Riscaldamento ad alta efficienza con magneti permanenti: un modo intelligente per migliorare le OpEx

L’esclusiva tecnologia HEH (High Efficiency Heating) di GMS per il preriscaldo delle billette durante il processo di estrusione

di Claudio Zanotti, GMS-Engitec Group

Pandolfo Alluminio Spa è da 50 anni un operatore primario nel settore dell’estrusione dell’alluminio, che si distingue nel mercato europeo per l’aggiornamento e l’ampliamento della gamma di prodotti e servizi, guadagnandosi la reputazione di “fornitore unico”. Dato che GMS ha avuto il privilegio di fornire a Pandolfo Alluminio un sistema HEH, la seguente considerazione si basa sui dati di funzionamento raccolti durante il periodo immediatamente seguente la messa in servizio, grazie alla gentile collaborazione di Pandolfo.
L’obiettivo della tecnologia HEH è quello di sostituire il riscaldatore ad induzione esistente (sistema di riscaldamento a induzione AC convenzionale) con il nuovo riscaldatore a induzione a magnete permanente, per dimostrare in una linea di produzione industriale su larga scala, prestazioni tecniche, benefici ambientali ed economici. Ciò ha permesso di eseguire una serie di test con billette di differenti dimensioni, volumi produttivi, condizioni di estrusione, di riscaldamento e stampi. Diversi test sono stati ripetuti con diverse matrici di estrusione (il profilo di temperatura della billetta è specifico per ogni matrice). Tutte le variabili di processo vengono acquisite e la qualità finale dei componenti estrusi viene verificata.
Alcuni indicatori-chiave di prestazione (KPI) erano misurati durante o dopo i test, al fine di valutare quantitativamente le prestazioni della nuova tecnologia. Tutti i dati di consumo e le relative analisi sono stati certificati da CIRCE, centro di ricerca spagnolo per le risorse energetiche e il consumo.
Risultati
Per valutare la performance del sistema HEH, sono stati rilevati vari KPI. Questi parametri possono essere suddivisi principalmente in cinque classi:
Classe 1 – indicatori della qualità tecnica del processo.
Classe 2 – indicatori di qualità dell’estruso.
Classe 3 – indicatori di performance energetica.
Classe 4 – indicatori di performance del processo.
Classe 5 – indicatori di performance ambientale.

In ogni classe sono stati definiti due o più indicatori per descrivere nel modo migliore il diverso aspetto coinvolto, nella condizione di funzionamento della linea di produzione del riscaldatore a magneti permanenti.
Per quanto riguarda la classe n. 1 (indicatori di qualità tecnica di processo), sono stati definiti tre indicatori diversi:
1) Profilo di temperatura nella billetta dopo il processo di preriscaldo. Il rispettivo KPI è definito come la differenza tra i valori misurati e il profilo di temperatura richiesto da Pandolfo, il target è chela differenza sia compresa tra ± 5 °C.
2) Velocità di estrusione misurata durante il processo. Il relativo KPI è definito come la differenza tra la nuova e la vecchia velocità di estrusione. Il target è che questo valore sia compreso tra ± 10% del valore della velocità precedente.
3) Temperatura di uscita dell’estruso in alluminio della matrice in acciaio. L’indicatore è definito come la variazione della temperatura del profilo. Valore target è che sia inferiore di 15 °C durante l’estrusione.
Per quanto riguarda la classe n. 2 (indicatori di qualità dell’estruso), sono stati definiti 2 indicatori per valutare:
1) Il mantenimento della corretta durezza del profilo estruso. Il KPI è definito come percentuale dello scarto del profilo, che deve essere inferiore a 0,2%.
2) La qualità superficiale e di sezione dell’estruso. Il KPI relativo è la percentuale del profilo di scarto che deve essere inferiore a 0,5%.

Per quanto riguarda la classe n. 3 (indicatori di prestazione energetica), sono stati definiti 3 indicatori:
1) Potenza in ingresso [kW]. Il KPI è definito come il valore del picco di potenza, che deve essere inferiore alla potenza massima installata nel prototipo (475 kW).
2) Consumo di energia [kWh/ton]. Il KPI è definito come l’energia consumata, che deve essere inferiore all’energia consumata con il tradizionale riscaldatore a induzione AC [19,15 kWh/ton].
3) Efficienza energetica [%]. Il KPI è identificato con l’efficienza, che deve essere superiore al 77%, il valore teorico stimato in progettazione.

Per quanto riguarda la classe n. 4 (indicatori di prestazione di processo), è stato definito un indicatore relazionato con il:
1) Tasso di produttività oraria [ton/h]. Il KPI è calcolato come produttività media, che deve essere superiore a 1,9 ton/h, valore dell’anno precedente (2016).
Per quanto riguarda la classe n. 5 (indicatori di prestazione ambientale), sono stati definiti 2 indicatori per caratterizzare:
1) Carbon footprint (emissioni di kg CO2eq). Il KPI relativo misura la riduzione di emissione in termini di kg di anidride carbonica equivalenti. Valore target è di superare il valore stimato durante la progettazione del prototipo, ossia una riduzione superiore a 6800 kg di CO2eq al mese.
2) Potenziale di acidificazione (emissioni kg di SO2eq). Il KPI relativo misura la riduzione di emissione in termini di kg SO2eq. al mese. L’obiettivo è di superare il valore stimato durante la progettazione del prototipo, ossia una riduzione superiore a 30 kg SO2eq.

Conclusioni
Il nuovo riscaldatore a magneti permanenti HEH riduce il consumo energetico, che si traduce in una significativa riduzione dei costi di esercizio e delle emissioni, rispetto al tradizionale riscaldatore a induzione AC (Tabella 2). L’apprezzabile miglioramento dell’efficienza elettrica (dal 50% sino a oltre l’80%) consente non solo di ridurre la spesa energetica, ma di ottenere anche un soddisfacente impatto ambientale, come dimostrato dalla valutazione LC effettuata da Circe.

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