Unità di potenza idrauliche servocontrollate: risparmio energetico fino al 60% nella stampatura ad iniezione

Accoppiando un motore servo IE3 con una pompa a ingranaggi interni ad alta efficienza, le unità di potenza idraulica servo LIFTHYDRAU raggiungono risparmi energetici verificati sul campo del 50–60% sulle linee di stampaggio a iniezione di plastica. Questo articolo presenta dati di riferimento provenienti da tre siti clienti in Vietnam, Turchia e Messico.

Perché le macchine per lo stampaggio a iniezione consumano così tanta energia

Le macchine convenzionali per lo stampaggio a iniezione utilizzano tipicamente pompe a cilindrata fissa o a cilindrata variabile azionate da motori asincroni. Durante le fasi di mantenimento della pressione, raffreddamento e attesa con apertura dello stampo, il motore continua a ruotare alla sua velocità nominale mentre l’olio idraulico ritorna nel serbatoio attraverso la valvola di sicurezza: l’energia viene così interamente convertita in calore disperso. Nella produzione reale, la porzione del ciclo di stampaggio che richiede effettivamente portata massima rappresenta solitamente solo il 30–40% del tempo totale di ciclo, mentre per il resto il sistema opera a portata bassa o nulla. Questa è la ragione fondamentale per cui le unità di potenza idraulica servo possono ottenere risparmi così significativi: olio su richiesta, velocità su richiesta.

Architettura del sistema: abbinamento del motore servo IE3 con la pompa a ingranaggi interni

Il cuore di un’unità di potenza idraulica servo LIFTHYDRAU risiede nel controllo coordinato del motore e della pompa. Un motore asincrono servo di classe di efficienza IE3 mantiene un’elevata efficienza anche a carichi parziali, operando in sinergia con l’azionamento per realizzare una regolazione chiusa di velocità e coppia. Rispetto alle pompe a ingranaggi esterni, la pompa a ingranaggi interni offre una minore pulsazione di portata e una maggiore efficienza volumetrica, garantendo un’erogazione stabile anche a basse velocità — caratteristica che ne assicura un’elevata compatibilità con il funzionamento a velocità variabile dei sistemi servo.

Quando la macchina entra nella fase di mantenimento della pressione, la velocità del motore servo scende al minimo necessario per mantenere la pressione, la portata in uscita della pompa diminuisce di conseguenza e il sistema non fa più affidamento sullo scarico della valvola di sicurezza. Durante la fase di raffreddamento, il motore si avvicina all’arresto e il consumo energetico tende a zero. Durante l’intero ciclo di stampaggio, la potenza del motore segue dinamicamente la curva di carico effettiva, anziché funzionare a potenza costante. Questa logica di controllo costituisce la base tecnica per le percentuali di risparmio del 50–60%.

Sito Vietnam: Linea di stampaggio per involucri di elettrodomestici

Un produttore di elettrodomestici in Vietnam gestisce un laboratorio di stampaggio con diverse macchine da 250 tonnellate di forza di chiusura, che producono principalmente tamburi per lavatrici e involucri per condizionatori d’aria. Prima della riqualificazione, il consumo medio di potenza del sistema idraulico per macchina era di circa 18,5 kW su 22 ore di funzionamento giornaliere. Dopo l’installazione dell’unità di potenza idraulica servo LIFTHYDRAU, il consumo medio misurato è sceso a 7,4 kW, con un risparmio del 60%. Il tempo di raffreddamento rappresenta una quota relativamente elevata del ciclo di stampaggio in questo impianto, e le consistenti perdite di sovrappressione del sistema convenzionale durante la fase di raffreddamento sono state eliminate completamente. Ai tassi locali di elettricità industriale, i risparmi annuali per macchina ammontano a circa 42.000 RMB, con un periodo di recupero inferiore a 14 mesi. Anche la temperatura dell’olio idraulico è diminuita in modo evidente, estendendo gli intervalli di sostituzione dell’olio da 4.000 a oltre 8.000 ore.

Sito Turchia: Stampaggio di componenti automobilistici di precisione

Un fornitore di componenti automobilistici in Turchia gestisce linee di stampaggio per produrre clip e connettori per interni, con forze di chiusura comprese tra 180 e 350 tonnellate. Il sistema esistente a pompa variabile nello stabilimento richiedeva frequenti regolazioni di pressione e portata nelle condizioni di stampaggio di precisione, e il ritardo di risposta causava variazioni del peso dei pezzi. Dopo l’installazione di unità idrauliche servoalimentate, il consumo energetico è diminuito del 52% e la ripetibilità dello stampaggio è migliorata in modo significativo. I dati rilevati sul campo hanno mostrato una potenza media di 21,3 kW per macchina da 350 tonnellate prima della riqualificazione, scesa a 10,2 kW successivamente. Considerando i prezzi dell’energia elettrica industriale in Turchia, più elevati e volatili, il caso di risparmio risultava ancora più vantaggioso. Dopo aver completato la prima macchina pilota, lo stabilimento ha esteso la riqualificazione a tutte le 11 macchine del reparto.

Sito Messico: stampaggio di pallet logistici di grandi dimensioni

Un produttore di materie plastiche in Messico produce bancali logistici e cassette riutilizzabili, con forze di chiusura generalmente superiori a 500 tonnellate — applicazioni ad alta tonnellata e a ciclo lungo. Prima della modernizzazione, la potenza media del sistema idraulico per macchina raggiungeva 34,7 kW e la temperatura dell’olio idraulico rimaneva costantemente elevata, richiedendo raffreddamento supplementare durante l’estate. Dopo l’installazione delle unità di potenza idraulica servo LIFTHYDRAU, la potenza media è scesa a 14,6 kW, con un risparmio di circa il 58%. Le macchine ad alta tonnellata presentano fasi prolungate di mantenimento della pressione e il vantaggio del sistema servo nel mantenimento della pressione a bassa velocità viene pienamente sfruttato. La temperatura dell’olio si è stabilizzata entro un intervallo ragionevole e il consumo di acqua di raffreddamento è diminuito di circa il 35%.

Conclusioni comuni da tre siti

Nei siti del Vietnam, della Turchia e del Messico, i risparmi sono stati costantemente compresi nella fascia 50–60%, non per caso. La struttura energetica del sistema idraulico di una macchina per lo stampaggio a iniezione stabilisce il limite superiore del beneficio derivante dalla riqualificazione, mentre i risparmi effettivi dipendono dall’efficienza originaria del sistema, dalla percentuale di tempo dedicato al mantenimento e al raffreddamento all’interno del ciclo e dal fattore di carico della macchina. In tutti e tre i siti, il funzionamento a portata non massima ha rappresentato oltre il 60% del ciclo di stampaggio, offrendo ampio spazio per i risparmi ottenibili con i servomotori.

Va inoltre sottolineato che i periodi di recupero dell’investimento nei tre progetti sono rimasti compresi tra 12 e 20 mesi. Anche prescindendo dalla maggiore durata dell’olio e dal minore consumo di acqua di raffreddamento dovuto alle temperature inferiori dell’olio, i soli risparmi elettrici giustificano pienamente la decisione di riqualificazione. Per le macchine per lo stampaggio a iniezione, le unità di potenza idraulica a servomotore hanno smesso di essere una semplice opzione per il risparmio energetico per diventare invece una configurazione standard di linea.

Raccomandazioni per la selezione e la riqualificazione

I retrofit idraulici con servomotore non sono una semplice sostituzione di pompa e motore. È necessario verificare la pressione di esercizio, la curva di portata, il volume del serbatoio e la capacità di raffreddamento del sistema originale per garantire che le caratteristiche di uscita del gruppo pompa a servomotore corrispondano al processo di stampaggio. L’efficienza volumetrica della pompa a ingranaggi interni a bassa velocità è un indicatore chiave che determina direttamente la stabilità nella fase di mantenimento. Anche i parametri del variatore di frequenza devono essere tarati in coordinamento con il controllore della macchina per ottenere una rapida risposta di pressione e portata. Per i laboratori con più macchine in funzionamento parallelo, si raccomanda di avviare il progetto su una singola macchina pilota per validare i dati di risparmio e la coerenza dei pezzi prima di un’estensione su larga scala.