Molinos o Mezcladores Abiertos

 
Constitución

Este tipo de mezcladores es también designado por mezclador o molino de rodillos, de rollos o de cilindros. En inglés open mills. Ver la Figura 6.

 Fig. 6 – Molino abierto con 2100 * 710 * 710 mm

Cortesía de la empresa Carter International, LTD, Inglaterra

 

Un molino abierto es constituido por dos rodillos, por lo general de igual diámetro D, con dos ejes paralelos, que rotan en sentidos opuestos (Figura 7). Estos cilindros son fabricados en acero fundido.

Fig. 7 – Molino abierto (esquemático)

 

Los rodillos tienen velocidades de rotación distintas; el rodillo delantero es un poco más lento que el rodillo trasero y opera, por lo general con temperatura superior a la del rodillo trasero. La relación entre las velocidades de los dos rodillos Vf/Vt es la llamada relación de fricción o razón de fricción. La relación de fricción varia, por lo general, entre 1:1.05 y 1:1.20. En algunos tipos de molinos abiertos existe la posibilidad de variar la velocidad de los rodillos y de variar la relación de fricción.

La separación entre las superficies de los dos rodillos N, medida diametralmente, es aproximadamente el espesor de la manta de caucho formada en el rodillo delantero; en inglés se llama nip. La separación entre las dos superficies de los rodillos se puede ajustar por sistemas manuales o por sistemas motorizados. La cantidad de caucho que excede el volumen de la manta que envuelve el rodillo delantero y se ubica entre los dos rodillos, es el llamado banco (en inglés, bank). Este material, gracias a la adhesividad del compuesto de caucho y de las fuerzas gravitacionales, tangenciales y de fricción, va a sustituir parte del material que envuelve el rodillo delantero, lo que va a promocionar la incorporación de los diversos ingredientes, su dispersión y la homogeneización del compuesto.

En los dos extremos de los rodillos y en su parte superior existen las llamadas guías (Figura 8), que tienen la función de impedir que la masa de materiales que envuelve el rodillo delantero y el banco de caucho huyan por los extremos y se pierdan.

 

Fig. 8 – Molino abierto – guías laterales

 

Por debajo de estos rodillos hay una charola (Figura 9) que tiene por finalidad retener los ingredientes de la mezcla que, lanzados en el espacio entre los dos rodillos, no sean de inmediato incorporados en la masa de caucho y se caigan. El operador los puede agarrar con la ayuda de un cepillo y una pala y regresarlos de nuevo entre los rodillos, hasta que sean completamente incorporados.

 Fig. 9 – Molino abierto: es visible la charola bajo los cilindros

(Cortesía de la empresa Pelmar Engineering, Ltd)

 

Es necesario que el operador esté bien sensibilizado para estas recuperaciones de los ingredientes, evitando así que el compuesto se quede adulterado por la pérdida de estos, por veces con consecuencias bien gravosas (perdida de cargas, perdida de aceleradores o de agentes de vulcanización, de pigmentos colorantes, etc.). como sean:

  • Cambio de sus propiedades – densidad, dureza, módulo, tensión de ruptura, elongación a la ruptura, resistencia al desgarre, resistencia a la abrasión, etc.;
  • Alteración de los parámetros de vulcanización, como el tiempo de prevulcanización, velocidad de vulcanización, binario máximo y mínimo (obtenido en las curvas reométricas);
  • Alteraciones en el color.

Los rodillos son huecos o perforados (Figura 10) y en su interior circula agua de enfriamiento o vapor de calentamiento. Estos fluidos son alimentados por medio de tuberías existentes en los ejes de los rodillos; de esta manera, es posible regular y controlar su temperatura. 

Fig. 10 – Molinos abiertos – Sistemas de enfriamiento

 

Cuando está en operación, el caucho tiene una tendencia normal para formar banda en el rollo delantero, que es el más lento y caliente. Pero, en muchas situaciones, el caucho tiene tendencia a formar banda en el rodillo trasero, que a veces plantea dificultades en el procesamiento.

Para cada molino abierto o de rodillos, con determinada relación de fricción, trabajando con determinada distancia de separación entre los rodillos, con determinado compuesto de caucho y a determinada temperatura, se puede determinar el llamado índice de transición de la banda, del rodillo delantero hacia el trasero (Figura 11), que tiene la siguiente expresión (Formula 1):

Formula 1

En la cual:

  • I* = índice de transición;
  • f = razón o relación de fricción;
  • N* = distancia entre rodillos en los cuales se hace la transición de la manta del rodillo delantero hacia el trasero, para un determinado compuesto de caucho y determinada temperatura;
  • R = radio del rodillo del molino.

 

Fig. 11 – El fenómeno de la transición de la manta de caucho, del rodillo delantero hacia el rodillo trasero

 

Conocido este valor I*, va a ser fácil el ajuste de la distancia entre rodillos, de manera a que la banda del compuesto de caucho se forme siempre en el rodillo delantero (fórmula 2):

Formula 2

En la cual:

  • Na = distancia entre rodillos, para que no ocurra la transición de la manta de caucho hacia el rodillo trasero, en el molino abierto en cuestión, para un determinado compuesto de caucho ya una determinada temperatura;
  • I* = índice de transición;
  • f = razón de fricción;
  • R = Radio del rodillo del molino.

El valor de Na cambia, como se lo ha dicho, con el compuesto de caucho y con la temperatura. La variación con el compuesto de caucho tiene que ver con su adhesividad a la superficie de los rodillos del molino y esta también es dependiente del estado superficial de los rodillos, o sea, de su grado de rugosidad. Con los rodillos que tengan la superficie menos pulida, la adhesividad del compuesto va a ser mayor, pues mayor va a ser también el área de contacto. A la medida que la temperatura de los rodillos sube, disminuye el valor de I*.

El desconocimiento de este fenómeno lleva muchas veces a la toma de medidas empíricas, coma sea: mojar el rodillo delantero con leche o engrasar el rodillo trasero con ácido esteárico. Pero esta última medida introduce cambios en el compuesto de caucho, por la inevitable incorporación de más acido esteárico, lo que puede retrasar la vulcanización.

 

En el inicio de la operación de mezcla, la formación de una manta homogénea de caucho (natural o sintético), representa una fase crítica en el proceso. Esto es particularmente crítico con el caucho natural, polímero que presenta, en ciertos tipos, un nervio muy elevado. En este paso, el alejamiento entre los rodillos debe ser muy pequeño, para que la componente de fuerza H no sea muy grande y el material no sea forzado a pasar, en grande cantidad, entre los rodillos de lo que tendremos una fuerza horizontal – la fuerza de alejamiento F muy elevada (Figura 12), lo que, a ocurrir, puede dañar gravemente el molino o causar la fractura del rodillo o de los rodillos.

También el motor de accionamiento puede sufrir daños, a causa de los elevados consumos de energía, traducidos en elevada intensidad de corriente. Para eliminar riesgos de daños más graves, los molinos abiertos necesitan pueden tener un sistema de fusibles mecánicos, que son por lo general discos de hierro fundido, con adecuada resistencia, inseridos en el sistema de regulación de alejamiento de los rodillos.

 Fig. 12 – Molino abierto. Fuerza de alejamiento de los rodillos

 

Un aspecto muy importante relacionado con este tipo de equipo y también muchas veces ignorado es el dimensionamiento de las cargas a mezclar. En la secuencia de la presentación de la Tabla 1, en donde hablamos del volumen de carga, se ha dicho entonces que el volumen de carga para un molino abierto (de rodillos o cilindros), con 1500 x 550 mm, era de 43.1 litros.

¿Como alcanzamos este número? Veamos enseguida.