Extrusoras del Tipo Husillo

Una extrusora del tipo husillo es constituida esencialmente por un cuerpo cilíndrico, en cuyo interior se encuentra un husillo o sinfín, el cual, animado por un movimiento de rotación, fuerza el material que es alimentado en una de sus extremidades (su parte trasera) a pasar a través de un dado; este dado confiere al material la forma de la sección deseada (el extrudido). El dado está instalado en la parte delantera de la máquina, por lo general llamada de cabeza o cabeza de la extrusora. El husillo, como se ha dicho, está animado de un movimiento de rotación, movimiento que le es impartido por medio de un sistema de engranes, por un conjunto motorreductor (Figura 3).

Fig. 3 – Extrusora de alimentación a frio: Componentes principales

(Cortesía del Sr. Ing. Francesc Vilella, KCM, S.L. España)

 

Para regular las condiciones de extrusión en lo que toca a temperatura, el cuerpo cilíndrico, el husillo y la cabeza son, por lo general, huecos, lo que permite la circulación de fluidos para calentamiento o para enfriamiento. Así, el material que se alimenta a la extrusora, en su recorrido en el interior de esta, sufre subidas o reducciones en su temperatura, por contacto con las paredes de las varias zonas de la extrusora. Con el calentamiento del compuesto de caucho se produce una especie de ablandamiento o plastificación; sin embargo, esta plastificación también se produce, en gran medida, por la fricción entre el compuesto de caucho en movimiento y las partes estacionarias de la extrusora y por las acciones de cizallamiento provocadas por el husillo. La extrusora puede ser alimentada con el compuesto de caucho previamente calentado en molinos abiertos (mezcladores de rodillos o cilindros); en esta situación, la única función de la extrusora es la de hacer pasar el compuesto de caucho por el dado, para obtener el extrudido.

Este tipo de extrusoras son normalmente conocidas por extrusoras de alimentación caliente. Presentan, como característica principal, una relación entre el largo del husillo y su diámetro comprendida entre 4 y 8. Siendo alimentada a caliente, este tipo de extrusora consume menos energía, siendo necesario para su accionamiento un motor de potencia inferior.

Con la intención de reducir la mano de obra y de aumentar la productividad de los equipos, fueran desarrolladas las extrusoras de alimentación a frío. Estas máquinas se caracterizan por husillos más largos, con configuraciones más complejas, cuya función adicional – además de la de empujar el compuesto de caucho para la salida, es de calentarlo y plastificarlo. La relación entre el largo del husillo y su diámetro varía generalmente entre 11 y 20. La energía consumida por este tipo de máquinas es necesariamente más y, así, tendrá de ser de más potencia el motor de accionamiento. La velocidad de rotación del husillo de las extrusoras de alimentación a frío es también variable; varía, generalmente, entre 20 y 100 rpm. Las extrusoras de alimentación a frío pueden presentar aun otras variantes:

 

Extrusora con zona de desgasificación

En las extrusoras de alimentación a frío que disponen de zona de desgasificación, los gases, humedad y componentes volátiles presentes en el compuesto de caucho son eliminados con el auxilio de una bomba de vacío. Por este motivo, este tipo de extrusoras permite los procesos de vulcanizado a baja presión o sin presión, como es el caso de la vulcanización en baño de sales (conocida como LCM – Liquid Curing Media), de la vulcanización con microondas (también conocida como UHF – Ultra High Frequency), de la vulcanización en lecho fluidizado y de la vulcanización en túnel de aire caliente.

Los productos extrudidos y vulcanizados por estas técnicas son de excelente calidad y exentos de porosidad. El roscado del husillo en la zona de desgasificación tiene una concepción distinta que facilita la remoción de las sustancias gaseosas no deseadas.

 

Extrusoras con pinos

La tecnología de las extrusoras con pinos (aunque destinada la industria de alimentos) data del inicio del siglo XX. Sin embargo, la aplicación de esta tecnología en extrusoras para caucho fue desarrollada en 1972 y se debe a los alemanes G. Menges y E.G. Harms, de la empresa Uniroyal-Englebert, habiendo sido registradas varias patentes (Figura 4).

Fig. 4 – Extrusora con pinos de G. Menges y E. G. Harms.

Patente alemana n°2235784, otorgada en 1974

 

Después de esta fecha se fueran realizando varios desarrollos. Los principales pinos eran de tipo radial (Figura 4) e instalados, normalmente, en 8 a 10 planos radiales, cada uno de ellos con 6 a 10 pinos, dependiendo de las dimensiones de la extrusora. Mientras tanto, se ha desarrollado una variante, con la creación de pinos radiales de largo ajustable. La instalación de los pinos evolucionó después, a partir de 1993, para una instalación tangencial, y han surgido varias variantes (W. Baumgarten, de la empresa alemana de materias plásticas, Kleinewefers Kunststoffanlagen, GmbH) (Figura 5), culminando con la concepción tangencial más moderna del Ing. Ubaldo Colombo, de la empresa Colmec (Italia) (Figura 6 y 7), en 2002. En este caso, los pinos poseen también, en su interior, canales de enfriamiento, lo que permite una regulación de temperatura. Estos canales son muy visibles en la Figura 6.

Fig. 5 – Extrusora con varios tipos de pinos tangenciales, de W. Baumgarten. Patente US N.º 5324108, otorgada en 1994

Fig. 6 – Extrusora con pinos tangenciales, de Ing. Ubaldo Colombo (Colmec SpA, Italia). Patente US N° 6814481, concedida en 2004

 

 Fig. 7 – Extrusora con pinos tangenciales enfriados y bomba de engranes ⁽¹⁾ (Cortesía de Colmec, SpA, Italia)

 

Un estudio elaborado por la empresa Colmec, SpA, nos muestra la ventaja de la utilización de extrusoras con pinos y, particularmente, de las extrusoras de pinos tangenciales (Figura 8).

 Fig. 8 – Comparación de los débitos de las extrusoras convencionales, extrusoras con pinos radiales y extrusoras con pinos tangenciales (Cortesía de Colmec, SpA, Italia)

 

De una manera general, se puede decir que las extrusoras con pinos presentan varias ventajas por encima de las extrusoras convencionales. La utilización del pino contribuye para:

 

Vamos ahora a ver un tipo de extrusora de desarrollo más reciente, en la continuidad del perfeccionamiento de este tipo de equipos. Son las extrusoras del tipo Pin Convert, también designadas por tecnología MCTD (Multi Cut Transfermix Drossel), las cuales han sido particularmente útiles en la preparación de componentes para el fabrico de neumáticos. Estas extrusoras se caracterizan por una relación entre el largo del husillo y su diámetro de 8 a 10, un husillo del tipo Transfermix y la existencia de una hilera de pinos radialmente ajustables, colocada sensiblemente en la parte anterior del husillo (Figura 9).

Fig. 9 – Extrusora del tipo “Pin Convert” (esquema)

 

Este tipo de equipo, necesariamente más compacto, es altamente eficaz en el calentamiento de compuesto de caucho alimentados a frío. La parte anterior del husillo es muy semejante a la de las extrusoras convencionales de alimentación a frío y es normalmente equipada con un rollo de alimentación. La tecnología CTM – Cavity Transfer Mix (Transfermix) fue desarrollada por Martin Dale, de la empresa inglesa RAPRA Technology Ltd. La innovadora concepción de este tipo de equipos tuvo, como objetivo inicial, la creación de un dispositivo complementario para extrusoras, para promover una acción de mezcla distributiva más intensa. Esto se logró por la creación de espacios en la pared de la extrusora y en su propio husillo, como se puede observar en la Figura 9.