Mezcla y dosificación en la producción de plásticos: guía completa

La mezcla en la producción de plásticos

La mezcla es una forma eficiente, completa y automatizada de combinar los materiales e ingredientes en proporciones predeterminadas, que se agregarán a la masa fundida para la producción de piezas o productos de plástico.

Los procesadores pueden mezclar en su planta las resinas plásticas básicas con aditivos y colorantes, de acuerdo a su proceso y su producto final. Esto es menos costoso que comprar el material premezclado a un proveedor.

La dosificación es el proceso de medición de los ingredientes individuales, que pueden ser suministrados por un 'alimentador' independiente en la garganta de la máquina de procesamiento, o dentro de una mezcladora de componentes múltiples completamente automatizada. En cualquier caso, la dosificación puede hacerse por volumen o por peso.

Tipos de dosificadores en la industria del plástico

La dosificación es la introducción de un ingrediente específico de material, como el concentrado de color, a un flujo independiente de material, en el proceso. La mezcla, por su parte, controla todos los ingredientes en la garganta de la máquina, no solo el aditivo dosificado. Los mezcladores están compuestos por varias unidades de dosificación que trabajan en conjunto para crear la introducción precisa de todos los materiales para el proceso.

Ventajas de utilizar mezcladores en la producción de plásticos

El uso de un dispositivo de precisión para mezclar los materiales, según se necesiten, ayuda a que los inventarios se centren en las materias primas necesarias para el proceso, elimina el paso previo y costoso de preparación de compuestos y permite incorporar el material remolido directamente en el proceso cuando se requiera, sin interrumpir el flujo del proceso.

Todo esto reduce  los costos de material, el inventario de materiales y  logra un uso más eficiente del remolido; y, si se utiliza el dispositivo de mezcla/dosificación correcto, se mejora la calidad de la pieza y los resultados son 100 % repetibles.

Cómo funcionan los mezcladores de plásticos

Los sistemas de mezcla son dispositivos totalmente integrados que manejan múltiples materiales y mezclas, y están diseñados para combinar materiales de manera precisa y constante, antes del procesamiento del plástico. Los mezcladores pueden combinar materiales por volumen (volumétrico) o por peso (gravimétrico) y pueden operar de forma continua (típico en extrusión) o por lotes (típico en moldeo por inyección).

Dosificación en la garganta de la máquina:

La dosificación es controlada por la máquina de procesamiento. En el moldeo por inyección, mientras se realizan los ciclos de la máquina, una dosis, calibrada para el tamaño del disparo de la inyectora, se introduce en el flujo por gravedad de los otros materiales.

En extrusión, ya que la máquina funciona continuamente, se proporciona una constante de dosificación en una cierta velocidad, en consonancia con la velocidad de la extrusora.

Mezcladores continuos:

Se usan típicamente en procesamientos de extrusión donde se busca que la operación continua del mezclador opere de forma similar a la operación continua de la línea de extrusión. Estos mezcladores normalmente funcionan con el principio "por pérdida de peso", donde los contenedores de suministro de los ingredientes son pesados constantemente ​​y las cantidades medidas de cada ingrediente se determinan por la pérdida en peso de cada contenedor.

A medida que la velocidad de extrusión se incrementa o disminuye, consumiendo más o menos material mezclado, el mezclador reacciona en consecuencia, aumentando o disminuyendo la dosificación de cada componente, en coordinación con la velocidad del proceso. Este proceso es elaborado y requiere un control muy complejo para operar de forma fiable, además necesita celdas de carga sensibles (por lo menos una para cada ingrediente).

Mezclador por lotes:

Los mezcladores por lotes fueron diseñados para ser montados en la máquina y servir a las necesidades de moldeo por inyección para trabajar fuera de línea, creando un suministro de material mezclado para cualquier tipo de procesamiento. Sus principales ventajas son bajo costo, diseño simple, fácil instalación, limpieza y alta precisión. Originalmente los mezcladores por lotes eran producidos en configuraciones volumétricas.  Ahora operan convencionalmente como unidades gravimétricas.

El sistema de proceso por lotes utiliza dispositivos de medición mejor adaptados a la naturaleza y el volumen de cada ingrediente y no depende de un método similar para todos los ingredientes. Muchos mezcladores por lotes cuentan con un diseño modular que permite que el fabricante o el procesador, seleccionen y cambien libremente los dispositivos de medición, con base ​​en las necesidades cambiantes de su tarea de mezcla.

Alternativas de mezcla de plásticos

Hay varias opciones para introducir materiales en una mezcla para sus necesidades de procesamiento. Por extraño que parezca, el método que parece más económico puede ser el más costoso en el largo plazo, por lo que necesita examinar las opciones para ver cuál es la mejor para su operación.

Sacar y pesar. Este método es intensivo en mano de obra y, por lo general, es un proceso muy inexacto. El rendimiento del producto y la apariencia pueden variar mucho, lo que conlleva la insatisfacción del cliente.

• Inversión inicial más baja
• Trabajo intensivo
• Alto nivel de errores
• No se utiliza mezclado a menos que se utilice un mezclador montado en la máquina
• Uso excesivo de aditivos de alto costo
• Control de calidad deficiente
• Alta tasa de rechazos
• Insatisfacción del cliente

Comprar material compuesto premezclado/personalizado. Una opción que no solo es costosa, sino que supone el hecho de poner la mezcla de sus ingredientes en manos de un proveedor sobre el cuál no tiene control.

• No hay inversión en equipos
• Costo más alto de material
• Mayor nivel de inventario de material
• Mezcla de ingredientes fuera de su control
• Alto nivel de mantenimiento de registros
• Un cambio de especificación puede dejarlo con material no utilizado
• Se requieren numerosas pruebas para cambio de fórmula

Válvulas dosificadoras. Las válvulas dosificadoras están asociadas a cargadores independientes o a receptores de vacío (en un sistema de transporte de resina central). Tienen dos válvulas que son temporizadas para abrir y cerrar capas de materiales en el cargador o el receptor, mientras se carga por vacío. Se utilizan para introducir algún porcentaje de material molido en material virgen, pero en realidad son más adecuadas para permitir el consumo de material molido generado durante el procesamiento. No tiene lugar una mezcla real,  a menos que se instale un mezclador separado. Esto funciona si el aspecto y las propiedades de su producto final no son críticos y si su proceso puede tolerar todo el material triturado, a medida que se genera.

• Inversión moderadamente baja en equipos
• Mezcladores gravimétricos alimentan ingredientes por volumen
• Tasas de alimentación inexactas resultan en defectos del producto
• Tasas de alimentación inexactas aumentan los costos de aditivos
• La mezcla es aleatoria utilizando el método en cascada.

Dosificadores.  También conocidos como alimentadores, está diseñado para introducir ingredientes menores en el flujo de un ingrediente principal en la garganta de una máquina de procesamiento. Los componentes comunes son un adaptador de garganta, montado debajo de la tolva principal de suministro de material de la máquina; un motor DC con velocidad ajustable conectado a un tornillo dosificador y un control de interfaz de la máquina. La dosificación se controla mediante una señal de disparo en una máquina de moldeo por inyección o puede funcionar de forma continua con la velocidad de la extrusora que alimenta.

Los dosificadores volumétricos se basan únicamente en materiales de flujo libre y se debe realizar una calibración cuidadosa para lograr cierto nivel de precisión.

Los dosificadores gravimétricos funcionan típicamente por "pérdida de peso" para controlar con precisión y corregir continuamente el nivel de dosificación deseado, midiendo el peso de la tolva del aditivo.

• Inversión en equipos moderada

Dosificadores volumétricos:

• Relativamente inexactos
• Para materiales de flujo libre solamente
• Operan con tiempo, para introducir volumen aproximado de material
• Aumento de los costos de mano de obra debido a los ajustes de las tasas de dispensación
• Tasas de alimentación inexactas resultan en defectos del producto
• Tasas de alimentación inexactas aumentan los costos de aditivos

Dosificadores gravimétricos:

• Alta precisión de ± 0,1%
• El método de "pérdida de peso" reduce los costos de materiales y rechazos
• Materiales con características de flujo pobres se pueden dosificar
• Accesorios disponibles para materiales difíciles.

Mezcladores volumétricos. Miden por tiempo y volumen, sin tener en cuenta el peso real de los ingredientes. Los mezcladores volumétricos son básicamente dispositivos temporizadores que asumen que un cierto volumen de un ingrediente, añadido durante un tiempo producirá un cierto peso en la mezcla. Son una opción, si la proporción de triturado y aditivos no son críticos para la calidad o la apariencia de su producto final. Cada componente de la mezcla debe ser calibrado para asegurar un conocimiento práctico de volumen a los porcentajes de peso para ajustar correctamente el mezclador.

• Alta inversión, teniendo en cuenta su exactitud marginal
• Depende de la distribución oportuna de los materiales de flujo libre
• Aumento de los costos de mano de obra debido a los ajustes de las tasas de dispensación
• Relativamente baja precisión
• Poco control de los costos de materiales
• Mayores tasas de rechazo
• Puede ser útil donde la calidad del producto no es crítica.

Mezcladores gravimétricos. Una vez que se ajusta y se introduce la receta, la mayoría de los mezcladores gravimétricos calibran automáticamente y funcionan de manera autónoma para asegurar las proporciones y la mezcla de los ingredientes correctos. Los controles avanzados permiten la documentación completa del proceso de mezcla.

• Costo inicial más alto
• Rápida recuperación de los costos de inversión
• Funcionamiento con manos libres reduce los costos de mano de obra
• Dispensación gravimétrica dentro de ± 0,1%, en peso
• Reducción significativa de los costos de aditivos
• Aumento de la calidad del producto y la satisfacción del cliente
• Tiempos de cambio más rápidos con tolvas desmontables
• Las unidades de montaje en la máquina reducen la congestión de la planta
• Controles avanzados proporcionan la documentación completa

Controles para mezcladores de plástico

Los mezcladores de hoy piensan por usted. Los avances en la tecnología de control para equipos industriales se reflejan en las últimas generaciones de controles para los mezcladores automáticos. El usuario sólo tiene que introducir las variables deseadas, y el control se encarga del resto.

PLC: realiza las funciones necesarias para lograr la mezcla adecuada. Sin embargo, las capacidades de los PLC en las lecturas de peso y respuesta rápida muchas veces no se ajustan a los equipos de mezcla sofisticados y altamente precisos. Al ser un dispositivo de control genérico, el PLC debe programarse de forma personalizada.

Ruedecillas: son interruptores con ruedecillas que solo requieren que el usuario ingrese los porcentajes de cada ingrediente deseado. A menos que el usuario quiera cambiar otros parámetros, como tiempo de mezcla, tipo de dispositivo de medición que se utiliza, etc., una vez que las la información se proporciona a través de las ruedecillas, se activa un interruptor para empezar la mezcla. Las ruedecillas se ajustan a los modelos más básicos de mezcladoras, combinando hasta 4 materiales.

Teclados: los controles de mezcla con entrada de teclado constan de botones etiquetados que permiten un acceso más sofisticado a la operación del mezclado.

Pantalla táctil: las pantallas táctiles pueden proporcionar no sólo la entrada de información simplficada, como las ruedecillas, sino también muestran diagramas y permiten un mayor acceso a la mezcladora cuando sea necesario; todo en una pantalla.

Dónde instalar los equipos de mezcla en su planta

Los mezcladores automáticos de múltiples componentes se suelen establecer en cuatro configuraciones distintas: en la máquina de proceso, al lado de la máquina de proceso, como una unidad móvil, o como una instalación central.

En la máquina de proceso: la mezcladora está integrada en el flujo de proceso directamente, y todos los materiales que entran en la garganta de la máquina, fluyen a través de la mezcladora. Este tipo de instalación proporciona la mayor integridad de mezcla ya que los materiales mezclados no tienen oportunidad de separarse entre la operación de mezcla y el proceso.

Al lado de la máquina de proceso: el transformador que con frecuencia cambia de color o de materiales se beneficia de la colocación de la mezcladora junto a la máquina de procesamiento. El mezclador se mantiene plenamente operativo al nivel del suelo y un sistema de transporte transfiere el material mezclado a la garganta de la máquina.

Instalaciones móviles: aportan máxima flexibilidad. Sólo funciona para mezcladores pequeños y medianos. El mezclador está montado sobre un bastidor, pero equipado con ruedas, permitiendo que la mezcladora se desplace, según sea necesario para servir a otra máquina, o para fines de limpieza o mantenimiento.

Instalaciones centrales de mezcla: un enfoque a menudo utilizado por los moldeadores o cualquier procesador que ejecuta la misma mezcla para varios productos. El equipo de mezcla se ubica en una zona céntrica y bien conectada a cada máquina con un sistema de transporte de material o proporciona un suministro de material a los contenedores de almacenamiento que pueden ser transportados cuando sea necesario a las máquinas de proceso (o una combinación de ambos métodos).