PT2205423E

PT2205423E - Método para utilização de energia no arrefecimento de perfis de extrusão

Info

Publication number: PT2205423E
Application number: PT88413893T
Authority: PT
Inventors: Erik Sehnal
Original assignee: Battenfeld Cincinnati Austria Gmbh
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2012-12-19
Also published as: DE102007050949A1; CN101835592B; CN101835592A; EP2205423A1; US8097195B2; EP2205423B1; WO2009053319A1; US20100308493A1

Description

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DESCRIÇÃO

"MÉTODO PARA UTILIZAÇÃO DE ENERGIA NO ARREFECIMENTO DE PERFIS DE EXTRUSÃO" A invenção refere-se a um método para a utilização de energia durante o arrefecimento de perfis de extrusão, de preferência tubos, em que a energia na forma de calor é fornecida para fundir o material plástico e, após a moldagem ser realizada, pelo menos, nos dispositivos que compreendem a ferramenta, a unidade de calibração e o banho de arrefecimento, o calor é extraido de novo a partir do material plástico até que este último seja autossustentável.

Durante a extrusão, o composto de plástico fundido é forçado através de uma matriz de extrusão por meio de um dispositivo de extrusão, por meio de que a forma desejada é transmitida para o material plástico. Para este efeito, o material plástico é primeiramente fundido através do fornecimento de calor e, em seguida, o perfil de plástico extrudido é arrefecido até que esteja dimensionalmente estável. Água grandemente arrefecida, geralmente na gama de cerca de 15 °C, é normalmente usada para este fim, com o tubo de extrusão a ser alimentado num banho de arrefecimento correspondente ou uma zona de arrefecimento logo que deixa a ferramenta de extrusão. Até que o tubo de plástico se torne dimensionalmente estável, ele tem de passar através de uma zona correspondente, em que o perfil de plástico deve ser permanentemente arrefecido. Uma vez que, no entanto, que a temperatura do composto plástico diminui progressivamente, é também necessário trabalhar com um meio de arrefecimento correspondentemente frio. Para 2 manter o meio de arrefecimento a um nivel de temperatura suficientemente baixo, é necessária a utilização de uma elevada quantidade de energia.

Um dispositivo para o arrefecimento de perfis de plástico é divulgado no documento EP 0 659 537 A2. Neste caso, é descrito um recipiente de água fria com várias câmaras no qual o meio de arrefecimento é alimentado de câmara para câmara.

Para além disso, é descrito no documento FR 2 322 724 Al, no qual é descrita uma unidade para a calibração e perfis obtidos, em que o liquido proveniente de uma gárgula é fornecido a um tubo de ligação, através do qual o perfil obtido é alimentado, contra o sentido de transporte do perfil e num espaço vazio adjacente, a partir do qual é retirado após o ciclo.

Tais sistemas, por conseguinte, têm a desvantagem de que a energia é primeiramente necessária para fundir o material plástico, mas a energia ainda tem de ser fornecida, porque o composto de plástico aquecido deve ser arrefecido outra vez para efeitos de estabilização dimensional. 0 objeto da presente invenção consiste portanto em propor um método por meio do qual o consumo de energia, em particular para o arrefecimento dos perfis de extrusão, de preferência tubos, possa ser reduzido e, por outro lado, possa ser atingido um nivel de temperatura melhorado do calor residual.

Em conjunto com o preâmbulo da reivindicação 1, a solução para atingir o objeto é caracterizada por, para efeitos do 3 arrefecimento, um meio de arrefecimento passar através da linha de extrusão de modo oposto à direção de extrusão, em que o meio que é utilizado para a refrigeração é passado a partir de uma estação de arrefecimento para outra, e em que o meio de arrefecimento aquece de novo em cada uma das estações, em que o meio de arrefecimento de uma estação de arrefecimento (6) para a estação de aquecimento (6) seguinte, não é transmitido ao longo do perfil de extrusão (3) .

Os testes demonstraram que a estabilização dimensional adequada é obtida após o processo de extrusão, se existir uma diferença de temperatura suficiente entre o extrudido relativamente quente e o meio de arrefecimento. Não é necessário que esta diferença seja extremamente grande. Portanto, a invenção aborda o problema em que a maior eficiência pode ser alcançada. Dentro da linha de extrusão, o tubo ou perfil refrigera, ou é progressivamente arrefecido, e assim perde calor. Por conseguinte, a fim de ter a diferença de temperatura necessária entre o perfil e o meio de arrefecimento, um meio de arrefecimento com a temperatura mais baixa em termos absolutos é necessário para o fim da linha de extrusão, enquanto que um meio de arrefecimento muito mais quente é suficiente para alcançar a necessária diferença de temperatura entre o composto de plástico e o meio de arrefecimento no inicio da linha de extrusão. Por esta razão, o meio de arrefecimento frio é introduzido no final da linha de extrusão e é utilizado para o arrefecimento contra a direção de extrusão, na direção da ferramenta de extrusão, uma vez que, como mencionado acima, um meio de arrefecimento aquecido no curso do processo, sem dúvida, tem uma diferença de temperatura suficiente para a estação seguinte. 4 A este respeito, está previsto que os dispositivos individuais, por meio dos quais o meio de arrefecimento flui, estão dispostos uns por trás dos outros, em série ou em fileira.

Dependendo da área de aplicação, a temperatura do meio de arrefecimento pode ser ajustada de tal modo que a diferença de temperatura entre o meio de refrigeração e o perfil de plástico permanece constante, tanto quanto possível, em cada um dos dispositivos a serem atravessados, em qualquer caso, pode ser assegurado que a diferença não é inferior a um valor predeterminado. Por isso, é tomado o cuidado de assegurar que o arrefecimento suficiente do perfil de plástico é realizado em cada um dos dispositivos.

Por este método, uma vez que tenha arrefecido, o meio de arrefecimento é utilizado em toda a linha de extrusão, sem qualquer outro arrefecimento intermédio, através do que a energia a ser fornecida para o arrefecimento é reduzida em 30-90%, preferivelmente em 50-80%, em particular em 70-80%. A redução tem efeito em especial na energia de bombagem e/ou na saída da máquina de refrigeração. A diferença de temperatura aumenta a partir de 5 graus convencionais para uma média de 35 graus e, como resultado disso, há uma redução do caudal volumétrico por um fator de 7 (35/5), para o mesmo índice de energia e um aumento na proporção de arrefecimento livre, pelo que a utilização intensiva de energia do aparelho de refrigeração pode também ser reduzida por um múltiplo. A proporção depende da variação da temperatura exterior. 5

Além disso, há também um aumento da possibilidade de se utilizar o calor residual restante da água de arrefecimento, como um resultado do que o calor residual restante da água de arrefecimento é vantajosamente utilizado para o aquecimento ou para a preparação de água quente.

Testes demonstraram que a temperatura da água de arrefecimento, depois de ter passado através do processo, situa-se entre 30 e 70 °C, de preferência a 50 °C. O princípio da invenção é ilustrado esquematicamente nos desenhos. A Fig. 1 mostra o estado da técnica A Fig. 2 mostra o procedimento de acordo com a invenção e A Fig. 3 mostra o fluxo de energia

Na Figura 1, o processo de arrefecimento encontra-se esquematicamente ilustrado com base numa linha de extrusão de tubos de acordo com o estado da técnica. A massa fundida 1 produzida através de um dispositivo de extrusão é enviada para uma ferramenta 2, através da qual a massa fundida 1 é forçada, através do que um tubo 3 é obtido. Para a estabilização dimensional, o tubo 3 produzido passa através de várias estações de arrefecimento 6. Cada uma das estações de arrefecimento 6 está ligada a uma linha de arrefecimento 5, que é diretamente alimentada por uma máquina de refrigeração 4, usualmente por uma torre de arrefecimento. Por conseguinte, cada uma das estações de arrefecimento 6 é alimentada com um meio de arrefecimento em grande parte à mesma temperatura, por exemplo, água a 15 °C. Cada estação de arrefecimento individual 6 está ligada 6 ao retorno 7, no qual a água de arrefecimento é introduzida depois de passar através de cada uma das estações individuais de arrefecimento 6. A água de arrefecimento aquece, por exemplo, em cada estação de arrefecimento 6, a 3-8 °C e então entra no retorno de 7 a uma temperatura de, por exemplo, 20 °C. O mesmo ocorre analogamente em cada estação de arrefecimento adicional 6, de modo que a máquina de refrigeração / torre de arrefecimento 4 é alimentada com a totalidade da água de arrefecimento a uma temperatura, aqui de aproximadamente 20 °C. A direção de extrusão é ilustrada pela seta 8. A diferença de temperatura entre o fluxo e o retorno é correspondentemente muito pequena (neste caso, 5 °C), o fluxo do meio de arrefecimento requerido é correspondentemente elevado. Além disso, tendo em conta o nivel de temperatura baixo do retorno (neste caso, 20 °C), a proporção de arrefecimento intensivo de energia fornecida pelas máquinas de refrigeração é extremamente elevada e a proporção de arrefecimento fornecido pela torre de arrefecimento muito eficiente em termos energéticos (arrefecimento livre) é muito baixa.

Na Figura 2, o principio da presente invenção é ilustrado. A figura mostra, por sua vez, uma linha de extrusão de tubos, na qual a massa fundida 1 produzida por um dispositivo de extrusão é enviada para uma ferramenta 2, por meio da qual a massa fundida 1 é forçada, pelo que um tubo 3 é obtido. Para a estabilização dimensional, também aqui, o tubo 3 produzido passa através de várias estações de arrefecimento 6. Cada uma das estações de arrefecimento 6 está ligada a uma linha de arrefecimento 5. A diferença decisiva em comparação com o arrefecimento convencional é 7 que o meio de arrefecimento é introduzido primeiramente na estação de arrefecimento 6 mais afastado da ferramenta 2, de modo contrário ao sentido da extrusão 8, e em seguida não é introduzido num retorno 7, mas é enviado para a estação de arrefecimento seguinte 6, visto contra a direção de extrusão 8. Esta progressão para a próxima estação de arrefecimento 6 é repetida até que a estação de arrefecimento 6 diretamente a jusante da ferramenta 2 tenha sido atravessada. Só então é que o meio de arrefecimento entra no retorno 7 e é então enviado de novo para a máquina de refrigeração / torre de arrefecimento 4. De acordo com este processo, a água de arrefecimento aquece, por exemplo, a partir de 15 °C, por exemplo, 25 °C, o tubo 3 na última estação de arrefecimento tendo uma temperatura de 40 °C. Na estação de arrefecimento 6 a montante da mesma, o tubo tem ainda, por exemplo, uma temperatura de 80 °C, que é então arrefecido pela água de arrefecimento de 25 °C a partir da última estação de arrefecimento 6. A fim de continuar essa sequência de temperaturas dadas a titulo de exemplo, consequentemente, água a 15 °C é usada para arrefecer um tubo 3 a partir de 80 °C para 40 °C e aquece até 25 °C. A água quente a 25 °C arrefece um tubo 3 quente a 120 °C para 80 °C e, assim, aquece para 35 °C. Na estação de arrefecimento seguinte, esta água arrefece um tubo 3 a partir de 160 °C para 120 °C. A temperatura da água aumenta, assim, para 45 °C. Quando arrefece o tubo 3 deixando a ferramenta 2 com uma temperatura de 200 °C a 160 °C, a temperatura da água aumenta para cerca de 55 °C, sendo essa água então enviada através do retorno 7 para a máquina de refrigeração / torre de arrefecimento 4 para um novo arrefecimento.

Como resultado disso, a diferença de temperatura entre o fluxo e o retorno aumenta, neste exemplo, de 5 °C, de acordo com o estado da técnica, para 40 °C, como na forma de realização exemplificativa de acordo com a presente invenção. Como resultado disso, ocorrem vários efeitos: • O fluxo volumétrico necessário (e, consequentemente, a energia necessária de bombagem) do meio de arrefecimento reduz na mesma proporção que a diferença de temperatura aumenta (neste exemplo, portanto, por um fator de 8). • A temperatura de retorno aumentada permite um maior uso das torres de arrefecimento, conhecido como arrefecimento livre, o qual pode ser utilizado sem a necessidade de máquinas de refrigeração. Se, por exemplo, a temperatura limite do arrefecimento livre for de 20 °C (a temperatura limite é geralmente de vários graus acima da temperatura média ambiente ou da água subterrânea), neste exemplo, 7/8 da capacidade de refrigeração necessária pode ser fornecida por meio de arrefecimento livre. No estado da técnica representado, esta proporção foi de 0. • O nivel de temperatura elevado do retorno adicionalmente permite que o calor residual a partir do processo de arrefecimento dos tubos de plástico seja usado. Isto é assim porque somente quando o nivel de temperatura está bem acima da temperatura ambiente, é significativo em termos de energia e justificável em termos económicos, fazer com que o calor residual seja útil. Isto não é, em qualquer caso, a situação com 55 °C, por exemplo. A utilização para o aquecimento de salas, água quente ou estabelecimentos hortícolas são exemplos. 9 0 diagrama representado na Figura 3 representa o fluxo de energia de base no processo, a largura das setas representadas, respetivamente, simbolizando as quantidades de energia. Consequentemente, ilustrado na região 9 está o processo de fusão do material plástico, no qual cerca de 80% da energia fornecida permanece no tubo extrudido 3. Parte é perdida na forma de radiação na ferramenta 2, no tambor, no canal de alimentação ou devido a perdas de acionamento, o que é ilustrado pelas setas representadas em variados tamanhos pequenos. A energia ainda restante, primeiramente energia térmica, deve ser extraída do tubo de plástico nos banhos de arrefecimento ou de vácuo 6. A energia transferida para o meio de arrefecimento, por sua vez, tem de ser extraída do meio de arrefecimento na máquina de refrigeração / torre de arrefecimento 4.

Um aspeto da presente invenção é o de utilizar este tipo de arrefecimento para aumentar a densidade de energia e temperatura de retorno, respetivamente, e, assim, melhorar este re-arrefecimento requerido em termos de energia, para reduzir significativamente o consumo de energia do re-arref ecimento do meio de arrefecimento e para tornar possível que a energia térmica que está armazenada no meio de arrefecimento seja colocada a uso, como resultado do maior nível de energia do retorno do meio de arrefecimento.

Com o processo de acordo com a invenção, todo o nível de temperatura é aumentado, através do que o calor residual se torna adequado para uma utilização com base na sua energia. A redução efetiva da utilização de energia durante o arrefecimento da extrusão, em particular extrusão de tubos, é possível. 10

Lista de Números de Referência 1 Massa fundida 2 Ferramenta 3 Tubo 4 Máquina de refrigeração 5 Linha de arrefecimento 6 Estação de arrefecimento 7 Retorno 8 Direção de extrusão 9 Região de fusão

Lisboa, 3 de Dezembro de 2012

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para a utilização de energia durante o arrefecimento de perfis de extrusão, de preferência tubos, em que energia na forma de calor é fornecida para fundir o material plástico e, após a modelagem ter sido realizada, pelo menos, nos dispositivos que constituem a ferramenta (2) , a unidade de calibração (6), e o banho de arrefecimento (6), o calor é extraido de novo a partir do material de plástico até que este último seja autossustentável, caracterizado por para o arrefecimento, um meio de arrefecimento passar através da linha de extrusão de modo oposto à direção de extrusão (8), o meio que é utilizado para o arrefecimento sendo transmitido de uma estação de arrefecimento (6) para a seguinte, e em que o meio de arrefecimento aquece de novo, em cada estação de arrefecimento (6), em que o meio de arrefecimento não é transmitido a partir de uma estação de arrefecimento (6) para a estação de arrefecimento seguinte (6) ao longo do perfil de extrusão (3) .

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os dispositivos, através dos quais o meio de arrefecimento é passado, estarem uns atrás dos outros em série.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a diferença de temperatura entre o meio de arrefecimento e o perfil de plástico não ser inferior a 2 um valor predeterminado, de preferência, permanecendo em larga medida constante.

4. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a energia a ser fornecida para o arrefecimento ser reduzida em 30-90%, preferivelmente em 50-80%, em particular em 70-80%.

5. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a energia de bombagem e/ou a saida da máquina de refrigeração ser reduzida em 30-90%, de preferência em 50-80%, em particular em 70-80%.

6. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o calor residual da água de arrefecimento ser utilizado para o aquecimento e/ou preparação de água quente.

7. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a temperatura da água de arrefecimento, depois de ter passado através do processo, se situar entre 30° e 70 °C, de preferência a 50 °C. Lisboa, 3 de Dezembro de 2012