lunes, 27 de junio de 2011

Deshumidificación de plásticos

Secado de polímeros termoplásticos

Deshunidificador - cristalizador de PET
Procesar muchos materiales con exceso de humedad puede dar lugar a diversos defectos en la producción de las piezas terminadas. Estos defectos pueden ser tanto visuales como también funcionales. En inyección los principales defectos son rechupes, marcas de fisuras en la superficie, degradación del material, baja viscosidad de fusión entre otros. Y en la extrusión también puede llegar a ocurrir que los perfiles tengan la superficie rugosa y ondulada además de los defectos de degradación y baja viscosidad de fusión.

Podemos separar los polímeros en dos grupos definidos: los que son hi­groscópicos y los que no.
Los no higroscópicos como el polietileno, polipropileno, poliestireno, PVC, pueden acumular humedad solamente sobre la superficie del material si son expuestos en condiciones de alta humedad.
En cambio, los materiales higroscópicos como el nylon, ABS, PET, policarbonato, tienen mucha afinidad por el agua, por lo tanto absorben la humedad dentro de su estructura molecular.

El proceso de secado de los materiales se realiza mediante el flujo continuo de aire seco caliente, en silos denominados deshumidificadores. El aire es secado mediante tamices moleculares
Diagrama de flujo de aire de secado
Descripción del proceso
Los gránulos de la resina a secar ingresan por la parte superior del silo (1). Son comunes los sistemas de carga mediante vacío.
El aire seco proveniente del tamiz molecular (6) y calentado en el calentador (7) ingresa por el cono difusor en la parte inferior del silo (2), arrastrando la humedad de la superficie de los gránulos de resina. El aire húmedo sale por la parte superior del silo (3), pasa por un filtro (4) para eliminar partículas finas de resina que podrían dañar el material adsorbente del tamiz molecular (6). Como la temperatura del aire proveniente del silo es elevado, es necesario bajar su temperatura mediante un intercambiador de calor (5) para optimizar la adsorción de humedad del aire por parte del tamiz molecular. Puede existir un segundo filtro de aire (12) posterior al enfriador para garantizar la eliminación de material fino. El flujo de aire del proceso es generado por un soplante o turbina.
El material secante de los tamices se agota, es decir, se saturan de agua que adsorben del aire es necesario regenerarlos (recuperar su capacidad secante) luego del uso prolongado. Es por ello que se les hace circular aire exterior filtrado (8) y calentado (10) mediante un soplante (9) con el fin de eliminar el agua retenida durante el proceso de secado.
Agotada la capacidad secante del tamiz molecular (6) en proceso, las válvulas de cuatro vías cambian el recorrido del aire, pasando el tamiz agotado a estado de regeneración, y el otro tamiz (11), ya regenerado, pasa a cumplir las funciones de secado del aire.
Este es un proceso continuo por lo que en todo momento hay un tamiz molecular en uso y otro en estado de regeneración.
Existen varios sensores que se distribuyen a lo largo del circuito de secado que dan datos útiles sobre la eficiencia de secado, como ser: sensor de punto de rocío a la salida del tamiz molecular, termómetros a la entrada y salida de aire al silo, etc.

Eficiencia del secado
Para poder quitar con eficiencia la humedad existen cuatro parámetros fundamentales a tener en cuenta a la hora de secar cada material. Estos son: la temperatura, el punto de rocío, el tiempo y el flujo de aire.

Para poder entender la importancia del secado en el procesamiento de ma­teriales poliméricos se explicará la influencia de cada uno de los parámetros antes mencionados.
Temperatura: en polímeros higroscópicos las moléculas de agua son conducidas dentro de las cadenas del polímero. El aumento de la temperatu­ra debilita la unión entre las cadenas y las moléculas de agua. Por encima de cierta temperatura, dependiendo del material, las moléculas de agua se mueven libremente.
Punto de rocío: la temperatura del punto de rocío es la temperatura a
la cual ocurre la condensación del agua. El punto de rocío provoca un aumen­to de la presión de vapor en el interior del polímero. Este aumento provoca la
disminución de la humedad en el material.
Tiempo: la deshumidificadón del material recién comienza cuando se alcanza la temperatura correcta pero no es instantánea; la humedad tarda un tiempo en migrar del interior del polímero hada la superficie para luego salir completamente de la superficie del material.
Flujo de aire: el aire transfiere el calor y elimina la humedad de la su­perficie del polímero. Si el flujo de aire no es suficiente el material no llegará a calentarse a la temperatura necesaria durante el tiempo de residencia en la tolva con lo cual el polímero quedará con cierta humedad. En cambio, si el flujo es excesivo el material no logrará enfriar lo suficiente el aire que retorna. Esto no es deseado porque se reduce la capacidad del desecante, aumenta el punto de rocío y puede llegar a dañar al soplador.
Pellets de menor tamaño secarán más rápido por tener una mayor relación superficie/volumen. La humedad del interior tarda menos en salir al exterior de cada partícula de material.
Además, al tener menor tamaño, el aire entre los pellets es menor, con lo cual se reduce el flujo de la corriente de aire para el secado disminuyendo la capacidad de deshumidificación si no se tiene en cuenta el tamaño.
Por otro lado, los pellets de mayor tamaño requieren más tiempo de permanencia en la tolva de secado ya que la humedad tarda más en salir a la superficie. Y para el secado, la corriente de aire necesaria es menor al poseer más espacio libre entre partículas del material.
Para el proceso que se realiza debe saberse si el material a utilizar requie­re de deshumidificadón y, si es así, se deberá contar con el equipo adecuado pa­ra poder realizar dicho tratamiento. Por ejemplo: una humedad elevada en el material a inyectar puede generar inconveniente en las piezas terminadas, pues presentan una fragilidad elevada. Estos inconvenientes en las piezas se pueden hacer manifiesto en corto o largo plazo.




Fuente:
Modern Plastics Handbook - Charles A. Harper

23 comentarios:

  1. gracias por la información, me gustaria que me pudieran enviar mas información a mi correo de ser posible

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    1. Hola Iván. No dispongo de más información
      Saludos

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  2. Estimado Mariano

    Muy buenas tardes. Disculpa la molestia, precisamos inyectar una resina con una humedad de 0.02% en la alimentación, como podría verificar que la humedad de la resina de mi material es de 0.02% en la tolva? es decir, que durante el secado logré obtener esta humedad, podría colocar algún sensor en la tolva que me indique la humedad del ambiente? y correlacionarlo con la de mi material?

    Saludos cordiales

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    1. Hola Polo. Existen sensores de punto de rocío para vigilar el desempeño del secador o las condiciones de la tolva, y asegurar que el proceso de secado se mantenga dentro de las especificaciones.
      Saludos

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  3. Hola Mariano
    Un dato. Sabes cuanto demora en rehumedecerse la resina luego de haber sido secada?
    Estoy evaluando la posibilidad de pre-secar una resina y luego transportarla por succión y quiero costear si me es mas económico tratar el aire de la bomba o no.

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    1. Hola David. La tasa de absorción de agua varía según el tipo de plástico y aditivos que entren en su formulación. Deberías consultar a tu proveedor de resinas al respecto.
      Saludos

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  4. Hola Mariano,

    Trabajo en una Planta donde tenemos Extrusoras de Polipropileno, nuestra materia prima es seetec y braskem, el tiempo de reposo de cada bobina es de 2 a 3 días en verano y en invierno de 4 a 5 días, debido a que durante el proceso la manga tiene contacto con agua helada(para darle un brillo a la bolsa) de más está decir que esto afecta a la producción, por lo tanto estaba buscando ideas en la web para poder disminuir el tiempo de secado de cada bobina, tu crees que lo recomendable sea colocar secadores con aire seco caliente?, o aire seco frio?

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    1. Hola. Estimo que el aire seco caliente aceleraría el proceso. De hecho el tiempo el reposo en verano es menor. Deberías hacer algunas pruebas para establecer la temperatura máxima aplicable sin que esta afecte la calidad del material.
      Saludos

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  5. Hola Mariano, como puedo controlar la humedad interna en la extrusion de PE? Y como puedo medir si el pellet contiene humedad interna? Con medición infrarroja da 0.04% pero tengo entendido que corresponde a la humedad exterior... Saludos

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    1. Hola Nico. El polietileno no es higroscópico, por lo cual no absorbe humedad. Su contenido de humedad es externo. Igualmente pueden entrar en su formulación aditivos que sí hagan al material absorber humedad. En cuyo caso, tanto el secado como el control aplicable es el mismo que el de los plásticos higroscópicos. Existen controles normalizados para la determinación de la humedad en plásticos como, por ejemplo, las normas ASTM D6980, D7191 y D6869. También existen sensores de humedad en pellets cuya detección se basa en la capacitancia y constante dieléctrica de la resina y el agua. Algunos sensores se pueden colocar directamente en la alimentación de la máquina para un adecuado control del proceso en cuanto a contenido de humedad de la resina.
      Saludos

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  6. El PE y PP pueden retener humedad cuando al peletizarlos el pellet está poroso. Nosotros fabricamos un aditivo desecante para estos materiales que elimina la humedad en el proceso. Se adiciona entre 1 y 3% en la mezcla de la resina como cualquier master batch y problema resuelto. eduardo@plasmed.com.mx

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    1. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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    2. Estoy interesado en ese aditivo. Ponte en contacto conmigo y me explicas mas. Un saludo.
      Meizibcn@gmail.com

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  7. El tiempo de secado De ABS Acrilico y Policarbonato cual es su tiempo ideal o cual seria la forma de un secado eficiente...

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    1. Hola Daniel. No dispongo de información sobre secado de mezclas de ABS/PMMA/PC. Estimo que puede variar el tiempo en función de las proporciones de cada polímero y aditivos. Consulta a tu proveedor. Podrías probar secar el material a 90-110ºC durante 2-4 horas con aire seco caliente, punto de rocío por debajo de -20ºC.
      Saludos

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  8. Saludos, en una descripción encontrada en otra parte de este blog encontré que el ABS posee buena estabilidad dimensional gracias a su baja higroscopicidad, pero en esta pagina encuentro que el ABS es un material higroscópico, cual es la correcta?

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    1. Hola Jasscons. Sí, la verdad que puede prestarse a confusión. El ABS es higroscópico pero a diferencia de otros polímeros también higroscópicos, como la poliamida, presenta una buena estabilidad dimensional. La poliamida sufre una mayor distorsión dimensional por efecto del agua absorbida. De todas formas, la absorción de agua del ABS es menor que la de la poliamida. Gracias por tu observación; bien valía la aclaración.
      Saludos

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  9. Buenas tenés la bibliografía respectiva? es para un trabajo

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    1. Hola Fabián. Al final del artículo está la fuente
      Saludos

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  10. Hola que tal... Yo trabajo en una extrusora cast haciendo tela para pañal, el refile va derecho a una recicladora erema donde lo volvemos a convertir en pelets... Que problemas puedo llegar a tener si consumo esos pellets en caliente sin ningún reposo??? Ya lo hemos hecho y no provoca geles ni agujeros

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  11. Hola que tal... Yo trabajo en una extrusora cast haciendo tela para pañal, el refile va derecho a una recicladora erema donde lo volvemos a convertir en pelets... Que problemas puedo llegar a tener si consumo esos pellets en caliente sin ningún reposo??? Ya lo hemos hecho y no provoca geles ni agujeros

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    1. Hola Roque. Bueno, habría que ver como sale el material del proceso de peletizado. Si se tiene un eficiente sistema de secado, si el material entra en contacto con el aire, humedad ambiente, tiempo de exposición, etc. La humedad puede conducir a la degradación del polímero luego en el proceso de extrusión afectando sus propiedades, provocar amarillamiento o provocando algún otro tipo de falla.
      Saludos

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    2. Muchas gracias por responder... Saludos mariano

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