Secado de polímeros termoplásticos
Eficiencia del secado
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| 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.
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
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| 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.
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.
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
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
