¿Qué opciones hay para secar plásticos?

Los muchos, y variados, tipos de resinas que se emplean a diario en la industria plástica moderna demandan un profundo entendimiento de las diferentes tecnologías de secado, para eliminar la humedad de los gránulos plásticos exactamente en el nivel requerido.

Con el fin de alcanzar una calidad de producto alta y, por ende, reducir los rechazos, mejorar la productividad y controlar de cerca los costos de producción, es vital que los procesadores seleccionen el método de secado más apropiado para su operación.

En este artículo revisaremos las diferentes tecnologías de secado disponibles hoy en el mercado. Describiremos la forma en que cada método actúa, y presentaremos las ventajas y beneficios de cada tecnología. Más importante, explicaremos cuándo se debe usar una tecnología de secado en particular, en vez de usar otras. Hacer la elección correcta es uno de los factores más importantes para tener una operación eficiente y rentable.

Además, presentaremos una tabla comparando el consumo de energía y tiempo empleado en las tecnologías de secado que se estudian a continuación.

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La importancia de un secado preciso
Primero, una breve explicación de la forma en que el material plástico interactúa con la humedad que se transporta en el aire. Entender esto guiará la decisión sobre el equipo de secado.

El aire ambiental siempre contiene agua en forma de vapor. A medida que aumenta la temperatura del aire, aumenta también su contenido de agua, conocido como "humedad relativa". Ésta define el nivel de saturación del aire con agua a una temperatura específica.

Los sólidos, como los gránulos de plástico, pueden tomar la humedad del aire de dos formas: superficial e interna. Si un material no higroscópico sólido y frío se encuentra inmerso en aire caliente, la humedad se condensará en su superficie. Los materiales higroscópicos, de otro lado, toman moléculas de agua del aire y las insertan dentro de su estructura molecular. Esto se conoce como humedad interna.

Todos los plásticos higroscópicos tienen su propia capacidad específica de absorción de agua. El nivel de humedad alcanzado está determinado por condiciones externas: temperatura, humedad y tiempo. En el proceso de secado, esto se conoce como humedad de arranque. Las humedades de arranque típicas están en el rango entre 0,1 y 2,0%. El contenido de humedad del granulado variará, naturalmente, con los niveles de humedad ambiental de los diferentes tiempos del año.

La humedad superficial en los gránulos se evaporará a las temperaturas de proceso, conllevando a la aparición de burbujas y vetas. La humedad interna puede desencadenar una reacción química en los materiales hidrolíticamente sensibles, conllevando a rupturas en la cadena molecular y reduciendo la resistencia mecánica. El remedio es secar de manera suficiente y apropiada, para asegurar una calidad consistente de producto y prevenir rechazos. Manteniendo un contenido de humedad residual constante y definido en los gránulos de plástico, la repetibilidad y los parámetros de operación se mantendrán constantes y precisos.

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Las opciones de secado
Vamos ahora a las tecnologías en sí. Debemos concentrarnos en las tecnologías de secado más ampliamente usadas, no sólo porque son apropiadas para casi todos los materiales de la industria; además están probadas, se encuentran disponibles y son costo efectivas. Otros dos sistemas deben mencionarse, sin embargo, de manera breve. Ambos están orientados al secado de materiales higroscópicos:

Secado por vacío. Es apropiado para el secado de materiales sensibles al calor con capacidad de cristalización. El gran beneficio de este tipo de secadores es que tienen un tiempo de ciclo muy corto comparados con otras opciones disponibles. Funcionan por lotes, de forma que si el principal criterio es incrementar la productividad en base a lotes, y no en forma continua, el secado por vacío es una opción que vale la pena investigar.

Sin embargo, requieren una inversión inicial alta, y los sellos de vacío son susceptibles a contaminación con partículas de polvo.

Secadores infrarrojos. Esta tecnología relativamente nueva, sólo se diferencia del secado con aire caliente –que se encuentra descrito abajo- en la naturaleza de la generación del calor. Los secadores infrarrojos hacen un uso eficiente de la energía, mantienen bajos niveles de polvo y requieren un corto tiempo de residencia. El secado infrarrojo cristaliza el PET. La superficie del material a granel se calienta rápidamente, pero no es fácil mantener un control de temperatura a través de toda la masa del material. Los secadores infrarrojos han probado ser muy efectivos en algunos materiales no-plásticos, como café y madera. Sin embargo, la tecnología en nuestra industria no está completamente probada, y los secadores de este tipo aún representan una alta inversión, además de requerir mantenimiento intensivo.

Antes de entrar con más detalle en los métodos de secado más ampliamente usados, conviene recordar los cuatro parámetros básicos para el secado de gránulos plásticos. Estos parámetros se afectan mutuamente y determinan en forma decisiva el proceso de secado; por tanto deben ser calculados para cada requerimiento de secado en particular:

• Secado, o tiempo de residencia: es el tiempo que el material demora en la cámara de secado.
• Flujo específico de aire (ft3/min-lb por hora o m3/kg): es el volumen de aire requerido para calentar el material y extraer la humedad fuera de la recámara.
• Temperatura de secado: varía para cada material; por ejemplo, es de 80°C para el ABS, y alcanza 120°C para el policarbonato.
• Punto de rocío del aire de proceso: el punto de rocío se define como la temperatura a la cual un gas (aire, en este caso) debe ser enfriado para producir condensación.

Cuando se determina el nivel de cada parámetro, debe darse prioridad a dos aspectos: la naturaleza del producto y la viabilidad económica. Recuerde que en circunstancias normales, incrementar o mejorar un parámetro irá en detrimento de los otros.

Calentadores de aire caliente. La tecnología de secado con aire caliente se ha probado ampliamente en la industria para remover la humedad superficial de los gránulos. Aunque no es apropiada para aplicaciones higroscópicas, los secadores de aire caliente se usan ocasionalmente para materiales bajamente higroscópicos en aplicaciones de procesamiento no susceptibles a este efecto. Además sirven para pre-calentar el material con el fin de incrementar el desempeño y la calidad de los procesos de producción.

Los calentadores de aire caliente hoy en día son unidades compactas que se montan directamente en la garganta de alimentación de la máquina, reduciendo la posibilidad de contaminación o reabsorción de humedad. Una brida en la tapa hace posible el ajuste con una tolva de alimentación para hacer la alimentación y el secado en un proceso continuo.

El aire ambiental se succiona a través de un filtro, se calienta y se alimenta a través de la recámara de secado. El aire de salida puede reintroducirse al ciclo. Las recámaras de secado completamente aisladas mejoran el consumo energético y un difusor provee un óptimo nivel de difusión de calor a través del material. Las unidades tienen un precio menor, y son apropiadas para todos los climas, excepto los tropicales.

Secadores de desecante. Estos secadores se adaptan a todos los materiales, de tal forma que aunque cambie el programa de producción, el equipo podrá mantenerse en funcionamiento. Con múltiples alternativas para diferentes fabricantes, el secado con desecante es un sector bastante bien servido. Existen diversos tipos de unidades, desde sistemas centralizados hasta unidades móviles para instalar al lado de la prensa. Hay varios datos con respecto al desempeño y al diseño que deben ser considerados.

En breve: los secadores de desecante usan aire en un ciclo cerrado dirigido hacia el deshumidificador y a través del material en la recámara de secado.

En detalle: primero el aire es deshumidificado haciéndolo pasar a través del agente desecante. Hoy en día, esto está usualmente constituido por un tamiz molecular de silicato de aluminio alcalino. Aunque es relativamente costoso, es efectivo en la absorción de agua del aire con baja humedad y tiene vida de servicio larga.

El aire posteriormente se calienta a la temperatura de secado específica de cada material. Este aire caliente y sin humedad se hace pasar a través del material para remover las moléculas de agua. Posteriormente se hace pasar nuevamente por el tamiz molecular en un ciclo continuo. Después de que el tiempo de secado recomendado ha terminado, el material puede procesarse sin problemas. Las camas gemelas de desecante permiten hacer un secado continuo, si una cama permanece en regeneración mientras la otra se mantiene activa.

Un bajo punto de rocío, usualmente en –20°C, es suficiente para secar la mayoría de materiales higroscópicos al nivel de humedad residual necesario para el procesamiento. Esto proveerá un secado más rápido, un contenido absoluto de agua menor en el aire y una humedad residual inferior en el material. Sin embargo, tenga en mente que si el punto de rocío es extremadamente bajo, se desperdicia una gran cantidad de energía.

Con factores como recuperación de energía desde el aire de retorno y recámaras de aislamiento perfectamente aisladas, puede mejorarse la economía de los secadores de desecante.

Secadores de aire comprimido
Para capacidades pequeñas, alrededor de 25 kg/hr, los secadores de aire comprimido son una opción importante. Los secadores modernos de este tipo no son costosos y pueden instalarse fácilmente, ya sea en forma directa sobre la garganta de alimentación o en un marco de soporte adyacente. Todos los tipos de material pueden secarse de esta forma y el desempeño del secado continuo es altamente eficiente. No hay partes moviéndose, de tal forma que la operación es sencilla y los costos de mantenimiento se reducen.

Estos secadores toman aire comprimido de la línea de suministro de la planta, y lo expanden a presión atmosférica. Esto genera aire de proceso con un punto de rocío muy bajo que después se calienta a la temperatura ambiente requerida. No se requiere desecante. Las unidades modernas incorporan todos los factores de seguridad que uno esperaría, incluyendo un termostato y un interruptor de bajo flujo de aire, para evitar el sobrecalentamiento del material.

Pero, y esto es importante, el aire comprimido es el suministro más costoso en cualquier planta. Así que a menos que el flujo de material a secar sea bajo, esta no es una opción rentable.

Resumen
Considere sus requerimientos presentes y piense también qué recursos de secado necesitará en el futuro. Si procesa varios materiales en una operación continua, o en lotes frecuentes, probablemente la mejor opción es un secador de desecante. Si su flujo de material es consistentemente bajo, los secadores de aire comprimido proveen una solución eficiente y precisa. El aire caliente es una buena técnica cuando lo que se necesita hacer es remover humedad superficial. En cualquier caso, la eficiencia en la operación y la calidad están vinculadas a un secado adecuado.

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