Cómo detectar y solucionar problemas en el proceso de secado

Los procesadores de plásticos se enfrentan en el mercado actual con un sinnúmero de retos, aparte de la necesidad de mantener alta calidad y productividad, así como un exigente control de costos. Si el procesador desea cumplir con estos objetivos, es preciso que cada fase del manejo y acondicionamiento de la materia prima funcione de manera eficiente. 

Pero hasta en las empresas y talleres más organizados existe la posibilidad de que las cosas fallen. La clave para evitar este tipo de problemas es identificarlos y saber cómo resolverlos.

La culpa no siempre es del secador
Es importante anotar que en la mayoría de los problemas de procesamiento de materiales plásticos, el proceso de secado no es el culpable. Muchas veces se considera que las fallas del proceso se deben a un mal secado del material, cuando en verdad existen áreas donde los ajustes y valores predeterminados pueden causar productos fuera de especificaciones.

Los problemas de secado son relativamente sencillos de identificar, pero se recomienda la consideración de otros factores que puedan causar la falla. Por ejemplo, las ampollas en partes moldeadas pueden ser ocasionadas por introducir material húmedo o secado de manera inadecuada en la cavidad, pero también pueden ser el resultado de presiones inapropiadas dentro del molde o exceso en la velocidad de rotación del tornillo de extrusión.

Después de aclarar este punto, trataremos algunos problemas comunes que pueden surgir en el proceso de secado, un paso importante en la preparación de la materia prima. Un secado eficiente es crucial para asegurar óptima calidad en el procesamiento de plásticos de ingeniería de alto desempeño. El secado debe ser siempre igual de exigente o, de lo contrario, el material no va a estar en condiciones adecuadas para el procesamiento.

Prevención
No sobra recordar que es mejor prevenir que curar. Aunque este apunte suene obvio, no me disculparé por haberlo traído a colación. Es sorprendente observar la frecuencia con la cual proveedores de maquinaria, como Motan, se encuentran con problemas industriales que pudieron haber sido evitados fácilmente.

Lo primero que debe hacer un empresario es conocer su maquinaria. Asegúrese de que usted y sus operarios conozcan cómo operan las secadoras. Familiarícese con el manual y controle que el mantenimiento se haga de forma programada. Así mismo, revise con frecuencia las piezas móviles de la máquina para identificar a tiempo el desgaste de las partes. Cerciórese de que las conexiones estén bien aseguradas y los filtros limpios, así como de que las mangueras y tuberías se encuentren sin daños.

Si el desempeño de la máquina no es el correcto, contacte al fabricante. Los fabricantes importantes cuentan con ingenieros que se dedican a atender los problemas de las máquinas, y algunas veces una conversación telefónica o un correo electrónico pueden ser suficientes para solucionar el problema sin que un técnico deba revisar la unidad.

También es imperativo que usted conozca los materiales que procesa. Siga con rigor las indicaciones de manipulación y tratamiento de su proveedor de materia prima para almacenamiento, secado, etc. Trabajar con estos datos de los rangos de secado puede traer resultados satisfactorios en procesos de moldeo por inyección, pero es recomendable trabajar en el límite superior del rango para extrusión.

Fundamentos del secado
El propósito del secado es remover una cantidad justa de humedad del material. Existen dos tipos de humedad: la humedad superficial y aquella que se encuentra atada a la estructura del material.

Para obtener los resultados deseados es necesario calcular cuatro parámetros fundamentales en cada requerimiento particular de secado:

• Tiempo de secado – es el tiempo que el material permanece en el tambor de secado.
• Flujo específico de aire seco (ft3/min-lb ó m3/kg por hora) – es el volumen de aire requerido para calentar el material y expulsar la humedad del tambor de secado.
• Temperatura de secado – varía con el material. Por ejemplo: 176°F (80°C) para ABS, 250°F (120°C) para PC, y así para cada resina.
• Punto de rocío del aire presente en el proceso.

La humedad presente en los gránulos se evapora a altas temperaturas de proceso, causando la aparición de franjas en la superficie y, en algunos casos, pequeñas burbujas en la parte moldeada o en el producto semi-terminado. Los polímeros sensibles a hidrólisis también sufren de degradación de sus cadenas moleculares, lo que conlleva a una reducción en sus propiedades físicas. Si el módulo de tensión del material es disminuido, las piezas que fueron diseñadas para ser rígidas pueden doblarse.

Si el compuesto a ser moldeado tiene un bajo contenido de humedad y presenta resistencia al flujo cuando es inyectado dentro de la cavidad, tal vez no sea posible que la humedad escape del material fundido. Puede que la pieza no se vea defectuosa por fuera, pero quizá la estructura esté afectada y cuando la pieza entre en servicio falle prematuramente.

La única forma para prevenir estos daños (incluyendo detenciones en producción, partes rechazadas y devoluciones de clientes) es mediante un secado adecuado.

Revise, mida y esté alerta
Sabiendo de antemano que el contenido de humedad del material y la temperatura son importantes en el procesamiento, se recomienda la compra de los siguientes aparatos de medición:

• Sensores de humedad. Fabricados por Brabender Aquatrac, Arizona Instruments, Computrac y Aboni entre otros.
• Medidores portátiles del punto de rocío. Pueden ser comprados a Vaisala, Endres & Hauser y Arizona Instruments.
• Medidores de temperatura. Se consiguen fácilmente en el mercado.

La mayoría de los secadores actuales viene dotada de alarmas para mostrar en qué parte se encuentra la falla: si es en el filtro, en el calentador o en el ventilador. Las señales de alarma pueden ser presentadas como texto, en pantallas LCD o expuestas gráficamente.

Problemas típicos de los equipos de secado
Fallas del calentador. Los sistemas de secado tienen dos circuitos de calentamiento (cada uno equipado con un calentador), uno de regeneración para el disecante y el otro para el aire que seca el material.

El calentador de proceso ajusta la temperatura correcta del aire para secar el material. La temperatura es el factor más importante en el secado, ya que entre más alta sea, menor es la humedad relativa presente. Si la alarma del calentador se activa o el material sale frío del barril de secado, busque mediante una secuencia lógica la falla del proceso.

Revise el fusible del calentador y los relevos eléctricos dentro de la caja de control. Vea si el termostato está funcionando (por lo general este dispositivo de seguridad se activa al empujar un botón). Tenga en cuenta que cuando desee reajustar el termostato, debe esperar alrededor de quince (15) minutos mientras el sistema se enfría. Si los fusibles y el termostato se encuentran en buenas condiciones al ser revisados, el elemento resistivo que provee el calentamiento puede ser el problema. Los calentadores se encuentran en la parte trasera del secador y para tener acceso a éstos es necesario abrir la caja de conexiones eléctricas. Asegúrese de seguir las recomendaciones de seguridad especificadas en el manual y recuerde siempre desconectar la máquina cuando trabaje en los elementos eléctricos. Con un medidor de resistencia eléctrica, revise si la bobina del calentador se encuentra averiada y si se encuentra conectada a tierra.

En algunos sistemas, el flujo de aire es medido para garantizar un desempeño seguro del calentador. Una forma de identificar si el calentador está averiado es si el flujo de aire del proceso es muy bajo. Esta falla puede resultar de un tubo roto, una unión de tubería mal ajustada o un filtro de aire bloqueado. Para revisar el filtrado abra el alojamiento del filtro de aire y verifique la presencia de polvo o de partículas y, si es necesario, remueva el filtro y límpielo. Ahora encienda el sistema para probar el flujo de aire; si la alarma no es activada, se asegura que la causa de la falla era un mal filtrado.

Un calentador de regeneración averiado va a proveer aire húmedo en vez de aire seco, debido a que los lechos de deshidratación no se están regenerando. Para que el proceso de regeneración se presente es necesario que la temperatura del aire ambiente se eleve hasta 200°C – 250°C, de tal forma que pueda eliminar la humedad y reactive el disecante.

Problemas con el punto de rocío. Un secador en buenas condiciones debería operar con un punto de rocío en el rango de -20°C a -50°C. Los medidores de punto de rocío que vienen con los secadores usualmente muestran rangos de -10°C a 10°C. Tenga cuidado, ya que muchas veces puede tener un medidor defectuoso o dañado, así que si las piezas producidas no presentan problemas, ignore la lectura del medidor.

Si su secador no viene con un medidor de fábrica, compre uno portátil y revise la máquina cada mes. Tenga en cuenta que los secadores no pierden el punto de rocío repentinamente, éste es un proceso lento que puede durar varias semanas.

Otros errores del punto de rocío se pueden deber a tuberías rotas, por lo que se deben revisar los conductos manualmente. También pruebe a la salida del tambor de secado el flujo de aire que retorna. La manera de acceder a él es abriendo la compuerta del tambor; si está caliente (tenga cuidado) significa que el flujo de aire es bueno; si la compuerta está fría, ábrala e intente bloquear el tubo de retorno. Rápidamente verá si el flujo es bueno o no.

Errores frecuentes de secado. Algunos de los errores tienen orígenes sencillos de identificar y se pueden solucionar de manera igualmente fácil. A continuación se presentan los casos más comunes con las soluciones adecuadas para cada uno de ellos.

Desviaciones de la temperatura preseleccionada. Existen varias causas: un sensor mal ubicado, baja sensibilidad del controlador y/o mal ajuste del circuito de control pueden causar fluctuaciones excesivas del sistema y desviaciones del controlador.

Si la capacidad de calentamiento es demasiado alta, los picos excesivos dañarán el material. Para erradicar las fluctuaciones del sistema y establecer el punto de ajuste óptimo en los circuitos de control, dibuje una curva de temperatura vs. tiempo en una gráfica sencilla.

Otras causas pueden incluir resistencias defectuosas o el apagado del calentador por un sensor de sobrecalentamiento.

Eficiencia reducida. Si el secador no está operando correctamente, la causa puede ser un filtro de aire obstruido, lo que resulta en flujo de aire insuficiente y tiempos de secado más prolongados.

Gránulos contaminados. La ausencia de elementos filtrantes o la falta de la compuerta del depósito de gránulos resultan en la contaminación de los mismos, y permiten que el polvo del polímero se escape al ambiente.

Fluctuaciones en el tiempo de secado requerido. El nivel de llenado del calentador se debe mantener constante para que el tiempo sea uniforme.

Rehumedecimiento del material después de un secado adecuado. Si el material secado es dejado en una tolva de alimentación no calentada por más de treinta minutos, es posible que la resina vuelva a recoger humedad del ambiente. En caso de ser necesario un tiempo de espera superior a treinta minutos, una tolva con aislamiento puede prevenir el humedecimiento de la pieza.

Así mismo, largas rutas de transporte del secador a la máquina aceleran el enfriamiento del material, y existe el riesgo de reintegrar humedad a la resina dependiendo de la humedad relativa del aire presente. La forma de controlar este factor es empleando transporte por vacío o con aire seco dehumidificado, proveniente de una máquina secadora de aire.

Consumo excesivo de energía. Los tambores de secado modernos están aislados térmicamente, asegurando la eficiencia máxima del consumo de energía.

Apelmazamiento de gránulos. El flujo de aire secante a temperaturas muy elevadas puede inducir sinterización prematura de los gránulos, lo que causa un flujo disparejo del material. Esto significa que parte del material está siendo procesado sin estar libre de humedad.

Las causas principales son temperatura excesiva de secado, fluctuaciones del sistema u obstrucción del filtro de succión.

Cambio de color. Prolongados tiempos de secado pueden inducir degradación del material y decoloración del mismo.

Errores en secadores de aire seco
Desempeño desigual de tambores de secado. Cuando un sólo generador de aire seco es usado para múltiples tambores de secado, el flujo de aire desigual puede ser causado por niveles de llenado desiguales en los tambores, ó también por un mal ajuste de la distribución del aire. El uso de medidores de flujo puede ser la solución.

Temperatura del aire de retorno excesivamente alta. El aire de retorno debe ser enfriado a la temperatura de operación del disecante; alrededor de 50°C.

Bajo o nulo desempeño de secado. Dado que el disecante se degrada con el tiempo, debe reemplazarse siempre dentro del tiempo de servicio especificado. La vida útil oscila entre dos y tres años.

Resumen
Secar correctamente el material y asegurar que se logra un nivel de secado suficiente, además del apropiado monitoreo del proceso, son aspectos fundamentales en el control de calidad de las piezas moldeadas y semi-terminadas.

Un nivel suficiente de secado contribuye a la reducción de costos, por medio de la disminución de paradas de producción y devoluciones. Además, una vez el material ha sufrido degradación electrolítica, no puede volver a ser usado.

Las reglas son simples. Hay que entender el proceso, comprender los conceptos básicos y saber qué problemas se pueden presentar y cómo se pueden solucionar. Sólo hasta entonces podrá usted estar seguro de obtener secado del material completo, eficiente y libre de problemas.