Flexibilidad energética en la producción: Los hornos de crisol bivalente pueden transferir el consumo de energía a la red sin afectar la producción. Fuente: Fraunhofer IPA/Ludmiła Parsiak
Debido al alto consumo de energía de los hornos de fusión y precalentamiento, el precio de la fuente de energía utilizada es un factor de costo importante en la producción de piezas fundidas. El precio de la electricidad varía mucho a lo largo del día. Esto puede explicarse, por ejemplo, por el uso fluctuante de la red eléctrica o por insumos de energía renovable inestables.
Como resultado, las empresas deben diseñar de manera flexible su consumo de energía para ejecutar sus procesos de producción de la manera más rentable posible. Junto a sus socios, el Instituto de Ingeniería de Producción y Automatización les. Fraunhofer IPA está desarrollando un horno bivalente que permite el cambio dinámico entre gas y electricidad. Esto proporcionará flexibilidad operativa en términos del tipo de energía utilizada, lo que permitirá utilizar la energía cuando sea más rentable.
La fundición a presión es uno de los procesos de moldeo más eficientes: se pueden producir cientos de miles de piezas fundidas a partir de un solo molde. Pero como muchos procesos industriales, este método de producción es extremadamente intensivo en energía, con hornos de crisol liderando el camino en un consumo de energía significativo. Dichos hornos se utilizan para fundir lingotes de metal, que luego se fuerzan en un molde de metal a alta presión y alta velocidad.
El consumo total de energía de las fundiciones alemanas de metales ligeros es correspondientemente alto; en 2019, la Oficina Federal de Estadística de Alemania lo registró en 4,4 TWh. Al diseñar una solución que flexibiliza los procesos de producción en términos de consumo de energía, Fraunhofer ayuda a las empresas a compensar las fluctuaciones en la red eléctrica y reducir los costos de producción.
La tecnología de hornos bivalentes es la clave para un funcionamiento energéticamente flexible. “Los hornos generalmente funcionan con una sola fuente de energía, ya sea combustibles como gas y petróleo, o alternativamente electricidad. Sin embargo, los hornos de crisol bivalentes pueden cambiar dinámicamente entre electricidad y gas durante la operación. Esta tecnología no ha estado disponible hasta ahora”, explica Alexander Mages, científico de Fraunhofer IPA en Stuttgart. “Esto significa que podemos utilizar una variedad de fuentes de energía para cubrir las necesidades energéticas de los hornos de crisol en cualquier condición de funcionamiento”.
Trabajando con los socios Hindenlang GmbH, Bark Magnesium GmbH y el Instituto para la Eficiencia Energética en la Producción (EEP) de la Universidad de Stuttgart, el equipo de investigación modeló varios conceptos de calefacción, optimizó los diseños de plantas con simulaciones térmicas e implementó un diseño bivalente para el horno de crisol.
El horno de crisol es parte del centro de la planta con punzones, prensas y máquinas CNC en la fundición a presión de Bark Magnesium GmbH. Probado con éxito en abril de 2023, se puso en servicio en mayo para fundir lingotes de magnesio.
Procesos de producción ininterrumpidos
Dado que la aleación debe mantenerse a una temperatura de funcionamiento constante, los investigadores se propusieron utilizar la energía de forma flexible, a precios ideales de electricidad, sin tener que interrumpir el proceso de producción para los cambios. Esto significa que la estufa bivalente se puede cambiar a funcionamiento a gas cuando el precio de la electricidad es particularmente alto, por ejemplo, debido al aumento regular del consumo de electricidad por la mañana o por la noche. Por otro lado, cuando los precios son bajos, el sistema cambia a operación eléctrica.
“La demanda energéticamente flexible de electricidad puede contribuir significativamente a reorientar nuestro sistema eléctrico hacia la generación de energía renovable. Las empresas industriales representan el 44 por ciento de nuestro consumo total de electricidad”, dice Mages.
Los operadores pueden cambiar manualmente entre electricidad y gas usando el sistema de control del horno, o el horno cambia automáticamente a través de una señal emitida por la red de la sala. Del mismo modo, conectarse a la red de la sala da la posibilidad de cambiar después de recibir una señal del proveedor de electricidad.
“Al cambiar la fuente de energía, no es necesario cambiar la hora de inicio del proceso a un período en el que los precios de la electricidad son bajos ni ajustar los turnos a las interrupciones. Estos son medios comunes para lograr flexibilidad energética”, destaca el científico, explicando otra ventaja del horno bivalente.
El horno se construyó como parte del proyecto Kopernicus SynErgie II. Ya se ha presentado una solicitud para la continuación del proyecto SynErgie III, cuyo objetivo es optimizar el horno, incluida su calefacción y el diseño de la red. Utilizando elementos de medición térmica, los socios del proyecto determinan parámetros como la distribución de temperatura en el horno para sacar conclusiones sobre la eficiencia energética. También verifican si el horno puede funcionar con hidrógeno. “Es casi como si estuviéramos investigando sobre un sujeto vivo”, dice Mages.