introducción al proceso de extrusión de plásticos

1. EXTRUSION
Transformación de Termoplásticos
Autor: J. Eduardo Morales Méndez
Coordinación de la especialidad en plásticos – CETIS No 6

2. TEMARIO
Introducción
Aplicaciones
Objetivos
I. Conceptos
II. Principios básicos
III. Partes constituyentes de la extrusora
IV. Diámetro y longitud del cañón
V. Diseño general y Tipos de husillos
VI. Cabezal de la extrusora
VII. Componentes auxiliares de la maquina de extrusión
VIII. Condiciones de operación para una determinada
resina
IX. Solución de defectos

3. Introducción
Gran parte de los materiales
plásticos han encontrado
infinidad de mercados y una
asombrosa variedad de
aplicaciones en diversos campos
industriales. Estos materiales
poseen unas características muy
interesantes, tales como
intercambiabilidad de piezas,
excelente acabado, propiedades
eléctricas y mecánicas adecuadas,
gran variedad de color, poco peso,
aislamiento térmico, rápida
producción y bajo costo.
Uno de los procesos para la
obtención de materiales plásticos
es la extrusión.
La extrusión es probablemente el
proceso más versátil en la industria
de los plásticos y también es una
operación de alta calidad.

4. La extrusión, por su versatilidad y amplia aplicación, suele dividirse en varios tipos,
dependiendo de la forma del dado y del producto terminado.
Así la extrusión puede ser:
 De tubo y perfil
 De película tubular
 De lámina y película plana
 Recubrimiento de cable
 De Monofilamento
Para pelletización y fabricación de compuestos
Independientemente del tipo de extrusión que se quiera analizar, todos guardan
similitud hasta llegar al dado extrusor. Las variables a controlar serán: la
temperatura de proceso, el control de las resistencias eléctricas, el plástico
fundido, la velocidad de giro del husillo y la presión general del plástico
fundido.
Básicamente, una extrusora consta de un eje metálico central con alabes
helicoidales llamado husillo o tornillo, instalado dentro de un cilindro metálico
revestido con una camisa de resistencias eléctricas, el husillo se mueve por medio
de un motoreductor, colocado al principio del cañón y al final del cañón esta
conectado un cabezal que contiene el dado formador y boquilla.
Los extrusores alimentados con polímeros sólidos se les llama “extrusores
plastificadores”, estos realizan tres operaciones: el transporte, la fusión o
plastificación y bombeo o dosificación del polímero fundido..

5. Aplicaciones
A continuación, se enlistan productos
que encuentran en el mercado,
transformados por el proceso de
extrusión:
- Película tubular
Bolsa (comercial, supermercado)
Película plástica para uso diverso
Película para arropado de cultivos
Bolsa para envase de alimentos y
productos de alto consumos
-Tubería
Tubería para condición de agua y
drenaje
Manguea para jardín
Manguera para uso médico
Popotes Recubrimiento
Alambre para uso eléctrico y telefónico
Perfil
Hojas para persiana
Ventanería
Canales de flujo de Agua
-Lámina y Película Plana
Rafia
Manteles para mesa e individuales
Cinta Adhesiva
Flejes para embalaje
-Monofilamento
Filamentos
Alfombra (Filamento de las alfombras)

6. Objetivos
Identificar las partes que constituyen a un extrusor
Conocer el funcionamiento de sus partes
Conocer sus características en el caso de elegir un equipo
Analizar donde se puede generar un problema en el momento de la operación.
Identificar los diferentes procesos de extrusión para la obtención de un producto
determinado

7. I. Conceptos ¿Qué es la extrusión?
La palabra extrusión viene de dos
vocablos latinos, “ex” fuera y “trudere”,
que significa empujar hacia.
La operación de extrusión es la acción
de forzar a un material, por medio de
presión, a pasar a través de un orificio o
dado ( boquilla, matriz), en condiciones
reguladas. El equipo debe ser capaz de
proveer suficiente presión sobre el
material en forma continua y uniforme,
debe contar con medios para ablandar o
acondicionar en alguna forma para que
éste sea extruible.
Es un proceso por el cual es posible
obtener productos acabados o
semiacabados en régimen continuo. Los
productos son perfiles y presentan
diferentes formas.

8. El material debe ser tal que una vez
acondicionado en forma adecuada,
fluirá bajo presión y solidificará cuando
estas condiciones se eliminen, o bien,
se puede hacer que solidifique como
resultado de algún cambio químico que
se pueda efectuar en forma continua.
Existen tres tipos comerciales de
extrusión, y son: pistón y cilindro,
bombas de varios tipos y husillos
giratorios.
Para nuestro caso estudiaremos la
extrusión de plásticos con un husillo
giratorio

9. De acuerdo a lo expuesto anteriormente,
el material se alimenta en forma de
granulo, escamas o polvos. El material
se calienta por fricción y calor a medida
que avanza a lo largo del husillo y se
hace un fluido muy viscoso hacia la
parte media del husillo.
La acción del husillo sobre este fluido
genera la presión necesaria para
hacerle salir por la boquilla, que se
encuentra al final del extrusor, en donde
el material toma la forma deseada; al
salir de la boquilla se enfría con aire o
agua. Una máquina que opera según
este esquema es un “ extrusor de
plastificación”.
Los extrusores modernos operan
entre 20 y 200 rpm (revoluciones
por minuto) y, según su tamaño,
pueden proporcionar hasta 1,800
Kg/h de material plastificado,
siendo la calidad (homogeneidad
del extruido) el principal factor que
limita la producción.
El extrusor, además de funcionar
como una bomba, funciona como
un transportador y un plastificador
y en algunos casos como
cambiador de calor y mezclador.
Dentro del proceso de extrusión,
varias partes debe identificarse
con el fin de aprender sus
funciones principales, saber sus
características en el caso de
elegir un equipo y detectar en
donde se puede generar un
problema en el momento de la
operación.

10. Características de los plásticos a extruir
En general existen 16 materiales o grupos de materiales que se procesan
comercialmente por las técnicas de extrusión.
1. Resinas acrílicas (polimetacrilato de metilo)
2. Copolímeros ABS (copolímero del acrilonitrilo-butadieno-estireno)
3. Plásticos de caseína
4. Materiales Celuloicos
5. Espumas de PS, PVC y espumas de poliolefinas
6. Poliacetales
7. Poliamidas (incluyendo poliuretanos lineales)
8. Policarbonatos
9. Polietilenos (alta, mediana y baja densidad)
10. Polipropileno
11. Poliestireno (incluyendo poliestirenos modificados)
12. Materiales basados en PVC
13. Plásticos vinílicos
14. Resinas fluorocarbónicas
15. Materiales termofijos
16. Elastómeros ( hules)

11. El peso molecular del plástico y su influencia
en el procesado
Actualmente los plásticos se obtienen por dos procesos de polimerización:
- Polimerización por adición: PE, PP, PS, ABS, PMMA, PVC,PTFE
- Polimerización por condensación: PC, PA, PET, PBT, PES, PEEK
La polimerización por adición, produce por lo general un rápido crecimiento de la
cadena y pesos moleculares superiores a 100, 000 daltons; además no se forman
subproductos. Son menos susceptibles a la absorción de agua y con frecuencia se
despolimerizan durante el procesamiento. Cuando estos materiales se secan antes
de procesarlos es con el fin de evitar la formación de espuma y los defectos en la
superficie, como las irregularidades.
La polimerización por condensación, proporciona un menor crecimiento de la
cadena y pesos moleculares de 10,000 a 50, 000 daltons; además se forman
subproductos, como el agua. Estos materiales poco secos, si se procesan al estado
fundido, tienden a despolimerizarse. Como esto reduce el peso molecular, se
reducen las propiedades de los materiales, por lo tanto siempre se secan antes de
procesarlos (aunque se empleen husillos especiales y un equipo de procesamiento
ventilado, los polímeros que vayan a condensarse siempre se deben secar durante
su procesamiento).

12. Temperatura de procesamiento
RESINA DENSIDAD
(g/cm3)
COEFICIENTE DE
EXPANCIÓN
TÉRMICA LINEA
(23-80°C) 10 -
4/k
TEMPERATURA DE
PROCESO
(°C)
TEMPERATURA DE
USO (°C)
ABSORCIÓN DE AGUA
(23°C,SATURADA)
extrusión inyección
LDPE 0.914 –
0.939
2.0-2.4 210 250 Menos de 100°C 0.01 – 0.04
HDPE 0.933-0.966 1.2-1.8 180 205 Menos de 100°C 0.01 – 0.04
PP 0.894 –
0.912
1.1 – 1.8 235 255 Menos de 100°C 0.01
PET 1.38-1.40 0.70 – 0.80 250 255 Menos de 100°C 0.1
PC 1.2 0.70 – 0.80 290 300 Menos de 100°C 0.35
PVC (blando) 1.18-1.35 0.7 – 0.75 185 195 Menos de 100°C 0.1
PS 1.05 0.80 210 220 Menos de 100°C 0.1
TERMOPLÁSTICOS PROPIEDADES PARA SU PROCESO
Las propiedades de los plásticos difiere por el proceso de polimerización de
obtención, por su estructura química, por sus características físico-dinámicas,
entre las más importantes. De aquí que, existan diferentes husillos.

13. Temperatura de procesamiento de los plásticos
Las temperaturas de procesamiento están asociadas con las temperaturas de
transición de los polímeros. La temperatura de transición vítrea (tg) es la
temperatura a la cual la región amorfa (desordenada) de un polímero pasa del
estado de vidrio (vítreo) a un estado de caucho. En los polímeros amorfos, la tg
está en relación con las temperaturas de procesamiento.
Cuando el plástico alcanza su temperatura de procesamiento al estado fundido
fluye con facilidad y puede extruirse , moldearse por inyección y moldearse por
extrusión – soplado
Plásticos amorfos – plásticos como el PC, la diferencia entre la temperatura de
ablandamiento y la de procesamiento está cercana a los 140°C. Por lo tanto
carecen de temperaturas de fusión bien definidas, se ablandan. Presentan
temperatura de transición vitrea. La temperatura de fusión en en rangos, no
presentan una sola temperatura.
Plásticos semicristalinos - plásticos como el PP, con grado de cristalinidad
elevada , permanece relativamente rígido hasta que alcanza su temperatura de
fusión Tf. En ese punto los cristalitos (región sumamente ordenadas) en los
polímeros semicristalinos se rompen y el polímero empieza a fluir. Por lo tanto estos
plásticos se funden. Los plásticos semicristalinos presentan una sola
temperatura de fusión. Por lo general son opacos

14. Temperatura de Transición Vítrea (Tg):
Temperatura o pequeño intervalo de
temperaturas por debajo del cual un
polímero se encuentra en un estado
vítreo y encima de él, este presenta la
consistencia de un hule. Esta
temperatura es de extrema importancia
para el procesador, ya que permite
determinar la factibilidad de emplear un
polímero para ciertas aplicaciones. Por
ejemplo, si tenemos un polímero con una
Tg de100º C y otro con una Tg de -20º C,
el primero será un material rígido a
temperatura ambiente, mientras que el
segundo será flexible.
Temperatura de Fusión (Tm) : Tempera-
tura o pequeño intervalo de temperaturas
en los cuales los cristales desaparecen
en un polímero semicristalino y este pasa
rápidamente de sólido semicristalino a un
liquido muy viscoso.

15. La tg , se entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado
fundido y el estado rígido del material. El estudio de Tg es más complejo en el caso
de los polímeros que en cualquier otro material de moléculas pequeñas.
Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las moléculas son mucho más
débiles que el movimiento térmico de las mismas, por ello el polímero se torna
gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de deformación plástica sin
fractura. Este comportamiento es específico de polímeros termoplásticos.
Durante el calentamiento, el módulo E
en Pascales (Pa) de un polímero
semicristalino decrece, en un
principio, rápidamente. Luego pasa
por un período de estabilización, en el
gráfico se muestra un amesetamiento
de la curva. En esta fase el material
se presenta muy viscoso. Si la
temperatura se incrementa aún más,
el polímero se funde y el módulo es
cero. Entre el estado rígido y el
fundido se encuentra la temperatura
de transición vítrea Tg.

16. Tg- tem. de transición vitrea Tm – temp de fusión

17. Temperatura de la masa fundida del polímero
Hemos visto que es importante mantener la temperatura de la masa, antes de la
entrada al cabezal, en un nivel bajo. Para un procesamiento inmejorable con un
husillo de barrera, el perfil de temperatura de las zonas de la extrusora debe ser del
tipo "joroba" (“humped"). Esto es que la primera zona debe estar caliente pero no
tanto; la segunda zona debe estar muy caliente para fundir el material rápidamente
para disminuir desgaste del tornillo por fricción y el calor de cizallamiento; luego
cada zona que sigue debe estar más fría en forma progresiva; hasta que la última
zona esté relativamente fría.
Consideremos que la extrusora es el intercambiador de calor más eficiente de la
Línea porque cuenta con un sistema de enfriamiento forzado y el espesor de la
capa de resina es relativamente bajo.
Perfil de la temperatura de "Joroba" de una extrusora en °C. de cuatro zonas
Este es un perfil para una extrusora de
cuatro zonas. Considere que cada
diseño de husillo es diferente por lo que
el perfil de temperatura par cada caso
determinado debe establecerse para
lograr los mejores resultados. También
se debe considerar que la temperatura
de la última zona no debe ser menor
que la temperatura de fusión del
material, porque si lo es el polímero se
solidificará en la camisa de la extrusora
si el tornillo deja de operar.

18. MATERIAL Relación de
compresión
del husillo
Zona de
alimentació
n (°C)
Zona de
transición
(°C)
Zona de
dosificación
(°C)
Zona de
dado (°C)
ABS 2.75:1 204 219 227 238
Nylon 6 3.9:1 216 238 249 260
LDPE 3.5:1 171 180 185 191
LLDPE 149 163 185 210
HDPE 3:1 171 193 204 204
PP 3:1 190 210 221 221
PS 3:1 177 204 227 232
PVC
Flexible
2.5:1 130 171 181 181
PVC rigido 2.5:1 149 160 171 181
PC 2.25:1 266 277 288 293

19. Los materiales para extrusión
frecuentemente son suministrados
por los fabricantes en forma de
compuestos especialmente
formulados. Estos materiales se
presentan en forma de gránulos o
pellets, pueden contener
estabilizadores al calor y a la luz,
lubricantes, pigmentos,
plastificantes y otros aditivos
(además de las resinas básicas),
los cuales mejoran las propiedades
de extrusión o dan las
características requeridas para el
producto final en particular.
El compuesto debe estar
adecuadamente estabilizado al
calor y a la luz, de tal manera que
no haya degradación en la
máquina de extrusión o durante su
servicio como producto terminado.
El tamaño y presentación del
compuesto para la mayoría de los
plásticos se da en: esferas,
cilindros o cubos regulares de 1/8
plg (3 mm) o 3/32 plg (2.3 mm)
Tamaño del plásticos a extruir

20. Fusión del plástico
Los plásticos funden por acción
mecánica (fricción de plástico con
las paredes del husillo y el cañón)
en combinación con la elevación de
su temperatura por medio de
calentamiento del cañón. La acción
mecánica incluye los esfuerzos de
corte y el arrastre, que empujan al
plástico hacia la boquilla e implica
un incremento en la presión, como
se presenta en la siguiente figura.
La primera fusión que se presenta
en el sistema ocurre en la pared
interna del cañón, en forma de una
delgada película, resultado del
incremento en la temperatura del
material y posteriormente de la
fricción.
Cuando esta película crece, es
desprendida de la pared del cañón
por el giro del husillo, en un
movimiento de ida y vuelta seguido
de un barrido, formando un patrón
semejante a un remolino o rotatorio
sin perder el arrastre final. Esto
continúa hasta que se funde todo el
polímero.

21. La fusión y arrastre del material: si el
material se adhiere al husillo y resbala
sobre la pared del cañón, entonces el
arrastre es cero, y el material gira con
el husillo. Sin embargo, el material no
resbala con la pared del cañón y
resbala con el husillo, entonces el
arrastre es máximo y ocurre el
transporte de material.
En la realidad el polímero experimenta,
fricción tanto en la pared del cañón
como en el husillo y las fuerzas de
fricción determinan el arrastre que
sufrirá el plástico.
PLÁSTICO EN ESTADO FLUIDO

22. El plástico, se calienta hasta su
temperatura de fusión y de esta
manera puede fluir dentro del
extrusor.
EL material debe fluir en forma de
una masa fundida homogénea que
no tenga partículas duras, no
mezcladas o mezcladas
imperfectamente, de modo especial
en el caso de los materiales de
vinilo y no debe mostrar una
indebida tendencia a pegarse a las
paredes de metal calentadas de la
máquina de extrusión.

23. Fluido
Los plásticos al ser fundidos fluyen y
presentan viscosidad.
El fluido se define como una sustancia
que se deforma continuamente bajo la
acción de un esfuerzo de corte; por
tanto, en ausencia de éste, no habrá
deformación.
La reología estudia los fenómenos
relacionados con el flujo y la
deformación de los materiales.
Isaac Newton fue el primero en definir
el flujo viscoso.
Los plásticos presentan un
comportamiento de flujo no
newtoniano. Esto es, no siguen las
Leyes de Newton.
Un fluido no newtoniano es aquel cuya
viscosidad varía con el gradiente de
tensión que se aplica, no tiene un valor
de viscosidad definido y constante, es
independiente del tiempo, con esfuerzo
umbral, a diferencia de un fluido
newtoniano.

24. Índice de fluidez
El índice de fluidez para poliolefinas se recomienda cercano a 1 o por debajo, los
índices de fluidez para resinas superiores a dos se utilizan
El índice de fluidez es una prueba reológica básica que se realiza a
un polímero para conocer su fluidez. Se mide en g/10min. Se define como la
cantidad de material (medido en gramos) que fluye a través del orificio de un dado
capilar en 10 minutos, manteniendo constantes presión y temperatura estándares.
El índice de fluidez consiste en tomar una cantidad de polímero a
una temperatura conocida arriba de su Tg y obligarlo con la fuerza de gravedad y
un peso dado a través de un orificio por un tiempo determinado, (según la norma
que se utilice, e.g. ASTM).
La prueba no dura diez minutos, sino que puede durar un minuto o menos, pero de
forma continua y luego se ajusta el valor a las unidades adecuadas.
Un peso molecular bajo se traduce en un alto valor de índice de fluidez,
corresponde a una viscosidad baja, excelentes valores para el proceso de
extrusión.
La industria utiliza el índice de fluidez como una herramienta básica para el control
de la calidad y la aceptación de las materias primas plásticas.

25. Ejemplo de índice de fluidez y su relación con
los procesos de transformación: Polietileno de alta densidad
HDPE- Dow Chemical Company
25

26. Ejemplo de índice de fluidez y su relación con los
procesos de transformación: Polietileno de alta y baja densidad: PEMEX
MARCA PROPIEDADES DATOS PROCESO
BDL92010 S Indice de fluidez (g/10 min)
Densidad (g/cm3)
Tensión (Mpa)
Elongación (%)
LLDPE
CONDICIONES DE OPERACIÓN
Temp (170 – 190 °C); relación de soplado: 1.5 a 3 veces el diámetro del dado
1
0.918
24
550
EXTRUSIÓN Y
COEXTRUSIÓN DE
PELÍCULAS
BDL 92010 C Indice de fluidez (g/10 min)
Densidad (g/cm3)
Tensión (Mpa)
Elongación (%)
CONDICIONES DE OPERACIÓN
Temp (170 – 190 °C); Dado: 170 a 190°C;relación de soplado:1.5 a 3 veces
el diámetro del dado
1
0.921
24
550
EXTRUSIÓN DE
PELÍCULAS Y SACOS
BDL 36050 Indice de fluidez (g/10 min)
Densidad (g/cm3)
Tensión (Mpa)
Elongación (%)
CONDICIONES DE OPERACIÓN
Temp (170 – 190 °C); relación de soplado: 1.5 a 3 veces el diámetro del dado
PEMedia densidad
5
0.936
17.6
700
ROTOMOLDEO
PADMEX 65050 Indice de fluidez (g/10 min)
Densidad (g/cm3)
Tensión (Mpa)
Elongación (%)
CONDICIONES DE OPERACIÓN
Temp (210-260 °C); Boquilla: 225 – 265°C
HDPE
5
0.965
30.4
500
MOLDEO DE
ARTÍCULOS
INDUSTRIALES
PADMEX Indice de fluidez (g/10 min)
Densidad (g/cm3)
Tensión (Mpa)
Elongación (%)
CONDICIONES DE OPERACIÓN
Temp (210-250 °C); Boquilla: 220-250°C; artículos pared delgada
HDPE
19
0.96
26.5
650
MOLDEO DE
PAREDES DELGADAS
26

27. II. Principios básicos
La extrusión es la acción de forzar el paso de un plástico, por medio de presión, a
través de un “dado” o “boquilla”. El proceso es muy utilizado para producir
longitudes de termoplásticos con secciones transversales constantes como:
- Películas
- Tuberías
- Mangueras
- Fibras
- Películas
- Películas
- Bolsas
- Popotes y filamentos
- Hojas para persianas
- Ventanería
- Canales de flujo de agua
- Cañuelas
- Cintas adhesivas
27

28. El polímero sólido se alimenta en un extremo y en el otro sale el
material sometido a extrusión ya perfilado.
Dentro de la máquina el polímero se funde y homogeneiza.
Al salir del dado de la extrusora se coloca en una cámara (zona) de
enfriamiento, para posteriormente darle la presentación requerida
por el cliente.
Se presenta el proceso de obtención de una tubería
Alimentación
Extrusión
Zona de enfriamiento
Equipo auxiliar
Embobinador jalador y contámetro

29. III. Partes constituyentes de la extrusora
El extrusor está constituido de cinco
partes cuyas funciones son:
Zona de transmisión de
Potencia
zona de alimentación
zona de compresión
zona de dosificación
zona del dado o formado
del producto

30. El operador del extrusor controla las temperaturas del cilindro, cabezal y boquilla, y
a veces también las temperaturas del tornillo y del material en la tolva. El cilindro se
divide en zonas, cada una con sus controles de calefacción y enfriamiento. Las
temperaturas de estas zonas no tienen que coincidir con las temperaturas del
material adentro, pero se seleccionan según se necesite en cada zona. La zona de
alimentación es especialmente importante ya que afecta la velocidad de
alimentación y por lo tanto, puede controlar la producción. Las temperaturas del
cabezal y la boquilla normalmente son más o menos iguales a la temperatura del
material plastificado adentro.
La temperatura del plastificado se mide dentro del cabezal. Esta normalmente entre
175 – 230°C (350 – 450°F), pero es mayor para ciertos plásticos. Si es demasiado
caliente habrían problemas de degradación del material o enfriamiento insuficiente.
La presión del material plastificado también se mide al fin del tornillo, y refleja la
resistencia del cabezal. La presión está típicamente entre 35 – 350 Kg/cm2 (500 –
5000 psi), y en algunos casos más.
La velocidad del tornillo se selecciona tan alta como lo permita la calidad del
producto. Las velocidades típicas están entre 50 y 200 rpm. Las máquinas más
grandes operan a velocidades más bajas, pero las muy pequeñas también giran
lento para permitir bastante tiempo la resistencia.
El amperaje del motor normalmente se mide; indica el límite de operación del
sistema,. indica pulsación (variación de espesor = “surging”), e indica cambios en la
viscosidad del material. El amperaje y el poder del motor varían mucho con el
tamaño de la máquina; p.ej., 5 HP (3.5 Kw) para una pequeña hasta 1000 HP (750
Kw) o más para una muy grande. La producción es normalmente entre 2 y 7 Kg/hr
(5-15 lb/hr) por cada HP usado (65% de estas cifras por Kw), según el tipo de
polímero extruido.

31. Zona de transmisión de Potencia
El tornillo, cuando gira, trata de desenroscarse y salir del cilindro hacia
atrás. No puede irse porque un cojinete grande lo mantiene en su
posición. En vez, el empuje del tornillo provoca que el material salga a
través del cabezal.
Todo el cabezal actúa como una resistencia al flujo. Lo más la resistencia,
de manera que el tornillo debe trabajar para empujar el material (se
requiere más fuerza para girar el tornillo).
SISTEMA MOTRIZ
El motor de la extrusora es el componente del equipo responsable de
suministrar la energía necesaria para producir: la alimentación de la
resina, parte de su fusión (70 a 80%), su transporte y el bombeo a través
del cabezal y la boquilla.
Los motores incorporados en las líneas de extrusión son eléctricos y
operan con voltajes de 220 y 440 V. Las extrusoras modernas emplean
motores DC (corriente continua), ya que permiten un amplio rango de
velocidades de giro, bajo nivel de ruido y un preciso control de la
velocidad. Se recomienda que la potencia de diseño sea de 1 HP por cada
10 a 15 Ib/h de caudal, sin embarco para las aplicaciones de alto
requerimiento de mezclado esta relación puede llegar a ser de 1HP
porcada 3a5 lb/h.

32. La velocidad alcanzada por los
motores resulta más elevada que la
requerida por el tornillo, de aquí el uso
de motovariadores. Los
motovariadores reducen la velocidad
hasta en un 20:1.
Casi todos los extrusores fabricados en
los últimos 20 años tienen motores que
funcionan con corriente continua (CC).
La corriente alterna (CA) normal se
convierte a CC al lado de la máquina.
Con CC, cambiar la velocidad del
motor es fácil y esta es la manera de
cambiar la velocidad del tornillo. Un
motor CC no puede estar totalmente
encerrado, lo cual puede ocasionar
problemas en áreas polvosas.
Conviene asegurarse que el ventilador
funciona adecuadamente así como
cambiar los filtros y revisar el motor
periódicamente.

33. Todos estos motores trabajan a velocidades muy por arriba de
aquellas necesarias para la extrusión, por eso se reduce en dos
etapas (a veces tres) de la velocidad del motor (normalmente 1750 –
2000 rpm máximo) a la velocidad del tronillo (100 – 200 rpm máximo.
La reducción puede hacerse solamente por engranes o por una
combinación de engranes y poleas. En algunos sistemas, se puede
sustituir engranes o poleas diferentes en una de las etapas. Esto
permite la operación del motor cerca de su velocidad máxima, que es
más eficiente y hace disponible más poder si se necesita.
La reducción termina con un engrane grande (bull gearr) en el centro
del cual se ubica el tornillo. El empuje de retroceso producido por el
tornillo se soporta por medio del cojinete grande (cojinete de empuje).
Su vida puede ser estimada como sigue:

34. Tolva de alimentación
La tolva es el depósito de materia prima en donde se colocan los pellets
de material plástico para la alimentación continua del extrusor.
Debe tener dimensiones adecuadas para ser completamente funcional; los
diseños mal planeados, principalmente en los ángulos de bajada de
material, pueden provocar estancamientos de material y paros en la
producción.
Para un buen funcionamiento de la tolva se toma como regla general que
la garganta de alimentación debe tener un diámetro nominal del husillo y
un largo de 1.5 o 2 veces el diámetro nominal del tornillo. La altura total de
la tolva depende de la cantidad de material que se quiera almacenar y a
que intervalos se quiera estar llenando nuevamente; en ocasiones se
pueden adicionar sistemas de alimentación de material automático, que
aunque este sistema es más práctico, solo se utiliza con producciones
muy elevadas para que el costo sea justificado.

35. En materiales que se compactan fácilmente, una tolva con sistema
vibratorio puede resolver el problema, rompiendo los puentes de material
formados y permitiendo la caída del material a la garganta de
alimentación.
Si el material a procesar es problemático aún con la tolva con sistema
vibratorio puede resolver el problema, rompiendo puentes de material
formados y permitiendo la caída del material a la garganta de
alimentación.
Si el material a procesar es problemático aún con la tolva en vibración, la
tolva tipo crammer es la única que puede formar el material a fluir,
empleando un tornillo para lograr la alimentación,
35

36. Las tolvas de secado son usadas para eliminar la humedad del material que está
siendo procesado, sustituyen a equipos de secado independientes de la máquina.
En sistemas de extrusión con mayor grado de automatización, se cuenta con
sistemas de transporte de material desde contenedores hasta la tolva, por medios
neumáticos o mecánicos. Otros equipos auxiliares son los dosificadores de aditivos
a la tolva y los imanes o magnetos para la obstrucción del paso de materiales
ferrosos, que puedan dañar el husillo y otras partes internas del extrusor.

37. IV. Cañón o barril del extrusor
Es un cilindro metálico que aloja al husillo y constituye el cuerpo principal de una
máquina de extrusión, conforma, junto con el tornillo de extrusión, la cámara de
fusión y bombeo de la extrusora. En pocas palabras es la carcaza que envuelve al
husillo. El barril debe tener una compatibilidad y resistencia al material que esté
procesando, es decir, ser de un metal con la dureza necesaria para reducir al
mínimo cualquier desgaste.
El cañón básicamente es un cilindro hueco de gran espesor, para que pueda
soportar las presiones generadas en su interior por el husillo y el plástico.. Se
encarga de transmitir el calor de las resistencias al polímero.

38. La dureza del cañón se consigue utilizando aceros de diferentes tipos y cuando es
necesario se aplican métodos de endurecimiento superficial de las paredes internas
del cañón, que son las que están expuestas a los efectos de la abrasión y la
corrosión durante la operación del equipo. Aceros al carbón como los AISI 1018,
1025, 1035, 1045, 1050 o aceros con aleaciones de sílice, cromo y molibdenos del
tipo AISI 4130, 4140, 4142, 4150, aceros inoxidables del tipo 304L, 316, 410, 17-4
PH, 440ª y HK, de aleaciones especiales como es el INCONEL 600.
Los cañones de aleaciones de acero nitrurado se utilizan para los plásticos
considerados suaves( PE,PP,PET,PS, Acetatos) y medios (ABS,PVC,SAN,PC,PA,
acrílicos , poliésteres).
Los cañones bimetalicos estándares, xaloy 101, se utilizan para plásticos severos
(resinas con hasta 30% de fibra de vidrio, cargas y aditivos)
Los cañones bimetálicos Premium, xaloy 800, son utilizados para plásticos críticos
(Fluoropolímeros, fenólicos, resinas con hasta 30% de fibra de vidrio,, cargas y
rellenos).
38

39. Cañón del extrusor
Para entender el diseño y construcción
de un extrusor. Se pone como ejemplo
el cañón de la siguiente figura que mide
32mm de diámetro interno (D) y una
longitud de 650 mm(L). L/D = 20:1

40. El cañón o cilindro cuenta con resistencias eléctricas que proporcionan una parte
de la energía térmica que el material requiere para ser fundido. El sistema de
resistencias, en algunos casos va complementado con un sistema de enfriamiento
que puede ser flujo de líquido o por ventiladores de aire. Todo el sistema de
calentamiento es controlado desde un tablero, donde las temperaturas de proceso
se establecen en función del tipo de material y del producto deseado.
Para la mejor conservación de la temperatura a lo largo del cañón y prevenir
cambios en la calidad de la producción por variaciones en la temperatura
ambiente, se acostumbra aislar el cuerpo del cañón con algún material de baja
conductividad térmica como la fibra de vidrio o el fieltro.

41. En el diseño de todo cilindro de extrusión se busca:
1) Máxima durabilidad. Esto es buena resistencia de la superficie interior de la
camisa frente al roce con los filetes del husillo. Buena resistencia frente a la
abrasión, causada por fibras y cargas minerales. Buena resistencia química en
contacto con los polímeros. Gran dureza en la superficie, incluso a elevadas
temperaturas de trabajo.
2) Alta transferencia de calor.
3) Mínimo cambio dimensional con la temperatura.
En la fabricación de cilindros de extrusión tales exigencias logran ser cubiertas
utilizando materiales tales como: Xaloy 101 (para extrusoras de propósito general,
procesamiento de PEAD y PEBD), Xaloy 800 (para el procesamiento de PELBD), ó
Xaloy 306 (para productos corrosivos, como los copolímeros ácidos).
En muchos casos se encamisan los cilindros con Xaloy, para minimizar costos, se
ha encontrado que el xaloy puede durar seis u ocho veces más que las camisas
nitruradas. También se crean capas de este material con grosores de 1.5 mm, en
los cilindros, como protección al desgaste.

42. Actualmente se construyen cilindros con una relación de longitud a diámetro L/D
entre 20 y 24. La longitud del cilindro se considera desde el plato rompedor hasta la
parte posterior de la garganta de alimentación, y el diámetro considerado es el
diámetro interno del cilindro.
Los cilindros se diseñan para soportan 700 kg/cm2 de presión y resistentes a
efectos térmicos para aguantar temperaturas de hasta 400°C.
La mayoría de los tornillos son de paso cuadrado: la distancia de una hélice a la
otra es igual al diámetro. Esto facilita medir el L/D simplemente contando los pasos.
Los pasos debajo de la abertura de alimentación no se incluyen en el L/D.
Los tornillos algunas veces se describen por su relación de compresión, la cual es
la relación de volúmenes de la primera a la última hélice. Si el paso es cuadrado,
ésta es la relación de las profundidades del canal a ambos extremos del tornillo,
típicamente entre 2 y 4. La relación de compresión es útil pero no es suficiente
para describir adecuadamente un tornillo, a menos que una de las profundidades
del canal también se especifique.

43. En los cilindros con zonas de alimentación lisas (convencionales) las etapas de
dispersión y mezclado del tornillo se encuentran localizadas en la zona de
dosificación (última sección del tornillo); lo cual frecuentemente genera merma en la
producción.
En cilindros acanalados los mejores resultados se han obtenido ubicando las
etapas de mezclado a dos tercios (2/3) de la longitud del tornillo. Esta ubicación
promueve la dispersión de aglomerados y la finalización de la fusión.

44. Cilindros con Zonas Acanaladas: Son cilindros de extrusión que poseen una superficie
interna con canales de formas específicas. Zonas acanaladas ubicadas en la etapa de
alimentación de los cilindros de extrusión, suelen ser utilizadas para favorecer el
procesamiento de resinas de bajo coeficiente de fricción (Ej.-HMW PEAD y PP). Para
ser transportado hacia adelante, el material no debe girar junto con el tornillo, o al
menos debe girar a una menor velocidad que el tornillo. La única fuerza que puede
evitar que el material de vueltas junto con el tornillo y, por tanto hacer que el material
avance a lo largo de la camisa, es la fuerza de arrastre o fricción entre el material y la
superficie interna de la camisa. A mayor fricción menor rotación del material junto con
el tornillo y, por lo tanto, más movimiento hacia delante. El caudal se hace tanto
mayor cuanto mayor sea el coeficiente de rozamiento del sólido con la carcasa con
respecto al del sólido con el eje del tornillo. Por ello las carcasas de las extrusoras en
la sección de alimentación suelen “rasurarse” según las generatrices del cilindro.
Existe un variado diseño de zonas de alimentación acanaladas; sin embargo, las de
canales de sección cuadrado maximizan el volumen de material alimentado. Las
zonas de alimentación acanaladas permiten controlar el coeficiente de fricción
polímero-cilindro mediante la geometría reduciendo la sensibilidad con respecto a la
temperatura y las propiedades termodinámicas de las resinas. Por otro lado, las
zonas de alimentación acanaladas permiten incrementar el volumen de la sección de
alimentación, acelerando así la fusión; con lo que se logran importantes aumentos en
el caudal de extrusión

45. Cilindros bimetálicos
A. Bimetal DXCN
Recomendado para condiciones severamente corrosivas. Es una aleación a base
de cobalto-níquel con un alto contenido de cromo y boro, para una excelente
resistencia a la corrosión de hidroclóritos y otros ácidos. Tiene una micro estructura
de fase dual con boruros complejos que proveen una excelente resistencia al
desgaste; hasta 10 veces la vida útil de barriles nitrurados en atmósferas
severamente corrosivas. Tiene un grado de dureza típica de 53-58 Rockwell C.
45

46. B. Bimetal DXNB
Recomendado para procesos de materiales abrasivos. Es un acero especial a base
de níquel y boro, de alta dureza, estructura martensitica en matriz de carburo de
hierro. Tiene una excelente resistencia a la abrasión y una coeficiente bajo de
fricción (µ = 0.07), para la prevención de daño por fricción contra el tornillo. Provee
una vida útil de por lo menos cuatro veces la de los barriles nitrurados y un grado
de dureza entre 60-65 Rockwell C.

47. C. Bimetal DXCT
Recomendado para condiciones extremadamente abrasivas y moderadamente
corrosivas. Es una aleación con un alto contenido de carburo de tungsteno con una
matriz de aleación de cromo-boro-níquel. El carburo de tungsteno provee la
resistencia primaria al desgaste, mientras la matriz con el alto contenido del aleado
de cromo-boruro provee resistencia adicional al desgaste y corrosión. Tiene una
dureza macro de 62-68 Rockwell C; sin embargo, sobre 80% del volumen de esta
aleación es ocupado por los carburos de tungsteno y boruros que muestran una
dureza micro sobre 70 HRC. Es la aleación de resistencia más alta contra el
desgaste y corrosión disponible para barriles bimetálicos.

48. En algunos casos, se fabrican cañones con una ranura de ventilación , en la zona
de mezclado, la cual permite el escape de vapores que se generan cuando se
procesan plásticos hidroscópicos, es decir, que contienen agua, aunque en la
actualidad es más utilizado un sistema externo de secado, lo cual resulta más
factible,

49. V. Diseño general y tipo de husillos (tornillos)
 El husillo, cuando gira, trata de
desenroscarse y salir del
cilindro hacia atrás. No puede
irse porque un cojinete grande
lo mantiene en su posición. En
vez, el empuje del husillo
provoca que el material salga a
través del cabezal.
 Todo el cabezal actúa como una
resistencia al flujo. Lo más la
resistencia, lo mas el husillo
debe trabajar para empujar el
material (se requiere más
fuerza para girar el tornillo).

50. Características de un husillo simple
 Una consecuencia de que
disminuya la profundidad del
canal es el incremento de la
presión a lo largo del extrusor y
ésta es la que impulsa el
material fundido a pasar a
través del dado.
 El husillo de un extrusor tiene
uno de dos “hilos” en espiral a
lo largo de su eje. El diámetro
medido hasta la parte externa
del hilo es el mismo en toda la
longitud para permitir un ajuste
preciso en una camisa cilíndrica,
con un claro apenas suficiente
para dejarlo rotar.
 El núcleo es de diámetro
variable, de manera que el canal
en espiral varía en profundidad.
 La profundidad del canal
disminuye desde el extremo de
alimentación hasta el extremo
del dado, aunque existen
modificaciones.
Núcleo Hilos o filetes

51. El husillo básico de extrusión,
está dividido en tres zonas, y del
que hablaremos con mayor
detalle más adelante, En la figura
anexa se muestran las tres
zonas, que son: de transporte,
transición o compresión y zona
de dosificación u
homogeneización.
Cada sección cumple una función
determinada

52. Longitud del husillo
Longitud: Tienen una importancia especial; influye en el desempeño productivo de
la máquina y en el costo de ésta. Funcionalmente, al aumentar la longitud del
husillo y consecuentemente la del extrusor, también aumenta la capacidad de
plastificación y la productividad de la máquina.

54. Parámetros para el diseño de un husillo
Se muestra esquema de diseño de husillo de extruder, el calculo de este considera,
para fines prácticos que el cilindro es el que gira y el husillo es el que permanece
inmóvil.

56. Con mayores precauciones que con los extrusores tradicionales, las secciones de
alimentación acanaladas deben mantenerse refrigeradas y aisladas del cilindro de
extrusión; para favorecer el desplazamiento axial del polímero.
Tabla 1. Caudales de extrusión de PEBD para maquinas con sección de
alimentación lisa y acanalada.
Tabla 2. Caudales de extrusión de PP para maquinas con sección de alimentación
lisa y acanalada

57. Alabes o filetes o paleta pistón
Los alabes o filetes, que recorren el husillo de un extremo al otro, son los
verdaderos impulsores del material a través del extrusor. Las dimensiones y formas
que éstos tengan, determinará el tipo de material que se pueda procesar y la
calidad de mezclado de la masa al salir del equipo.
En un tornillo de extrusión se pueden distinguir tres zonas características:
zona de alimentación, zona de compresión y la zona de dosificación

58. Zona de
alimentación
En la zona de alimentación o
primera parte, el material debe
entrar precalentado, este se
transporta a la siguiente zona.
En esta parte la profundidad del
husillo (tornillo) es constante y la
longitud de esta zona es tal que
hay una alimentación correcta
hacia adelante, ni deficiente ni
excesiva.
Esta alimentación varía un poco
para obtener una eficiencia óptima
con los diferentes polímeros.
En esta parte ocurre el transporte
de gránulos sólidos y comienza la
elevación de temperatura del
material. La experiencia en
poliolefinas aconseja el uso de 50
°C por debajo de la temperatura de
fusión del plástico,en la zona de
alimentación. Una temperatura muy
baja impide la fusión y que el
plástico se adhiera al husillo

59. La zona de alimentación es especialmente importante ya que afecta la velocidad
de alimentación y por lo tanto, puede controlar la producción.
Cuando un material se alimenta a la tolva, es atrapado por el tornillo y empujado a
través del cilindro, donde se plastifica lo suficiente para continuar su viaje hasta la
boquilla. El calor se genera por fricción cuando el tornillo gira y el plástico roza con
las superficies del cilindro y del tornillo. De esta manera, la energía para plastificar
el material proviene mayormente del motor, el cual hace girar el tornillo.
En esta parte, los filetes son muy pronunciados con el objeto de transportar una
gran cantidad de material al interior del extrusor, aceptado el material sin fundir y
aire que está atrapado entre el material sólido. Esta zona tamnién se conoce como
zona de transporte, las partículas alimentadas siguen trayectorias rectas y
paralelas al eje del tornillo.

60. Zona de compresión o transición
En esta segunda zona, la profundidad del canal decrece.
Esta zona tiene diferentes funciones y se le conoce, como zona de
compresión o de transición. En esta zona la resina se comprime y se
calienta hasta su punto de fusión.
En esta, se expulsa el aire atrapado entre los gránulos originales; seguido
de una mejora de transferencia de calor desde las paredes del barril
calentando con forme el material se vuelve menos espeso;
posteriormente, se da el cambio de densidad que ocurre durante la fusión.

61. Relación de compresión
Como la profundidades de los alabes no son constantes, las diferencias que
diseñan dependiendo del tipo de material a procesar, ya que los plásticos tienen
comportamiento distintos al fluir. La relación entre la profundidad del filete en la
alimentación y la profundidad del filete en la descarga, se denomina relación de
compresión. El resultado de este cociente es siempre mayor a uno y puede llegar
incluso hasta 4.5 en ciertos materiales.

62. Zona de dosificación
Una vez más se encuentra una profundidad de husillo constante y la
profundidad del canal es mínima. Mediante la reducción de área se hace el
efecto de una bomba, con lo que el material es obligado a salir de manera
constante y sin turbulencia.
Su función es la de homogeneizar el material fundido y con ello suministrar
a la región del dado material de calidad homogénea a temperatura y
presión constantes.

63. Dispositivo de mezclado
En la zona de dosificación del extrusor, se presenta el flujo laminar, esto provoca
que a veces no se haga una buena mezcla y puedan quedar pellets en un estado
sólido. Esto da como resultado que sel plástico no sea uniforme, las propiedades no
sean las deseadas y en caso de utilizar un color, este no sea homogéneo en todo el
producto. La solución que han presentado los fabricantes de husillos es, desarrollar
en la zona de dosificación dispositivos para mejorar el mezclado, estos son:
a) Mezclador tipo Dulmage
b) Mezcladores tipo pines
c) Mezclador tipo Maddock
d) Mezclador tipo pulsante
Se adaptan a los extrusores modificaciones para evitar estancamiento del material
y mejorar el mezclado, estas modificaciones provocan que el material fluya hacia
atrás a través de las roscas ranuradas, esto aumenta el tiempo de residencia y
proporciona una mejor homogeneización del material, además de una disminución
en los esfuerzos cortantes esta manera se evita la degradación.
63

64. 64

65. Mezclador tipo Dulmage
Este tipo de mezclador fue desarrollado por Fred Dulmage de Dow Chemical Co.
Consiste en una serie de cortes semicirculares que forman una hélice, en la misma
dirección que los filetes del husillo. Por lo regular tiene 3 o más secciones
interrumpidas por pequeños cortes cilíndricos lo que interrumpe el flujo laminar y
provoca una buena mezcla. Se utiliza en la fabricación de espumas y otras
aplicaciones.

66. Mezcladores tipo pines
Es un tornillo similar al tornillos mezclador de piña, solo que los pines se deben
utilizar dependiendo de la resina a procesar; estos rompen el patrón de flujo en
varios chorros de la resina creando esfuerzos de corte de cizalla, sin zonas de flujo
muertas, sin causar degradación de ésta y generando excelente dispersión y
homogenización de los elementos agregados. Como se observa en la figura, los
pines se colocan comúnmente de manera radial en el husillo, pero pueden ser
colocados con un acomodo y forma diferente. Los pines evitan el flujo laminar y
mejoran la mezcla. En comparación con otros dispositivos de mezclado, los pines
son fáciles de colocar.

68. Tornillos mezcladores maddock
Este mezclador fue desarrollado por Bruce Maddock de Unión Carbide. Consiste en
una serie de ranuras circulares opuestas que van alineadas con el eje del husillo.
Como se puede ver en la figura, este dispositivo tiene dos tipos de ranuras, una que
esta abierta hacia la entrada de plástico, la otra esta abierta hacia la salida. También
existen dos tipos de separaciones, que van alternadas, el separador de arrastre
empuja el material hacia la separación de mezclado; la separación de mezclado que
como su nombre lo dice realiza la función de mezclar y desaparecer el material sin
fundir. Este mezclador es colocado al final del husillo. Es ampliamente usado para
procesar polipropileno y polietileno.

69. Este tornillo cumple una función más específica; la cual es generar alto
cizallamiento para generar una acción dispersiva de los pigmentos y aditivos que se
agreguen a las resinas que se procesan. Su diseño cuenta con parámetros como:
Ángulo de inclinación de la hélice, longitud de mezclador, número de canales, altura
para cizallamiento, entre otros
Dentro de este tipo de tornillos también tenemos tornillo con mezcladores mixtos
(maddock y piña) lo cual genera productos de máxima calidad, pero también se
debe tener cuidado en su aplicación respecto a la resina a procesar.

71. Tornillos mezcladores piña
El mezclado distributivo de piña se trata de una unidad de romboides
entrecruzados, la cual se diseña para permitir una mejor mezcla de los compuestos
de la extrusión, con mejor homogeneidad y transporte del flujo másico y sin generar
altos esfuerzos de cizalla y caída de presión; para agregar este mezclador en los
diseños se debe tener en cuenta el tipo de resina a procesar: para no generar
posible degradación de la resina.

72. Mezclador de barrera o tipo pulsante
Son tornillos de alto desempeño, desarrollado por la empresa Maiellefer, pues se
puede aumentar la velocidad de extrusión así como la calidad del producto final
también se diseña y fabrican de acuerdo a la necesidad de cada proceso. En este
mezclador, la sección de dosificación esta dividida en secciones con cambios
constantes, para aumentar el plastificado.
Estas secciones son más profundas y más elevadas que el promedio de la zona de
dosificación. Cada vez que el plástico cambia de una sección a otra, se hace una
especie de masaje, lo cual evita el flujo turbulento, hace una mezcla, distribución y
fundición uniforme..
http://negribossi.blogspot.mx/2012/12/husillos-barrera.html

73. 73
Fuente http://negribossi.blogspot.mx/2012/12/husillos-barrera.html

76. Tornillos de doble etapa
Son tornillos de alto desempeño pues se puede aumentar la velocidad de extrusión
así como la calidad del producto final también se diseña y fabrican de acuerdo a la
necesidad de cada proceso.

77. Tornillos dosificadores
Son tornillos de alto desempeño pues se puede aumentar la velocidad de extrusión
así como la calidad del producto final también se diseña y fabrican de acuerdo a la
necesidad de cada proceso.

78. Tipos de husillos
Las modificaciones que se han realizado a los husillos en la actualidad ha
permitido mejorar las condiciones de mezclado y productividad del proceso de
extrusión. En tal sentido, uno de los parámetros más importantes es la relación de
compresión y ésta se define como: la relación entre el volumen de la primera vuelta
del canal del husillo (al lado de la tolva) y el volumen de la última vuelta ( al lado
del cabezal). Otra forma es medir la profundidad del canal de la primera vuelta del
husillo y la profundidad de la última vuelta. En máquinas comerciales la relación va
del 2.1 al 4: 1. Otro parámetro es la configuración geométrica del husillo y la
aplicación para cada tipo de termoplástico.
Existen diferentes husillos, cada uno de estos se diseña para usarse con
determinados materiales.
78

79. Esto significa que operando dos extrusores en las mismas condiciones de rpm. y
temperatura que sólo se distingan en longitud no tenga capacidad de fundir o
plastificar el material después de recorrer todo el extrusor, mientras que el extrusor
de mayor longitud ocupará la longitud adicional para continuar la plastificación y
dosificará el material perfectamente fundido, en condiciones de fluir por el dado.
Otro aspecto que se mejora al incrementar la longitud es la calidad de mezclado y
homogeneización del material. De esta forma, en un extrusor pequeño la longitud
es suficiente para fundir el material al llegar al final del mismo y el plástico se
dosifica mal mezclado.
En las mismas condiciones, un extrusor mayor fundirá el material antes de llegar al
final y en el espacio sobrante seguirá mezclando hasta entregarlo homogéneo. Esto
es importante cuando se procesan materiales pigmentado o con lotes maestros
(master batch), de cargas o aditivos que requieran incorporarse perfectamente en el
producto.

80. El espesor de la hélice es normalmente el 10% del diámetro. Si fuera mayor, habría
demasiado calor en el claro entre el cilindro y la hélice; también el volumen reducido
bajaría la producción. Si este espesor fuera mucho menor del 10%m se podría
deformar y romper. Algunos tornillos tienen hélices con espesor variable – más
gruesa en la zona de alimentación – y hay otros con hélices afiladas.
La parte de las hélices que está en contacto con el cilindro se trata para prevenir el
desgaste. Para trabajo ligero, un tratamiento de llamas basta, pero es mejor poner
una capa de un metal muy duro. Algunas veces todo el tornillo se endurece con
tratamiento químico.
La tolerancia típica entre las hélices del tornillo y el cilindro es de 0.10-0.15 mm
(0.004-0.005 pulgadas) para un extrusor nuevo. Un ajuste más preciso sería muy
difícil de fabricar y desarrollaría demasiado calor. Tolerancias mayores son
comunes en máquinas usadas. Los tornillos desgastados a veces (no siempre)
bajan la producción por rpm (conviene llevar un registro). Esto es importante
solamente si no hay otros factores que limitan la producción y si no se puede
aguantar un aumento en la temperatura del material plastificado. El costo de
reconstrucción de un tornillo es entre 50 y 75% del costo del mismo tornillo nuevo.
Los tornillos son de acero, pero algunos plásticos corrosivos como PVDC requieren
metales especiales en todo el sistema. Para los otros, el cromado no es necesario
si el tornillo se mantiene continuamente limpio.
Muchos tornillos están perforados axialmente para enfriarlos.
80

81. Gracias a los intensos estudios del comportamiento del flujo de los polímeros, el
husillo ha evolucionado ampliamente desde el auge de la industrial plástica hasta el
grado de convertirse en la parte que contiene la mayor tecnología dentro de una
máquina de extrusión.
Por esto, es la pieza que en el alto grado determina el éxito de una operación de
extrusión. Con base al diagrama, se describen a continuación las dimensiones
fundamentales para un husillo y que, en los diferentes diseños, varían en función de
las propiedades de flujo de polímero fundido que se espera de la extrusora.

82. Diámetro del husillo
Diámetro: Es la dimensión que influye
directamente en la capacidad de
producción de la máquina generalmente
crece en proporción con la longitud del
equipo. A diámetros mayores, la
capacidad en Kg/hr es presumiblemente
superior. AI incrementar esta dimensión
debe hacerlo también la longitud de
husillo, ya que el aumento de la
productividad debe ser apoyada por una
mejor capacidad de plastificación.
Como consecuencia de la importancia que
tienen la longitud y el diámetro del equipo,
y con base en la estrecha relación que
guardan entre sí, se acostumbre
especificar las dimensiones principales del
husillo como una relación longitud /
diámetro (L/D). Comercialmente las
relaciones L / D más comunes van desde
16:1 a 32:1.

83. Algunas veces se suministra más
calor mediante calentadores
externos o precalefacción del
material.
Cuando el material plastificado sale
de la boquilla, toma la forma de la
salida; una rendija larga hace una
película plana o una lámina, una
abertura circular hace tubos,
muchos agujeros pequeños hacen
filamentos, etc. Ya fuera del
cabezal, el plástico es enfriado
(con aire, agua o contacto con
rodillos metálicos), estirado, y al fin
enrollado o cortado a las
dimensiones requeridas.

84. Nuevamente, hay una modificación
del diseño ideal, para cada tipo de
polímero.
Para un polímero que funde poco a
poco, por ejemplo, el polietileno de
baja densidad, es apropiado un
tornillo, con la longitud total
dividida en tres zonas iguales.
Los husillos de este tipo se conocen
a menudo como husillos para
polietileno.

85. VI. Cabezal
El componente de la línea denominado cabezal, es el responsable de conformar o
proporcionar la forma del extruido.
De forma detallada, los principales componentes de un cabezal para la extrusión
son:
Plato rompedor y mallas: Constituyen el punto de transición entre la extrusora y el
cabezal. A estos componentes les corresponde una parte importante de la calidad
del material extruido. El plato rompedor es el primer elemento del cabezal destinado
a romper con el patrón de flujo en espiral que el tornillo imparte; mientras que la
función de las mallas es la de eliminar del extruido partículas y/o grumos
provenientes de impurezas, carbonización, pigmentos y/o aditivos, etc.

86. Boquilla
La boquilla de extrusión es el componente del cabezal encargado de la
conformación final del extrudado. Se debe velar por que el polímero fluya, con
volumen y velocidad de flujo uniforme, alrededor de toda la circunferencia de la
boquilla, de manera de lograr espesores uniformes. Los diseños actuales de
boquillas presentan dos secciones claramente definidas. La primera de estas
secciones es conocida como: cámara de relajación; mientras que la segunda puede
ser llamada cámara de salida (die land). La cámara de relajación de la boquilla tiene
como propósito producir la desaceleración del material e incrementar el tiempo de
residencia en la boquilla de manera tal que el polímero relaje los esfuerzos
impartidos por el paso a través de los paquetes de filtros y el plato rompedor. La
cámara de descarga (Die land) produce el formado del perfil deseado con las
dimensiones requeridas. Los parámetros básicos para la especificación de una
boquilla son:
El diámetro y la abertura de la salida, Adaptadores: Son requeridos cuando la
boquilla no es diseñada específicamente para un determinado extrusor. Debido a
que los fabricantes de extrusoras y boquillas no siempre son los mismos, el uso de
adaptadores suele ser común.

87. Zona del dado
 La zona final de un extrusor es
la zona del dado, que termina
en el cabezal.
 Situado en esta región se halla
el portamallas.
 Esta consta, por lo común, de
una placa de acero perforada
conocida como la placa
rompedora y un juego de mallas
de dos o tres capas de gasa de
alambre situadas en el lado del
tornillo.

88. La comprensión de lo que realmente es la temperatura de la masa puede permitir a
los ingenieros de planta mejorar la calidad de sus productos finales. Una masa que
no tiene una gradiente de temperatura uniforme a través del flujo de la masa
fundida tendrá consecuentemente una gradiente no uniforme de viscosidad. Todos
los diseños de cabezales por sistemas de simulación de flujo con computadoras
asumen una viscosidad constante.
88

89. VI. EL CABEZAL DE LA EXTRUSORA
Todo el cabezal actúa como una resistencia al flujo. Lo más la resistencia,
lo mas el tornillo debe trabajar para empujar el material (se requiere más
fuerza para girar el tornillo).
El operador del extrusor controla las temperaturas del cilindro, cabezal y
boquilla, y a veces también las temperaturas del tornillo y del material en
la tolva. El cilindro se divide en zonas, cada una con sus controles de
calefacción y enfriamiento. Las temperaturas de estas zonas no tienen
que coincidir con las temperaturas del material adentro, pero se
seleccionan según se necesite en cada zona.
La zona de alimentación es especialmente importante ya que afecta la
velocidad de alimentación y por lo tanto, puede controlar la producción.
Las temperaturas del cabezal y la boquilla normalmente son más o
menos iguales a la temperatura del material plastificado adentro. Para
algunos plásticos sensibles a altas temperaturas se considera una
temperatura menor en el cabezal en relación a la temperatura de
plastificación dentro del husillo, esto debido a que se puede presentar una
degradación del polímero en la zona de la boquilla, afectando la calidad
del producto.

90. Función de la zona rompedora del cabezal
El ensamble placa rompedora-juego de mallas tiene tres funciones:
-Evitar el paso de material extraño, por ejemplo, polímero no fundido, polvos, cuerpos extraños.
-Crear un frente de presión cuando se opone una resistencia al bombeo de la zona anterior.
-Eliminar la “ memoria de giro “ del material fundido.
-El cribado ayuda a reducir los defectos del producto más adelante al remover partículas no
deseadas. Es sorprendente cuán amenudo quedan atrapadas en la malla las partículas de metal
o, inclusive, tuercas o tornillos pequeños así como, por ejemplo, aglomerados de materiales de
relleno que han escapado a la dispersión. Además de hacer que el producto salga defectuoso,
las partículas metálicas dañan el dado, lo cual es un grave problema, pues los dados son caros y
difíciles de reparar.

91. En lo que respecta a su diseño, el plato rompedor no es más que una placa
cilíndrica horadada. Por otro lado, las mallas deben ser fabricadas con acero
inoxidable, ya que las compuestas con cobre o bronce tienen un efecto catalítico
sobre las reacciones termo-oxidativas. Torpedo: Algunos cabezales de extrusión
suelen presentar en el ducto de acople entre la extrusora y el cabezal, un elemento
que contribuye con la función del plato rompedor (modificar el patrón de flujo en
espiral a uno longitudinal). Por su geometría, a este dispositivo se le suele
denominar torpedo.
Esquema de un torpedo de un cabezal de extrusión de película tubular

92. Control de la temperatura en los cilindros: Sistema de calentamiento del cilindro: El
calentamiento del cilindro se produce, casi exclusivamente, mediante resistencias
eléctricas.
El sistema de calentamiento de la extrusora es responsable de suministrar entre un
20-30% del calor necesario para fundir la resina. Para suministrar el calor
requerido, el calentamiento suele ser de 25 a 50 vatios/in2 (38750 a 77500 W/m2).
Sistema de enfriamiento del cilindro: Aunque pueda lucir contradictorio, cada zona
de calentamiento del tornillo de la extrusora está acompañada, en la mayor parte de
los equipos comerciales, de un ventilador el cual permite el control de la
temperatura eliminando calor de la extrusora mediante el flujo de aire sobre la
superficie requerida. Los ventiladores son accionados por controladores de
temperatura que comandan la operación de los calefactores eléctricos. Los
ventiladores entran en operación cuando la temperatura de una zona supera el
punto prefijado, por efecto de:
a.- La transferencia excesiva de calor por parte de la resistencia (Ej.- Durante el
arranque de la máquina).
b.- La generación excesiva de calor por parte de los elementos de mezclado
presentes en el tornillo de la extrusora.
La temperatura de extrusión sólo puede ser controlada de manera precisa mediante
la acción combinada de las bandas de calentamiento eléctrico y los ventiladores de
cada zona.
VII. Calentamiento y enfriamiento del cañón

93. Sistema de calentamiento
Hay dos fuentes de calor en el cañón para poder llevar el plástico a una
temperatura deseada. Primero esta el calor que se transmite por medio del barril y
que por lo regular es generado mediante la fricción causada por el husillo y el
material. Durante los primeros ciclos de la máquina, la mayor cantidad de calor
proviene de las resistencias; una vez que ya se esta corriendo el ciclo de
aconstante, la fricción del tornillo genera una buena parte del calor, aunque las
resistencias se deben mantener funcionando para tener un control preciso de la
temperatura de proceso.
Las resistencias eléctricas tienen forma de banda y se colocan alrededor del cañón.

94. El control de estas resistencias se realiza por medio de termopares, los cuales
están hechos de un material sensible a la temperatura, son colocados en el interior
del cañón para tener una medición real de la temperatura en el metal. Los
termopares son conectados a sistemas de medición de temperatura conocidos
como pirómetros, este sistema tiene como función monitorear la temperatura y
realizar diferentes acciones, ya sea para aumentar o reducir el calor generado por
la resistencia.

95. IX Solución de casos
DEFECTO CAUSA SOLUCIÓN
Superficie altamente
irregular y fracturada
Altos esfuerzos de flujo
a través del dado
Mantener la
temperatura de fusión
del plásticos
Piel de tiburón,
superficie rugosa
Alta fricción en la
superficie del dado,
provoca un diferencial
de velocidad,
provocado por los
esfuerzos tensiles
Regular la velocidad de
flujo, si el gradiente de
velocidad crece, se
forman marcas
prominentes en la
superfice
Tallo de bambú Gradiente de velocidad
muy grande
rechupetes Enfriamiento
heterogéneo en la
superficie

96. ESTUDIO DE CASO
La importancia de la memoria de giro
 Un ingeniero en polímeros, hace algunos años intervino en la creación
de un nuevo diseño de bloques de piso de mosaico elaborado con un
compuesto de PVC de color, , con alto contenido de material de relleno.
El procedimiento de manufactura consistía en, formar la composición
del PVC, plastificante, material de relleno formado por carbonato de
calcio, estabilizadores térmicos y pigmentos y luego someterse a
extrusión una tira del perfil requerido. Conforme la tira salía del dado,
se cortaba con un par de cuchillas y se obtenían bloques rectangulares,
los cuales podían entonces enfriarse en un baño de agua. En la figura
siguiente se muestra el diagrama de proceso y el producto. Los bloques
o losetas tenían un perfil de sección transversal conveniente para
colocarlos sobre una lechada de cemento y fijarlos permanentemente
al subpiso.

97.  Durante las primeras pruebas
a escala piloto, se puso en
servicio un extrusor bastante
viejo y se elaboró un dado. En
esta etapa inicial ¡nohabía
placa rompedora! Una vez que
se terminaron las pruebas
iniciales para determinar las
temperatuas de manufactura,
velocidades, etc. se obtuvo
una tira continua por
extrusión, y se cortaron las
primeras losetas. Pronto se
vio, cuando las sacaron del
baño de enfriamiento, que
todas estaban torcidas.

98.  Cuando se colocaban sobre una superficie plana se enroscaban
ligeramente. Tal defecto, desde luego, era fatal, pues no sería posible
obtener con ellos un piso con buen nivel.
 Con un análisis detallado de la torsión se notó que siempre era en la
misma direccción y notablemente regular.
 Se dedujo que era difícil que se debiera al alivio de esfuerzos aleatorios
del procedimiento.
 Era el resultado de la memoria de giro del husillo.
 Se hizo una placa rompedora y se colocó entre el tornillo y el dado; la
torsión cesó de inmediato.
 La placa de rompimiento trabajo, desde luego, deshaciendo el tapón de
polímero que contenía la “ memoria “ alineada y volviéndolo a formar
después con el alineamiento fragmentado.