Cómo solucionar problemas comunes del peletizado bajo agua

Los procesadores de materiales compuestos enfrentan hoy muchos desafíos. Mantener la calidad consistente del producto es crucial para el éxito del proceso.

Uno de los problemas más comunes con el peletizado bajo agua es la inconsistencia de los pellets, que puede ser causada por una inadecuada selección o dimensionamiento del dado o de la boquilla del dado, así como por fluctuaciones de la producción.

En este artículo, examinaremos varios aspectos que contribuyen a la inconsistencia del pellet y sugerimos algunas formas para solucionarlos.

Tamaño inadecuado del dado o boquilla

En la mayoría de aplicaciones de peletizado bajo agua, elegir un tamaño inadecuado del dado puede conducir a una falta de uniformidad del flujo del polímero a través de la sección transversal del agujero del dado y de la solidificación real del polímero en el orificio del dado (algo que a veces se conoce como freeze-off).

Para evitar esta congelación del dado, se debe mantener una velocidad mínima del polímero a través del agujero de extrusión y una temperatura correcta del dado.

En la mayoría de los casos, se recomienda una velocidad de 70 a 90 centímetros/seg a través del orificio del dado para evitar la solidificación en el orificio del material extruído. Para mantener la velocidad correcta por orificio, se debe tener el número correcto de orificios en la placa del dado para tener la velocidad de producción deseada.

Echemos un vistazo al dimensionamiento de un dado utilizando un diámetro del orificio de 3.2 mm. Para lograr la velocidad recomendada necesita 50 a 60 lb/hr por orificio del dado (V = 0.0002122/R2 x velocidad por agujero en lb/hr). Hay que tener en cuenta que esto se basa en un material con peso específico 1. En muchos casos, cuando hay una importante cantidad de relleno o pigmentos, el material tendrá una gravedad específica mucho mayor. Esto debe tenerse en cuenta al dimensionar el dado.

Por ejemplo, si un material tiene una gravedad específica de 1.8 necesita ejecutar 1.8 veces las 50 a 60 lb/hr por orificio del dado. Esto puede ser muy engañoso. Se podría pensar que es necesario añadir más orificios al dado para reducir la caída de presión a través de ella, cuando en realidad, son necesarios menos agujeros para que todos se mantengan "abiertos" mientras se está procesando. Hay un cálculo para determinar si todos los orificios del dado están abiertos mientras se está procesando. Es el siguiente:

X = R × 7.6 /(W × S × N) donde:

X = Número de orificios abiertos

R = Velocidad en lb/hr

W = Peso en gramos por pellet

S = Velocidad del peletizador in RPM

N = Número de cuchillas en el eje de corte

En términos generales, la velocidad del polímero, además del calor que proporciona en la placa del dado, debe ser manejada adecuadamente para lograr un pellet limpiamente cortado. Sin este control o comprensión, pocos ajustes de proceso o dispositivos de ingeniería pueden proporcionar una solución completa a los problemas de proceso que causan la inconsistencia de los pellets.

Temperatura inadecuada del dado o cabezal

Esto también puede contribuir al congelamiento del dado. En la mayoría de los casos, la temperatura del dado debe ser 25° F (-3 grados centígrados) mayor que la temperatura de fusión del polímero. Esto puede variar un poco de un producto a otro, pero es un buen punto de partida.

La temperatura del dado también puede verse afectada por el aislamiento. La mayoría de dados está aislada de alguna forma. Esto es necesario para aislar todo menos la cara de corte del contacto con el agua de proceso para evitar que el dado pierda calor.

Este aislamiento generalmente se sella con una silicona de alta temperatura y vulcanización a temperatura ambiente (RTV), y es necesario conocer los valores de temperatura. El sellante se degrada con el tiempo y a temperaturas elevadas, lo que permite que el agua se filtre en el aislamiento y baje la temperatura del dado.

Por ejemplo, supongamos que la temperatura del dado cae significativamente desde el punto de configuración en el inicio y el sistema de control está pidiendo calor, pero el dado falla o nunca vuelve hacia arriba al punto de configuración original de calor del dado. Este es un muy buen indicio de que el aislamiento de la placa de la boquilla se ha degradado, ha desaparecido o está mal instalado.

Verifique la cantidad de energía que está utilizando el dado. Muchos sistemas de control están equipados con un amperímetro en cada zona de calor del dado. Calcule los amperios necesarios para cada zona de calor y luego compárelos con la lectura real. Si la lectura es menos que óptima, es probable que han fallado uno o más calentadores.

Obstrucción del orificio del dado

Los pellets inconsistentes pueden ser causados por la obstrucción física de los orificios de la boquilla con los contaminantes en el material o de los rellenos minerales que no se dispersaron bien en la matriz. En la mayoría de los casos es deseable un mecanismo de cambio de filtros o algún tipo de filtración antes de la boquilla.

En sistemas más pequeños este tipo de obstrucción puede extraerse del orificio de la boquilla usando una herramienta especial de limpieza manual. En sistemas más grandes, la matriz se retira para realizar la limpieza. También es aconsejable reducir los perfiles de temperatura, incluyendo la zona de calor de la boquilla, durante períodos prolongados de tiempo de inactividad.

Hasta ahora hemos hablado de la causa y efecto en el peletizador bajo agua, pero puede haber varios factores en el proceso que causan los tamaños inconsistentes de pellets.

El puenteo o acumulación de materiales en la tolva puede reducir el flujo de material en el extrusor. Dependiendo del producto que se procesa, puede dar como resultado pellets inconsistentes o puede causar congelación en el dado.

Los ajustes incorrectos de temperatura de la extrusora pueden causar su sobrecarga, haciendo que varíen los tamaños de pellets. Esto también puede conducir a que la temperatura de fusión sea tan alta que, aunque no cause necesariamente tamaños inconsistentes del pellet, si puede producir su deformidad.

Partículas finas y colas en los pellets

Este problema puede atribuirse a varios factores; sin embargo, es causado normalmente por el desgaste del dado o devla cuchilla. Si se hace una grieta en la cara de corte de la placa del dado, no será posible que incluso una cuchilla nueva y afilada corte limpiamente el polímero.

En el punto de corte, una pequeña cantidad de material se sale a través de esa grieta, formando una cola en el pellet.

Lo mismo puede decirse de una cuchilla agrietada y que funciona en una nueva cara de la boquilla. Esto aumenta la importancia de elegir los materiales de construcción correctos y compatibles para cara de la boquilla y las láminas. Puede que una cuchilla demasiado dura dure más en el corto plazo, pero puede acelerar el desgaste en la cara del dado.

Otras causas posibles de la formación de colas es la temperatura de fusión excesiva, el alineamiento de los dados fuera de tolerancia, y los problemas de desgaste mecánico en los cojinetes del peletizador, que resultan en graves desajustes del eje o que se caliente demasiado el agua del proceso.

También hay que destacar que, si no se mantiene la velocidad apropiada del polímero a través de los agujeros de la placa del dado de extrusión, queda dentro del orificio de la boquilla un gradiente de flujo exagerado, causando un efecto de mangas. Esto crea un hombro indeseable del polímero contra el que tendrá que luchar la cuchilla para lograr un corte limpio.

Cuando los pellets pasan por un secador centrífugo, la cola se rompe, produciendo partículas finas. Esto puede causar problemas en los sistemas de manejo de materiales, así como alta humedad residual en los pellets. Las partículas finas pueden pegarse a los filtros del secador, reduciendo el área abierta y el flujo de aire a través de los filtros.

Las partículas finas no son la única causa posible del contenido de humedad residual más alta de la deseada en el pellet final. Otras causas son la fractura de la masa fundida (o "piel de tiburón"), un pellet poroso por las altas cargas de relleno o material fibroso, la forma del pellet irregular, así como parámetros de funcionamiento o ambientales.

La fractura de la masa fundida produce una superficie muy áspera en los pellets, dejando numerosos lugares para que el agua se quede atrapada cuando el pellet viaja a través del secador centrífugo. Esta superficie rugosa se presenta en la pared lateral del pellet y generalmente no en los extremos.

Una forma para reducir al mínimo fractura de la masa fundida es cortar el pellet un poco más delgado, de modo que se reduce el área lateral. Tenga en cuenta que esto aumenta la superficie total. Otra forma de minimizar la fractura del fundido es reducir la velocidad a través de los orificios de la boquilla, además de pulir o afinar las boquillas.

Los altos niveles de rellenos minerales pueden producir un pellet poroso que puede ser muy difícil de secar. Esta porosidad permite que el agua entre en los vacíos, que puede ser muy difícil de eliminar solo por acción centrífuga. Los rellenos de fibra, como vidrio o madera, actúan como una mecha para introducir humedad en el pellet, haciendo que sea casi imposible secarlo mecánicamente, así que sería necesario un trabajo de secado posterior.

Ya que los secadores centrífugos operan con tres principios básicos: calor residual en el pellet, acción centrífuga y flujo de aire ambiente a contracorriente; deben establecerse parámetros de funcionamiento adecuados. Por ejemplo, si la temperatura del agua de proceso es demasiado baja, la temperatura del pellet resultante será demasiado baja para dar suficiente humedad superficial.

Por otro lado, si la temperatura del agua es demasiado alta, pueden formarse colas. Es muy importante el flujo de aire a contracorriente a través del secador para reducir los niveles de humedad. Debe ser revisado y ajustado según las especificaciones del fabricante.

Las condiciones ambientales pueden desempeñar un papel significativo en la reducción de la humedad superficial del pellet. En una línea de proceso que se encuentra en una zona muy húmeda y que procesa un fundido fracturado o pellets porosos, lo más probable es que sea difícil obtener pellets con muy bajo niveles de humedad.

También, si se está procesando un producto que es muy pegajoso y requiere agua muy fría y el pellet sale del secador a una temperatura por debajo del punto de rocío actual, entonces, aunque la pelotilla esté seca cuando sale del secador, se forma un condensado, dando por resultado mayor contenido de humedad cuando se empaca.

Estos son algunos de los problemas comunes que enfrentan los operarios de sistemas de peletizado bajo el agua. La correcta comprensión causa y efecto puede eliminar estos problemas en la mayoría de los casos. Si se enfrenta a algunos de estos problemas, póngase en contacto con el fabricante del peletizador bajo el agua para ayudar a mejorar su proceso.