¿Cómo seleccionar maquinaria para fabricar tanques de polietileno por moldeo rotacional?
¿Cómo seleccionar maquinaria para fabricar tanques de polietileno por moldeo rotacional?
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Estimados amigos y colegas de la industria latinoamericana del plástico, es para mí un placer y un honor poder compartir con ustedes a través de este artículo mis conocimientos sobre el proceso de transformación de plásticos de mayor crecimiento a nivel mundial, que ha servido como norte a mi carrera profesional durante los últimos quince años: el rotomoldeo o moldeo rotacional.
Antes de entrar en el tema de selección de maquinaria es importante refrescar el concepto de rotomoldeo. El rotomoldeo es un proceso de transformación de plásticos utilizado para la fabricación de piezas huecas o de doble pared, que consta de cuatro etapas: llenado del molde con la materia prima a ser utilizada, calentamiento y rotación biaxial del molde, enfriamiento y descarga (una descripción general sobre todos los aspectos relacionados con el rotomoldeo fue publicada en la edición de julio de 2003). Como veremos más adelante, la selección de maquinaria para fabricación de tanques rotomoldeados depende de la segunda etapa, del calentamiento y rotación biaxial del molde, al igual que de la forma de translación de éste entre las diferentes etapas del proceso.
El rotomoldeo tiene numerosas ventajas sobre los demás procesos de transformación de plásticos y una de las más importantes es su versatilidad, característica que le ha permitido en los últimos años, junto con los adelantos en la tecnología de fabricación de máquinas y moldes, penetrar diversos mercados, como el automotriz, náutico, de pesca, de juguetes, de señalización vial, agropecuario, deportivo, de transporte y manejo de materiales y, finalmente, el de fabricación de tanques. Es este último rubro el que le dio el impulso inicial a la industria del rotomoldeo a escala mundial y todavía, por diversas razones, sigue siendo el que domina la industria en los países en vías de desarrollo; de hecho, la mayor parte de la producción de rotomoldeo está destinada a la fabricación de tanques para el almacenamiento de agua de uso doméstico.
En sus inicios, la industria de fabricación de tanques de uso doméstico estuvo dominada por materiales como el fibrocemento y la fibra de vidrio, y no fue sino hasta mediados de la década de los 80, y gracias al trabajo del visionario ingeniero mexicano Horacio Lobo, que los tanques de polietileno lineal fabricados mediante el proceso de rotomoldeo comenzaron a tener auge. En la actualidad el moldeo rotacional cuenta con el dominio absoluto de dicha industria, y el 90% del polietileno lineal transformado a través de este proceso en América Latina está destinado a la fabricación de tanques.
Selección de maquinaria
Entrando ya en el tema de selección de equipos para manufactura de tanques, vamos a clasificar los tipos de máquinas existentes basándonos en tres parámetros:
- El medio utilizado para suministrar calor al molde durante la segunda etapa del proceso o etapa de calentamiento.
- El tipo de movimiento de rotación del molde durante el proceso.
- El tipo de movimiento de traslación del molde entre una etapa y otra del proceso.
Dependiendo del medio utilizado para suministrar calor al molde, existen dos tipos de máquinas predominantes: las máquinas de "llama abierta" y las de "convección", que funcionan como hornos. En ambos tipos de máquina el combustible más utilizado es el gas, bien sea gas natural o gas propano (GLP). Existen otros tipos de máquina poco convencionales, como son las máquinas eléctricas, que trabajan suministrando calor al molde por radiación.
Según el tipo de movimiento del molde también existen dos tipos que dominan el mercado: las máquinas tipo "Rock and Roll" y las máquinas de Rotación Biaxial.
Según el tipo de movimiento de translación del molde entre etapas, los dos tipos que predominan en el mercado mundial son las máquinas de movimiento lineal o máquinas tipo "Shuttle", y las máquinas de movimiento circular o tipo "Carrousel". Es importante señalar que esta clasificación (Shuttle y Carrousel) sólo aplica para las máquinas de convección (hornos). También existen máquinas en las cuales no existe movimiento del molde entre etapas y comúnmente se les llama tipo "almeja" o "clamshell"; son poco utilizadas por su ineficiencia operativa.
Aunque teóricamente se pueden construir máquinas de rotomoldeo utilizando cualquier combinación de las opciones expuestas, por motivos de eficiencia, versatilidad y economía de construcción, las máquinas más utilizadas en el mercado son:
- Las máquinas de flama abierta con movimiento de los moldes tipo "Rock and Roll".
- Las máquinas de convección (hornos) con movimiento de los moldes de tipo biaxial.
Los criterios que analizaremos a continuación para la selección del tipo de maquinaria están basados únicamente en la utilización de estos dos tipos de equipo, ya que otras combinaciones sólo son utilizadas para aplicaciones específicas o no son utilizadas en absoluto.
Máquinas de flama abierta con movimiento del molde tipo "Rock and Roll"
En este tipo de máquina el calentamiento es llevado a cabo por el contacto directo con la llama, que es generada por un conjunto de quemadores localizados longitudinalmente con respecto al molde; los movimientos de vaivén (Rock) y rotación (Roll) son generados por un conjunto mecánico muy simple que incluye una base, un marco para sujeción del molde y un par de moto-reductores (ver figura 1).
La ventaja más importante de este tipo de máquina es su simplicidad, que implica un bajo costo de fabricación; el equipo puede incluso ser construido por el rotomoldeador de tanques.
La desventaja más importante es la ineficiencia en el consumo de gas, ya que generalmente el conjunto de quemadores permanece en funcionamiento con la misma intensidad durante todo el proceso de calentamiento. Otra desventaja es la poca versatilidad cuando hay que cambiar de molde para fabricar tanques de diferentes capacidades, debido a que para cada referencia debe reajustarse el conjunto de quemadores. Además, el equipo hace muy complicada la fabricación de productos con formas no cilíndricas.
El sistema de transferencia de calor al molde en este tipo de máquinas hace que el control del proceso, especialmente en la etapa de calentamiento, esté en manos del operador de la máquina; por lo tanto la calidad del tanque dependerá de su habilidad y experiencia.
Máquinas de convección (hornos) con movimiento biaxial del molde
A diferencia de las máquinas de flama abierta, las máquinas de convección de aire están provistas de un horno, un quemador de gas de alta capacidad (que suministra entre 2 y 4,5 millones de Btu/hr), un ducto con ventilador de recirculación de aire y un sistema de movimiento de moldes provisto de locomoción propia. El volumen de aire contenido dentro del horno fluye continuamente y cada vez que pasa por el ducto de recirculación la llama producida en el quemador eleva su temperatura (ver figura 2) .
Los moldes están fijos al cabezal de un brazo, constituido por un eje principal o mayor y un eje secundario o menor ubicado en el interior del eje principal. Ambos ejes tiene rotaciones independientes en velocidad y sentido.
La ventaja más importante de estas máquinas está en la eficiencia en el consumo de gas; el gas es el factor de mayor peso en el costo de fabricación de productos rotomoldeados, especialmente en América Latina, donde los costos de mano de obra son menores que en Estados Unidos y Europa.
Al inicio de la etapa de calentamiento, el quemador de gas funciona a su máxima capacidad hasta que la temperatura del aire dentro del sistema alcanza el nivel previamente programado en el panel de control. Una vez alcanzada dicha temperatura el quemador comenzará a modular, disminuyendo considerablemente el consumo de gas. Desde este punto en adelante sólo se consume la energía necesaria para mantener la temperatura del aire en el nivel deseado.
Las máquinas de rotomoldeo en la actualidad están provistas de sistemas de control de temperatura muy precisos del tipo PID (Proporcional, Integral, Derivativo) lo que a su vez maximiza la eficiencia en el consumo de gas. Así mismo los paneles de control cuentan con un sistema computarizado que permite la programación de recetas para diferentes moldes, diagnóstico de fallas, reportes de producción, balanceo de los brazos y acceso remoto del fabricante del equipo vía Internet para la actualización del programa de control o corrección de problemas en el mismo.
A diferencia de las máquinas de flama abierta, la intervención del operador en el control del proceso es mínima, porque una vez programados los parámetros de temperatura de trabajo, tiempo de horno, tiempo de enfriamiento y relación de rotación de los ejes, el ciclo es completamente automático; por tanto, el control de calidad de los tanques se hace significativamente más sencillo.
La versatilidad de estos equipos es también otra ventaja ya que en un mismo brazo de trabajo se pueden instalar bien sea un molde para fabricar tanques grandes o varios moldes para fabricar tanques más pequeños, y se puede cambiar los moldes de manera rápida, reajustar los parámetros de trabajo e iniciar nuevamente la producción. Otro aspecto que hace versátiles a los hornos es el hecho de que no están limitados a trabajar eficientemente sólo con productos cilíndricos, sino que ajustando la relación de rotación pueden fabricar piezas de cualquier forma.
Una desventaja, si se puede considerar como tal, es que la inversión inicial para la adquisición de una maquina de "convección" (horno) es considerablemente mayor a la de una máquina de "llama abierta", y esto se convierte en un factor limitante en muchos de los mercados en América Latina.
Recomendaciones finales
Después de revisar las características, ventajas y desventajas más importantes tanto de las máquinas de "llama abierta" como de las máquinas de "convección" (hornos), mi recomendación es que mientras el tamaño del mercado en el cual se va a desenvolver la empresa de fabricación de tanques de polietileno soporte un tiempo de retorno de inversión aceptable, las máquinas de "convección" son la mejor alternativa desde el punto de vista técnico y económico, y facilitan la fabricación de tanques de alta calidad.
Es interesante agregar que en la clasificación de las máquinas de "convección" están las maquinas tipo "carrousel" y las maquinas tipo "shuttle" y son estas últimas las que han tenido un mayor desarrollo en su diseño y mayor penetración en la industria latinoamericana de los tanques rotomoldeados, debido a su mejor eficiencia y productividad y, más importante, a que la inversión inicial es aproximadamente la mitad de la de las máquinas tipo "carrousel" que eran antes la única alternativa en el mercado. El desarrollo de las máquinas tipo "shuttle" o de movimiento lineal ha puesto al alcance de los rotomoldeadores en la región la tecnología de las máquinas de "convección", que anteriormente estaba limitada a empresas con una alta capacidad de inversión. Sólo cuando el tamaño del mercado es el factor limitante es justificable el uso de las maquinas tipo "llama abierta".
Por otra parte, el rotomoldeo es un proceso de transformación de plásticos con un potencial prácticamente virgen, no sólo en los países latinoamericanos sino en el mundo entero. En muchas ocasiones las empresas de rotomoldeo se inician con la fabricación de tanques, lo que les permite hacer sus bases para luego penetrar otros mercados, y esto es mucho más viable cuando se cuenta con maquinas de tipo "convección".
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