Aprovechamiento de la energía solar en plantas de inyección de plástico
16/12/2024
Junto con la firma Inesco AG, Wittmann está ayudando a las empresas de moldeo por inyección a aprovechar la energía solar para producir. La clave es utilizar la corriente continua como fuente de energía directa.
Los sistemas fotovoltaicos son cada vez más frecuentes en los tejados de las empresas. Los altos precios de la energía, las restricciones de compra y las redes inestables en algunas regiones hacen que sea rentable cierta independencia del mercado eléctrico. También, para lograr los objetivos de sostenibilidad. Sin embargo, aún hay mucho por hacer en este sentido. Por eso, el Grupo Wittmann, junto con su socio Inesco AG, está ayudando a las empresas de moldeo por inyección a aprovechar este potencial. La clave es utilizar la corriente continua como fuente de energía directa.
Recordemos que en la K 2022, el Grupo Wittmann ya mostró una celda de moldeo por inyección fabricando piezas electrónicas a partir de una poliamida ignífuga. La alimentación eléctrica de la máquina y del robot procedía de paneles solares con la ayuda de una infraestructura adecuada con un adaptador de corriente continua.
Asimismo, en Fakuma 2023, Wittmann volvió a presentar una célula de producción alimentada directamente por corriente continua (CC) obtenida de la energía solar (en la imagen sobre estas líneas).
Un paso más
Ahora, Wittmann ha unido fuerzas con la empresa Inesco AG para industrializar y comercializar la tecnología de moldeo por inyección de corriente continua. Inesco AG lleva más de diez años trabajando en cómo utilizar y almacenar de forma eficiente la energía renovable a gran escala.
La industria del moldeo por inyección está ahora muy interesada en el uso directo de la energía solar a través de redes de corriente continua. Por eso, Wittmann e Inesco están evaluando y procesando actualmente numerosos proyectos específicos. Y ya se han vendido las primeras máquinas de moldeo por inyección con capacidad de corriente continua.
De esta manera, Wittmann se convierte en un proveedor pionero en tecnología de corriente continua en el sector del moldeo por inyección. Es el primer proveedor que ofrece a las empresas de moldeo por inyección máquinas y celdas de producción que pueden utilizar energía solar procedente directamente de una red de corriente continua.
El punto de partida
Al igual que otros tipos de energía renovable, como la generada en parques eólicos y plantas de biogás, la energía solar es corriente continua (CC). Sin embargo, las redes eléctricas nacionales utilizan corriente alterna (CA). Antes de poder utilizar tipos de energía alternativos, es necesario convertirlos en CA. La CC se convierte en CA para poder transportarla y distribuirla, y en algunos casos la CA se transforma de nuevo en CC en el consumidor, muchos de los cuales funcionan con CC.
Los convertidores utilizados son principalmente inversores de frecuencia que se utilizan para el control continuo de la velocidad de los motores eléctricos, que representan el 70% del consumo de energía en entornos industriales. Otros ejemplos de consumidores de CC son los ordenadores, los televisores, las lámparas LED y los vehículos eléctricos.
En la producción industrial, así como en la vida cotidiana, la CC se convierte constantemente en CA y viceversa. Cada transformación produce una pérdida de energía del orden del 2 al 4 %, lo que reduce la eficiencia energética de las aplicaciones. Por este motivo, surgió la idea de que la corriente continua se pudiera utilizar directamente a través de redes de CC descentralizadas, llamadas microrredes de CC, sin convertirla primero en corriente alterna.
Más ventajas
Además del ahorro energético y la menor huella de carbono asociada, existen otras motivaciones para estudiar las posibilidades que ofrece la tecnología de CC. En primer lugar, la seguridad del suministro. El aumento del consumo eléctrico debido, entre otras cosas, a la proliferación de vehículos eléctricos y bombas de calor, así como la progresiva electrificación de la producción industrial, están generando cada vez más cargas en las redes eléctricas existentes, que a menudo no se expanden al ritmo de los avances.
Esta situación se ve agravada por el rápido aumento de la energía solar vertida a la red, que aumenta la carga sobre la misma y la vuelve más inestable. Los expertos afirman que incluso países con un suministro eléctrico muy bueno, como Alemania y Austria, podrían experimentar cada vez más fallos en la red y restricciones en el consumo en el futuro.
Por tanto, las redes de corriente continua podrían convertirse en un elemento fundamental para garantizar la seguridad del suministro y la neutralidad climática. Un argumento en apoyo de esto es que la corriente continua es fácil de almacenar en baterías, lo que proporciona una forma eficiente de cubrir los costosos picos de energía.
Otro argumento es una mayor eficiencia de los recursos en lo que respecta a la expansión de las redes eléctricas. Gracias a la tecnología moderna, las redes de CC de tres cables requieren sustancialmente menos material conductor de cobre que las redes de CA de cinco cables, así como menos piezas electrónicas: no hay rectificadores en el equipo.
La tecnología de Wittmann para inyección
La solución de Wittmann para poder usar directamente la energía de CC de las placas en las máquinas se basa en tres componentes. En primer lugar, una máquina de moldeo por inyección o una celda de producción modificada para utilizar tecnología de CC. Segundo, la red de CC «DConnect» de Inesco. Y, por último, una batería de almacenamiento sodistore max basada en sal de sodio. La batería de sal se desarrolló específicamente para el uso sostenible por parte de empresas industriales.
El DConnect forma la columna vertebral de la fuente de alimentación de CC durante el funcionamiento. Es una microrred de CC autorregulable en la que los productores y consumidores de CC se pueden integrar e interconectar fácilmente. DConnect funciona sin un controlador externo y no requiere una conexión a Internet. Esto significa que el sistema está protegido de forma segura contra posibles ataques informáticos.
La tarea de la batería de almacenamiento sodistore max es garantizar una tensión constante, incluso cuando se conectan diferentes consumidores y la potencia suministrada fluctúa. Las baterías de almacenamiento de energía solar de Inesco vienen en varios tamaños y capacidades de almacenamiento de hasta 500 kWh. Estas baterías de sal alcanzan la misma densidad energética y el mismo volumen que las baterías de iones de litio convencionales, pero pueden cargarse y descargarse a velocidades mucho mayores.
Además, la batería de iones de sodio es mucho más respetuosa con el medio ambiente y también más segura que las baterías de litio convencionales. No requiere ningún material peligroso y se puede reciclar por completo al final de su vida útil. Tampoco necesita aire acondicionado y puede funcionar tanto en interiores a temperaturas más altas (hasta 55 grados) como en exteriores a temperaturas muy bajas (-20 grados).
Más detalles
Para la integración en la microrred DConnect, Wittmann ofrece inicialmente su serie EcoPower de máquinas de moldeo por inyección y los modelos de CC de sus robots lineales WX. Se están desarrollando otros modelos de máquinas y dispositivos periféricos para la integración en redes de CC. Por ejemplo, en su evento Competence Days del pasado verano, Wittmann presentó dispositivos de control de temperatura de CC.
Para poder operar de forma segura, también se tuvo que adaptar la tecnología de conexión. Específicamente para esta aplicación, el grupo tecnológico Harting desarrolló un prototipo de conector con bloqueo eléctrico. Durante el funcionamiento, protege tanto al sistema como a los empleados de tirones involuntarios y de los arcos eléctricos asociados. El indicador de señal integrado muestra en todo momento si hay tensión en el conector o no.
Conector desarrollado por Harting Technology Group.
Las máquinas EcoPower totalmente eléctricas, que están equipadas con servomotores altamente dinámicos para impulsar los movimientos principales, son ideales para su uso en una red de corriente continua. Disponen de un sistema patentado de recuperación de energía cinética (KERS) que convierte la energía cinética en energía eléctrica durante el frenado.
En una configuración de corriente alterna convencional, esta energía recuperada solo se puede utilizar dentro de la máquina, por ejemplo, para calentar el cilindro. Sin embargo, cuando se integra en una red de corriente continua, también se puede devolver a la red para su uso por otros consumidores o para almacenarla dentro de la batería. El modelo de corriente continua del robot Wittmann, que se alimenta directamente a través del enlace de corriente continua de la máquina EcoPower, también devuelve el exceso de energía al enlace de corriente continua durante el frenado.
La célula de producción presentada en las últimas ferias estaba compuesta por una máquina de moldeo por inyección EcoPower B8X 180/750+ con una capacidad instalada de la batería de sal de 45 kWh. Durante las ocho horas que duró la feria funcionó sin interrupción y sin necesidad de cambiar a la red de corriente alterna en ningún momento.
Unidad de control de temperatura DC de Wittmann.
Reducción del consumo energético
Las primeras pruebas muestran que la reducción de las pérdidas de conversión por sí sola reduce hasta en un 15% la demanda de energía de una celda de producción alimentada directamente con corriente continua. La decisión sobre la creación o no de una red de corriente continua no debe basarse en la superioridad de una tecnología sobre la otra. En cambio, cada vez se instalarán redes de corriente continua junto a redes de corriente alterna en más zonas.
Por ejemplo, si en un día nublado y con poca luz solar se agota la batería, el sistema desarrollado conjuntamente por Wittmann e Inesco cambiará automáticamente a corriente alterna. El cambio no se notará en la producción, ya que la máquina se alimentará con un suministro de energía continuo y constante.
A largo plazo, también es probable que existan redes de corriente alterna y corriente continua en paralelo, lo que permitirá tomar decisiones caso por caso sobre qué fuente de alimentación ofrece la mayor eficiencia general.
Wittmann cree que el ritmo de implantación de la corriente continua en la industria del moldeo por inyección dependerá de muchos factores. Pero, en cualquier caso, los retos técnicos se han resuelto. Existen soluciones, componentes y mecanismos de protección de calidad industrial. Sin embargo, lo que se necesita más que eso es un cambio de conciencia. Es necesario concienciar a los planificadores de fábricas, arquitectos, electricistas y consultores energéticos sobre la tecnología de corriente continua, para que puedan tenerla en cuenta desde el principio cuando se realicen nuevas inversiones.
Retorno de la inversión
Aunque los sistemas fotovoltaicos existentes se pueden convertir a energía de CC directa, reemplazar todos los inversores por convertidores CC-CC sería una tarea enorme. El retorno de la inversión más rápido al instalar y operar una microrred de CC se produce en el momento en que se instala un nuevo sistema fotovoltaico acoplado a CC.
De esa manera, la gestión de la energía y la carga se puede diseñar de manera óptima desde el principio. También es recomendable que la red de CC integre no solo las celdas de producción de moldeo por inyección, sino también los periféricos y partes de la infraestructura, como el suministro de aire comprimido, la iluminación y el aire acondicionado.
Sin embargo, lo que más afecta al retorno de la inversión es la estabilidad del suministro de energía en el lugar. En los casos en que el suministro eléctrico se interrumpe con frecuencia o la cantidad de energía suministrada es limitada, una microrred de CC con almacenamiento en baterías acoplado a CC se amortiza con especial rapidez. En el caso de componentes muy críticos, la inversión en una fuente de alimentación de CC se puede amortizar en cuestión de segundos en caso de corte de suministro eléctrico.
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