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Blog dedicado a los materiales plsticos, caractersticas, usos, fabricacin, procesos detransformacin y reciclado
Tecnologa de los Plsticos
mircoles, 16 de marzo de 2011
Reciclado de Materiales Plsticos
Aqu les presento un video institucional de una empresa dedicada al reciclado demateriales plsticos, donde explica en sntesis, el proceso de reciclado de botellas de
PET post-consumo para la obtencin de flakes (escamas u hojuelas) y sus aplicacionesen la industria y los productos que se pueden obtener con este material reciclado.
Empresa: Reciclar S.A.
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martes, 15 de marzo de 2011
EXTRUSIN DE MATERIALES PLSTICOSExtrusinDefinicin: La palabra extrusin proviene del latn "extrudere" que significa forzar unmaterial a travs de un orificio. La extrusin consiste en hacer pasar bajo la accin de lapresin un material termoplstico a travs de un orificio con forma ms o menos compleja(hilera), de manera tal, y continua, que el material adquiera una seccin transversal iguala la del orificio. En la extrusin de termoplsticos el proceso no es tan simple, ya que
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durante el mismo, el polmero se funde dentro de un cilindro y posteriormente, enfriado enuna calandria, Este proceso de extrusin tiene por objetivos, proceso que es normalmentecontinuo, usarse para la produccin de perfiles, tubos, pelculas plsticas, hojas plsticas,etc.
Ventajas y restricciones:
Presenta alta productividad y es el proceso ms importantes de obtencin de formas
plsticas en volumen de produccin. Su operacin es de las ms sencillas, ya que una
vez establecidas las condiciones de operacin es de las ms sencillas, ya que una vez
establecidas las condiciones de operacin, la produccin contina sin problemas siempre
y cuando no exista un disturbio mayor. El costo de la maquinaria de extrusin es
moderado, en comparacin con otros procesos como inyeccin, soplado o Calandrado, y
con una buena flexibilidad para cambios de productos sin necesidad de hacer inversiones
mayores.
La restriccin principal es que los productos obtenidos por extraccin deben tener una
seccin transversal constante en cualquier punto de su longitud (tubo, lmina) o peridica(tubera corrugada); quedan excluidos todos aquellos con formas irregulares o no
uniformes. La mayor parte de los productos obtenidos de una lnea de extrusin requieren
de procesos posteriores con el fin de habilitar adecuadamente el artculo, como en el caso
del sellado y cortado, para la obtencin de bolsas a partir de pelcula tubular o la
formacin de la unin o socket en el caso de tubera.
Aplicaciones Actuales:
A continuacin, se enlistan productos que encuentran en el mercado, transformados por el
proceso de extrusin:- Pelcula tubular
Bolsa (comercial, supermercado)
Pelcula plstica para uso diverso
Pelcula para arropado de cultivos
Bolsa para envase de alimentos y productos de alto consumos
-Tubera
Tubera para condicin de agua y drenaje
Manguea para jardn
Manguera para uso mdico
Popotes Recubrimiento
Alambre para uso elctrico y telefnico
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-Perfil
Hojas para persiana
Ventanera
Canales de flujo de Agua
-Lmina y Pelcula Plana
Rafia
Manteles para mesa e individualesCinta Adhesiva
Flejes para embalaje
-Monofilamento
Filamentos
Alfombra (Filamento de las alfombras)
Descripcin del Proceso:
Dentro del proceso de extrusin, varias partes debe identificarse con el fin de aprender
sus funciones principales, saber sus caractersticas en el caso de elegir un equipo y
detectar en donde se puede generar un problema en el momento de la operacin.
La extrusin, por su versatilidad y amplia aplicacin, suele dividirse en varios tipos,
dependiendo de la forma del dado y del producto eximido.
As la extrusin puede ser:
De tubo y perfil
De pelcula tubular
De lmina y pelcula plana
Recubrimiento de cable
De MonofilamentoPara pelletizacin y fabricacin de compuestos
Independientemente del tipo de extrusin que se quiera analizar, todos guardan similitud
hasta llegar al dado extrusor. Bsicamente, una de extrusin consta de un eje metlico
central con alabes helicoidales llamado husillo o tornillo, instalado dentro de un cilindro
metlico revestido con una camisa de resistencias elctricas.
En un extremo del cilindro se encuentra un orificio de entrada para la materia prima,
donde se instala una tolva para la materia prima, donde se instala una tolva de
alimentacin, generalmente de forma cnica; en ese mismo extremo se encuentra elsistema de accionamiento del husillo, compuesto por un motor y un sistema de reduccin
de velocidad.
En la punta del tornillo, se ubica la salida del material y el dado que forma finalmente
plstico.
Descripcin del equipo
Tolva: La tolva es el depsito de materia prima en donde se colocan los pellets de
material plstico para la alimentacin continua del extrusor.
Debe tener dimensiones adecuadas para ser completamente funcional; los diseos mal
planeados, principalmente en los ngulos de bajada de material, pueden provocar
estancamientos de material y paros en la produccin.
En materiales que se compactan fcilmente, una tolva con sistema vibratorio puede
resolver el problema, rompiendo los puentes de material formados y permitiendo la cada
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del material a la garganta de alimentacin.
Si el material a procesar es problemtico an con la tolva con sistema vibratorio puede
resolver el problema, rompiendo puentes de material formados y permitiendo la cada del
material a la garganta de alimentacin.
Si el material a procesar es problemtico an con la tolva en vibracin, la tolva tipo
crammer es la nica que puede formar el material a fluir, empleando un tornillo para
lograr la alimentacin,
Las tolvas de secado son usadas para eliminar la humedad del material que est siendoprocesado, sustituyen a equipos de secado independientes de la mquina. En sistemas
de extrusin con mayor grado de automatizacin, se cuenta con sistemas de transporte
de material desde contenedores hasta la tolva, por medios neumticos o mecnicos. Otros
equipos auxiliares son los dosificadores de aditivos a la tolva y los imanes o magnetos
para la obstruccin del paso de materiales ferrosos, que puedan daar el husillo y otras
partes internas del extrusor.
Barril o Can: Es un cilindro metlico que aloja al husillo y constituye el cuerpo principalde una mquina de extrusin, conforma, junto con el tornillo de extrusin, la cmara de
fusin y bombeo de la extrusora. En pocas palabras es la carcaza que envuelve al tornillo.
El barril debe tener una compatibilidad y resistencia al material que est procesando, es
decir, ser de un metal con la dureza necesaria para reducir al mnimo cualquier desgaste.
La dureza del can se consigue utilizando aceros de diferentes tipos y cuando es
necesario se aplican mtodos de endurecimiento superficial de las paredes internas del
can, que son las que estn expuestas a los efectos de la abrasin y la corrosin
durante la operacin del equipo.
El can cuenta con resistencias elctricas que proporcionan una parte de la energatrmica que el material requiere para ser fundido. El sistema de resistencias, en algunos
casos va complementado con un sistema de enfriamiento que puede ser flujo de lquido o
por ventiladores de aire. Todo el sistema de calentamiento es controlado desde un
tablero, donde las temperaturas de proceso se establecen en funcin del tipo de material
y del producto deseado.
Para la mejor conservacin de la temperatura a lo largo del can y prevenir cambios en
la calidad de la produccin por variaciones en la temperatura ambiente, se acostumbra
aislar el cuerpo del can con algn material de baja conductividad trmica como la fibra
de vidrio o el fieltro.
En el diseo de todo cilindro de extrusin se busca:
1) Mxima durabilidad.
2) Alta transferencia de calor.
3) Mnimo cambio dimensional con la temperatura.
https://lh6.googleusercontent.com/-_r-Mh3DAGNw/TYCi2tNjrBI/AAAAAAAAAB4/Drt3nfIxUmM/s1600/13.JPGhttps://lh6.googleusercontent.com/-_r-Mh3DAGNw/TYCi2tNjrBI/AAAAAAAAAB4/Drt3nfIxUmM/s1600/13.JPGhttps://lh6.googleusercontent.com/-_r-Mh3DAGNw/TYCi2tNjrBI/AAAAAAAAAB4/Drt3nfIxUmM/s1600/13.JPG8/10/2019 Tecnologa de Los Plsticos_ Marzo 2011
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En la fabricacin de cilindros de extrusin tales exigencias logran ser cubiertas utilizando
materiales tales como: Xaloy 101 (para extrusoras de propsito general, procesamiento de
PEAD y PEBD), Xaloy 800 (para el procesamiento de PELBD), Xaloy 306 (para
productos corrosivos, como los copolmeros cidos).
Husillo:Gracias a los intensos estudios del comportamiento del flujo de los polmeros, el
husillo ha evolucionado ampliamente desde el auge de la industrial plstica hasta el grado
de convertirse en la parte que contiene la mayor tecnologa dentro de una mquina de
extrusin.Por esto, es la pieza que en el alto grado determina el xito de una operacin de
extrusin. Con base al diagrama, se describen a continuacin las dimensiones
fundamentales para un husillo y que, en los diferentes diseos, varan en funcin de las
propiedades de flujo de polmero fundido que se espera de la extrusora.
Cilindros con Zonas Acanaladas: Son cilindros de extrusin que poseen una superficie
interna con canales de formas especficas. Zonas acanaladas ubicadas en la etapa de
alimentacin de los cilindros de extrusin, suelen ser utilizadas para favorecer el
procesamiento de resinas de bajo coeficiente de friccin (Ej.- HMW PEAD y PP ). Para ser
transportado hacia adelante, el material no debe girar junto con el tornillo, o al menos
debe girar a una menor velocidad que el tornillo. La nica fuerza que puede evitar que el
material de vueltas junto con el tornillo y, por tanto hacer que el material avance a lo largo
de la camisa, es la fuerza de arrastre o friccin entre el material y la superficie interna de
la camisa. A mayor friccin menor rotacin del material junto con el tornillo y, por lo tanto,
ms movimiento hacia delante. El caudal se hace tanto mayor cuanto mayor sea el
coeficiente de rozamiento del slido con la carcasa con respecto al del slido con el eje
del tornillo. Por ello las carcasas de las extrusoras en la seccin de alimentacin suelen
rasurarse segn las generatrices del cilindro.
Existe un variado diseo de zonas de alimentacin acanaladas; sin embargo, las de
canales de seccin cuadrado maximizan el volumen de material alimentado. Las zonas de
alimentacin acanaladas permiten controlar el coeficiente de friccin polmero-cilindromediante la geometra reduciendo la sensibilidad con respecto a la temperatura y las
propiedades termodinmicas de las resinas. Por otro lado, las zonas de alimentacin
acanaladas permiten incrementar el volumen de la seccin de alimentacin, acelerando
Seccin transversal de las zonas de alimentacin acanaladas
http://www.xaloy.com/barrels.htmlhttp://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/polietileno-de-ultra-alto-peso.htmlhttp://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/polipropileno.htmlhttps://lh3.googleusercontent.com/-JMeBshvphLA/TYCj6JUWPyI/AAAAAAAAACA/aBBaoOpMh9c/s1600/15.JPGhttps://lh4.googleusercontent.com/-38dQ_PeujTE/TYCjbjVFSxI/AAAAAAAAAB8/Ogy3O1i_KCo/s1600/14.JPGhttp://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/polipropileno.htmlhttp://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/polietileno-de-ultra-alto-peso.htmlhttp://www.xaloy.com/barrels.html8/10/2019 Tecnologa de Los Plsticos_ Marzo 2011
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as la fusin; con lo que se logran importantes aumentos en el caudal de extrusin (ver
tablas 1 y 2).
Con mayores precauciones que con los extrusores tradicionales, las secciones de
alimentacin acanaladas deben mantenerse refrigeradas y aisladas del cilindro de
extrusin; para favorecer el desplazamiento axial del polmero.
Tabla 1. Caudales de extrusin de PEBD para maquinas con seccin de alimentacin lisa
y acanalada.
Tabla 2. Caudales de extrusin de PP para maquinas con seccin de alimentacin lisa y
acanalada.
En los cilindros con zonas de alimentacin lisas (convencionales) las etapas de dispersin
y mezclado del tornillo se encuentran localizadas en la zona de dosificacin (ltima
seccin del tornillo); lo cual frecuentemente genera merma en la produccin.
En cilindros acanalados los mejores resultados se han obtenido ubicando las etapas demezclado a dos tercios (2/3) de la longitud del tornillo. Esta ubicacin promueve la
dispersin de aglomerados y la finalizacin de la fusin.
Control de la temperatura en los cilindros: Sistema de calentamiento del cilindro: El
calentamiento del cilindro se produce, casi exclusivamente, mediante resistencias
elctricas.
El sistema de calentamiento de la extrusora es responsable de suministrar entre un 20-
30% del calor necesario para fundir la resina. Para suministrar el calor requerido, el
calentamiento suele ser de 25 a 50 vatios/in 2 (38750 a 77500 W/m2).Sistema de enfriamiento del cilindro: Aunque pueda lucir contradictorio, cada zona de
calentamiento del tornillo de la extrusora est acompaada, en la mayor parte de los
equipos comerciales, de un ventilador el cual permite el control de la temperatura
eliminando calor de la extrusora mediante el flujo de aire sobre la superficie requerida.
Los ventiladores son accionados por controladores de temperatura que comandan la
operacin de los calefactores elctricos. Los ventiladores entran en operacin cuando la
temperatura de una zona supera el punto prefijado, por efecto de:
a.- La transferencia excesiva de calor por parte de la resistencia (Ej.- Durante el arranque
de la mquina).b.- La generacin excesiva de calor por parte de los elementos de mezclado presentes en
el tornillo de la extrusora.
La temperatura de extrusin slo puede ser controlada de manera precisa mediante la
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accin combinada de las bandas de calentamiento elctrico y los ventiladores de cada
zona.
Importancia de la temperatura en la fase de alimentacin de la resina: Sistema de
enfriamiento de la garganta:
Con la mayor parte de los materiales polimricos, y en especial las poliolefinas, es
necesario mantener la temperatura de la zona de alimentacin al tornillo, conocida como
"garganta de alimentacin", al menos a 50C por debajo de la temperatura de fusin del
polmero. Una temperatura muy baja en la zona de alimentacin impide que la fusin de
la resina produzca la adhesin de la misma a la superficie del tornillo; minimizando el flujo
de material por arrastre, y por lo tanto el caudal extrudo.
Generalmente, el uso de agua corriente permite mantener la temperatura de la garganta
en los lmites deseados (Tm-50C); sin embargo, en ambientes calientes y con equipos de
alto caudal de produccin puede requerirse el uso de agua enfriada en torres o incluso,
refrigerada.
El Motor: El motor de la extrusora es el componente del equipo responsable de
suministrar la energa necesaria para producir: la alimentacin de la resina, parte de su
fusin (70 a 80%), su transporte y el bombeo a travs del cabezal y la boquilla.
Los motores incorporados en las lneas de extrusin son elctricos y operan con voltajes
de 220 y 440 V. Las extrusoras modernas emplean motores DC (corriente continua), ya
que permiten un amplio rango de velocidades de giro, bajo nivel de ruido y un preciso
control de la velocidad. Se recomienda que la potencia de diseo sea de 1 HP por cada
10 a 15 Ib/h de caudal, sin embarco para las aplicaciones fe alto requerimiento de
mezclado esta relacin puede llegar a ser de 1HP porcada 3a5 lb/h.
La velocidad alcanzada por los motores resulta ms elevada que la requerida por el
tornillo. Las cajas reducen la velocidad hasta en un 20:1.
El Cabezal: El componente de la lnea denominado cabezal, es el responsable de
conformar o proporcionar la forma del extrudado.
De forma detallada, los principales componentes de un cabezal para la extrusin son:
Plato rompedor y filtros: Constituyen el punto de transicin entre la extrusora y el
cabezal. A estos componentes les corresponde una parte importante de la calidad del
material extrudado. El plato rompedor es el primer elemento del cabezal destinado a
romper con el patrn de flujo en espiral que el tornillo imparte; mientras que la funcin de
los filtros es la de eliminar del extrudado partculas y/o grumos provenientes de
impurezas, carbonizacin, pigmentos y/o aditivos, etc.
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En lo que respecta a su diseo, el plato rompedor no es ms que una placa cilndricahoradada. Por otro lado, las mallas deben ser fabricadas con acero inoxidable, ya que lascompuestas con cobre o bronce tienen un efecto cataltico sobre las reacciones termo-oxidativas. Torpedo: Algunos cabezales de extrusin suelen presentar en el ducto deacople entre la extrusora y el cabezal, un elemento que contribuye con la funcin del platorompedor (modificar el patrn de flujo en espiral a uno longitudinal). Por su geometra, aeste dispositivo se le suele denominar torpedo.
Boquilla: La boquilla de extrusin es el componente del cabezal encargado de la
conformacin final del extrudado. Se debe velar por que el polmero fluya, con volumen y
velocidad de flujo uniforme, alrededor de toda la circunferencia de la boquilla, de manera
de lograr espesores uniformes. Los diseos actuales de boquillas presentan dos secciones
claramente definidas. La primera de estas secciones es conocida como: cmara derelajacin; mientras que la segunda puede ser llamada cmara de salida (die land). La
cmara de relajacin de la boquilla tiene como propsito producir la desaceleracin del
material e incrementar el tiempo de residencia en la boquilla de manera tal que el
polmero relaje los esfuerzos impartidos por el paso a travs de los paquetes de filtros y
el plato rompedor. La cmara de descarga (Die land) produce el formado del perfil
deseado con las dimensiones requeridas. Los parmetros bsicos para la especificacin
de una boquilla son:
El dimetro y la abertura de la salida, Adaptadores: Son requeridos cuando la boquilla no
es diseada especficamente para un determinado extrusor. Debido a que los fabricantesde extrusoras y boquillas no siempre son los mismos, el uso de adaptadores suele ser
comn.
Alabes o Filetes o Paleta Pistn: Los alabes o filetes, que recorren el husillo de un
extremo al otro, son los verdaderos impulsores del material a travs del extrusor. Las
dimensiones y formas que stos tengan, determinar el tipo de material que se pueda
procesar y la calidad de mezclado de la masa al salir del equipo.
En un tornillo de extrusin se pueden distinguir tres zonas caractersticas: zona de
alimentacin, zona de compresin y la zona de dosificacin
Esquema de un torpedo de un cabezal de extrusin de pelcula tubular
Seccin de una boquilla circular de extrusin.
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Zona de Alimentacin: En esta parte, los filetes (distancia entre el extremo del filete y la
parte central o raz del husillo) son muy pronunciados con el objeto de transportar una
gran cantidad de material al interior del extrusor, aceptado el material sin fundir y aire que
est atrapado entre el material slido.
Zona de compresin: los filetes del tornillo decrecen gradualmente (compactacin) y se
expulsa el aire atrapado entre los pellets. Cumple la funcin de fundir y homogenizar el
material.
Zona de dosificacin: Ejerce presin sobre el material para dosificarlo hacia el cabezal y
garantiza que el material salga de la extrusora homogneo, a la misma temperatura y
presin.
a) Relacin de Compresin: Como la profundidades de los alabes no son constantes, las
diferencias que disean dependiendo del tipo de material a procesar, ya que los plsticos
tienen comportamiento distintos al fluir. La relacin entre la profundidad del filete en la
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alimentacin y la profundidad del filete en la descarga, se denomina relacin de
compresin. El resultado de este cociente es siempre mayor a uno y puede llegar incluso
hasta 4.5 en ciertos materiales.
b) Longitud: Tienen una importancia especial; influye en el desempeo productivo de la
mquina y en el costo de sta. Funcionalmente, al aumentar la longitud del husillo y
consecuentemente la del extrusor, tambin aumenta la capacidad de plastificacin y la
productividad de la mquina. Esto significa que operando dos extrusores en las mismas
condiciones de rpm. y temperatura que slo se distingan en longitud no tenga capacidad
de fundir o plastificar el material despus de recorrer todo el extrusor, mientras que el
extrusor de mayor longitud ocupar la longitud adicional para continuar la plastificacin y
dosificar el material perfectamente fundido, en condiciones de fluir por el dado.
Otro aspecto que se mejora al incrementar la longitud es la calidad de mezclado y
homogeneizacin del material. De esta forma, en un extrusor pequeo la longitud es
suficiente para fundir el material al llegar al final del mismo y el plstico se dosifica mal
mezclado.
En las mismas condiciones, un extrusor mayor fundir el material antes de llegar al final y
en el espacio sobrante seguir mezclando hasta entregarlo homogneo. Esto es
importante cuando se procesan materiales pigmentado o con lotes maestros (master
batch), de cargas o aditivos que requieran incorporarse perfectamente en el producto.
c) Dimetro: Es la dimensin que influye directamente en la capacidad de produccin de
la mquina generalmente crece en proporcin con la longitud del equipo. A dimetros
mayores, la capacidad en Kg/hr es presumiblemente superior. AI incrementar esta
dimensin debe hacerlo tambin la longitud de husillo, ya que el aumento de la
productividad debe ser apoyada por una mejor capacidad de plastificacin.
Como consecuencia de la importancia que tienen la longitud y el dimetro del equipo, y
con base en la estrecha relacin que guardan entre s, se acostumbre especificar las
dimensiones principales del husillo como una relacin longitud / dimetro (L/D).Comercialmente las relaciones L / D ms comunes van desde 16:1 a 32:1. Fuera de este
rango tambin est disponible.
Extrusin de Pelcula Tubular
Consiste tpicamente en: extrusora, cabezal o dado, anillo de aire de enfriamiento,
dispositivo estabilizador o calibrador de pelcula, dispositivo estabilizador o calibrador
pelcula, dispositivo de colapsado de la burbuja, rodillo de tiro superior, embobinadora y
una torre estructural que soporta las partes anteriores.
a) Dado o Cabezal para pelcula tubular. El cabezal de una lnea de pelcula soplada,
puede definirse como un ncleo y una envolvente cilndricos y concntricos, separados
por un espacio que puede oscilar entre los 0.6 y 3.8 mm, llamado abertura o tolerancia.
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Ambas estructuras metlicas estn controladas en temperatura por una serie de
resistencias elctricas.
La funcin del cabezal es ofrecer al polmero fundido la forma de un tubo de pared
delgada de espesor constante a lo largo de su circunferencia, que se transforma en una
pelcula por la accin de una expansin longitudinal y transversal al llegar a la zona de
formacin de la burbuja.
De la construccin del cabezal para pelcula tubular, las siguientes partes son de gran
importancia:
Ranura de Flujo Helicoidal: En el diseo de un cabezal, se observa la inconveniencia de
tener flujos totalmente longitudinales, ya que las partes slidas que dividen el paso del
material y que son inevitables en el ensamble del cabezal, pueden producir lneas de
unin o soldadura visibles a la salida del cabezal.
Este defecto puede ser eliminado al practicar ranuras helicoidales en el cuerpo del
mandril o parte central del cabezal. Las ranuras que se promueven un efecto de
movimiento lateral del material, que en conjunto con el movimiento ascendente
longitudinal, provoca el desvanecimiento de cualquier defecto por la presencia de objetos
estticos previos y, por consiguiente, homogeneiza la salida del material por el cabezal.
Tomillos de Calibracin de Espesor Se utiliza para instalar de manera perfectamente
concntrica las partes componente del cabezal, lo cual es indispensable despus de una
labor de desensamble para su limpieza y mantenimiento.
b) Anillo de Enfriamiento:Por la accin del extrusor, el polmero fundido abandona el
cabezal, toma el perfil tubular de los labios del dado y contina modificndose con un
estiramiento longitudinal por accin del tiro de unos rodillos superiores y una expansin
lateral por efecto de la presin del aire atrapado dentro de la burbuja.
Si el cabezal se encuentra uniformemente centrado y calentado y el material sale
homogneo, la pelcula se forma con un espesor y dimetro constante.El material extrudo recibe un enfriamiento superficial mediante una corriente de aire
proveniente del dispositivo llamado anillo de enfriamiento.
El anillo de enfriamiento cumple con las siguientes funciones:
Llevar el material fundido al estado slido
Estabilizar a la burbuja en dimetro y forma circularReducir la altura de la burbuja
En ciertos casos, proporcionar claridad a la pelcula, deteniendo la cristalizacin del
polmero
Mejorar la productividad.Las variables a controlar para llegar al mejor enfriamiento de la pelcula son:
Volumen del aire
Velocidad del aire
Direccin del aire
Temperatura del aire
Los diseos de anillos de enfriamiento son variados, dependiendo del tipo de material que
se vaya a procesar. Los diseos ms complicados son los anillos con una y dos etapas de
enfriamiento, que se eligen segn los requerimientos de enfriamiento del proceso.
Tambin en la parte de enfriamiento de la burbuja existen equipos con la opcin de
enfriamiento interno del producto. Es conveniente aclarar que el aire que se encuentra en
el interior de la burbuja, en equipos convencionales, se mantiene sin reemplazo durante
toda la operacin de produccin. Esto provoca que el enfriamiento principal slo ocurra
por la accin del anillo de enfriamiento.
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En la operacin de equipos con enfriamiento interno, el rea de contacto se duplica,
permitiendo aumentos de productividad del 30 al 59%, aunque se requiere de un cabezal
especial y un segundo compresor para abastecer el enfriamiento interno.
c) Unidades de Calibracin: Las unidades de calibracin dispositivos que controlan el
dimetro de la burbuja se requieren cuando se trabaja con la opcin de enfriamiento
interno. Estas unidades constan de pequeos rodillos soportados por ejes curvos
dispuestos alrededor de la burbuja y mantienen constantemente las dimensiones de sta.
Adicionalmente, un sensor de dimetro colocado justo arriba de la lnea de enfriamiento,manda una seal para aumentar o reducir el volumen de aire; con ellos se puede lograr
diferencia de 0.2 mm en el dimetro.
Una ventaja ms de la circulacin interna de aire es la reduccin de la tendencia de la
pelcula a adherirse o bloquearse internamente, gracias a la remocin de ciertos voltiles
emitidos por el polmero caliente.
En los equipos sin enfriamiento interno, debido a que la cantidad de aire en el interior de
la burbuja es constante, generalmente no requieren ms ajustes ocasionales de
introduccin o extraccin de aire, para llevar la pelcula nuevamente a las dimensiones
especficas. En este caso, las variaciones en la temperatura ambiente a los largo del da,
pueden provocar ligeras variaciones en el dimetro. Cuando un mayor control de
dimensiones sea requerido, se puede usar la unidad o canasta de calibracin.
d) Unidad de Tiro: Incluye un marco para colapsado de la burbuja y un rodillo de presin
y jalado de la pelcula, que al igual que el embobinador, son partes que no influyen en la
productividad de una lnea de extrusin, pero tienen influencia en la calidad de formado
de la bobina de pelcula.
La primera parte de la unidad de tiro que tiene contacto con la pelcula es el marco de
colapsado que tiene la funcin de:
-Llevar a la pelcula en forma de burbuja a una forma plana por medio de una disminucin
constante del rea de paso-Evitar que durante el colapsado de la burbuja se formen pliegues o arrugas.
El marco de colapsado puede fabricarse de diversos materiales que van desde tiras de
madera hasta rodillos de aluminio u otros metales. Los parmetros principales para el
buen desempeo de la unidad de colapsado es la friccin entre la pelcula, el marco y los
ngulos de colapsado de la burbuja.
e) Rodillos de Tiro: Aunque no afectan la productividad de la lnea de extrusin, influyen
en la calidad de la pelcula final, ya que debe tirar uniformemente para no provocar
variaciones en el espesor. La pelcula debe oprimirse con la firmeza necesaria para evitar la fuga de aire que pueda causar un descenso en el dimetro final. Para el logro de esta
ltima funcin, uno a ambos rodillos son de acero recubierto con hule y uno de ellos est
refrigerando.
f) Embobinadotes: Las unidades de embobinado de pelcula, son dispositivos para la
capacitacin del material producido para suministrarlo a mquinas de procesado final
como impresoras, cortadoras, selladoras, etctera.
Existen bsicamente dos tipo de embobinadotes
- De contacto
- Centrales
Embobinadores de Contacto: En el embobinador de contacto, el eje que porta el ncleo
sobre el cual se enrollar la bobina, llamado rodillo de pelcula, no est motorizado, pero
gira por la transmisin del movimiento de otro rodillo (sobre el cual se recarga) que s
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cuenta con un motor accionador llamado rodillo de contacto.
El rodillo de contacto es fijo y puede estar cromado o recubierto con hule, mientras que el
rodillo de pelcula no tiene un eje fijo y se mueve sobre un riel curvado que mantiene la
presin constante entre los rodillos.
Este tipo de embobinador es el de mayor uso en las lneas de pelcula soplada. Sus
ventajas son: Simplicidad de operacin y economa. Desventajas: Slo produce bobinas
apretadas y tiene dificultad para producir rollos de pelcula angosta de gran longitud.
Embobinadores Centrales: En los embobinadores centrales, el rodillo de la pelcula est
motorizado, vara de velocidad al incrementarse el dimetro de la bobina, as como vara
el torque para mantener constante la tensin en el producto. Todas estas variaciones son
controladas por PC,
El uso de sistemas computarizados vuelve al enrollado central costoso, y en cierta forma,
ms complicado de manejar en comparacin con el embobinado de contacto. Entre las
ventajas del sistema de embobinado central est la produccin de bobinas de baja tensin
de enrollado, que reduce la sensibilidad de los rollos al encogimiento post-enrollado.
Coextrusin de Pelcula
El proceso de coextrusin de pelcula tubular, cobra importancia por la gran versatilidad y
variedad de pelculas que se pueden obtener. Entre sus usos se encuentra la combinacin
de propiedades de dos distintos polmeros para obtener un producto con la suma de sus
ventajas en una pelcula Sndwich, para obtener un espesor menor y reducir el costo del
producto.
Las diferencias bsicas entre una lnea de extrusin de pelcula y una co-extrusin, se
observan en la aparicin de dos o ms extrusores y la modificacin del cabezal o dado
con la adicin de ms canales de flujo compatibilidad fsica y condiciones de extrusin
similares.Cuando los polmeros que van a formar una pelcula de varias capas tienen compatibilidad
fsica es posible que se unan sin la necesidad de utilizar sustancias intermedias que
funcionen con adhesivos. Por otra parte, si los materiales tienen condiciones de extrusin
parecidas se tendrn menos problemas en los diseos del cabezal.
Aplicacin de los Productos: A continuacin, se enlistan algunos de los artculos
terminado ms comunes que se producen en una lnea pelcula tubular:
-Bolsa comercial
-Bolsa para empaque
-Pelcula para uso agrcola-Bolsa desprendible para autoservicio
-Pelcula encogible para embalaje
-Bolsa para transporte de basura
-Sacos industriales
-Otros
La lista anterior slo pretende ilustrar usos generales, sin embargo, los usos especficos
son ilimitados, principalmente en el sector de envase, siendo el mercado que consume el
mayor volumen de plsticos.
Extrusin de tubo y perfil
Componentes de la Lnea: Este proceso consta de una extrusora con un diseo de barril
y husillo adecuado al tipo de material que se quiera procesar. En la produccin de tubo y
perfil, el plstico de uso ms comn es el Policloruro de Vinilo (PVC), aunque la tubera
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de Polietileno es tambin usada por su bayo costo.
En el extremo del extrusor, un cabezal o dado conformar al polmero en estado plstico
a las dimensiones del tubo o perfil requeridos. Sin embargo, para asegurar la exactitud de
dimensiones del producto, se hace necesaria la instalacin de la unidad de formacin o
calibracin, en el cual, el tubo o perfil adquirir las dimensiones que aseguren los
posteriores ensambles o soldaduras que con ellos se hagan.
Una vez logradas las dimensiones del producto, una tina de enfriamiento remueve el calor
excedente, evitando cualquier deformacin posterior del producto. Antes de la tina de
enfriamiento, no es posible aplicar ningn esfuerzo o presin al producto sin correr el
riesgo de provocarte una deformacin permanente. Junto a la tina de enfriamiento, un
elemento de tiro aplica una tensin o jalado constante al material para que est siempre
en movimiento. Por ltimo, dependiendo de la flexibilidad del producto, una unidad de
corte o de enrollado prepara el producto para su distribucin. A Continuacin, se muestran
arreglos tpicos de lneas de extrusin de tubera flexible, perfil y tubera.
a) Dado o Cabezal para la Tubera: Cuatro tipos de cabezal se pueden distinguir en los
equipos para la produccin de tubera: el cabezal con mandril-araa, el cabezal mandril
en espiral, el cabezal con alimentacin lateral y el cabezal con alimentacin lateral y el
cabezal o dado con paquete de mallas. Cada uno de estos diseos proporciona diferente
patrones de flujo para el plstico, debiendo seleccionar el tipo ms adecuado para evitar efectos de degradacin del polmero o defectos de calidad en el producto.
El cabezal con mandril-araa es empleado en el procesamiento de PVC; ste material por
su tendencia a la degradacin, exige canales de flujo que no causen turbulencias ni
estancamientos de material.
b) Sistemas de Calibracin de Tubera: Tienen la funcin de proporcionar al tubo el
dimetro especificado y la forma circular que el producto requiere. Se puede distinguir dos
tipos de sistemas de calibracin, con base en la forma de la pared del tubo producido:
- Calibracin para la tubera de pared lisa
- Calibracin para tubera de pared corrugada
A su vez, cada uno de los sistemas anteriores se clasifica en los siguientes principios de
funcionamiento:
Calibracin externa utilizando vaco
Calibracin interna utilizando presin
Las cuatro combinaciones resultantes se explican con detalle a continuacin.
c) Calibracin de Tubera Pared Lisa:
Calibracin por Vaco. Por el volumen de tubera que se produce por este mtodo, es la
forma de calibracin que se encuentra con mayor frecuencia. En este tipo de calibracin,
el vaco provocado en la parte externa del tubo ocasiona una diferencia de presiones que
hace que el polmero, an moldeable por la temperatura elevada a que se encuentra, se
mantenga en contacto con el tubo formador metlico, que tienen un dimetro interior igual
al dimetro exterior que se especifica para el producto.
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La inmersin total o aspersin de agua de enfriamiento suministra la estabilidad fila para
evitar deformaciones posteriores.
Calibracin por Presin. En la calibracin externa por presin, el mismo efecto de
diferencia entre la presin exterior e interior del tubo plstico, promueve la formacin del
tubo contra las paredes del tubo de calibracin, con la diferencia de que en este caso es
aire el que se inyecta al interior del tubo que es extrudo. La calibracin externa por
presin puede lograr mejores efectos, pero requiere de un diseo especial del cabezal
para permitir la inyeccin de aire.
d) Calibracin de Tubera Corrugada:
Calibracin por Vaco. El proceso de formacin de tubo corrugado por vaco tiene el
mismo principio que para el tubo liso; se diferencian en los formadores tienen la pared
ondulada y est en continuo movimiento, ya que el tubo no podra circular entre las
muescas de las piezas formadoras. Este tipo de tubera no es muy comn, ya que se
utiliza principalmente en sectores industriales.
Calibracin por Presin. En este tipo de calibracin, el aire a presin penetra por
conductos practicados en el cabeza y se inyectan en el tubo extrudo an caliente. La
diferencia de presin provocada moldea la pared del plstico contra los formadores
mviles, proporcionando al producto el corrugado requerido. En este diseo, se observa
tambin el sello que impide parcialmente la fuga de aire de la zona de mayor presin,
pero pequeas porciones de aire escapan entre las depresiones de la pared del tubo,
teniendo que ser repuesto constantemente para uniformizar la calidad del producto.
Sistemas con mayor complejidad como los que cuentan con mayor enfriamiento interno,
incrementan la productividad de estas lneas de extrusin.
e) Unidad o Tina de Enfriamiento: Tiene por objeto remover el calor excedente que la
tubera conserva a la salida del tanque de calibracin. La importancia del enfriamiento,radica en la estabilidad que adquiere el plstico para no deformarse al pasar por la
unidad de tiro, en donde el tubo se somete a presiones que podra producir alteraciones
en la forma circular requerida. Se puede encontrar dos tipos de tinas de enfriamiento:
Enfriamiento por esperado
Enfriamiento por inmersin
Enfriamiento por Espreado: El tubo pasa por la unidad de enfriamiento, que consiste en
una cmara donde numerosas boquillas instaladas rocan agua fra sobre la tubera. Este
enfriamiento es usado para tubera de gran dimetro donde las velocidades de produccinson bajas y la aspersin puede lograr un enfriamiento efectivo, por el tiempo de
permanencia elevado del producto dentro de este equipo.
Enfriamiento por Inmersin: En el enfriamiento por inmersin, el tubo pasa por una tina
llena de agua en constante enfriamiento; as se lleva acabo por un intercambio de calo
tambin constante. A diferencia del enfriamiento por esperado, la inmersin es usada para
tubera de dimetro, donde por las velocidades altas de extrusin se requiere de un
enfriamiento intenso.
En ambos mtodos, algunos autores sugieren el clculo exacto de la longitud de la tina
de enfriamiento, requiriendo datos como: dimetro, espesor, material de fabricacin,
velocidad de produccin de la tubera y temperatura de agua de enfriamiento. Tambin es
comn para los dos mtodos, el uso de un enfriador y una bomba de recirculacin, para
poder enfriar el agua que se calienta por el contacto con el plstico, se devuelve a la tina
de enfriamiento y se completa el ciclo.
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f) Unidad de Tiro: Una vez terminado el paso por la unidad del enfriamiento, la tubera
pasa a la unidad del enfriamiento, la tubera pasa a la unidad de tiro donde se genera
toda la fuerza que mantiene el plstico en movimiento dentro de una lnea de extrusin.
Se conocen tres tipos de unidades de tiro:
- Por Oruga
- De Bandas
- De Ruedas o RodillosDe estos tipos de unidades, las dos primeras se prefieren cuando el artculo producido es
sensible a la presin, esto es, que pueda sufrir deformaciones bajo presiones moderadas
o en productos de grandes dimensiones. Los sistemas por rodillos, son ms sencillos y
adecuados cuando es muy pequea de rea de contacto.
g) Unidades de Corte: Existen varios tipos de unidades de corte, diseadas para
adecuarse al trabajo requerido en la produccin de tubera flexible, la prctica comn es
formar rollos, lo cual reduce el trabajo de corte, mientras que en la produccin de tubera
rgida el corte del tubo debe hacerse con precisin en intervalos de longitud iguales.
Para la seleccin de unidades de corte de tubera rgida y flexible, ser necesario tomar
en cuenta los siguientes factores:
- El dimetro y espesor de pared
- La materia prima utilizada
- La forma y calidad del corte
- La longitud del corte
De los puntos anterior, el dimetro y espesor de la pared con de mayor importancia.
Cuando se requiere un mejor terminado en el corte y aumentar la facilidad en el
acoplamiento de tramos de tubo se puede colocar un mecanismo que forma un chafln a
la tubera.
El tipo de guillotina usado en el corte de tubera semirrgida como PEAD, PP PEBD, es
efectivo, pero puede conducir a ligeras deformaciones por accin de impacto de la
cuchilla.
En los cortes por sierras, las pequeas denticiones que cortan la tubera provocan al
mismo tiempo la formacin de pequeas virutas que algunas veces permanece unidas al
tubo.
Cuando se requiere evitar la formacin de estos residuos, se utilizan mecanismos donde
las cuchillas se insertan en la pared del tubo y giran a alta velocidad, produciendo slouna viruta que por su tamao relativamente grande se desprende de la tubera.
h) Unidades de Enrollado: Se ocupa para materiales flexibles, que son los que no sufren
una deformacin permanente por ser enrollados. La tubera de Poliolefinas y mangueras
de PVC flexible, son adecuadas para este proceso. A pesar de que no son sistemas muy
complicados, se debe observar las siguientes consideraciones al emplear un embobinador
de tubera:
El dimetro del carrete embobinador en su ncleo, no debe ser menor a 20 - 25 veces el
dimetro exterior del tubo a enrollar, para evitar el colapsado en el producto,
El dimetro exterior del carrete debe ser 10 a 20 cm. mayor que el dimetro exterior
formado por el producto enrollado.
Una sola estacin de enrollado se puede usar con velocidades de extrusin menores a
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2m/min., mnimo dos estaciones cuando se trabaje entre 2 y 20 m/min. y estaciones
automticas y semiautomticas a mayores velocidades.
Coextrusiones de Tubera:
Tiene su principal ventaja al poder usar materiales reciclados, pues produce tuberas en
cuya parte interior se extruye material reciclado y una cubierta exterior de material virgen
que conserva una buena apariencia del producto y contiene mayores cantidades de
aditivos para la proteccin a los ataques del medio ambiente.
En algunos usos elctricos y de drenaje es vlida esta prctica, ya que se pueden obtener
productos de menor costo con buenas propiedades para las aplicaciones a las que se
dirigen.
Otro tipo de coextrusin se presenta en la tubera corrugada, que requiere flexibilidad y
resistencia mecnica pero con un pared interior lisa para evitar los estancamientos de los
lquidos que se transporten.
Aplicaciones de los Productos:
La tubera obtenida por los mtodos anteriores tienen los siguientes usos:
Tubera a presin (PVC, HDPE)
Tubera Conduit (PVC, HDPE)
Tubera de conduccin de drenaje y desage
Tubera para drenaje domstico (PV)
Tubera para instalaciones elctricas (PVC, HDPE, LDP)
Tubera para gas (PVC, HDPE)
Mangueras (PVC)
Tubera para uso mdico
Tubera para agua de riego
Tubera Industrial (PVC, HDPE, PP)Tubera para conduccin de agua potable (HDPE)
Extrusin de lmina y pelcula en dado plano
El proceso de extrusin por dado plano ofrece algunas variantes con respecto a la
extrusin de pelcula, siendo el mtodo para obtener lmina para aplicaciones como
termo-formado (blister pack, skin pack (empaque al vaco), artculos desechables) y
lminas de varios espesores para diversos usos
Algunas caractersticas del proceso son: alta productividad, mejor enfriamiento y buen
control de las dimensiones y propiedades del producto obtenido.
Las partes ms importantes en la extrusin por dado plano son:
Dado o cabezal
Rodillo de enfriamiento
Sistema de Tiro
Unidad de embobinado
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Componentes de la lnea
a) Dado o Cabezal:
En una lnea de extrusin de pelcula plana, el dado es la pieza esencial del sistema, ya
que otorga la forma que el polmero tendr en su aplicacin final. Para una correcta
uniformidad en el espesor de la pelcula a la salida del dado, el factor fundamental es el
diseo y la distribucin correcta de las temperaturas a lo largo del mismo, as como el
ajusta de los labios por donde el plstico fluir y tomar su forma final. Debe considerarseque el ancho mximo de los labios del dado, debido al efecto de "formacin de cuello" a
la salida del dado y al recorte lateral, necesario para uniformizar los costado de la
pelcula. Los diseos de dados para la produccin de pelcula plana y lmina son
similares, es posible distinguir tres tipos, con base en la forma del canal de distribucin
del polmero fundido a la salida del dado. Los diseos diferentes son los encargados de
transformar secuencialmente el material fundido que avanza con un perfil cilndrico en una
lmina rectangular plana, libre de tensiones y esfuerzos, para evitar deformaciones en el
tiempo de solidificacin. Los tipos de colectores o canales de distribucin que distinguen
el diseo de dado son:
Tipo T" (normal y biselado)
Tipo "Cola de Pescado
Tipo "Gancho para Ropa"
El ltimo es el ms recomendado, ya que muestra gran consistencia en la uniformidad de
distribucin del flujo a pesar de cambios en las condiciones de operacin. La desventaja
es el costo, ya que el diseo de alta tecnolga de los canales de flujo eleva se precio en
comparacin con los otros tipos.
Si se toman en cuenta aspecto de calidad y costo, el diseo de colector tipo "cola de
Pescado" es el ms equilibrado, pero al igual que en el diseo tipo T, es necesario
agregar elementos mecnicos que permitan hacer ajustes a la distribucin de flujos
cuando existan variaciones en las condiciones de proceso.
El diseo de "Gancho para Ropa", es usado preferentemente en operaciones en que la
calidad y uniformidad de espesor del producto sean aspectos importantes, mientras en el
otro extremo, el diseo de dato con colector T, tienen mejor aplicacin en la produccin
de recubrimientos y laminaciones con papel y/o aluminio, donde las variaciones en
uniformidad son prcticamente despreciables. Sumando a la incidencia del tipo de diseo
sobre el costo de un dado plano, se debe considerar el rea en el dado sujeta a presin,
que es proporcional a la longitud de los labios de salida del dado.
Esta rea, adems de influir por el aumento en la cantidad de material de fabricacin,
tiene otro aspecto importante: las reas que son recorridas por el plstico fundido estn
expuestas a grande presiones y, por ello, debe ser utilizados mecanismo de cierre del
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dado de mejor desempeo, pero que tambin son ms costosos. Estos efectos son ms
crticos cuando se procesan materiales de alta viscosidad, se requiere el uso de sistemas
de cierre mecnico reforzado por pistones hidrulicos o por diseos de dados especiales
de mayor resistencia a presiones que tiendan a abrir los labios.
En dados de gran longitud de salida, el efecto de la presin causa el efecto llamado
"Concha de Almeja", que es una deformacin en la zona central del dado donde se
presenta una mayor abertura por la deflexin de las paredes metlicas.
b) Sistema de enfriamiento:
Tomando una forma laminar al salir del dado, el polmero para por un corto tramo donde
no hay contacto, excepto con el aire ambiental hasta llegar al rodillo en donde empieza el
enfriamiento. En este punto, dos diferentes tipos de lneas de extrusin se pueden
distinguir:
- Para pelcula (10 - 400 m) (0.01 - 0.4 mm)
- Para lmina (0.2 - 2.5 mm)
Esta ltima divisin se puede emplear en casos prcticos pero no es una clasificacin
definitiva, si se toma en cuenta que los criterios para distinguir una lmina de una pelcula
se basan en el espesor y en la posibilidad de formar rollos sin daos ni deformaciones
permanentes, es caracterstica slo de las pelculas. Ya que esta ltima cualidad no fcil
de establecer en un espesor definido, sino que aumenta de manera paulatina, no es
imposible fijar un diferenciacin exacta por espesor entre las pelculas y las lminas. Las
diferencias entre las lneas de produccin de pelcula plana y de lmina termoformable se
observan en la zona de rodillos de enfriamiento, donde el primer caso la pelcula tienen
contacto en un solo lado al momento de unirse al rodillo enfriador, mientras en la lmina
termoformable, la resina cae entre dos rodillos que calibran el espesor final y permanece
unida al rodillo mayor para continuar enfrindose. El rodillo de enfriamiento requiere un
efectivo sistema de intercambio de calor; entre mejor y ms rpido sea el enfriamiento,mayor ser la productividad y algunas propiedades fsicas de la pelcula, entre las que se
incluye la transparencia. Para un mejor efecto de enfriado, varios sistemas acompaan al
rodillo de enfriamiento:
- Cmaras de succin
- Cuchillas de aire
- Estabilizadores laterales
Cmara de Succin: Auxilia para lograr un buen contacto entre la pelcula y el tambor de
enfriamiento, al crear un rea de baja presin que jala a la pelcula hacia el tambor,
adems de remover cualquier voltil que pueda adherirse al tambor y ocasione lareduccin de la capacidad de enfriamiento.
Cuchilla de Aire: Debido a que mecnicamente seria difcil oprimir la pelcula contra el
rodillo de enfriamiento, la cuchilla de aire realiza esta operacin al lanzar una cortina de
aire a alta presin contra la pelcula en el punto de contacto con el rodillo. Cuando se usa
el aire fro para la funcin, ste contribuye en parte con la remocin del calor excedente.
Estabilizadores Laterales: Son boquillas de aire que reducen el encogimiento de los
costado de la pelcula.
c) Elementos Posteriores al Enfriamiento:
Ya estabilizado el polmero por el rodillo de enfriamiento, pasa por una serie de etapas
preparndolo para su acondicionamiento final. El camino del plstico ya moldeado incluye
rodillos libres, rodillos para eliminacin de pliegues, medidor y controlador de espesor, un
sistema de tratamiento superficial para facilitar la impresin, equipo de corte y succin de
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bordes.
Dependiendo de las especificaciones establecidas para el producto final, vario de los
equipos de corte longitudinal de las pelculas y de embobinado.
d) Equipos de Corte:
Dos tipos son utilizados: el corte lateral, para tener un producto con borde uniforme y el
corte central, cuando se requiere de pelculas de un ancho menor al que se produce en el
dado. En los corte laterales con funciones automatizadas, se cuenta con sistemas queconduce el recorte a equipos que reducen su tamao hasta dejarlo disponible para
reintroducirlo al extrusor.
e) Unidades de Enrollado:
Tienen la funcin de producir bobinas compactas y uniforme, pero generalmente la
pelcula es usada en otros procesos como impresin y/o envase, el producto debe ser de
fcil procesamiento y uso, esto es, no presentar bloqueo y no estar excesivamente tenso.
Los procesos bsicos de embobinado son:
- Embobinado por contacto
- Embobinado central
El embobinador por contacto, es usado para obtener rollos de pelcula no sensible a la
tensin, mientras que el embobinador central, se usa cuando se requiere de rollos donde
se puede regular la compactacin. Los detalles de estos equipos son bsicamente los
mencionados para los bobinadores descritos en la seccin de pelcula tubular.
Coextrusin en dado Plano:
Al igual que cualquier otro producto coextrudo, la produccin de pelcula o lmina con
distintas capas de dos o ms materiales encuentra su principal diferencia con respecto a
una lnea de extrusin simple, en la construccin del cabezal dado.En el caso de pelcula o lmina plana, se pueden distinguir tres formas distintas de
produccin de coextrucciones, dependiendo de la forma en que los flujos de los distintos
materiales se encuentren para formar una sola estructura:
- Flujos separados dentro del cabezal y unin de materiales externa
- Flujos separados dentro del cabezal y unin en la salida
- Flujos completamente juntos dentro del cabezal.
a) Flujos Separados Dentro del Cabezal y Unin Externa: En este caso, cuando losmateriales an caliente se unen fuera de cabezal, corren independientes dentro de ste e
incluso pasan al exterior por dos aberturas o labios diferentes, siendo posteriormente
unidos al contacto con el rodillo enfriador.
Puede ser instalado un rodillo que presiones y asegure la unin de los materiales, aunque
ste se vuelve indispensable slo cuando una tercera capa de algn otro material fro se
agrega al sistema o cuando debido a las altas velocidades de extrusin, pequeas
cantidades de aire pueden quedar atrapadas entre ambas capas. Para esta construccin
de cabezal, las ventajas se observan cuando se quiere procesar dos materiales de
propiedades de flujo muy diferente (principalmente temperatura de proceso), ya que el
diseo de los canales de flujo de cada material puede ser completamente distinto y
aislado trmicamente con relativa facilidad.
Entre las desventajas, slo los dado con dos ranuras de salida son recomendables de
construir, ya que de tres en adelante se convierten en dados de extrema complejidad y
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elevado costo.
Operativamente, el problema de manejar materiales distintos en un solo canal tiene el
inconveniente de controlar dos salidas de materiales independientes. Adems, las
contradicciones laterales deben ser mnimas y la produccin de humos entre las capas
extradas puede generar problemas de calidad en la lmina final. Un factor adicional a
considerar, es que en la extrusin de pelculas muy delgadas que tienden a enfriarse
rpidamente, se pueden presentar problemas de baja adhesin.
b) Flujos Separados dentro del Cabezal y Unin Antes de Salir: En este tipo de
dados, los materiales llegan al cabezal y se distribuyen por colectores distintos, se unen
antes de abandonar el dado, teniendo ste una construccin de varias entradas con otros
canales de flujo y una sola ranura de salida.
En este tipo de coextrusin, los materiales que tienen distintas propiedades de flujo
pueden ser controlados y ajustado individualmente, mientras que un control total del
espesor se logra con mayor eficiencia al tener una sola ranura de salida. El aislamiento de
los canales individuales, es posible de lograr, pero es ms complejo que en la
construccin del tipo mencionado en el inciso anterior. Como desventajas, adems de los
problemas de aislamientos ya mencionados, se debe considerar que la construccin del
cabezal es compleja, aunque la introduccin de hasta una curta capa es factible.
c) Flujos juntos dentro del Cabezal: Este tipo de coextrusin se puede realiza en
cabezales convencionales, con la inclusin de un adaptador que dosifica los diferentes
materiales para la formacin de una sola comente. La ventaja de este tipo de
construccin, es que casi cualquier nmero de capas puede incluirse para obtener
lminas de aplicaciones muy especializadas, todo esto con una complejidad relativamente
menor a los mtodos anterior. Como restriccin, se debe tomar en cuenta que los
materiales deben tener propiedades Teolgicas y temperaturas de proceso similares. Se
puede considerar que este es el sistema ms usado en la produccin de coextrusiones.
Aplicac iones de los Productos Pelcula Plana (0.01 - 0.4 mm)
Laminaciones
Pelculas encogibles
Pelculas para envoltura
Pelculas para envases
Pelculas para bolsas
Pelculas para uso decorativo
Pelculas para paalPelculas con relieve
Cintas adhesivas
Otras
Lmina Termo-formable (0.03 - 2.5 mm)
Cubiertas
Desechables
Blister Pack
EnvasesSkin Pack
Coextrusiones
Envases de productos qumicos
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Envases de alimentos
Coextrusora: dimetro 15 a 45 mm (a modo de ejemplo)
Di m etr o d el h us il lo (m m) Rel ac i n L /D Mo to r (K w) Pro du cc in (K g/h ) Ob ser vac ion es
15 25 1.5 3 PE rayas tubo
20 25 2.2 6 PE rayas tubo
25 25 3 10 PE rayas tubo
30 25 4 18 Plastificado
45 25 11 50 Plastificado
Temperatura de la masa: Hemos visto que es importante mantener la temperatura de la
masa, antes de la entrada al cabezal, en un nivel bajo. Para un procesamiento
inmejorable con un tornillo de barrera, el perfil de temperatura de las zonas de la
extrusora debe ser del tipo "joroba" (humped"). Esto es que la primera zona debe estar
caliente pero no tanto; la segunda zona debe estar muy caliente para fundir el material
rpidamente para disminuir desgaste del tornillo por friccin y el calor de cizallamiento;
luego cada zona que sigue debe estar ms fra en forma progresiva; hasta que la ltima
zona est relativamente fra.
Consideremos que la extrusora es el intercambiador de calor ms eficiente de la Lnea
porque cuenta con un sistema de enfriamiento forzado y el espesor de la capa de resina
es relativamente bajo.
Perfil de la temperatura de "Joroba" de una extrusora en C.
Zona N1 Zona N2 Zona N3 Zona N4
180 240 220 220
Este es un perfil tpico para una extrusora de cuatro zonas: 180 240 220 220 C. Tener
en cuenta que cada diseo de tornillo es diferente por lo que el perfil de temperatura para
cada caso determinado debe establecerse para lograr los mejores resultados. Igualmente
se debe tener siempre en cuenta que la temperatura de la ltima zona no debe ser menor
que la temperatura de fusin del material, porque si lo es el polmero se solidificar en la
camisa de la extrusora si el tornillo deja de operar.
La comprensin de lo que realmente es la temperatura de la masa puede permitir a los
ingenieros de planta mejorar la calidad de sus productos finales. Una masa que no tiene
una gradiente de temperatura uniforme a travs del flujo de la masa fundida tendr
consecuentemente una gradiente no uniforme de viscosidad. Todos los diseos de
cabezales por sistemas de simulacin de flujo con computadoras asumen una viscosidad
constante.
Recubrimiento de cable:
Componentes de la lnea. En la industria de cables aislados, una amplia variedad de
productos hace que existan muchos tipos de configuraciones para lneas recubrimiento. Apesar de la diferencias entre ellas, todas guardan una estrecha relacin; la parte
fundamental de estos procesos se encuentra en el lado o cabezal y ste es comn a
todos los tipos de recubrimiento.
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a) Descripcin del Dado: Para el proceso de recubrimiento de cable, se utiliza un
cabezal del tipo de seccin anular, por su similitud con salidas de los cabezales para
pelcula tubular y tubera. En el caso del proceso de recubrimiento de cable, el propsito
es aislar a un producto semi-terminado como el cable de cobre o la fibra ptica.
Recubrimiento por Presin: En este tipo de cabezal, el cable a recubrir se encuentraenvuelto por el plstico fundido bajo presin en el interior del dado. En este caso, la
adherencia del plstico al cable por las condiciones de presin y temperatura es muy
buena; en el caso de alambre trenzado, se asegura la penetracin del plstico entre las
tramas metlicas. Para un mejor logro propsito de este propsito se puede crear un
vaco en la parte central del cabezal.
Recubrimiento por Tubo: En el dado para recubrimiento por tubo, se utiliza un dado
similar al usado en la produccin de tubera, pero un dimetro muy pequeo. En la etapa
de recubrimiento, el pequeo tubo formado en el cabezal se contrae, disminuyendo un
poco su espesor y cubriendo la superficie del cable.b) Elementos Posteriores al Cabezal: Todas las lneas deben tener despus del cabezal
un sistema de enfriamiento, un elemento de tiro y un embobando, y adicionarles un
sistema de medicin de espesores de pared, un probador de fuga de corriente y otros
sistemas de medicin que dependern de la especialidad que se est trabajando.
Aplicaciones de los productos
Aislado de fibra ptica
Cable fino
Cables telefnicos
Cables sencillos o trenzados
Cable de alta tensin con Polietileno entrecruzado
Cable de alto Calibre.
Lneas de Pelletizacin y Produccin de Compuestos.
Las lneas de mezclado y produccin de compuestos, en trminos generales cumplen con
las siguientes funciones: Mezclado y Homogenizacin de Polmeros con Aditivos
Estabilizadores de temperatura y radiaciones
Lubricantes de proceso
Plastificantes y modificadores de impacto
Colorantes
Cargas
Retardantes a la Flama
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Agentes de entrecruzado
Agentes clarificantes
Otros
Incluso de Refuerzos Mecnicos en los Polmeros como:
Fibra de Vidrio
Fibra de Carbono
Otros Usos:
Aleacin de polmeros compatibles para obtener un material de caractersticas deseadas
Homogeneizacin y obtencin de condiciones de flujo deseadas en polmeros vrgenes
Formacin de Perlas o "pellets", que es la forma ms prctica que pueden tener las
resinas plsticas para su manejo, transportacin y alimentacin de la maquinaria de
moldeo final.
Filtracin de polmeros que contengan slidos y contaminantes insufribles
Mezclas de material virgen con reciclado
Eliminacin de voltiles del polmero.
A principios de siglo, la maquinaria para formar compuestos para termoplsticos, tuvo su
punto de origen en los mezcladores y amasadores por lotes usados en el procesamiento
del hule, pero a causa del continuo desarrollo de la industria del plstico y de la
necesidad de compuestos de mejor calidad y de un mayor volumen de produccin, las
lneas de "compounding" han logrado un elevado nivel de especializacin y tecnificacin.
Descripcin de las lneas de Compuestos: Las lneas de formacin de compuestos,
consisten en maquinaria de mezclado, amasado y equipo perifrico para lograr el
producto requerido. La especializacin de una lnea de "compounding". Consiste en que el
conjunto de husillo - barril tenga un diseo adecuado que cumpla con las funciones de:
Plastificar - Mezclar y Homogeneizar - Dispersar - Remover voltiles - Filtrar - Pelletizar
Para lograrlo, se debe contar con un equipo con zonas localizadas de diferente rango e
intensidades de mezclado y corte del material plastificado. Los grados de mezcla y corte,
se obtiene con repetidos cambios del sentido del flujo lquido, separaciones de corrientes
e intercambios de capas de materiales en los diversos canales de un tornillo.
Generalmente, en la construccin de maquinaria para lneas de compounding, la
caracterstica es usar motores de accionamiento de alta potencia, ya que el calor usado
en la plastificacin del material debe provenir en mayor grado por la accin de friccin en
el mezclado que por los elementos calefactores exteriores.Equipo Auxiliar
La mayor parte de los siguientes elementos son frecuentemente encontrados al observar
una lnea de compuestos:
- Silos de almacenaje de materia prima de material (pellets) procesado o compuesto
- Unidad de premezclado continua o intermitente, que en ciertos casos mejoran
notablemente la eficiencia de la lnea completa.
- Unidades de alimentacin, que pueden ser tornillos alimentadores, bandas sinfn
gravimtricas, tolvas dosificadores, vlvulas rotatorias, bombas de engrane, etc. Se eligen
segn la precisin requerida en la alimentacin y el estado fsico del material alimentado
(grano, polvo, lquido, etctera).
- Sistemas de proteccin contra objetos extraos basado en principios mecnicos,
inductivos o magnticos.
- Sistemas de tamizados y cambio de tamiz para retencin de partculas e impurezas que
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pudieran pasar al extrusor.
- Unidades de pelletizacin con sistemas de transporte de pellets, neumticos o por agua
- Enfriadores o secadores de pellets, dependiendo del sistema del transporte anterior
- Sistema de envasado del producto final
- Sistemas de control de temperatura del extrusor con calentamiento elctrico o por aceite
y de enfriamiento con agua.
- Combas de vaco para extraccin de voltiles del polmero.
- Paneles centrales de control de instrumentos.
Tipos de Lnea de Compounding para Termoplsticos: Destacan cuatro tcnicas de
manufactura de compuestos, con base en el tipo de resina que se procesa:
Para Poliolefinas
Para plsticos sensibles a la temperatura
Para Polmeros de Estireno
Para plsticos de ingenieria
a) Compounding de Poliolefinas
Se distinguen tres formas para producir compuestos de Poliolefinas, por el estado fsico
de la resina que abandona el reactor donde se genera:
Para resina fundida
Para resina en solucin
Para resina en Polvo
Lneas para Compounding de Resina Fundida: En este tipo de formacin de
compuestos, la descarga directa del reactor en forma de masa fundida pasa a una
extrusor con un husillo de relacin de 24 L/D y una configuracin especial, o con husillo
gemelos co- rotantes donde las labores de aditivacin, homogeneizacin y pelletizado
llevan a cabo remocin de gases para abatir las concentraciones de etileno residual hasta
50 ppm o menor. Aunque este tipo de maquinaria haba sufrido un constante desarrollopara satisfacer las crecientes demandas de LDPE hasta llegar a mquinas con una
produccin de 20 a 30 ton/hr. El uso creciente de LDPE, obtenido como una solucin o
como polvo, hace que el diseo de mquinas ms productivas sea poco probable.
Lneas de Concentracin de Soluciones: En la obtencin de Poliolefina por el mtodo
de solucin, el principal obstculo de un material procesable es la separacin del
solvente, usado en la polimerizacin de la resina obtenida. Una solucin a este problema
era la separacin por agotamiento con vapor de agua, pero esto implicaba con vapor de
agua, pero esto implicada una costosa separacin y purificacin posterior del solvente,
que debe estar libre de agua para poder reutilizarse.La mejor opcin se encuentra en concentrar directamente mezclas de polmero al 85% en
extrusora, debido a la alta viscosidad del producto. Para algunos casos como el de la
resina de PEAD para grado inyeccin, la desgasificacin se lleva en extrusores
monohusillo que operan en cascada, eliminando los voltiles durante la transferencia entre
ambos equipos.
Otros equipos de tornillos gemelos o multihusillo, son usados para Poliolefina de alta
viscosidad. Los equipos actuales para la aditivacin y pelletizacin de resinas obtenidas
por solucin, llegan a tener productividades de 15 ton/hr, con dimetros hasta de 460 mm.
Lneas para Compounding de Resina en Polvo: Este tipo de lneas tienen
productividades hasta 20 - 25 ton/hr, ligeramente menores que las lneas para resina
fundida, pero mayores a las concentracin de soluciones. Han tenido poco desarrollo
tecnolgico desde su creacin, avanzado nicamente en el aspecto de velocidades de
produccin.-El uso de equipos monohusillo, se encuentra limitado en capacidad, llegando
8/10/2019 Tecnologa de Los Plsticos_ Marzo 2011
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nologa de los Plsticos: marzo 2011
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slo a 5 ton/hr como mximo. En husillos gemelos, las mquinas con husillos engranados
y de giro contrario, tienen poca efectividad y debido a problemas de construccin no se
pueden disear mquinas de grande dimetros, ello limita la capacidad de produccin. Sin
embargo, en sistemas de husillos gemelos no engranados de giro opuesto o engranado
de giro en el mismo sentido, se pueden lograr mayores dimetros, hasta de 380 mm y se
obtienen producciones mximas.
Pelletizadores para Poliolefina: Para la formacin de perlas o pellets de Poliolefinas,
provenientes de los equipos de alta productividad mencionados, se usan equipos concapacidad de 25 ton/hr. Un esquema del equipo de pelletizacin.
b) Compounding de Polmeros Sensible a la Temperatura: Al tratar sobre polmeros
sensibles a la temperatura, la atencin principal se dirige al PVC que es el caso ms
tpico, pero tambin debe mantenerse presente a los Polietilenos entrecruzable,
espumable y algunos hules termoplsticos como miembros de este grupo. En el caso de
produccin de compuestos de PVC, la mezcla de un mayor nmero de aditivos en
comparacin con la Poliolefinas y por consecuencia, la necesidad de un trabajo de
incorporacin de materiales ms efectivo, encuentra la dificultad del manejo de una resina
que puede degradarse con facilidad. En el caso de extrusin de tubera o perfil de PVCrgido, se prefiere premezclar la resina de PVC con los aditivos necesarios en
mezcladores de alta velocidad. Los polvos obtenidos de este equipo, son alimentados
directamente al extrusor donde el producto final ser obtenido. Cuando el uso del material
pleiteado es necesario como en los casos de produccin d cable recubierto, suelas de
calzado con PVC plastificado, o botellas de compuesto de PVC rgido, es necesario el uso
de una lnea de extrusin especializada para el mezclado y pelletizacin de los
componentes que, por complejidad del proceso, regularmente llegan a 3 ton/hr para
compuesto de PVC rgido y hasta 6 ton/hr para material plastificado. Paras las resinas de