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EB (Electron Beam), uma maneira de minimizar os custos crescentes de energia

EB (Electron Beam), uma maneira de minimizar os custos crescentes de energia

Por Rick Sanders, Gerente de Marketing e Vendas da ESI – Energy Sciences Inc.

Tradução de Cristina Barros, atuando na Sun Chemical do Brasil 

 

Panorama

Os Furacões Katrina e Rita causaram uma grande devastação por toda a Costa do Golfo durante o verão de 2005. Os prejuízos indiretos, causados às refinarias de petróleo, plataformas e equipamentos de perfuração por toda a Costa, foram o foco de muitas notícias e artigos jornalísticos desde então.

Ouço dizer que todos nós percebemos os impactos dessas tempestades devido ao aumento extremo dos custos dos produtos derivados do petróleo refinado.  Junto ao aumento da gasolina, os custos do gás natural saltaram para mais que o dobro dos níveis alcançados ao final de 2004. Assim, convertedores que utilizavam fornos a gás para secagem ou cura de suas tintas e vernizes para o mercado de embalagens foram fortemente atingidos com a alta.

Normalmente quando os custos saltam como aconteceu recentemente, os decisores das empresas buscam formas de minimizar os aumentos naquela área. Em consequência, isso acabou levando as atenções para energias mais eficientes, que utilizem tecnologias de cura como EB e UV, e como elas podem ser aproveitadas.

A fim de termos uma referência e exemplo, vou comparar os custos do funcionamento elétrico e a gás de uma impressora offset com 54” de largura com secagem por aquecimento, tintas base solvente e vernizes, contra os de energia da mesma impressora com sistema EB para a cura das tintas e vernizes EB.

 

Visão Geral do Processo

Tintas heatset base solvente

Tintas e solventes utilizados no processo de secagem a quente consistem de pigmentos e resinas dispersos em um solvente. Tipicamente, tintas base solventes contêm entre 60% e 65% de sólidos. Os secadores utilizam temperaturas elevadas para evaporar o solvente. Com o auxílio de forte fluxo de ar, removem o solvente do substrato e do forno. Geralmente, localizados após o forno estão os rolos de resfriamento utilizados para esfriar o substrato. Para garantir uma secagem completa é importante balancear a operação de secagem com a velocidade da impressora, bem como a formulação da tinta e a camada aplicada (cobertura). Os impressores devem monitorar e manter este balanceamento a fim de assegurar uma impressão de boa qualidade sem resíduo de solvente no produto.

 

Tintas EB

Tintas EB são 100% sólidas, o que significa que elas não estão suspensas em um diluente como água ou solvente. Quando expostas a alta energia de feixes de elétrons, elas fazem uma ligação transversal (cross-link) ou são curadas instantaneamente. Como as tintas EB não contém solventes, não existem emissões de compostos orgânicos voláteis (VOC) que precisam ser gerenciadas.

A cura EB é um processo de temperatura moderada. Níveis mínimos de calor são transmitidos ao substrato através do sistema EB. Entretanto, há um leve aumento da temperatura devido a exotermia causada pela energia liberada na transição da tinta, de líquida para sólida. Esta mudança de temperatura varia entre 15° e 20° F, uma quantidade pequena comparada aos processos heatset.

A cura da tinta EB requer uma atmosfera inerte, o que é alcançado através da substituição do ar por nitrogênio puro. Isto acontece porque a presença de oxigênio no ar inibe ou impede a cura total da tinta ou verniz EB. Desta forma, esses sistemas são normalmente fabricados com dispositivos que mantém automaticamente uma atmosfera de nitrogênio inerte no interior do sistema quando em operação.

 

Custos de Energia

Enquanto impressoras offset e flexográficas CI possuem subsistemas internos que podem demandar funções adicionais como tambores de resfriamento e oxidantes, esta comparação terá como foco primário os diferentes custos de eletricidade e gás, entre secadores a gás e custos de eletricidade de sistemas EB.

Os custos de energia para secadores convencionais a gás incluem o uso de eletricidade e gás natural. A sua queima é a origem do calor e a eletricidade aciona os sopradores para impelir o ar quente por todo o sistema.

 

Custos de Energia em Secadores Convencionais

Como mostrado anteriormente, a largura da impressora/secadora é de 54”. O trabalho impresso normalmente terá entre 35% a 40% de cobertura de tinta em 12 pontos na superfície do substrato. A temperatura do forno é programada para aproximadamente 300° F, a fim de levar o “óleo magie”, substância mineral de base solvente, para a superfície da camada de tinta. A turbulência do ar criada pelos sopradores remove o solvente do substrato à medida que ele passa através dos secadores.

 

Secador Convencional à Gás Quantidades Unidades Resultados
Velocidade na linha 1000 FPM  
Extensão do secador 22.7 Pés  
Largura da Impressora 54 Polegadas  
Horas Trabalhadas por Ano (75% horas disponíveis em três turnos) 4680 Horas  
       
Consumo de gás 9,460,000 BTU/Hr  
Gás unidade/h (1 unidade = 100,000 btu) 95    
Custo por unidade $1.66    
Custo corrido por hora (Gás) $1.66 x 95   $157.70
       
Consumo elétrico 22.8 KW/Hr  
Custo por KWH $0.065    
Custo corrido por hora (Elétrico) $0.065 x 22.8   $1.48
       
Consumo de nitrogênio 0 Scfh  
Custo por 100 scf Nitrogen 0    
Custo corrido por hora (Nitrogênio)     $0.00
       
Despesas utilizadas combinadas      
Custo corrido por hora (Gás & Elétrica)     $159.18
Custo corrido por hora (Nitrogênio & Elétrica)     N/A
       
Despesas utilizadas por ano      
Custo corrido por ano (Gás & Elétrica) $159.18 x 4680   $744,962
Custo corrido por ano (Elétrica & Nitrogênio)     N/A

 

O “custo por unidade de calor” foi determinado pelo custo mais recente na região da Nova Inglaterra em dezembro de 2005. Este “custo por unidade de calor” inclui as despesas de energia do gás natural, mais os custos de distribuição. Percebemos um aumento significante deste custo nos últimos anos.

A tabela abaixo compara as despesas do gás natural e eletricidade na região da Nova Inglaterra durante o ano de 2005. Pode-se perceber claramente a alta dos preços de gás natural desde que aconteceram as tempestades que atingiram a costa do golfo. Também está evidente a estabilidade relativa dos custos de eletricidade no mesmo período.

Este gráfico é utilizado para ilustrar a tendência do custo unitário do gás natural e eletricidade. O leitor deve notar que o custo atual varia de acordo com a localidade por todo o país, mas de forma geral, a tendência é de forte alta para o gás natural e o propano. De extrema importância aqui é a diferença significante nos custos de energia associados com estas tecnologias.

 

Custos Operacionais do Sistema de Electron Beam

 

Como ilustrado na tabela anterior, o custo por kilowatt/hora (“KWH”) de eletricidade tem mostrado relativa estabilidade com somente pequenas alterações mês a mês. Desta forma, as despesas de energia necessárias para o funcionamento de um sistema EB, são:

 

 

Sistema Energy Sciences EB Quantidades Unidades Resultados
Velocidade da Linha 1000 FPM  
Comprimento do secador 6 Pés  
Largura da impressora 54 Polegadas  
Horas Trabalhadas por Ano (75% hrs disponíveis, 3 turnos) 4680 Horas  
       
Consumo de Gás 0 BTU/H  
Gás unidade de calor/hr (1 unidade de calor = 100,000 btu) 0    
Custo por unidade de calor $0.00    
Custo corrido por hora (Gás) 0   $0.00
       
Consumo Elétrico 59 KW/H  
Custo por KWH $0.065    
Custo corrido por hora (Elétrico) $0.065 x 22.8   $3.84
       
Consumo de Nitrogênio 5940 Scfh  
Custo por 100 scf de Nitrogênio $0.28    
Custo corrido  por hora (Nitrogênio) $0.28 x 59.4   $16.63
       
Despesas utilizadas combinadas      
Custo corrido por hora (Gas & Electric)     N/A
Custo corrido por hora (Nitrogênio & Elétrico)     $20.47
       
Despesas Anuais de Energia      
Custo corrido por ano (Gás & Elétrico)     N/A
Custo corrido por ano (Elétrico & Nitrogênio) $20.47 x 4680   $95,800

 

Custo Anual Heatset   $744,962.00
Custo Anual  EB     $95.800.00
       

O resultado do custo anual de cada tecnologia, calculado como custo por hora de funcionamento, é o que segue:

 

Total Despesa de Energia por Hora em funcionamento - Forno a Gás:                  $159.18

Total Despesa de Energia por hora em funcionamento - EB :                     $  20.47

 

Diferença Líquida:                                                        $138.71 / por hora

 

Quando avaliamos a despesa de energia por hora durante o funcionamento dos dois sistemas, fica evidente que a tecnologia EB pode ter uma considerável relação custo-benefício.

Existe um elemento importante que precisa ser enfatizado neste exemplo:

*  Esta comparação tem foco unicamente nas despesas energéticas de eletricidade e gás, para as duas tecnologias. A fim de se tomar uma decisão sobre qual tecnologia é mais eficiente, somente este item isolado não seria suficiente e muitos outros fatores precisam ser avaliados igualmente.

Sugerimos que estes outros fatores devam ser levados em consideração para se ter uma visão mais ampla sobre qual tecnologia será a melhor.

 

Conclusão

No crescente e competitivo mercado, torna-se extremamente importante gerenciar e reduzir os custos operacionais diários para se manter competitivo. Como as comparações acima mostram, a tecnologia EB pode ser exatamente a vantagem competitiva que os impressores precisam para continuarem lucrativos e competitivos.

 

Reconhecimentos

Agradeço aos representantes da Sun Chemical Corp, Faustel, Drent-Goebel, Lithotype Company e Unifoil Corporation pela assistência na preparação deste artigo.

 

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Rick Sanders, profissional de Marketing e Vendas para América do Norte da ESIEnergy Sciences Inc., maior fornecedor mundial de feixe de elétrons (EB) e tecnologia ultravioleta (UV). Já ocupou cargos em vendas e administração de produtos e serviços e indústrias; publicou diversos artigos em jornais e revistas técnicas de negócios e liderou negócios internacionais desde 1998.

 

Fonte: Revista Inforflexo Edição 106 – Mai/Jun de 2010

 

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