Extrusión: una introducción

1. ¿Qué es la extrusión?

Los procesos de extrusión se utilizan en diversas industrias, pero especialmente en la industria petroquímica/plásticos para compuestos de plásticos y producir *pellets* que pueden ser utilizados por el cliente, o en la industria alimentaria para fabricar piezas comestibles de diferentes formas.

La extrusión consiste en transformar...

La extrusión es un proceso muy eficiente, ya que varias operaciones unitarias pueden ocurrir en el mismo equipo: mezcla, calentamiento, fusión, cocción, reacción química, granulación, etc. Sin embargo, esto lo convierte en un proceso difícil de controlar, ya que implica muchas transformaciones químicas y físicas.

Un proceso típico de extrusión consta de los siguientes pasos:

• Alimentación de materia prima: típicamente sólidos a granel (polvos o *pellets*)
• Extrusión
• Boquilla (*die*)
• Granulación

Los molinos de martillos forman parte de la familia de los molinos de impacto, lo que significa que el efecto de molienda se obtiene gracias a la velocidad con la que las partículas son impactadas, en este caso, por uno o varios rotoires.

2. ¿Cómo funciona un molino de martillos?

Los molinos de martillos están diseñados con un eje en el que se montan varios "martillos", que en la mayoría de los casos tienen la forma de placas gruesas. El eje gira dentro de una carcasa, y en la salida del molino se monta una malla (*screen*) cuyo tamaño determinará qué partículas son lo suficientemente finas para salir del molino. El molino puede ser alimentado y descargado por gravedad cuando se usa como triturador, mientras que los productos molidos pueden ser transportados neumáticamente de manera directa, aprovechando el alto flujo de aire generado por el molino, para aplicaciones de molienda fina.

Figura 1: Componentes de un molino de martillos (descarga por gravedad)

2.1 Martillos

El número de martillos en un molino es variable, dependiendo de la finura deseada así como de la capacidad del molino. Sin embargo, en general, cuanto mayor sea el número de martillos, más fino será el producto, pero la capacidad también disminuirá.

El molino puede ser más o menos ancho dependiendo del número de hileras de martillos montadas en el eje. Cada hilera de martillos está separada de las demás por una placa espaciadora.

La longitud de los martillos también puede ajustarse. Si se aumenta la longitud del martillo, acercándose a la malla, el producto resultante será más fino; sin embargo, la capacidad disminuirá. Martillos más cortos producirán un producto más grueso pero permitirán una mayor capacidad.

2.2 Velocidad del eje

El segundo aspecto clave de diseño y operación de un molino de martillos es la velocidad de rotación. Dado que el principio de molienda se basa en la energía del impacto, a mayor velocidad, más fino será el producto, ya que las partículas golpearán los martillos a alta velocidad y también serán proyectadas entre sí o contra la malla a alta velocidad.

Sin embargo, se debe tener cuidado de no aumentar la velocidad sin una razón específica, ya que una alta velocidad incrementa la entrada de energía, el aumento de temperatura y la fatiga mecánica de todo el molino, lo que puede derivar en mayores necesidades de mantenimiento. Velocidades de rotación muy altas se reservarán para materiales blandos en molienda fina, mientras que velocidades más bajas se utilizarán para triturar productos más grandes o duros.

2.3 Tamaño de la malla (*screen*)

El tamaño de la malla ayudará a controlar el tamaño de partícula del producto molido, evitando que partículas demasiado grandes salgan del molino antes de ser reducidas. Disminuir el tamaño de la malla ayudará a reducir la distribución de tamaño de partícula del producto final, pero esto afectará negativamente la capacidad del molino.

2.4 Sistema de accionamiento

Un molino de martillos debe estar equipado con un variador de frecuencia para poder controlar la velocidad y, así, ajustar la capacidad y la finura resultante de los materiales.

2.5 Alimentación del producto

La alimentación al molino debe ser controlada (al menos de manera aproximada) mediante un equipo dosificador, como un tubo vibrante, un transportador de tornillo sinfín o una válvula rotativa de bloqueo. Si el molino es ancho, con varias hileras de martillos separadas por placas espaciadoras, el sistema de alimentación debe permitir una buena distribución del material a lo largo del molino. Dado que el molino requerirá gran cantidad de aire, también es clave contar con una entrada de aire adecuada.

2.6 Descarga del producto

Si el molino se utiliza como triturador, lo que significa que el diámetro de las partículas del producto final es bastante grueso (>> 1 mm), entonces el molino puede descargarse por gravedad. Sin embargo, para tamaños objetivo más finos, que requieren velocidades muy altas y, por lo tanto, un gran movimiento de aire, el producto final puede transferirse neumáticamente. En cualquier caso, es necesario considerar los requisitos de aire del molino y prever filtros en la succión de aire y en la descarga (en la tolva de descarga para descarga por gravedad, o en la tolva receptora después del transporte neumático).

La gestión del aire en un molino de martillos debe estudiarse cuidadosamente. [Liu] menciona que, si el flujo de aire es incorrecto, un molino puede perder hasta un 50% de su capacidad. Se proporciona la siguiente regla práctica:

• 260 m³/h a 775 m³/h por 1 m² de área de malla
• 1350 m³/h a 2050 m³/h por 1 t/h de alimentación

Estas son solo reglas prácticas; es obligatoria la asistencia de un proveedor de molinos para el diseño detallado.

2.7 Seguridad

Los molinos de martillos tienen elementos rotativos (los martillos) a velocidades muy altas (hasta 120 m/s); por lo tanto, la entrada de cuerpos extraños, como partículas metálicas, puede tener graves consecuencias mecánicas y de seguridad (explosiones de polvo). El molino debe protegerse mediante el tamizado de la alimentación y la colocación de un imán potente o incluso un detector de metales en la entrada. El riesgo de explosión de polvo también debe abordarse mediante un molino resistente a explosiones o utilizando protecciones (paneles de explosión, sistemas de supresión, etc.).

3. Molinos de martillos industriales

Los molinos de martillos se utilizan típicamente en grandes procesos industriales que requieren un alto rendimiento, garantizando al mismo tiempo un producto relativamente fino.

Los grandes molinos de martillos pueden alcanzar capacidades de hasta 20-50 t/h, dependiendo de la granulometría deseada (a mayor finura, menor capacidad; a mayor grosor, mayor capacidad). Materiales con un tamaño de hasta 60 mm pueden reducirse a ~1 mm, mientras que, si la alimentación ya es más fina (10 mm), los molinos de martillos pueden alcanzar tamaños inferiores a 500 micras.

Fuente

[Liu] *Hammer Milling and Jet Milling fundamentals*, Gary Liu, CEP, 2017