidráulicos.
A tecnologia também oferece benefícios colaterais em termos de precisão, níveis de ruído, manutenção e visibilidade de dados, melhorando a economia geral da produção. Para empresas que planejam uma nova linha de produção ou atualização de equipamentos existentes, o desempenho energético do sistema de acionamento merece um grande peso na decisão de compra - e não apenas no preço de tabela.