Cómo Reducir la Carga de Desperdicio de Plástico y Mantener la Calidad del Producto

Un cierto nivel de desperdicio o piezas inaceptables es inevitable en cualquier proceso. Ya sea las 3.4 ocurrencias por millón de unidades previstas por los adherentes a la calidad Seis Sigma o un porcentaje mucho más alto, representa una carga para la productividad y la rentabilidad, y mantenerlo al mínimo absoluto posible debe ser la más alta prioridad.

Muchos procesadores de plásticos aceptan el desperdicio como un mal necesario y se enfocan en manejarlo eficientemente, pasándolo por granuladores y devolviéndolo al proceso de una manera que garantice que puedan reutilizar la mayor cantidad posible mientras continúan produciendo piezas de buena calidad.

Para lograr este objetivo, es importante mantener el desperdicio de proceso y las piezas rechazadas limpias y segregadas por material y color, y luego asegurarse de que las cuchillas del granulador estén afiladas y correctamente ajustadas, y que las pantallas no estén muy desgastadas.

Monitorear estas condiciones de manera consistente – y realizar las reparaciones necesarias – garantizará un granulado uniforme, en gran medida libre de polvo y partículas de gran tamaño, de modo que el reprocesado funcione, en la medida de lo posible, como los pellets vírgenes con los que se mezcla.

La Consistencia es Clave para la Calidad

Tome nota de la palabra “consistencia” en el párrafo anterior. Aunque la consistencia y la calidad no son lo mismo, un proceso consistentemente bueno es necesario para minimizar o prevenir el desperdicio y para fabricar piezas de buena calidad.

Los procesadores hacen grandes esfuerzos para determinar las condiciones del material y del proceso que resultan en piezas consistentemente buenas. Por supuesto, identifican la resina, los aditivos y el color que tienen características de procesamiento aceptables y que producirán productos que cumplan con los requisitos de la aplicación.

Sin embargo, también deben asegurarse de que el material esté en buenas condiciones – correctamente mezclado, libre de polvo excesivo, contaminación y humedad – cuando se entregue a la extrusora o máquina de moldeo. Finalmente, es necesario controlar la temperatura durante el proceso de moldeo y extrusión.

Los auxiliares son Principales

Obviamente, el equipo auxiliar es esencial para cada una de estas tareas críticas de control de procesos:

Transporte

El equipo de transporte, que consta de tuberías, bombas, receptores y controles asociados, es esencial para llevar los materiales correctos desde el almacenamiento hasta el siguiente paso en la secuencia de fabricación.

Para evitar transportar la resina equivocada al proceso (lo que seguramente daría lugar a desechos), los operadores deben estar bien capacitados y supervisados. Y los equipos que simplifican o automatizan las conexiones adecuadas entre el origen y el destino, incluidos los sistemas de descarga de vagones  y camiones , y las mesas del sistema de selección de resina (RSS) con pruebas automáticas, pueden reducir la posibilidad de error humano.

Al mismo tiempo, la máxima “calidad dentro, calidad fuera” también se aplica al transporte. El sistema de transporte debe poder preservar la calidad de la resina entrante, minimizando la generación de polvo, cabello de ángel y otros subproductos del transporte por vacío de alta velocidad.

Agregar colectores de polvo y trampas de cabello de ángel puede eliminar la mayor parte de esta contaminación, pero un sistema de transporte de velocidad variable, que adapta la velocidad de transporte a las características de la resina y los requisitos de rendimiento, en realidad puede evitar su formación casi por completo.

Mezclado

Los mezcladores son los siguientes componentes críticos para la calidad en el flujo del proceso. A menudo, junto con los alimentadores de ingredientes menores, los mezcladores reciben y miden los diferentes elementos (normalmente pellets vírgenes, triturados, colorantes y aditivos) que componen una receta de material plástico.

Esa receta se desarrolla para garantizar que las cualidades estéticas y de rendimiento correctas lleguen a la pieza moldeada o extruida. En los mezcladores actuales, la medición gravimétrica ha suplantado en gran medida a los métodos volumétricos, lo que ha dado lugar a mayores niveles de precisión.

Newer control algorithms use a feed-forward dispensing approach to increase accuracy even further. Instead of making a single dispense of each ingredient and adjusting for discrepancies in subsequent batches, the control uses incremental dispenses in each batch, continuously weighing the material and adding a little bit more until the target weight is reached.
Los algoritmos de control más nuevos utilizan un enfoque de dosificación anticipada para aumentar aún más la precisión. En lugar de realizar una sola dosificación de cada ingrediente y ajustar las discrepancias en lotes posteriores, el control utiliza dosificaciones incrementales en cada lote, pesando continuamente el material y agregando un poco más hasta alcanzar el peso objetivo.

Este enfoque garantiza que todos los materiales tengan una precisión del 0,025 % de la receta del lote. Sin el beneficio actual,  la tecnologia avanzada para el  mezclado, los procesadores se verían en apuros para mantener la coherencia de las recetas (y evitar la producción de piezas de desecho y fuera de especificaciones) durante ciclos de producción prolongados.

Secado

Podría decirse que los secadores son los sistemas más críticos en lo que respecta a la consistencia del material y son especialmente importantes cuando se procesan resinas de ingeniería: nailon, policarbonato, ABS y similares. Eso es porque estos materiales son higroscópicos. Naturalmente, absorben la humedad del aire y, si esa humedad no se elimina antes de procesar el polímero, se vaporizará provocando rayas, burbujas, quemaduras, fragilidad y otros defectos en piezas críticas moldeadas o extruidas.

Debido a que el agua en un pellet de plástico se une al polímero a nivel molecular, eliminarla es difícil, lo que requiere atención cuidadosa a cuatro parámetros fundamentales: calor, bajo punto de rocío (sequedad), flujo de aire y tiempo.

Los pellets en la tolva de secado deben calentarse a una temperatura especificada por el fabricante de la resina y rodearse de aire extremadamente seco, generalmente con un punto de rocío  de alrededor de -40 °F, y mantenerse allí durante hasta ocho horas (dependiendo del material). para romper esos enlaces moleculares.

 

En el proceso de secado, el aire pasa a través de un desecante para extraer todo menos un pequeño porcentaje de su humedad y luego se calienta para reducir aún más su punto de rocío. A medida que el aire asciende a través del lecho de material en la tolva de secado, calienta los gránulos y su bajo punto de rocío crea un diferencial de presión que hace que el agua migre fuera del gránulo hacia el aire para que pueda ser transportada.

Al monitorear la temperatura y el punto de rocío del aire cuando entra y sale de la tolva de secado, los procesadores pueden confirmar que se mantienen las condiciones para un secado adecuado. Aún mejor, se puede insertar una sonda en la tolva para medir la temperatura en múltiples puntos del lecho de material. Junto con el monitoreo del punto de rocío, esta técnica es la forma ideal de garantizar la consistencia del material y minimizar los desechos.

El otro componente crítico del secador es el desecante y existen varios enfoques sobre cómo se expone el aire de secado a él. Sin embargo, para lograr la máxima estabilidad del punto de rocío, necesaria para permitir un proceso consistente y con pocos desechos, la ttecnologíaa probada de rueda desecante es muy superior a los secadores desecantes sueltos.

Transferencia de Calor

Los equipos de transferencia de calor desempeñan un papel clave en la creación de las condiciones finales para la producción de un producto de calidad. En el moldeo y la extrusión, el polímero debe fundirse mediante el calor y el cizallamiento generados por el tornillo y el cilindro de la máquina procesadora. Ese calor debe controlarse cuidadosamente y luego eliminarse de tal manera que el plástico se solidifique adecuadamente para minimizar la producción de piezas fuera de especificaciones.

Hay tres tipos principales de equipos de transferencia de calor: torres de enfriamiento y  los enfriadores producen agua fría (generalmente entre 40 y 80 °F) que puede realizar muchas de las tareas de eliminación de calor en el procesamiento de plásticos.

Sin embargo, crear y mantener condiciones de temperatura ideales en las aplicaciones más desafiantes requiere una unidad de control de temperatura (TCU) o Thermolator®.

Las TCU, utilizadas en el lado de la máquina, suministran fluidos de transferencia de calor (agua, etilenglicol para aplicaciones de baja temperatura o aceite cuando se requieren altas temperaturas) capaces de mantener temperaturas desde el punto de congelación o ligeramente por debajo de 300 °F o incluso más. Se utilizan para precalentar moldes de inyección para permitir el llenado completo y luego extraen el exceso de calor para que el plástico se enfríe a un ritmo preciso que evita la contracción o distorsión no planificada pero aún permite la expulsión de la pieza en el menor tiempo.

En la extrusión, las TCU funcionan prácticamente de la misma manera: mantienen las matrices y las herramientas de dimensionamiento a la temperatura adecuada y llenan los tanques de enfriamiento para tuberías, perfiles y tuberías. Para enfriar secciones gruesas en perfiles o tuberías, se pueden usar TCU para suministrar agua tibia o “templada” que proporciona una eliminación controlada del calor para evitar desechos causados ​​por contracción desigual, curvatura, deformación u otra distorsión. 

Control de Procesos “Inteligentes”

El funcionamiento constante del equipo analizado anteriormente es fundamental para producir productos de calidad en lugar de desechos.

Cada máquina está equipada con los últimos controles necesarios para lograr esa coherencia y solucionar situaciones en las que las cosas salen mal. Algunos de estos controles, en particular los disponibles con mezcladoras  y secadoras, pueden ofrecer información de tendencias para que los procesadores puedan confirmar que las condiciones lineales se mantienen a lo largo del tiempo.

Estas mismas lecturas proporcionan un sistema de alerta temprana, que muestra incluso pequeñas interrupciones en el procesamiento fluido antes de que se vuelvan lo suficientemente graves como para resultar en una calidad inaceptable. En los casos en los que los problemas no se corrigen a tiempo, los datos de tendencias almacenados se pueden utilizar para investigar lo sucedido e implementar prácticas que lo eviten en el futuro.

Pero ¿qué pasa con los equipos que no tienen controles que respalden las tendencias del proceso? ¿Qué pasa si tiene equipos de más de un fabricante en su planta? ¿Qué sucede si desea ver los datos del proceso de todos sus equipos auxiliares en una plataforma sin tener que caminar por la planta?

Bueno, la Industria 4.0 tiene soluciones que simplifican y mejoran la forma en que los procesadores interactúan con todos los datos de sus equipos auxiliares digitales y les ayudan a utilizarlos para proporcionar información procesable que puede maximizar la productividad, mejorar la calidad y reducir los desechos.

Gracias a estas plataformas basadas en la nube, cualquier persona con una conexión a Internet y las credenciales de seguridad adecuadas puede iniciar sesión y ver datos digitales sobre unidades individuales o grupos de máquinas, independientemente de su ubicación. Ya no es necesario tener personal experto cerca del equipo para monitorear y controlar a los auxiliares en todas esas ubicaciones.

En cambio, los datos se presentan en paneles de usuario en forma de líneas de tendencia y gráficos para que sea posible saber qué está sucediendo en cualquier momento.

Los usuarios pueden configurar hasta diez indicadores clave de rendimiento (KPI) personalizables que son más críticos para la producción de piezas de calidad y luego verlos como líneas de tendencia en cualquier momento.

Por ejemplo, en las secadoras, los KPI más utilizados son las lecturas reales y de punto de ajuste para el punto de rocío y la temperatura de secado. En las licuadoras, es el punto de ajuste y el porcentaje de ingrediente real para los ingredientes críticos, y en las TCU, es el punto de ajuste y las lecturas reales para las temperaturas de entrada y salida del proceso. Los procesadores pueden verificar estos parámetros críticos en tiempo real o verlos históricamente. O pueden configurar alarmas para alertar a las personas responsables por correo electrónico o mensaje de texto si alguna vez las cosas comienzan a tomar la dirección equivocada.

Qué se necesita para minimizar el desperdicio

With a solid understanding the features and capabilities of auxiliary equipment, and the latest Industry 4.0 tools that make the most of the information that those machines generate, processors can make certain that all their equipment operates together to maximize process consistency, therefore maintaining product quality and reducing the productivity/cost burden of scrap.

 

Con un conocimiento sólido de las características y capacidades de los equipos auxiliares y las últimas herramientas de la Industria 4.0 que aprovechan al máximo la información que generan esas máquinas, los procesadores pueden asegurarse de que todos sus equipos funcionen juntos para maximizar la consistencia del proceso, manteniendo así la calidad del producto y reduciendo la carga de productividad/coste del desperdicio.