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Abril de 2019 Página 1 de 2

¿Cómo hacer más eficiente la transferencia de calor en la unidad de plastificación?

Por: Alejandro Miguel Vásquez Silva, redactor técnico

La correcta selección de calefactores, el uso de aisladores y las tecnologías que promueven la homogeneidad de la temperatura permiten ahorros significativos.

El método de plastificación por tornillo reciprocante que se utiliza en los procesos de inyección de termoplásticos, transforma la resina de su estado sólido al estado fundido para luego llevarla al interior de la cavidad del molde. Para esto, el aporte de energía necesario se hace mediante dos mecanismos: el calentamiento generado por la fricción entre los pellets, el tornillo y el barril, donde se aporta la cantidad más importante de energía; y el calentamiento proveniente del sistema de calefacción de la unidad de inyección.

En la extrusión de termoplásticos, donde el mecanismo de plastificación es igual al del proceso de inyección (rotación del husillo), la fricción interna genera el calor suficiente para la transformación del termoplástico, por lo que la fuente externa de calor se utiliza principalmente en los inicios. Gracias a que la extrusión es un proceso continuo, logra estabilizarse térmicamente y más bien en ocasiones es necesario retirar calor del sistema para hacer control de temperatura. Claro, el sistema está compuesto también por elementos calefactores que entran a operar cuando es necesario para garantizar la estabilidad.

En inyección, la discontinuidad en el proceso de plastificación (rotación para plastificar, avance axial para inyectar, nuevamente rotación para plastificar), lleva a que no se logre el equilibrio térmico derivado del proceso de transporte del material, por lo que la participación de los elementos calefactores es mayor e indispensable.

El control de la temperatura

Además de llevar a estado fundido el material, la unidad de plastificación responde en el proceso de inyección por la uniformidad térmica de la masa fundida y por la consistencia de su temperatura en el tiempo, logrando que, a pesar de la discontinuidad térmica, el proceso de inyección logre que la dinámica de extracción de calor en cada ciclo sea la misma. Se trata de una responsabilidad compartida entre el tornillo y el sistema calefactor.

Una configuración habitual para el control de temperatura está compuesta por tres elementos: el sensor de temperatura, el elemento calefactor y el control de temperatura. De las características de cada uno de ellos dependerá la calidad de la masa fundida y de ésta la confiabilidad del producto. Es de vital importancia contar con la configuración correcta para las resinas y los productos procesados.

Normalmente, en inyección se acostumbra a sectorizar la unidad plastificación por lo menos en cuatro zonas, y en algunas ocasiones se puede llegar a tener incluso diez o más. Esto dependerá del nivel tecnológico de los equipos y de lo sensibles que puedan ser el proceso y la resina térmicamente. Serán por lo menos cuatro zonas de calefacción, para respetar las tres zonas del husillo de plastificación (alimentación, compresión, dosificación), porque la condición de transporte del material en cada una de las etapas es diferente, y la generación de calor también, lo que al final representa una necesidad particular en cada zona para compensar el calor desde el exterior, permitiendo lograr estabilidad.

La cuarta o última zona normalmente se asigna a la boquilla, que por sus condiciones geométricas y por encontrarse en el extremo de la unidad, tendrá requerimientos especiales, requiriendo calor de manera diferente a las otras zonas. Contar con un mayor número de zonas permitirá hacer un control más refinado, que siempre generará beneficios en la eficiencia del proceso y en la calidad del producto.

La potencia instalada de las máquinas inyectoras se consume en los elementos motrices y en el sistema de calefacción. En cada uno de estos sistemas es cada vez más importante buscar alternativas más eficientes, no solo por su participación en el costo del producto, también por la sostenibilidad de los procesos, que adquiere más relevancia todos los días.

Los elementos calefactores están disponibles en diferentes características y tecnologías. Siempre habrá más puntos a considerar que la potencia y el tamaño: el material, el aislamiento, la velocidad de respuesta, jugarán un papel fundamental en su definición.

Buscando la eficiencia desde el elemento calefactor

Existen diferentes tipos de elementos calefactores en el mercado. Entre los más comunes se cuentan:

Bandas calefactoras de mica: están fabricadas a partir de una placa de NiCr enrollada y aislada de los soportes apropiados en mica. De fácil ensamble y ajuste a la superficie del barril, son las que habitualmente se instalan en las boquillas de las máquinas. Operan bien en temperaturas hasta de 350°C, y las potencias de calefacción rondan los 4 W/cm2. El modo predominante de transferencia de calor hacia el barril es conducción.

Bandas calefactoras cerámicas: estos elementos calefactores se componen de una espiral en aleación de NiCr 80/20 o FeCrAl insertado en elementos modulares de esteatita. Gracias al modo de transferencia de calor por radiación, las bandas cerámicas son la solución de calentamiento óptima para instalaciones de alta potencia y pueden alcanzar una temperatura media de hasta 450°C.


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Acerca del autor

Por: Alejandro Miguel Vásquez Silva, redactor técnico

Ingeniero mecánico de la Universidad Eafit en Medellín Colombia. Especialista en Procesos de Transformación de Plástico y Caucho del programa Eafit-ICIPC, cuenta con un MBA de la misma Universidad. Durante 15 años de trabajo en empresas de transformación de plásticos se ha desempeñado en áreas de proyectos, mantenimiento y producción. Siempre ha estado en contacto con procesos de inyección, termoformado, extrusión de termoplásticos e inyección de PUR.
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