Procesamiento de Extrusión: Guía Básica para el Uso de Equipos Auxiliares

¿Qué es el procesamiento por extrusión?

La extrusión es una forma continua de procesamiento de plásticos que se lleva a cabo en un conjunto de equipos llamado línea de extrusión. A diferencia del moldeo por inyección o procesos similares que dependen de “ciclos” repetidos de llenado del molde y extracción de la pieza, la extrusión es un proceso ideal para producir productos de manera continua, con alta calidad y en volúmenes muy altos.

La extrusión crea productos continuamente a través de la rotación constante del tornillo de compresión de la resina. El proceso utiliza un dado por el cual se empuja el plástico fundido para crear una forma y grosor específicos.

Los productos extruidos típicos incluyen:

• Películas plásticas utilizadas en construcción, agricultura, embalaje u otras aplicaciones
• Hojas plásticas rígidas o flexibles, productos de construcción o embalaje basados en hojas, productos termoformados
• Revestimiento plástico, madera plástica o materiales de cubierta plásticos/composites
• “Perfiles” plásticos para marcos de ventanas, carcasas, molduras o fines decorativos
• Tubos plásticos flexibles para aplicaciones médicas, industriales o domésticas
• Tubería plástica rígida utilizada para fontanería doméstica y comercial, líneas de gas y tuberías de drenaje.
• Filamentos plásticos utilizados en impresoras 3D

¿Cuál es el papel del equipo auxiliar en el procesamiento por extrusión?

Obviamente, las capacidades del procesamiento por extrusión dependen primero de tener un extrusor que esté dimensionado y equipado para proporcionar el tipo y volumen adecuados de polímero plastificado (extrudado) a un proceso, ya sea que este proceso implique la fabricación de películas, tubos, tuberías, perfiles o láminas.

Pero sin la ayuda del equipo auxiliar que les suministra las materias primas y luego ayuda a procesar el extrudado en productos terminados, los extrusores por sí solos no podrían producir nada.

Piénsalo. El equipo auxiliar es vital para:

• Aceptar, almacenar y mover los grandes volúmenes de materia prima necesarios para apoyar grandes líneas de extrusión.
• Preparar y secar adecuadamente ciertos plásticos que absorben humedad, lo que puede causar problemas de calidad para aplicaciones médicas o comerciales.
• Entregar materiales de manera confiable a las líneas de extrusión, sin contaminación ni recuperación de humedad, y mezclar niveles precisos de regrind de proceso para minimizar el desperdicio de material del proceso.
• Aceptar y dar forma al extrudado caliente en dimensiones precisas mientras mantiene una velocidad constante del proceso.
• Gestionar el enfriamiento y la transferencia de calor para mantener la forma y la calidad constantes del extrudado.
• Medir, cortar, enrollar y recolectar un flujo continuo de producto extruido terminado.
• Recolectar, granular y reprocesar continuamente el material de desecho del proceso (por ejemplo, recortes de película, blanks termoformados, recortes de láminas o residuos de tuberías) en material reutilizable.

Equipo auxiliar que apoya el procesamiento por extrusión

Las líneas de extrusión generalmente se dividen en dos partes o lados: Upstream (aguas arriba) y Downstream (aguas abajo).

En el lado de upstream está todo el equipo auxiliar que recibe, mezcla/combina y entrega resina e ingredientes a la máquina de extrusión.

El extrusor funde el plástico y entrega un flujo continuo y presurizado de extrudado a todas las herramientas y equipos de downstream.

El equipo auxiliar de downstream primero da forma, enfría y endurece el extrudado hasta su forma terminada, luego mide, corta y recolecta los productos terminados (por ejemplo, rollos de película plástica y perfiles cortados a medida, tuberías o láminas) para que puedan ser preparados o empaquetados para su envío.

 

Equipos Auxiliares Upstream para el Procesamiento por Extrusión

Recepción y Almacenamiento de Materiales

Debido a que la extrusión es un proceso continuo que puede soportar una producción muy alta, muchos extrusores necesitan recibir y almacenar grandes cantidades de resina plástica. Y la forma más rentable de comprar resina a granel es mediante ferrocarril o carga de camión. Se necesita equipo auxiliar especializado, como sistemas de descarga de camión o ferrocarril, para recibir y transferir tales grandes cantidades de resina a distancias de hasta 1,000 pies, luego elevarla para llenar altos silós de almacenamiento de material. Estos sistemas también deben incluir mecanismos de prueba para asegurar que la resina nueva se cargue en el silo adecuado, ya que poner toneladas del material incorrecto en un silo puede causar enormes problemas de contaminación. Las entregas más pequeñas de resina pueden ser trasladadas a áreas de almacenamiento de menor capacidad, como bin de sobrepresión, o a distancias más cortas utilizando un cargador cíclico.

Transporte

Para mover material (pellets vírgenes, pellets reciclados post-consumo, material triturado) desde las ubicaciones de almacenamiento dentro de la planta hasta los extrusores y equipos auxiliares como secadores o mezcladores, los procesadores dependen de sistemas de transporte por vacío. Estos sistemas, que obtienen su potencia motriz de una bomba de vacío, suelen incluir una red de líneas de transporte a lo largo de toda la planta; cargadores de material, receptores y válvulas; mesas de selección de resina y sistemas de prueba de línea, y controles automatizados.

Para ofrecer valor a un procesador de extrusión, los sistemas de transporte no solo deben mover las cantidades necesarias de material a las ubicaciones correctas, sino hacerlo sin dañarlo (es decir, rotura de pellets, polvo/fracciones finas, manchas de pellets, cabello de ángel, corrientes) debido a velocidades de transporte excesivas o no controladas. Esto desperdicia material valioso y hace que el procesador gaste dinero de dos maneras.

Primero, este material dañado a menudo queda atrapado en los filtros del sistema de transporte y debe ser eliminado como basura (¡solo seis libras por día equivalen a una tonelada de material desperdiciado por año!). En segundo lugar, cuando el polvo/fracciones finas o el cabello de ángel llegan al barril de plastificación de un extrusor, normalmente se calientan y se funden mucho más rápido que los pellets no dañados, lo que resulta en manchas quemadas o ennegrecidas que pueden hacer que las partes extruidas sean estéticamente inaceptables.

Para transportar materiales en grandes volúmenes, pero a velocidades “seguras” que eviten daños, considere actualizar de sistemas de transporte de fase diluida antiguos a un sistema de transporte de fase densa a velocidad más lenta como el Wave Conveying de Conair.

Secado

Para soportar altos rendimientos de productos extruidos, muchas operaciones de extrusión utilizan operaciones centralizadas de secado. Pero, ya sea que el secado de material se realice con un gran secador central, un carro de secado de múltiples tolvas, un secador al lado de la máquina o una unidad de secado móvil, este equipo auxiliar se trata de mucho más que eliminar la humedad.

Por supuesto, la eliminación constante de humedad es esencial para procesar cualquier resina higroscópica (es decir, PET, policarbonato, ABS, nailon, etc.). Esto se debe a que la humedad interna en estas resinas puede causar huecos, decoloración, agujeros o debilidad estructural en las piezas moldeadas por inyección, lo que resulta en propiedades de rendimiento y apariencia disminuidas y, en última instancia, en desechos.

Otra gran ventaja del secado constante—para todas las resinas—es que “homogeneiza” el material, lo que le permite alimentar al extrusor un flujo constante de material a una temperatura constante. Cuando se considera lo caliente que puede llegar a estar el material en un silo durante el verano, o lo frío que podría estar en invierno, aprovechar la oportunidad para pre-secar y homogenizar el material entrante puede marcar una gran diferencia en la calidad de las piezas durante todo el año.

Mezclado

La apariencia, rendimiento, resistencia y calidad de los productos extruidos depende de alimentar al extrusor una mezcla constante de materiales que puede incluir pellets vírgenes, material post-consumo pelletizado, desperdicios de película o proceso, colorante y/o aditivos que mejoren el rendimiento o las propiedades. Entregar tales mezclas de manera consistente y continua es el trabajo de los equipos de alimentación, mezcla y blending.

Los mezcladores suelen contener varios ingredientes en tolvas o alimentadores montados en la parte superior, utilizando “recetas” controladas digitalmente para medir cada ingrediente con un sistema de pesaje gravimétrico antes de liberarlo en una cámara de mezcla central para la preparación por lotes. La simplicidad, precisión, repetibilidad y la información constante son esenciales para buenas operaciones de mezcla, ya que incluso pequeñas variaciones en los ingredientes pueden cambiar los costos de entrada y afectar el rendimiento y la calidad del extrusor.

El reutilizar las grandes cantidades de desperdicio de proceso producidas en algunas líneas de extrusión puede representar un desafío serio para el blending. Por ejemplo, las líneas de extrusión de películas producen continuamente tantos “recortes de borde” que requieren sistemas de granulación en línea que capturan y procesan el desperdicio de película inmediatamente (ver “Equipos Downstream” abajo). Pero debido a que el desperdicio de película es muy liviano en comparación con los pellets de resina, no se mezcla uniformemente cuando se reintroduce para procesarse en un mezclador convencional. Para superar este problema, las líneas de extrusión de películas a menudo usan equipos de mezcla especializados que pueden mezclar grandes porcentajes de material reciclado de película uniformemente con material virgen para ayudar a garantizar un rendimiento consistente del extrusor.

Máquinas de Extrusión

El extrusor en sí es el último elemento del proceso upstream. Acepta los materiales crudos mezclados a través de una garganta de alimentación, los funde en una mezcla homogénea y luego empuja el material fundido (“extrudado”) bajo presión a través de herramientas externas—el inicio del procesamiento de extrusión downstream.

Los extrusores están disponibles en una amplia gama de capacidades y tipos para acomodar diferentes materiales. Los extrusores de un solo tornillo son típicos para pellets, mientras que los extrusores de doble tornillo son más adecuados para materiales en polvo. Los tamaños varían desde extrusores muy pequeños que producen filamentos finos, palillos de hisopos médicos o tubos de pared delgada de pequeño diámetro, hasta máquinas muy grandes y de alta producción que pueden procesar miles de libras de material por hora en madera plástica y compuesta, o tuberías plásticas de paredes gruesas de varios pies de diámetro.

Cada extrusor depende de un control maestro de extrusión que regula no solo su operación y salida, sino también la velocidad de los equipos downstream. En particular, el control de extrusión regula la velocidad del equipo de arrastre downstream, que agarra suavemente y tira del flujo de extrudado desde el extrusor, a través de la herramienta, equipos de medición y enfriamiento, y luego hacia el corte y procesamiento final. Ajustar la velocidad y el rendimiento de cada elemento de la línea mediante el control maestro de extrusión es absolutamente esencial para mantener la consistencia dimensional y las características físicas de cada producto extruido.

Equipos Auxiliares “Upstream” Implicados en el Procesamiento por Extrusión

Requisito o Tarea del Proceso:	Equipo Auxiliar:
Almacenamiento de materiales, ingredientes o lotes	Sistemas de descarga de camión o ferrocarril Cargadores cíclicos Silós de material Bin de almacenamiento grande
Transporte de materiales	Sistemas de transporte por vacío: Controles de transporte Bombas Líneas de transporte Cargadores, receptores, válvulas Mesas de selección de resina Sistemas de transporte móviles
Secado de material, pre-calefacción o deshumidificación	Sistemas de secado: Central Al lado de la máquina Sistemas móviles o mini Sistemas de deshumidificación
Pesaje de materiales, dispensación de ingredientes y mezcla	Alimentadores Mezcladores Batidoras Balanzas de peso

 

Equipos Auxiliares Downstream para el Procesamiento por Extrusión

El procesamiento de extrusión downstream comienza cuando el extrudado caliente sale del extrusor. Hay varios tipos importantes de equipos downstream en un proceso típico de extrusión de tubos, tuberías o perfiles, incluyendo:

Calibradores y matrices

Una secuencia de estas herramientas especializadas acepta el flujo caliente de extrudado que sale del extrusor y gradualmente da forma al plástico caliente y en movimiento en una forma casi terminada. En muchos casos, estas herramientas se extienden directamente hasta el equipo de enfriamiento.

Tanques de vacío y enfriamiento

Los tanques de enfriamiento por inmersión o rociado transfieren calor del extrudado a medida que se forma para que pueda enfriarse, encogerse y endurecerse en sus dimensiones terminadas. Los equipos de enfriamiento varían según la aplicación: Las extrusiones más grandes, incluidas las tuberías y los decks, a menudo usan tanques de agua enfriada por vacío. Mientras tanto, los cables o tubos de menor diámetro a menudo usan torres de enfriamiento de aire o sistemas de enfriamiento con agua por inmersión.

Unidades de Control de Temperatura (TCUs)

TCUs apoyan el proceso de enfriamiento, proporcionando un flujo constante de agua “templeada” a los tanques de enfriamiento y rociado para que puedan mantener una temperatura constante del refrigerante y una tasa consistente de transferencia de calor a medida que el producto extruido se mueve continuamente a través del proceso de enfriamiento. Las TCUs gestionan la temperatura del refrigerante utilizando un circuito interno controlado por termostato que puede calentar o enfriar automáticamente el refrigerante en circulación según sea necesario. Varios TCUs y circuitos de enfriamiento más grandes pueden ser atendidos por unidades de enfriamiento portátiles o centrales de mayor capacidad que proporcionan niveles mucho más altos de capacidad de enfriamiento.

Sistemas de Medición en Línea

Muchas líneas de extrusión utilizan una serie de instrumentos que miden las dimensiones del extrudado en tiempo real, luego alimentan la información dimensional al control maestro del proceso. Esto permite el ajuste en tiempo real de la salida del extrusor o la velocidad de la línea según sea necesario para producir cambios de tamaño, ajustar variaciones o mantener la consistencia de la producción. Si el producto se desvía fuera de tolerancia, estos sistemas pueden identificar los segmentos “defectuosos” y utilizar la información de posicionamiento para marcar digitalmente y luego cortar los segmentos rechazados más adelante en la línea.

Extracción

Un “extracción” es un dispositivo motorizado que usa cintas rotativas o pistas dentadas para extraer el extrudado a través del equipo downstream a una velocidad precisa y finamente ajustable. La velocidad de la línea de extrusión, y la velocidad del extractor, es regulada por el control maestro de extrusión basado en lecturas en tiempo real de un sistema de medición en línea de extrusión. Ajustes minúsculos en la velocidad del extractor, especialmente durante los procesos de formación y enfriamiento, permiten un ajuste fino de las características dimensionales y características (por ejemplo, grosor de pared, diámetro interno) del producto extruido según sea necesario para mantener la consistencia. Aunque su función es básicamente similar en cada aplicación de extrusión, los extractores varían ampliamente en tamaño, potencia y construcción según el tamaño y tipo de extrusión que se produce.

Cortadoras

A veces integrados con extractores como parte de unidades extractor/cortadora, cortadoras se utilizan para cortar productos extruidos – madera, perfiles de ventana, carcasas, películas, láminas — a la longitud requerida. Debido a que las líneas de extrusión están en movimiento, muchas cortadoras operan en mesas móviles, sincronizadas con la velocidad de la línea y con datos de medición digital del sistema de medición en línea. Existen dos tipos básicos de cortadoras:

• Las cortadoras de “desplazamiento” realizan un solo corte limpio que desplaza el material extruido a ambos lados. Las cortadoras de desplazamiento pueden usar un solo cuchillo o una rueda rotativa de cuchillos para productos extruidos más pequeños o más suaves, como tubos flexibles. Para tubos extruidos más grandes o de paredes gruesas, las cortadoras de cuchillo planetarias giran alrededor de la circunferencia de la extrusión, profundizando el corte hasta completarlo. Las cortadoras de desplazamiento se prefieren cuando se requieren cortes limpios, sin partículas.
• Las cortadoras de tipo sierra utilizan una hoja de sierra circular, montada en una mesa móvil que realiza cortes al retirar una pequeña tira de material extruido. Las cortadoras de sierra son extremadamente rápidas y versátiles, capaces de cortar prácticamente cualquier extrusión rígida de cualquier tamaño: láminas, tubos, plataformas y perfiles.

Equipos de Extracción

Este equipo recoge las extrusiones terminadas (productos cortados a medida, rollos de película o tubos flexibles) y los organiza para etiquetado, embolsado o empaquetado antes del envío.

Granuladores y equipos de reprocesamiento de chatarra

Como se mencionó anteriormente, algunos procesos de extrusión de alto volumen, como la extrusión de películas, producen cantidades significativas de material de chatarra continuamente, mientras que otros producen chatarra ocasional como resultado de cambios, interrupciones o variaciones que provocan productos rechazados. En cualquier caso, el equipo de reducción de tamaño, específicamente los granuladores, son esenciales para minimizar los desechos del proceso y maximizar la inversión en materia prima. Granular las partes o películas de chatarra, desde recortes de borde hasta blankos para termoformado, recortes de lámina o perfiles fuera de especificación, permite el reciclaje “cerrado” de prácticamente cada trozo de material que entra a la planta.

Los procesadores de extrusión a menudo necesitan sistemas de granulación especialmente adaptados para acomodar los tamaños únicos, tipos y volúmenes de chatarra típicos de sus procesos. Aquí algunos ejemplos:

• Los procesadores de extrusión de película utilizan sistemas de granulación continua equipados con sopladores para dirigir “cintas” de recortes livianos de borde hacia las bocas de alimentación del granulador. Debido a que la chatarra de película liviana se acumula rápidamente en volumen, el material reciclado se transporta automáticamente de vuelta a los sistemas de alimentación y mezcla de material para su reutilización inmediata.
• Los procesadores de extrusión termoformada pueden requerir sistemas de granulación que funcionen continuamente y se alimenten automáticamente para evitar que los blankos se acumulen y retrasen la producción de termoformado.
• Los procesadores de láminas plásticas normalmente necesitan granuladores con bocas de alimentación extra anchas y cámaras de corte, lo que permite la alimentación manual o automática de recortes de lámina plástica ancha o estrecha.

Cualquiera que sea el proceso, es esencial dimensionar los sistemas y accesorios de granulación para manejar eficazmente los volúmenes de chatarra sin interrumpir el proceso. Los sistemas de granulación en línea pueden ser esenciales para gestionar grandes volúmenes continuos de chatarra, mientras que otras operaciones de procesamiento pueden mantener el ritmo recolectando chatarra y granulándola fuera de línea, ya sea en sistemas de granulación junto a la máquina o centralizados, con salida almacenada como material reciclado que puede ser reprocesado más tarde.

Equipos Auxiliares Downstream para Extrusión

Requisito o Tarea del Proceso:	Equipo Auxiliar:
Calibración y dimensionamiento de extrusión	Calibradores y matrices
Enfriamiento de extrusión/transferencia de calor	Equipo de enfriamiento: Tanque de enfriamiento por inmersión Tanque de enfriamiento por vacío Tanque de enfriamiento por rociado Unidad de control de temperatura
Enfriamiento de equipo de proceso para extrusores, motores, hidráulicos, bombas o sistemas de secado	Enfriadores Enfriadores centrales Torres de enfriamiento de tiro forzado o adiabáticas Sistemas de recirculación de agua
Control dimensional	Sistemas de medición en línea Extractores Cortadoras
Manejo de productos terminados	Equipo de extracción (descargadores, estantes) Enrolladores automáticos para película o tubo flexible
Granulación y reprocesamiento de chatarra	Granuladores en línea Granuladores alimentados por el operador junto a la máquina Sistemas de granulación centralizados

 

Conclusión

El proceso de extrusión no sería posible sin el uso de múltiples tipos de equipos auxiliares upstream y downstream del extrusor.

Al realizar todos estos roles vitales, los auxiliares en funcionamiento adecuado abordan y eliminan una amplia gama de inconsistencias de material, temperatura y proceso que pueden causar muchos problemas comunes de extrusión. Así, hacen una contribución tremenda a la producción continua y de alta calidad.

Para obtener más información sobre el equipo auxiliar necesario para apoyar la extrusión o para ayuda en el desarrollo de una línea de extrusión, puedes contactar a Conair aquí.