Diámetro del tornillo / relación L/D
El tornillo es el corazón de la extrusora de película soplada, y su diámetro (medido en mm) y su relación longitud-diámetro (L/D) son dos de los parámetros de diseño más importantes. El diámetro del tornillo determina la capacidad máxima de producción: los diámetros más grandes proporcionan un mayor rendimiento porque tienen un área de sección transversal más grande para el flujo de fundido. Los diámetros de tornillo comunes para película soplada varían desde 30 mm (líneas piloto pequeñas) hasta 200 mm (líneas industriales de alta producción). La producción escala aproximadamente con el cuadrado del diámetro, por lo que un tornillo de 150 mm puede producir aproximadamente 4 veces más que uno de 75 mm. La relación L/D es la relación entre la longitud efectiva del tornillo y su diámetro; los valores típicos para película soplada son de 24:1 a 32:1, y las líneas modernas de alto rendimiento utilizan 30:1 o 36:1. Una relación L/D más alta proporciona una mayor longitud de fusión, lo que permite una mejor mezcla, una temperatura de fusión más baja y una mayor producción debido a un mayor tiempo de residencia para la transferencia de calor. Sin embargo, los tornillos más largos son más caros, requieren más par y pueden causar degradación en materiales sensibles al calor si el tiempo de residencia es excesivo.
La selección del diámetro del tornillo y la relación L/D debe coincidir con la producción requerida, el tipo de resina y las propiedades de la película. Para líneas de alta producción (500+ kg/h), un diámetro de 120 mm o más es típico, con L/D de 30:1 a 32:1. Para producciones más bajas (100-300 kg/h), los diámetros de 75-90 mm con L/D 28:1 son comunes. Para resinas especiales como PA o EVOH, que son sensibles al calor, se prefiere una L/D más corta (24:1) con un diseño de tornillo suave para evitar la degradación. Para HDPE, que tiene una alta cristalinidad, una L/D más larga (30:1) con un tornillo de barrera es beneficiosa para lograr una fusión completa. La geometría del tornillo también incluye la relación de compresión (relación entre la profundidad del canal de alimentación y el de dosificación), que afecta el cizallamiento y la mezcla. Las relaciones de compresión típicas varían de 2.5:1 a 4.0:1. Los tornillos de barrera (con una filete secundario) mejoran la eficiencia de fusión y la producción al separar el fundido del lecho sólido; a menudo se utilizan para película soplada de alta producción. Además, el tornillo puede tener una sección de mezcla (por ejemplo, Maddock o piña) al final para homogeneizar la temperatura y el color. La elección del diseño del tornillo a menudo es personalizada por el fabricante en función de la resina y la aplicación específica.
Máquina de Película Soplada
Los indicadores clave de rendimiento relacionados con el diámetro del tornillo y la L/D incluyen la producción específica (kg/h por RPM), el aumento de la temperatura del fundido y la estabilidad de la presión. Los tornillos de mayor diámetro requieren un mayor par del motor; la caja de cambios debe estar clasificada en consecuencia. La relación L/D afecta el tiempo de residencia: una L/D más larga aumenta el tiempo de residencia, lo que puede mejorar la mezcla pero puede causar degradación térmica para algunos materiales. Para materiales reciclados con contaminantes, se utiliza una L/D más larga con capacidad de ventilación para eliminar volátiles. El rango de velocidad del tornillo es típicamente de 30-150 RPM; las velocidades más altas aumentan la producción pero también el calentamiento por cizallamiento, lo que puede requerir enfriamiento adicional. El cañón generalmente se divide en zonas (4-6) para el control de temperatura; la zona de alimentación se enfría, las zonas de compresión y dosificación se calientan. El perfil de temperatura adecuado depende del diseño del tornillo: un tornillo de barrera puede requerir configuraciones diferentes que un tornillo convencional. El mantenimiento implica la extracción periódica para verificar el desgaste del tornillo: un tornillo desgastado reduce la producción y aumenta la temperatura del fundido. Se aplica endurecimiento superficial (por ejemplo, carburo de tungsteno) a los tornillos que procesan materiales abrasivos (con cargas).
Al seleccionar un tornillo para una nueva línea de película soplada, considere la producción objetivo, la gama de resinas a procesar y la calidad de película deseada. Un diámetro más grande con una L/D alta ofrece flexibilidad pero a un costo mayor. Algunas extrusoras están diseñadas con tornillos intercambiables para procesar diferentes materiales, por ejemplo, un tornillo de uso general para LDPE/LLDPE y un tornillo especializado para HDPE. El tornillo debe coincidir con el material del cañón: los cañones bimetálicos (con un revestimiento resistente al desgaste) se recomiendan para materiales altamente cargados o reciclados. La relación de compresión del tornillo y la geometría de los filetes deben optimizarse para evitar el oleaje (fluctuaciones de producción) y la fractura del fundido. Muchos proveedores utilizan software de simulación para diseñar tornillos para aplicaciones específicas. En funcionamiento, la velocidad del tornillo se ajusta para lograr la producción requerida, y se monitorea la temperatura del fundido; si es demasiado alta, reduzca la velocidad del tornillo o ajuste el enfriamiento del cañón. La limpieza y el purgado regulares con compuestos apropiados evitan la acumulación de carbón. En última instancia, el diámetro del tornillo y la relación L/D son opciones fundamentales que determinan la capacidad, eficiencia y calidad del producto de la línea; deben evaluarse cuidadosamente durante la fase de selección del equipo para garantizar el éxito a largo plazo.
