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Octubre de 2003 Página 3 de 4

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

Chris Rauwendaal

3. Inestabilidades a la frecuencia del tornillo
Las inestabilidades a la frecuencia del tornillo ocurren esencialmente en todas las operaciones de extrusión, aunque en pequeño grado; pueden ser causadas por la variación en la entrada de polímero desde la tolva hasta la carcaza de alimentación, cuando el flujo se interrumpe cada vez que el filete del tornillo pasa por la abertura de entrada. Esto causa un cambio de presión cíclico que se puede detectar si la extrusora tiene sistemas precisos de medición de presión. Una forma de reducir la entrada irregular de polímero desde la tolva es usar una geometría de doble filete en el tornillo para la sección de alimentación, aunque por lo general, una mejor solución es la de cambiar la forma de la abertura de entrada. La longitud axial de esta abertura debe ser cercana a 1.5 veces el diámetro del tornillo y el ancho de 0.75 veces.

Las variaciones a la frecuencia del tornillo también pueden causar diferencias de presión a lo largo del filete; esta diferencia de presión es la responsable del flujo recirculante en la dirección del canal de flujo. Cuando la presión se mide a lo largo o en el extremo del tornillo, se obtendrá un patrón con una forma de serrucho. Ver Figura 2.

Estas fluctuaciones de presión son más severas en el extremo final del tornillo, pero se reducen a medida disminuye la distancia hacia el cilindro, debido a que el fundido de polímero es ligeramente compresible. Por esto, la fluctuación de presión real depende mucho de la localización del transductor de presión. Si se usa una placa de rompimiento, la fluctuación se reducirá significativamente tal como se muestra en la figura 2.

En la mayoría de los casos, la causa más común de inestabilidades a la frecuencia del tornillo es la diferencia de presión entre el borde delantero y el trasero del filete en la sección de bombeo. Esta fluctuación de presión se le llama comúnmente "ritmo del tornillo", y es inherente al sistema de transporte. Ocurre incluso si no se desarrolla empuje en la sección de bombeo dado que la diferencia de presión se genera por arrastre.

La diferencia de presión a través del filete del tornillo se incrementa con la viscosidad, el diámetro, la velocidad del tornillo y el ángulo de la helicoide, y se reduce con la profundidad del canal. Cuando el ángulo de la helicoide aumenta de 17.5 a 20º, la diferencia de presión se duplica. Por lo tanto los tornillos con un ángulo grande mostrarán mayores fluctuaciones de presión con la frecuencia del tornillo que los de ángulo pequeño. Las fluctuaciones de presión de este tipo pueden ser reducidas poniendo una sección de varios filetes al final del tornillo, tal como las secciones de mezclado Saxton o CRD. Una sección de mezclado de varios filetes reduce la amplitud de la fluctuación de la presión pero incrementa su frecuencia tal como se muestra en la  Figura 3.

La fluctuación de presión a la frecuencia del tornillo es problemática cuando el valor de la diferencia de presión es grande en relación al valor que se registra en la cabeza del dado. Esto ocurre cuando la presión en este punto es baja, cuando la viscosidad del polímero es alta, cuando el diámetro del tornillo grande o su velocidad de rotación es alta, cuando el ángulo de la helicoide y paso del tornillo son grandes, o cuando el canal es poco profundo.

4. Inestabilidades de baja frecuencia
Las inestabilidades de baja frecuencia han sido asociadas con la fragmentación de la cama sólida. Es más probable que este problema ocurra en tornillos con altas relaciones de compresión. Las fluctuaciones que ocurren por encima de 10 a 30 segundos pueden ser causadas por las fluctuaciones de temperatura a lo largo del barril de extrusión; éstas a su vez pueden ser advertidas desde los lectores térmicos, y pueden deberse a la baja respuesta de muchos sensores de temperatura y a que los sensores a menudo se localizan a una distancia considerable de la interfaz polímero/metal.

Sin embargo, si la temperatura real en la interfaz fluctúa, habrá una fluctuación correspondiente en la tasa de flujo. En un sistema de control de temperatura proporcional con el tiempo se adiciona o se retira potencia a intervalos cortos, típicamente entre 15 y 20 segundos. Estos impulsos de energía de calentamiento o enfriamiento causan cambios a corto plazo en la temperatura de la interfaz polímero/metal con variaciones correspondientes en la taza de entrega de material. La variación en la entrega de material puede ser incluso del 5 al 10%. Por lo tanto, desde un punto de vista de estabilidad, es mucho mejor el control de temperatura proporcional real que el control de temperatura proporcional en el tiempo.

5. Fluctuaciones muy lentas
Las fluctuaciones muy lentas son asociadas a menudo con un control pobre de temperatura, cambios en las condiciones ambientales (temperatura ambiente, humedad relativa), variación en el voltaje de la planta, y causas similares. Una reducción constante y lenta en la entrega es causada a menudo por el acumulamiento de contaminantes en los tamices.

6. Fluctuaciones aleatorias
Las fluctuaciones aleatorias son causadas por una alimentación irregular. También pueden resultar de una combinación de fluctuaciones cíclicas. La  Figura 4 muestra el patrón de una variación sinusoidal regular.

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