Estrategias de Extrusión Abordan el Exceso de Temperatura para un Mejor Control

La extrusión, la columna vertebral de la fabricación de plástico, se enfrenta a un desafío persistente: el sobrepaso de la temperatura del cilindro. Este fenómeno, donde las temperaturas reales exceden los valores preestablecidos a pesar de los esfuerzos de enfriamiento, afecta a las líneas de producción en todo el mundo, comprometiendo la eficiencia, la calidad del producto y el consumo de energía.

El sobrepaso de temperatura del cilindro se manifiesta de varias maneras:

• Sobrepaso global: Todas las zonas de calentamiento exceden las temperaturas objetivo
• Sobrepaso localizado: Zonas específicas (particularmente cerca de la boquilla) se calientan
• Sobrepaso fluctuante: Las temperaturas oscilan por encima de los puntos de ajuste
• Sobrepaso sostenido: Elevación persistente de la temperatura resistente al enfriamiento

Múltiples factores contribuyen al sobrepaso de temperatura:

• Calentamiento por cizallamiento: La energía mecánica se convierte en calor durante el procesamiento del polímero
• Baja conductividad térmica: Los polímeros resisten la transferencia de calor, creando puntos calientes internos
• Ineficiencias de enfriamiento: Disipación de calor inadecuada de las superficies del cilindro
• Defectos de diseño del tornillo: Las secciones de compresión o mezcla inadecuadas concentran el calor
• Parámetros del proceso: Las velocidades de tornillo o las tasas de alimentación excesivas generan exceso de calor

Los enfoques de enfriamiento estándar a menudo exacerban el problema:

• Los sistemas de accionamiento de la extrusora suelen sobrepasar la capacidad de enfriamiento de 4 a 20 veces
• Las propiedades aislantes del polímero impiden un enfriamiento interno eficaz
• El sobreenfriamiento aumenta la viscosidad, lo que requiere más entrada de energía

Esto crea un círculo vicioso: el enfriamiento aumenta la viscosidad, lo que exige un par más alto, que genera más calor por cizallamiento.

El proceso de extrusión convierte la energía eléctrica en energía mecánica y luego en energía térmica:

• El par de accionamiento depende de la viscosidad de la masa fundida
• Los polímeros de menor viscosidad requieren menos par, pero transfieren menos energía
• El enfriamiento afecta la viscosidad, alterando los requisitos de energía

Las relaciones temperatura-viscosidad varían según el polímero:

• El coeficiente de consistencia cuantifica la dependencia de la viscosidad de la temperatura
• Los modelos de ley de potencia describen el comportamiento del flujo de la mayoría de los polímeros
• Los cambios de viscosidad oscilan entre 10 y 1.080 poise por °C en los polímeros

• Moderar las velocidades del tornillo para equilibrar la producción y la generación de calor
• Optimizar las tasas de alimentación para mantener un flujo estable
• Ajustar la contrapresión para minimizar el calentamiento por resistencia

• Actualizar los sistemas de enfriamiento con el mantenimiento adecuado
• Implementar diseños de tornillos que distribuyan el calentamiento por cizallamiento
• Considerar el aislamiento del cilindro para la estabilidad térmica

• Elegir polímeros con propiedades térmicas favorables
• Considerar los perfiles de viscosidad-temperatura al seleccionar resinas

Una instalación de fabricación abordó el sobrepaso crónico de temperatura mediante:

• Reducción de la velocidad del tornillo en un 15%
• Limpieza y optimización de los canales de enfriamiento
• Instalación de un tornillo con zona de compresión extendida
• Mejora de la ventilación del taller

Estos cambios redujeron las fluctuaciones de temperatura en un 60% y mejoraron la consistencia del producto.

El control eficaz de la temperatura requiere comprender la dinámica de la energía, las propiedades de los materiales y las interacciones del proceso. En lugar de depender del enfriamiento agresivo, los fabricantes deben adoptar estrategias integrales que aborden las causas fundamentales, manteniendo al mismo tiempo la estabilidad del proceso y la eficiencia energética.