Análise e optimização global de uma linha de extrusão

Os objectivos principais deste estudo são a caracterização de uma das linhas de extrusão existentes na Cabelte, nomeadamente a linha de extrusão de referência EP5, composta por duas extrusoras. Pretende-se fazer a determinação de indicadores energéticos e de processo e a optimização do consumo energético, no que diz respeito à energia consumida e às perdas térmicas relativas a esta linha. Para fazer a monitorização da linha de extrusão EP5 foi colocado no quadro geral dessa linha um equipamento central de medida de forma a ser possível a sua monitorização. No entanto, para a extrusora auxiliar as medições foram efectuadas com uma pinça amperimétrica e um fasímetro. Foram também efectuados ensaios onde foi avaliada a quantidade de material transformada, para isso foi utilizado um equipamento de pesagem, doseador gravimétrico aplicado nas extrusoras. As medições de temperatura para os cálculos das perdas térmicas da extrusora principal e para a caracterização dos materiais plásticos, foram efectuadas utilizando um termómetro digital. Foram efectuados ensaios de débito às extrusoras auxiliar e principal e foi estudada a variação do factor de potência em função da rotação do fuso. Na perspectiva do utilizador final a optimização para a utilização racional de energia está na redução de encargos da factura de energia eléctrica. Essa factura não depende só da quantidade mas também do modo temporal como se utiliza essa energia, principalmente a energia eléctrica, bastante dependente do período em que é consumida. Uma metodologia diferente no planeamento da produção, contemplando o fabrico dos cabos com maior custo específico nas horas de menor custo energético, implicaria uma redução dos custos específicos de 18,7% para o horário de verão e de 20,4% para o horário de inverno. Os materiais de revestimento utilizados (PE e PVC), influenciam directamente os custos energéticos, uma vez que o polietileno (PE) apresenta sempre valores de entalpia superiores (0,317 kWh/kg e 0,281 kWh/kg)) e necessita de temperaturas de trabalho mais elevadas do que o policloreto de vinilo (PVC) (0,141 kWh/kg e 0,124 kWh/kg). O consumo específico tendencialmente diminui à medida que aumenta a rotação do fuso, até se atingir o valor de rotação óptimo, a partir do qual esta tendência se inverte. O cosφ para as duas extrusoras em estudo, aumenta sempre com o aumento de rotação do fuso. Este estudo permitiu avaliar as condições óptimas no processo de revestimento dos cabos, de forma a minimizarmos os consumos energéticos. A redução de toda a espécie de desperdícios (sobre consumos, desperdício em purgas) é uma prioridade de gestão que alia também a eficácia à eficiência, e constitui uma ferramenta fundamental para assegurar o futuro da empresa. O valor médio lido para o factor de potência (0,38) da linha EP5, valor extremamente baixo e que vem associado à energia reactiva, além do factor económico que lhe está inerente, condiciona futuras ampliações. A forma de se corrigir o factor de potência é instalando uma bateria de condensadores de 500 kVAr. Considerando o novo sistema tarifário aplicado à energia reactiva, vamos ter um ganho de 36167,4 Euro/ano e o período de retorno de investimento é de 0,37 ano (4,5 meses). Esta medida implica também uma redução anual na quantidade de CO2 emitida de 6,5%. A quantificação das perdas térmicas é importante, pois só desta forma se podem definir modos de actuação de forma a aumentar a eficiência energética. Se não existir conhecimento profundo dos processos e metodologias correctas, não podem existir soluções eficientes, logo é importante medir antes de avançar com qualquer medida de gestão.The main objectives of this study are the characterization of one of the existing extrusion lines in Cabelte, namely the extrusion line designated EP5, composed by two extruders. It is intended to determine energetic and process indicators and the optimization of energy consumption, regarding consumed energy and thermal losses relative to the line. In order to monitor EP5 extrusion line, a central measurement equipment was placed on the extrusion line’s Service Panel. However, for the auxiliary extruder the measurements were made by an amperimetric clamp, and a Phasemeter. Additional testings were also conducted where the quantity of transformed material was evaluated. For this purpose it was used a weighting equipment, gravimetric dispenser associated with both extruders. Temperature measures for thermal losses calculations of the main extruder and for plastic materials characterization were made using a digital thermometer. Debit testings were made to both extruders and power factor variation was studied according to screw rotation. In the end user perspective, the optimization of rational use of energy verifies on the energy bill reduction. That bill not only depends on quantity but also how that energy is used through time, mainly electric energy, which is subordinate to the timeframe it is consumed. A different methodology to production planning, contemplating production of cables with higher specific cost on time periods with diminished energy costs, would imply a specific cost reduction of 18,7% for summer period and of 20,4% for winter period. The sheathing materials utilized (PE and PVC) directly influence the energetic costs, since Polyethylene (PE) always presents superior enthalpy values (0,317 kWh/kg and 0,281 kWh/kg) and needs higher work temperatures, than the Polyvinyl chloride (PVC) (0,141 kWh/kg and 0,124 kWh/kg). Specific consumption tends to decrease as screw rotation increases until optimal rotation value is achieved, from which this tendency inverts. The cosφ value for both extruders always increases as screw rotation also increases. This study has allowed to evaluate the optimal conditions for the cable sheathing process, in order to minimize energy consumption. Reduction of all kinds of waste (overconsumption, purges waste) is a management priority that also allies effectiveness with efficiency, and constitutes a fundamental tool to ensure the future of the firm. The average value for EP5’s power factor (0,38) is extremely low and comes associated with reactive energy, besides the inherent economic factor , conditioning future expansions. The way to correct the power factor is to install a capacitor battery of 500 kVAr. Considering the new tariff system applied to reactive energy, we will have a 36167,4 €/year and the return of investment period is 0,37 years (4,5 months). This step also implies an annual reduction of emitted CO2 of 6,5 %. Quantification of thermal losses is important, for only this way we can define methods to increase power efficiency. If a deep knowledge of the correct processes and methodologies does not exist, then cannot exist efficient solutions, therefore it is important to measure before advancing to any management decision