Sistemas de alimentación y dosificación de materias primas para extrusión: visión general

Esta página se centra en cómo diseñar y operar alimentadores de sólidos a granel en la entrada de un proceso de extrusión. El éxito de un proceso de extrusión depende, en gran medida, tanto del diseño del sistema de dosificación de materias primas como del perfil posterior del husillo del extrusor. Alimentar los materiales de manera descontrolada puede generar problemas de formulación en el extrusor y un proceso difícil de controlar, e incluso producir materiales fuera de especificación.

1. ¿Cómo alimentar materiales sólidos a granel a un extrusor?

El suministro de materias primas (polvo o gránulos) a un extrusor debe ser dosificado. Esto puede realizarse mediante uno o varios sistemas de dosificación, que dosifican el material ya sea de manera volumétrica, cuando la precisión requerida no es muy alta, o gravimétrica (pérdida de peso) cuando la precisión es crítica (por ejemplo, si ocurre una reacción química en la extrusora que requiera una estequiometría específica). Esta operación puede llevarse a cabo mediante diferentes tipos de alimentadores, como transportadores de tornillo sinfín o cintas transportadoras.

El material dosificado suele canalizarse hacia la entrada del extrusor mediante un embudo. Dado que los gases (resultantes de la compresión en el extrusor o de alguna reacción química) fluyen de vuelta hacia la entrada del extrusor, es importante contar con una ventilación para liberar el exceso de aire/gas y evitar perturbar la dosificación y el flujo de material hacia la máquina.

2. Mezcla de materias primas

La dosificación de un solo material no es muy interesante (a menos que se busque compactar un polvo definido), por lo que varios ingredientes deben dosificarse a un extrusor para obtener una formulación que cumpla con necesidades específicas de aplicación para una empresa (compuestos plásticos reforzados, extrusión reactiva, recetas alimentarias enriquecidas, etc.).

Por lo tanto, a menudo se realiza un paso de mezcla previo al proceso de extrusión para garantizar una buena homogeneidad de las materias primas. Una mala homogeneidad dará lugar a una calidad inconsistente del producto extruido, ya que la extrusión tiene una capacidad limitada de mezcla retrospectiva. La mezcla puede realizarse por lotes, en cuyo caso el producto mezclado se dosificará al extrusor mediante un solo alimentador, o de manera continua, en cuyo caso varios alimentadores, cada uno dosificando un ingrediente, alimentan el producto a un mezclador continuo, que descarga a su vez de manera continua hacia la entrada del extrusor. Por supuesto, son posibles procesos más complejos en los que uno de los ingredientes es en realidad una premezcla que se mezcló con antelación antes de la dosificación al mezclador continuo.

3. Diferentes sistemas de alimentación para una línea de extrusión

3.1 Mezcla por lotes

Un método sencillo para controlar la proporción de materias primas en una línea de extrusión es realizar una etapa de mezcla previa a la dosificación al extrusor. Esto puede hacerse con un sistema convencional de mezcla en seco que pesará los diferentes materiales crudos en las proporciones deseadas, los cargará en un mezclador (típicamente una mezcladora de cinta helicoidal, o un mezclador de paletas), mezclará durante un tiempo determinado para asegurar que se alcance la homogeneidad requerida, luego descargará los materiales mezclados a una tolva desde donde un sistema de dosificación volumétrico o gravimétrico tomará los materiales mezclados y los introducirá en la entrada del extrusor.

Figura 1: Sistema de mezcla por lotes y dosificación a una línea de extrusión

Este tipo de proceso tiene la ventaja de ser sencillo de controlar, tanto en términos de mezcla como de dosificación (un solo dosificador) hacia la línea de extrusión. Por otro lado, requiere espacio, equipos y podría estar limitado en capacidad.

3.2 Mezcla continua

La alternativa es evitar tener un mezclador por lotes en el proceso, sino incluir un mezclador continuo justo encima del extrusor. Los mezcladores continuos son, de hecho, muy compactos y capaces de alcanzar altos flujos volumétricos. El mezclador se alimenta con polvo o gránulos mediante varios alimentadores (típicamente 1 por materia prima), operados preferiblemente en pérdida de peso (alimentación gravimétrica).

Esta opción es más compacta y más adaptada a procesos de extrusión que alcanzan alta capacidad. Sin embargo, puede ser más difícil de controlar, ya que debe asegurarse la precisión de varios alimentadores.

Se pueden considerar algunas alternativas:

• Para formulaciones complejas, puede ser necesario realizar un proceso híbrido entre los 2 procesos presentados anteriormente: los mezcladores continuos pueden acomodar un máximo de 4-5 alimentadores con pérdida de peso; si se requieren más, puede ser necesario realizar una premezcla con un mezclador por lotes en una etapa previa del proceso y dosificar esta premezcla mediante un alimentador con pérdida de peso.
• En compuestos plásticos, si los gránulos tienen buenas propiedades de fluidez, puede ser posible evitar un mezclador continuo y simplemente alimentar el material a la entrada del extrusor, donde la mezcla inducida por el husillo de extrusión será suficiente para alcanzar la calidad deseada.