Directamente del sol a la máquina de inyección

Los sistemas fotovoltaicos ya no son una rareza en los tejados de las empresas industriales. Los altos precios de la energía, las restricciones en las compras y la inestabilidad de las redes en ciertos países y regiones hacen que resulte rentable lograr cierta independencia del mercado eléctrico. Especialmente porque el uso de energías renovables también contribuye a alcanzar objetivos de sostenibilidad. Sin embargo, aún queda mucho potencial por explotar para usar las energías renovables de forma eficiente. En colaboración con su socio inesco AG, Wittmann está ayudando a las empresas de moldeo por inyección a aprovechar este potencial. La clave está en emplear la corriente continua como fuente de energía directa.

Los elevados precios de la energía, así como las restricciones de compra y la inestabilidad de las redes en algunos países, hacen que sea lucrativo independizarse en cierta medida del mercado eléctrico, sobre todo porque el uso de energías renovables también contribuye a alcanzar objetivos de sostenibilidad. (Foto: coryr930/pixabay)

Es 2022 y estamos en la feria K en Alemania. Lo que los visitantes del stand de Wittmann en el pabellón 12 pueden presenciar está al borde de una revolución. Una célula de producción de moldeo por inyección produce piezas electrónicas a partir de una poliamida retardante de llama y cuenta con unos llamativos paneles solares: es un estudio conceptual presentado por Wittmann en colaboración con un cliente. Con la infraestructura adecuada, la máquina de moldeo por inyección y el robot son alimentados directamente por energía solar a través de un enlace de corriente continua. Las dos empresas asociadas han presentado conjuntamente una patente para este desarrollo.

Un año después, en Fakuma 2023, Wittmann vuelve a presentar una célula de producción alimentada directamente por corriente continua (CC) obtenida de energía solar. Esta vez ya no es un estudio conceptual, sino una solución lista para la producción que incluye almacenamiento de energía solar. Wittmann ha unido fuerzas con otra empresa, que desde otoño de 2024 opera bajo el nombre de inesco AG, para industrializar y comercializar esta tecnología. Inesco lleva más de diez años trabajando en cómo aprovechar y almacenar energías renovables de manera eficiente a gran escala.

Esta presentación en Fakuma 2023 marca un punto de partida. La industria de la inyección de plástico muestra un gran interés en el uso directo de energía solar a través de redes de corriente continua. Como resultado, Wittmann e inesco están actualmente evaluando y gestionando diversas consultas sobre proyectos específicos. Ya se han vendido las primeras inyectoras con capacidad para funcionar con corriente continua.
Wittmann ha sido pionera en la adopción de tecnología de corriente continua en la industria del moldeo por inyección, convirtiéndose en el primer proveedor que ofrece máquinas y células de producción capaces de usar energía solar directamente desde una red de corriente continua.

Wittmann, pionera en la industria del moldeo por inyección, hace que la energía solar pueda utilizarse directamente en las máquinas de procesamiento. La empresa presentó una solución lista para la producción en Fakuma 2023. (Foto: Wittmann)Fig. 3: La batería de almacenamiento de CC garantiza que la tensión permanezca constante, incluso cuando se conectan diferentes cargas y la potencia suministrada está sujeta a fluctuaciones. (Foto: inesco)

Como otras fuentes de energía renovable, como la generada en parques eólicos y plantas de biogás, la energía solar es de corriente continua (CC). Sin embargo, las redes eléctricas nacionales operan con corriente alterna (CA). Para utilizar energías renovables, es necesario convertir la corriente continua en alterna para su transporte y distribución. En algunos casos, la corriente alterna vuelve a transformarse en continua en los dispositivos consumidores, muchos de los cuales trabajan internamente con corriente continua. Los convertidores empleados para estas transformaciones, como los variadores de frecuencia, se usan principalmente para regular la velocidad de motores eléctricos, que representan el 70% del consumo energético en entornos industriales. Otros ejemplos de consumidores de corriente continua son ordenadores, televisores, lámparas LED y vehículos eléctricos.

Tanto en la producción industrial como en la vida cotidiana, la corriente continua se transforma constantemente en alterna y viceversa. Cada transformación implica una pérdida energética del 2 al 4%, lo que reduce la eficiencia de las aplicaciones. Este fue el punto de partida para la idea de utilizar directamente la corriente continua mediante redes descentralizadas, conocidas como microrredes de corriente continua, eliminando la necesidad de convertirla primero en alterna.

Además del ahorro energético y la menor huella de carbono, otras razones apoyan el uso de tecnología de corriente continua. La más importante es la seguridad del suministro. El aumento del consumo eléctrico debido, entre otros factores, a la proliferación de vehículos eléctricos y bombas de calor, así como el avance de la electrificación industrial, está sometiendo a las redes eléctricas a mayores presiones. Esta situación se agrava con el incremento rápido de la energía solar inyectada, que ejerce aún más presión y genera inestabilidad. Incluso en países con redes eléctricas fiables, como Alemania y Austria, los expertos prevén un aumento de fallos de red y restricciones en el consumo en el futuro. Las redes de corriente continua podrían convertirse en un elemento clave para garantizar la estabilidad del suministro y la neutralidad climática. Una de sus ventajas es que la corriente continua se puede almacenar fácilmente en baterías, lo que resulta eficaz para cubrir los picos de consumo.

Otro es la mayor eficiencia de los recursos a la hora de ampliar las redes eléctricas. Gracias a la tecnología moderna, las redes de corriente continua de tres hilos requieren mucho menos material conductor de cobre que las redes de corriente alterna de cinco hilos, así como menos piezas electrónicas: No hay ningún rectificador en el equipo.

La batería de almacenamiento de CC garantiza que la tensión permanezca constante, incluso cuando se conectan diferentes cargas y la potencia suministrada está sujeta a fluctuaciones. (Foto: inesco)

¿Cómo se implementa en la práctica el uso directo de energía solar en el moldeo por inyección? La solución de Wittmann incluye tres componentes principales: máquinas de moldeo por inyección o células de producción adaptadas para la tecnología de corriente continua, la red de CC 'DConnect' de inesco, y la batería de almacenamiento sodistore max basada en sal de sodio, desarrollada específicamente para un uso sostenible en empresas industriales.
DConnect constituye la columna vertebral del suministro de corriente continua durante el funcionamiento. Se trata de una microrred de CC autorregulada que integra fácilmente productores y consumidores de corriente continua. Funciona sin necesidad de un controlador externoy no requiere conexión a Internet. Esto significa que el sistema está protegido de forma segura contra la ciberdelincuencia.

La tarea del acumulador 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 convencionales de iones de litio, pero pueden cargarse y descargarse a velocidades mucho mayores. 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 materiales peligrosos y puede reciclarse por completo al final de su vida útil. Además, no necesita aire acondicionado y puede funcionar tanto en interiores a altas temperaturas (hasta 55 grados) como en exteriores a temperaturas muy bajas (-20 grados).

Para la integración en la microrred DConnect, Wittmann ofrece inicialmente su serie EcoPower de máquinas de moldeo por inyección y los modelos DC de sus robots lineales WX. Otros modelos de máquinas y dispositivos periféricos para la integración en redes de CC están en desarrollo. En su evento Competence Days del verano de 2024, por ejemplo, Wittmann presentó dispositivos de control de temperatura de CC.

Con el fin de operar estos de forma segura, la tecnología de conexión también tuvo que ser adaptada. Específicamente para esta aplicación, el grupo tecnológico Harting desarrolló un prototipo de conector con bloqueo eléctrico. Durante el funcionamiento, esto 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 o no en el conector. 

Las máquinas EcoPower totalmente eléctricas, equipadas con servomotores altamente dinámicos para accionar los movimientos principales, son ideales para su uso en una red de corriente continua. Incorporan un sistema patentado de recuperación de energía cinética (KERS) que convierte la energía cinética en energía eléctrica durante el frenado. En una instalación convencional de corriente alterna, esta energía recuperada sólo puede utilizarse dentro de la máquina, por ejemplo, para calentar el barril. Sin embargo, cuando se integra en una red de corriente continua, también se puede devolver a la red de corriente continua para que la utilicen otros consumidores o para almacenarla en la batería. El modelo de CC del robot Wittmann, que se alimenta directamente a través del enlace de CC de la máquina EcoPower, también devuelve el exceso de energía al enlace de CC al frenar.

La célula de producción presentada en las últimas ferias comprendía una máquina de inyección EcoPower B8X 180/750+ con una capacidad de almacenamiento de sal instalada de 45 kWh. Funcionó ininterrumpidamente durante las ocho horas que duró la feria sin necesidad de cambiar a la red de CA en ningún momento.

La microrred de CC facilita la integración sencilla de productores y consumidores de CC. La reducción de las pérdidas de conversión aumenta la eficiencia energética. (Foto: inesco)

El proyecto piloto con un cliente de Wittmann en Alemania muestra lo prometedor que es el enfoque de las microrredes de CC. Desde principios de 2023, la célula de producción de este cliente ha estado funcionando con energía solar y almacenamiento de CC. Este cliente ha logrado importantes ahorros energéticos eliminando las transformaciones innecesarias entre corriente continua y alterna. Además, gracias a la batería de almacenamiento solar, la célula de producción puede operar incluso en caso de apagones. Esto reduce significativamente las interrupciones y tiempos de inactividad, lo que a su vez mejora la eficiencia operativa.

El sistema también permite un seguimiento y análisis precisos de los flujos de energía, facilitando una planificación energética más eficiente. Los datos recopilados confirman que la tecnología de CC no solo es sostenible, sino que también ofrece una ventaja económica para las empresas de moldeo por inyección. Estos beneficios, junto con las crecientes restricciones en el suministro eléctrico en varias regiones, han llevado a un aumento en las consultas de clientes interesados en adoptar esta tecnología.

Las primeras pruebas prácticas muestran que la reducción de las pérdidas de conversión por sí sola recorta hasta un 15 % la demanda de energía de una célula de producción alimentada directamente con CC. Cualquier decisión sobre si crear o no una red de CC no debe centrarse en si una tecnología es superior a la otra. Por el contrario, las redes de CC se crearán junto a las de CA en cada vez más zonas. Por ejemplo, si las baterías se agotan en un día nublado con poca luz solar, el sistema desarrollado conjuntamente por Wittmann e inesco cambiará automáticamente a corriente alterna. El cambio no se notará en la producción; la máquina se alimentará con un suministro continuo y estable de energía.

A largo plazo, también es probable que las redes de CA y CC existan en paralelo. Esto permitirá decidir en cada caso qué fuente de alimentación ofrece la mayor eficiencia global.

La gama de máquinas y sistemas aptos para CC es cada vez mayor. Wittmann presentó una nueva unidad de control de temperatura de CC en sus Competence Days 2024. (Foto: Wittmann)

Con qué rapidez se establecerá la CC en la industria del moldeo por inyección? No hay una respuesta fácil a esta pregunta, ya que intervienen muchos factores. La primera tarea consiste en dar a conocer más ampliamente las posibilidades y ventajas de la tecnología de CC, encontrar aplicaciones de referencia y compartir más intensamente las experiencias entre los distintos sectores.

Los retos técnicos, en cualquier caso, ya están resueltos. Existen soluciones, componentes y mecanismos de protección de calidad industrial. Sin embargo, lo que se necesita más que eso es un cambio de conciencia. Los planificadores de fábricas, arquitectos, electricistas y asesores energéticos deben conocer la tecnología de corriente continua para tenerla en cuenta desde el principio a la hora de realizar nuevas inversiones.

Los políticos y las asociaciones industriales también tienen que desempeñar su papel. Tras reconocer la importancia clave de las energías renovables para la transición energética, el Gobierno alemán puso en marcha su primer proyecto conjunto de investigación ya en 2016. Esto condujo a la aparición del grupo de trabajo Open DC Alliance (ODCA) dentro de la Asociación Alemana de Fabricantes Eléctricos y Electrónicos (ZVEI) en 2022. Numerosas empresas mundiales de renombre se han unido a la ODCA, entre ellas inesco.

El grupo tecnológico Harting ha desarrollado un nuevo conector con bloqueo eléctrico e indicación de estado para la conexión segura de unidades de control de temperatura. Verde significa que la unidad de control de temperatura se puede desconectar de la máquina. Rojo significa que la conexión del enchufe no se puede desconectar actualmente. (Imagen: Harting).

Sin embargo, lo que más afecta al retorno de la inversión es la estabilidad del suministro eléctrico in situ. Cuando el suministro eléctrico se interrumpe con frecuencia o la cantidad de energía suministrada es limitada, una microrred de CC con almacenamiento en baterías acopladas en CC se amortiza con especial rapidez. En el caso de componentes muy críticos, la amortización de una fuente de alimentación de CC puede hacerse en cuestión de segundos cuando se produce un apagón.