L’Energy Saving che migliora le performances

Danieli Breda ha varato una serie di pacchetti tecnologici, alcuni di facile installazione anche su macchine esistenti, in grado di ridurre i consumi energetici massimizzando la produttività

di Paolo Fraternale, Vice Presidente, Danieli Breda Division

Negli ultimi anni, la sensibilizzazione mondiale sull’impatto ambientale sia dell’industria, che del riscaldamento domestico e delle emissioni automobilistiche, ha raggiunto picchi di attenzione. Nel 2017 il 17,6% dei consumi totali in Italia (elettricità, termico e trasporti) è coperto da fonti rinnovabili. La Strategia Energetica Nazionale prevede entro il 2030 di raggiungere il 28% da energia rinnovabile.
Nel settore automobilistico tutte le principali case hanno ormai voltato pagina, preferendo la motorizzazione elettrica o ibrida al Ciclo Otto o Diesel. La riduzione del peso, che così tanto incide sui consumi, specie in fase di accelerazione e quindi nella guida in città, è un leit motif nella progettazione di nuovi mezzi di trasporto terrestre. Lo stesso, da anni, si sta verificando anche nel settore aeronautico e navale. Le nuove frontiere si sono aperte sull’uso di acciai alto-resistenziali, per ridurre il peso, in quello delle leghe leggere o dei materiali compositi.
In un mondo strettamente concatenato come il nostro, dove la velocità di osmosi fra un settore e l’altro dell’industria è enormemente aumentata, il trend del mondo automobilistico ha velocemente influenzato anche il mondo dell’estrusione.
Il KERS (Kinetic Energy Recovery System) della Formula 1 o il dispositivo Start and Stop, che giornalmente sperimentiamo sulle nostre vetture, o l’Emergency Call, che sarà obbligatorio sulle vetture di nuova immatricolazione, sono alcuni dei concetti ispiratori.
Difficile è rispondere all’esigenza di coniugare l’Energy Saving alle Performances, perché solitamente antitetici. Partendo dai concetti esposti, Danieli Breda ha varato una serie di pacchetti tecnologici, alcuni di facile installazione anche su macchine esistenti, in grado di ridurre i consumi energetici massimizzando la produttività.
Ecco una breve presentazione del principale TechPack.

ESED 4.0 (Energy Saving Electrical Drive): lo start and stop dell’estrusione? Molto di più…
Il ciclo dell’estrusione può essere diviso in due parti: la fase estrusione e il tempo morto per caricare una nuova billetta. Durante l’estrusione, che dura circa il 90% dell’intero ciclo, il principale attore è la forza, durante il tempo morto è la velocità. La forza è correlata alle aree e la pressione, la velocità alla portata delle pompe e alla potenza dei motori. La forza non dipende quindi dal numero di pompe installate ma dalla pressione e dalle aree, mentre la velocità, richiesta specialmente durante il tempo morto, sì. Come dire: il numero di pompe in eccesso a quelle legate alla velocità di estrusione è dovuto esclusivamente al tempo morto, che dura il 10% dell’intero ciclo.
Per questo motivo, durante la fase di estrusione, si azzera la portata delle pompe che non sono necessarie: si riducono i consumi e si lavora con le pompe attive nell’area di miglior efficienza/regolazione portata-velocità. Durante il tempo morto, al contrario, la velocità è il driver: serve la massimizzare le portate, seppur a bassa pressione, per ridurre il tempo perso fra un’estrusione e l’altra. Come dicevamo Performances ed Energy Saving sono spesso antitetici: poche pompe significa tempi morti lunghi, molte pompe significa aumento dei costi non solo di investimento, ma anche di esercizio e manutenzione. L’uovo di Colombo aveva iniziato a prendere forma tre anni fa con il brevetto dell’ESED (Energy Saving Electrical Drive), oggi è stato affinato con la nascita dell’ESED 4.0.

Il concetto
Serve poco olio durante l’estrusione, che dura il 90% del ciclo totale? Installiamo il numero di pompe e potenza motori più vicino possibile alla velocità massima che si desidera in estrusione (ad alta pressione). Mi mancherà olio durante il tempo morto? Aumentiamo il numero di giri delle pompe per avere più portata. Come? Montando degli inverter sui motori, che ne aumentino i giri del 40% durante il tempo morto. Detto così può sembrare banale, ma sorge una serie di “danni consequenziali”. Cosa succede ai transitori del tempo morto? Come facciamo ad accelerare velocemente i motori che hanno un’inerzia maggiore rispetto alla variazione angolo piattello pompe? Cosa succede alla manutenzione che vede motori girare a velocità variabile invece che costante?

La soluzione
Danieli & C. Officine Meccaniche ha un fatturato medio annuo di circa 2,5- 3 Miliardi di Euro. Il 5% viene dedicato in Ricerca e Sviluppo: l’ESED 4.0 è proprio un figlio di questo investimento.
Nel Reparto R&D di Udine è stata attrezzato un banco prove per testare in laboratorio le diverse configurazioni possibili: tipo di pompe, cilindrata delle pompe, potenza dei motori, tipo di inverter…
I test si sono svolti simulando cicli di lavoro per diverse modalità estrusione: Ciclo per profili Costruzione (tipicamente per la serramentistica), Ciclo Profili Industriali, Ciclo per Micro-Multiport e Ciclo per Leghe dure. Dal mix delle diverse soluzioni è nato l’ESED 4.0, che si traduce in:
• Pompe fisse: di tipo Heavy Duty, con manutenzione pressochè inesistente, basso costo di investimento o ricambio, facilità di taratura (non è necessaria) e manutenzione. Assenza di valvole proporzionali e di pompa pilotaggio.
• Motori: Primary Brand, tipo standard, potenza elevata. Massima rotazione 1500rpm durante l’estrusione, 2100rpm durante tempo morto. Nessun raffreddamento ad acqua o cassa quadra. Facile reperibilità per after sales. Comprovata affidabilità.
• Inverter: per ovviare all’inerzia dei motori industriali è stato brevettato un dispositivo simile al KERS, per dare rapidità di risposta durante il tempo morto ed evitare pendolamenti alla presa di carico delle pompe.
Da quanto sopra, i problemi di riduzione inerzia di risposta, facilità manutentiva, riduzione costi di installazione ed esercizio sono stati brillantemente risolti. Ma restava ancora da risolvere un consistente gap di portata olio necessaria, fra le fasi di estrusione e tempo morto.
Per avvicinare ulteriormente la sete dei cilindri durante le due fasi, i movimenti connessi con il tempo morto che non necessitano alte pressioni sono stati resi elettrici o svincolati dal consumo di olio: il caricatore, la cesoia ed il cambio matrici saranno attuati mediante azionamenti che non richiedano portata alle pompe. E’ stata sperimentalmente raggiunta, in funzione del Product Mix, una riduzione dei consumi dal 5% al 35% e soprattutto una manutenzione più facile e meno costosa (nessuna valvola proporzionale, blocchi idraulici più semplici, nessuna costosa revisione pompe portata variabile, precisione e ripetitività nel controllo velocità estrusione…) e per finire minori fermi macchina.

NRG Handling
Fino ad ora abbiamo parlato di presse, ma ormai da diversi anni Danieli Breda è un player Full Liner: le attuali esigenze di mercato ci hanno spinto ad estendere il know how a valle e a monte della pressa. L’appartenenza della DFO (Danieli Ferrè Olivotto, specialista in forni industriali ad alte prestazioni) al Gruppo Danieli, ha permesso di ingegnerizzare e fornire una nuova famiglia di forni a bassi consumi e ridotto impatto ambientale.
Anche l’handling a valle della pressa è stato sottoposto a una profonda rivisitazione tecnica: l’assunzione di 9 esperti ingegneri, provenienti dalla concorrenza più qualificata, ha permesso di sviluppare nuove soluzioni per:
• Intensive Cooling Box: studiata per leghe che necessitano di robusto raffreddamento in uscita dalla pressa, è stata studiata per avere alta velocità di precipitazione temperatura, riducendone la lunghezza ed assicurando miglior qualità metallurgica dei profili.
Questo ha un benefico influsso anche sulla maggior lunghezza disponibile per il taglio a volo, a parità di ingombro totale. Maggior lunghezza che si traduce in velocità di estrusione più elevata.
• Train Pullers elettrici: sono una vera rivoluzione nel campo dei puller. Aumentano l’affidabilità di impianto e la facilità manutentiva. Uno dei puller può essere parcheggiato fuori linea per manutenzione e garantiscono maggiore costanza di tiro rispetto ai motori idraulici.
• Stiratrice elettrica: riduce le centraline idrauliche necessarie, garantisce maggior precisione nella stiratura profili e facilita la manutenzione.

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