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Octubre de 2003 Página 1 de 4

¿Inestabilidades en el proceso de extrusión?: Aprenda a solucionarlas

Chris Rauwendaal

¿Cómo se clasifican las inestabilidades en el proceso de extrusión? ¿Cuáles son las más comunes? ¿Qué factores las generan? ¿Cómo pueden solucionarse?

Tal vez el problema más frecuentemente encontrado en el proceso de extrusión es la variación en el rendimiento de la extrusora.

La aparición de inestabilidades está relacionada con un gran número de causas, algunas de las cuales son:

  • Problemas de flujo másico en la tolva de alimentación
  • Problemas de transporte de sólidos en la extrusora
  • Capacidad de fundición insuficiente
  • Fragmentación de la cama sólida
  • No uniformidad de temperaturas de fundido en el dado
  • Fluctuaciones de temperatura en el barril
  • Fluctuaciones de temperatura en el tornillo
  • Fractura del fundido / piel de tiburón
  • Variaciones en la velocidad del tornillo
  • Desgaste del barril / desgaste del tornillo
  • Capacidad de mezclado insuficiente
  • Presión demasiado baja en la cabeza del dado 
  • Capacidad de generación de presión insuficientea

Algunos prerrequisitos para una extrusión estable son un buen actuador para la extrusora, un buen sistema de control para la temperatura, un aparato adecuado de embobinado, y más importante aún, un buen diseño del tornillo. Probablemente resultan más inestabilidades de un diseño de tornillo inapropiado que de cualquier otra causa; sin embargo, un cambio en este aspecto es considerado a menudo como la última opción. Además, una instrumentación apropiada es de vital importancia para diagnosticar un problema de manera rápida y precisa

El actuador de la extrusora debería ser capaz de mantener la velocidad del tornillo constante con variaciones inferiores al 0.1%; lo mismo se debe poder decir del sistema de embobinado; esto no siempre sucede en las líneas de extrusión reales. La extrusora debería estar equipada con algún tipo de control de temperatura proporcional, preferiblemente un control de tipo PID (Proporcional Integral Derivativo) o algo mejor; los controles de temperatura on-off son inapropiados para la mayoría de operaciones en la extrusión.

Varios investigadores han clasificado las inestabilidades en la extrusión basados en el marco de tiempo en el que éstas ocurren; la frecuencia de las inestabilidades es a menudo una indicación de la causa del problema. Bajo este concepto es posible reconocer cinco tipos de inestabilidades:

  1. Inestabilidades de alta frecuencia, ocurriendo en un tiempo inferior al período de rotación del tornillo.
  2. Inestabilidades que ocurren a la frecuencia de rotación del tornilo.
  3. Inestabilidades de baja frecuencia, en un lapso de tiempo que es entre 5 y 10 veces el período de rotación del tornillo.
  4. Fluctuaciones muy lentas ocurriendo en un período de por lo menos un par de minutos
  5. Fluctuaciones aleatorias.

1. Inestabilidades de alta frecuencia
Las inestabilidades de alta frecuencia están asociadas a menudo con inestabilidades en el flujo dentro del dado, como fractura del fundido, piel de tiburón, o resonancia durante el halado.

También pueden ser causadas por problemas del actuador, no uniformidades en la temperatura del fundido o vibraciones.

1.1.Piel de tiburón
La piel de tiburón se manifiesta como una superficie regular acanalada, con los canales corriendo perpendicularmente a la dirección de la extrusión. Una forma menos severa de piel de tiburón es el alternamiento de una superficie mate con una brillante.

Generalemente se cree que este efecto se forma en los labios del dado o en la salida; depende primordialmente de la temperatura y de la velocidad lineal de extrusión. Factores como las tasas de cortante, dimensiones de los dados, ángulo de aproximación, rugosidad superficial, aspecto L/D o material de construcción parecen tener poco o ningún efecto en este tipo de defecto.

Se cree, además, que la piel de tiburón es causada por la rápida aceleración de las capas superficiales del extruído cuando el polímero sale del dado. Si la tasa de estiramiento es demasiado alta, la capa superficial del polímero puede fallar y formar las canales características. Los polímeros de alta viscosidad con distribuciones de peso molecular (MWD) estrechas tienden a ser más susceptibles a presentar este efecto.

El problema puede ser reducido por lo general disminuyendo la velocidad de extrusión e incrementando la temperatura del dado, particularmente en la sección de los labios. Existe evidencia de que hacer corridas a temperaturas muy bajas también tiene efectos benéficos. La selección de un polímero con una MWD amplia puede ser positiva, al igual que el uso de un lubricante externo; la lubricación puede obtenerse añadiendo un aditivo al polímero o coextruyendo una capa delgada externa de baja viscosidad.

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