EXTRUSIN

Carlos Alberto Yopasa Bernal

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOS DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERAPROYECTO CURRICULAR DE INGENIERA INDUSTRIALMATERIALES INDUSTRIALES

MATERIALES INDUSTRIALES

Pgina | 3I. INTRODUCCIN

El proceso de extrusin hace referencia a cualquier operacin de transformacin en la que un material fundido es forzado a atravesar una boquilla para producir un artculo de seccin transversal constante y, en principio, la longitud indefinida. Adems de los plsticos, muchos otros materiales se procesan mediante extrusin, obtenindose productos muy variados.

La extrusin es claramente uno de los procesos ms importantes de transformacin, el proceso de extrusin de plsticos se lleva a cabo en mquinas denominadas extrusoras o extrusores.

La extrusin consiste en hacer pasar bajo la accin de la presin 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 igual a la del orificio. En la extrusin de termoplsticos el proceso no es tan simple, ya que durante el mismo, el polmero se funde dentro de un cilindro y posteriormente, enfriado en una calandria, Este proceso de extrusin tiene por objetivos, proceso que es normalmente continuo, usarse para la produccin de perfiles, tubos, pelculas plsticas, hojas plsticas, etc.

II. EXTRUSORAS

En funcin del tipo de producto que se quiera obtener ser necesario que se seleccione la extrusora que mejor pueda realizar el proceso. El fabricante ya indica para qu tipo de procesos se adapta mejor la mquina. Aqu indicamos los distintos tipos de extrusoras que hay en el mercado.

Un solo husillo: producen un flujo homogneo y uniforme. Adecuadas para procesos de coextrusin.

Doble husillo: producen una mezcla entre granza y aditivos muy buena debido a que aumentan tanto las fuerzas de cizalla contra las paredes del cilindro como entre husillos. Co-rotacionales: ofrecen buen resultado en compounding o peletizacin de plsticos. Contra-rotacionales: elimina el proceso de peletizacin, reduce costes de formulacin y mejora la calidad del producto. Husillos paralelos: adecuado para alta produccin. Husillos cnicos: adecuado para baja produccin.

El tipo de extrusora ms utilizado actualmente es el de un solo tornillo de dimetro constante. El transporte de material se produce por el movimiento relativo entre tornillo y cilindro, lo cual provoca en el material esfuerzos de cizalla.

Figura 1. Esquema de extrusora

La divisin ms comn para extrusores de un slo husillo consiste en 4 zonas, desde la alimentacin hasta la salida por el dado del material:

Zona de alimentacin: En esta parte ocurre el transporte de grnulos slidos y comienza la elevacin de temperatura del material.

Zona de compresin: En esta zona, los grnulos de polmero son comprimidos y estn sujetos a friccin y esfuerzos cortantes, se logra una fusin efectiva.

Zona de distribucin: Aqu se homogeniza el material fundido y ocurren las mezclas.

Zona de mezcla: En esta parte que es opcional ocurre un mezclado intensivo de material, en muchos casos no se aconseja porque puede causar degradacin del material.

Componentes de la extrusora:

Plato rompedor y tamices:

Con objeto de evitar la contaminacin del fundido normalmente se coloca entre el tornillo y la boquilla un plato rompedor en el cual se sujeta un conjunto de tamices. El plato rompedor lleva muchos orificios circulares que permiten el paso del fundido, disminuyendo el movimiento circular del mismo.

Tolva:

La tolva es el depsito de materia prima en donde se colocan los pellets de material plstico para la alimentacin continua del extrusor.

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.

Las tolvas de secado son usadas para eliminar la humedad del material que est siendo procesado, 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.

Barril o Can:

Es un cilindro metlico que aloja al husillo y constituye el cuerpo principal de 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 carcasa 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.

El can cuenta con resistencias elctricas que proporcionan una parte de la energa trmica 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.

Husillo:

Gracias a los intensos estudios del comportamiento del flujo de los polmeros, el husillo ha evolucionado ampliamente desde el auge de la industria plstica hasta el grado de convertirse en la parte que contiene la mayor tecnologa dentro de una mquina de extrusin.

La misin del husillo de una extrusora es transportar la materia prima (polmero y/o cargas y/o aditivos) a travs del cilindro a la vez que se comprime y se eliminan los compuestos voltiles. A su vez, el fundido se reblandece debido al calentamiento, debido a las fuerzas internas de cizalla con las paredes del cilindro y el calor aplicado externamente. Tambin el husillo favorece la mezcla y produce un fundido muy homogneo sin impurezas. Por ltimo, aplica una presin constante (presin de cabeza) necesaria para forzar a que el material atraviese el cabezal, que da la forma deseada.

Control de la temperatura en los cilindros:

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/in2 (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.

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.

III. CARACTERISTICAS PRINCIPALES

Produccin mxima (kg/hora) Potencia de la extrusora y presin mxima admisible de salida. Facilidad de limpieza Facilidad de manejo y de control. Variedad de accesorios. Material a tratar: termoplstico o elastmero.

IV. APLICACIONES ACTUALES

Pelcula tubular

Bolsa (comercial, supermercado)Pelcula plstica para uso diversoPelcula para arropado de cultivosBolsa para envase de alimentos y productos de alto consumos

TuberaTubera para condicin de agua y drenajeManguea para jardnManguera para uso mdicoPopotes RecubrimientoAlambre para uso elctrico y telefnico

Perfil

Hojas para persianaVentaneraCanales de flujo de Agua

V. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Presenta alta productividad y es el proceso ms importante 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.