Cómo seleccionar el peletizador adecuado para su máquina peletizadora de plástico

Los pellets pueden ser 'sólo' un producto intermedio, pero su tamaño, forma y consistencia son importantes en las operaciones de procesamiento posteriores.
Esto se vuelve aún más importante cuando se consideran las demandas cada vez mayores que se imponen a los fabricantes de compuestos. No importa el equipo que tengan actualmente, nunca parece adecuado para el próximo desafío. Un número cada vez mayor de productos puede requerir capacidad adicional. Un nuevo polímero o aditivo puede ser demasiado resistente, blando o corrosivo para el equipo existente. O tal vez el trabajo requiera una forma de pellet diferente. En tales casos, los fabricantes de compuestos necesitan conocimientos de ingeniería profundos sobre el procesamiento y una estrecha cooperación con su proveedor de equipos de peletización.
El primer paso para afrontar estos desafíos comienza con la selección del equipo. La clasificación más común de los procesos de peletización involucra dos categorías, diferenciadas por el estado del material plástico en el momento de su corte:
•Peletización por fusión (corte en caliente): fusión procedente de una matriz que se corta casi inmediatamente en pellets que son transportados y enfriados por líquido o gas;
•Peletización de hebras (corte en frío): la masa fundida procedente de un cabezal de troquel se convierte en hebras que se cortan en bolitas después del enfriamiento y la solidificación.
Las variaciones de estos procesos básicos pueden adaptarse al material de entrada específico y a las propiedades del producto en la producción de compuestos sofisticados. En ambos casos, se pueden incorporar pasos intermedios del proceso y diferentes grados de automatización en cualquier etapa del proceso.
Para encontrar la mejor solución para sus requisitos de producción, comience evaluando el status quo y definiendo las necesidades futuras. Desarrollar una proyección quinquenal de materiales y capacidades requeridas. Las soluciones a corto plazo suelen resultar más caras y menos satisfactorias al cabo de un tiempo. Aunque casi todas las líneas de peletización en una mezcladora tendrán que procesar una variedad de productos, cualquier sistema determinado solo puede optimizarse para una pequeña gama de toda la cartera de productos.
En consecuencia, todos los demás productos deberán procesarse en condiciones de compromiso.
El tamaño del lote, en combinación con la capacidad nominal del sistema, tendrá un impacto muy fuerte en el proceso de peletización y la selección de maquinaria. Dado que los lotes de producción compuesta tienden a ser bastante pequeños, la flexibilidad del equipo suele ser un gran problema. Los factores incluyen un fácil acceso para limpieza y servicio y la capacidad de pasar de un producto a otro de forma sencilla y rápida. La puesta en marcha y parada del sistema de peletización debe implicar un desperdicio mínimo de material.
Una línea que utiliza un baño de agua simple para enfriar las hebras suele ser la primera opción para las plantas compuestas. Sin embargo, el diseño individual puede variar significativamente debido a las demandas de rendimiento, flexibilidad y grado de integración del sistema. En la peletización de hebras, las hebras de polímero salen del cabezal de la matriz y se transportan a través de un baño de agua y se enfrían. Después de que las hebras salen del baño de agua, el agua residual se limpia de la superficie por medio de una cuchilla de aire de succión. Las hebras secas y solidificadas se transportan al peletizador y la sección de alimentación las arrastra hacia la cámara de corte a una velocidad de línea constante. En el peletizador, las hebras se cortan entre un rotor y una cuchilla fija en gránulos aproximadamente cilíndricos. Estos pueden someterse a un tratamiento posterior como clasificación, enfriamiento adicional y secado, además de transporte.
Si el requisito es una composición continua, donde se requieren menos cambios de producto y las capacidades son relativamente altas, la automatización puede ser ventajosa para reducir costos y al mismo tiempo aumentar la calidad. Una línea automática de peletización de hebras de este tipo puede utilizar una variación autotrenadora de este tipo de peletizadora. Este se caracteriza por un tobogán de agua de enfriamiento y una cinta transportadora perforada que reemplazan el canal de enfriamiento y la línea de evaporación y proporcionan transporte automático al peletizador.
Algunos compuestos poliméricos son bastante frágiles y se rompen con facilidad. Otros compuestos, o algunos de sus ingredientes, pueden ser muy sensibles a la humedad. Para tales materiales, la peletizadora de hebras con cinta transportadora es la mejor respuesta. Una cinta transportadora perforada toma las hebras de la matriz y las transporta suavemente hasta la cortadora. Varias opciones de rociador de agua de refrigeración, nebulizadores, matrices Venturi de aire comprimido, ventilador de aire o combinaciones de los mismos permiten una gran flexibilidad.

CUÁNDO IR BAJO EL AGUA
Cuando la forma preferida del pellet es más esférica que cilíndrica, la mejor alternativa es un cortador submarino de cara caliente. Con un rango de capacidad desde aproximadamente 20 lb/hr hasta varias toneladas/hr, este sistema es aplicable a todos los materiales con comportamiento termoplástico. Durante el funcionamiento, la masa fundida de polímero se divide en un anillo de hebras que fluyen a través de una matriz anular hacia una cámara de corte inundada con agua de proceso. Un cabezal de corte giratorio en el chorro de agua corta las hebras de polímero en gránulos, que se transportan inmediatamente fuera de la cámara de corte. Los pellets se transportan en forma de lechada al secador centrífugo, donde se separan del agua mediante el impacto de paletas giratorias. Los pellets secos se descargan y entregan para su posterior procesamiento. El agua se filtra, se templa y se recircula de regreso al proceso.
Los componentes principales del sistema (cabezal de corte con cámara de corte, placa de matriz y válvula de arranque, todos sobre un marco de soporte común) son un conjunto principal. Todos los demás componentes del sistema, como el circuito de agua de proceso con bypass, la descarga de la cámara de corte, la mirilla, el secador centrífugo, el filtro de cinta, la bomba de agua, el intercambiador de calor y el sistema de transporte, pueden seleccionarse entre una amplia gama de accesorios y combinarse en un sistema específico para el trabajo.
En todo sistema de peletización submarino, existe un frágil equilibrio de temperatura dentro de la cámara de corte y la placa de matriz. La placa de matriz es enfriada continuamente por el agua de proceso y calentada por los calentadores del cabezal y el flujo de fusión en caliente. La reducción de la pérdida de energía desde la placa de matriz al agua de proceso da como resultado una condición de procesamiento mucho más estable y una mayor calidad del producto. Para reducir esta pérdida de calor, el procesador puede elegir una placa de matriz térmicamente aislante y/o cambiar a una matriz calentada por fluido.
Muchos compuestos son bastante abrasivos, lo que provoca un desgaste significativo de las piezas de contacto, como las cuchillas giratorias y las mallas filtrantes del secador centrífugo. Otros compuestos pueden ser sensibles al impacto mecánico y generar polvo excesivo. Para estos dos materiales especiales, un nuevo tipo de secador de pellets deposita los pellets húmedos en una cinta transportadora perforada que se desplaza a través de una cuchilla de aire, succionando eficazmente el agua. El desgaste de las piezas de la máquina y los daños en los pellets se pueden reducir considerablemente en comparación con un secador de impacto. Dado el corto tiempo de residencia en la cinta, normalmente se requiere algún tipo de secado posterior a la deshidratación (como con un lecho fluidizado) o enfriamiento adicional. Los beneficios de esta nueva solución de secado de pellets sin impacto son:
•Costos de producción más bajos debido a la larga vida útil de todas las piezas que entran en contacto con los pellets.
•Manipulación suave del pellet, que garantiza una alta calidad del producto y una menor generación de polvo.
•Reducción del consumo de energía porque no es necesario ningún suministro de energía adicional.

OTROS PROCESOS DE PELLETIZACIÓN
Algunos otros procesos de peletización son bastante inusuales en el campo de los compuestos. La forma más fácil y económica de reducir los plásticos a un tamaño adecuado para su posterior procesamiento podría ser una simple operación de trituración. Sin embargo, la forma y el tamaño de las partículas resultantes son extremadamente inconsistentes. Algunas propiedades importantes del producto también se verán afectadas negativamente: la densidad aparente disminuirá drásticamente y las propiedades de fluidez del producto a granel serán muy pobres. Por este motivo, dicho material sólo será aceptable para aplicaciones inferiores y deberá comercializarse a un coste bastante bajo.
Cortar en cubitos había sido un proceso común de reducción de tamaño desde principios del siglo XX. La importancia de este proceso ha ido disminuyendo progresivamente desde hace casi 30 años y actualmente su contribución al mercado actual de pellets es insignificante.
La peletización de hebras bajo el agua es un proceso automático sofisticado. Pero este método de producción se utiliza principalmente en la producción de algunos polímeros vírgenes, como poliésteres, nailon y polímeros estirénicos, y no tiene una aplicación común en la composición actual.
La granulación de la cara del troquel enfriada por aire es un proceso aplicable sólo a productos no pegajosos, especialmente PVC. Pero este material se mezcla más comúnmente en mezcladores por lotes con calentamiento y enfriamiento y se descarga como mezclas secas. Sólo se transforman en pellets cantidades insignificantes de compuestos de PVC.
La peletización con anillos de agua también es una operación automática. Pero también es adecuado sólo para materiales menos pegajosos y encuentra su aplicación principal en el reciclaje de poliolefinas y en algunas aplicaciones menores en la composición.

INFLUENCIA EN LAS PROPIEDADES DEL PRODUCTO

Elegir el proceso de peletización correcto implica considerar más que la forma del pellet y el volumen de rendimiento. Por ejemplo, la temperatura del pellet y la humedad residual son inversamente proporcionales; es decir, cuanto mayor sea la temperatura del producto, menor será la humedad residual. Algunos compuestos, como muchos tipos de TPE, son pegajosos, especialmente a temperaturas elevadas. Este efecto se puede medir contando los aglomerados (gemelos y múltiples) en una masa de gránulos.
En un sistema de peletización bajo el agua, dichos aglomerados de gránulos pegajosos se pueden generar de dos maneras. En primer lugar, inmediatamente después del corte, la temperatura de la superficie del pellet está sólo alrededor de 50 °F por encima de la temperatura del agua de proceso, mientras que el núcleo del pellet todavía está fundido, y la temperatura promedio del pellet está solo entre 35 °F y 40 °F por debajo de la temperatura de fusión. Si dos pellets entran en contacto, se deforman ligeramente, creando una superficie de contacto entre los pellets que puede estar libre de agua de proceso. En esa zona de contacto, la piel solidificada se volverá a fundir inmediatamente debido al calor transportado desde el núcleo fundido y los gránulos se fusionarán entre sí.
En segundo lugar, después de la descarga de los gránulos del secador, la temperatura de la superficie de los gránulos aumenta debido al transporte de calor desde el núcleo a la superficie. Si se almacenan gránulos de TPE blandos en un recipiente, los gránulos pueden deformarse, las superficies de contacto calientes entre los gránulos individuales aumentan de tamaño y la adherencia aumenta, lo que conduce nuevamente a aglomerados. Este fenómeno probablemente se intensifica con tamaños de gránulos más pequeños, por ejemplo, microgránulos, ya que la relación entre el área de superficie y el volumen aumenta con un diámetro más pequeño.
La aglomeración de los pellets se puede reducir agregando alguna sustancia similar a la cera al agua de proceso o pulverizando las superficies de los pellets inmediatamente después del secador de pellets.
Realizar una serie de pruebas de peletización a un ritmo de rendimiento constante le dará una idea de la temperatura máxima práctica de peletización para ese tipo de material y tamaño de pelet. Cualquier temperatura por encima de esa temperatura aumentará la cantidad de aglomerados y cualquier temperatura por debajo de esa temperatura aumentará la humedad residual.
En algunos casos, la operación de peletización puede ser prescindible. Esto es cierto sólo en aplicaciones donde los polímeros vírgenes se pueden convertir directamente en productos terminados: por ejemplo, extrusión directa de láminas de PET desde un reactor de polímeros. Sin embargo, si la combinación de aditivos y otros ingredientes añade valor real, la conversión directa no es posible. Si es necesario peletizar, siempre es mejor conocer sus opciones.
ACERCA DEL AUTOR
Horst Mueller se incorporó a Automatik Plastics Machinery GmbH, un fabricante alemán líder de equipos de granulación de plásticos, en 1997. Mueller participa en ingeniería, desarrollo, estandarización, administración de propiedad intelectual, documentación y marketing.