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Tiempo de residencia y su distribución, parte 2: cómo se distribuye

Cada molécula en el producto moldeado puede tener un tiempo de residencia diferente. Esta variación se refleja en la distribución del tiempo de residencia, que puede aprender a determinar a continuación.

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En la Parte 1 de esta serie discutimos la teoría detrás del tiempo de residencia y por qué no es fácil calcularlo. Se presentó una fórmula ampliamente utilizada y se analizó un método práctico para determinar el tiempo de residencia. Ahora nos centraremos en la distribución del tiempo de residencia.

El cálculo del tiempo de residencia real se complica por la distribución del tiempo de residencia. La función del tornillo no es solo transportar el plástico al frente del barril, sino también mezclar las moléculas de plástico y los aditivos entre sí para proporcionar una masa fundida homogénea para su procesamiento.

En un experimento, se introdujo un pellet de color rojo en el barril y las piezas se recogieron secuencialmente. El color empezó a aparecer en el tercer disparo y se fue mezclando en los siguientes cinco disparos. Para nuestros cálculos usamos dos disparos y medio, ya que aproximadamente la mitad de la pieza está coloreada. Esto muestra que las moléculas de un pellet que pesa 0,18 g se distribuyeron en cinco inyecciones que, en conjunto, pesaban 147.51 g. En otras palabras, la introducción del aditivo al 0.12 % provocó la distribución del color en los cinco disparos, lo que indica una mezcla bastante eficaz.

Esto también indica que algunas moléculas permanecieron en el barril durante aproximadamente dos disparos y medio y otras durante unos cinco disparos. El tiempo del ciclo en esta parte es de 25 segundos, por lo tanto, una molécula que ingresa a la garganta de alimentación puede estar dentro del barril entre 62 y 125 segundos. Esto muestra que hay una distribución de tiempo, es decir, no hay un solo tiempo que podamos considerar como el tiempo de residencia. Este rango se conoce como distribución del tiempo de residencia y se muestra gráficamente en la Fig. 1.

Las mismas partes, el mismo lote y tiempos de residencia diferentes.

Distribución del tiempo de residencia.

FIG 1. En un experimento, se dejó caer un pellet rojo en el barril y las piezas se recolectaron secuencialmente. El color apareció en el tercer disparo y se distribuyó en las cinco siguientes.

La buena noticia es que esta distribución está sesgada a la derecha y la mayoría de las moléculas están sujetas a un tiempo de residencia en el rango inferior. El número de moléculas en la cola de la curva de distribución es significativamente menor que en el pico. También se mezclan con una mayor cantidad de material con menor tiempo de residencia y esto ayuda a mantener las propiedades.

Nuevamente, considere el ejemplo discutido en la Parte 1 de este artículo, que presentaba un tiempo de ciclo de 25 segundos. Si ahora toma una pieza moldeada del ciclo de producción, entonces esa pieza contendrá material con un tiempo de residencia de 62 segundos y una gran cantidad de plástico con un tiempo de residencia de 75 segundos. Durante los siguientes tres disparos hay una disminución gradual del material con tiempos de residencia de 100, 125 y 150 segundos.

El número 62 es una aproximación basada en el supuesto de que la mitad de la pieza tiene color. Claramente, hay partes del material sin mezcla de ningún color. Los números mencionados antes son arbitrarios, seleccionados para representar la distribución local. En realidad, es una distribución continua, como se representa en la Fig. 2.

Porcentaje de moléculas vs. tiempo de residencia

FIG 2 Durante un ciclo de producción, las moléculas dentro de las piezas experimentarán diferentes tiempos de residencia.

El tema del tiempo de residencia es complicado, pero reviste importancia entenderlo, puesto que desempeña un papel fundamental en el procesamiento. El método más común para calcular el tiempo de residencia se da a continuación en una fórmula efectiva y práctica:

Tiempo de residencia = Número de disparos en el barril × Tiempo de ciclo

Donde el número de disparos en el barril = capacidad máxima de disparo de la máquina/peso del disparo.

En el experimento anterior, el material usado fue PS, que tiene una densidad de 1.06 g/cc. Una capacidad de disparo de la máquina de 100 g significaría que la máquina es capaz de contener 100 g de PS. Sin embargo, si el material que se moldea es PBT, con una densidad de 1.33, el mismo volumen en el barril ahora tendrá un peso mayor. Eso significa que la capacidad máxima de disparo en gramos de PBT será mayor. Así,

Tamaño de disparo en material A = (Tamaño de disparo en PS ÷ 1.06) × Densidad del material A

En el caso del PBT sería:

Tamaño de disparo en PBT = (100 ÷ 1.06) × 1.33 = 125.47 g

Para todos los cálculos se debe hacer la conversión al material que se moldea. Alternativamente, el peso del disparo en el material que se moldea se puede convertir al peso del disparo en PS.

Inclusión de canales calientes

Si el molde en cuestión está provisto de un canal caliente, entonces el tiempo de residencia en el sistema de canal caliente debe sumarse al tiempo de residencia en el barril. Los fabricantes de canales calientes pueden suministrar el volumen del sistema. Multiplicar el volumen por la densidad en fundido del PS dará el peso en el distribuidor. La densidad en fundido del PS es 0.945 g/cc. De manera similar a los cálculos anteriores, el peso del plástico en el distribuidor se divide entre el peso de la inyección. El resultado es el número de inyecciones en el distribuidor.

Si no es posible obtener esta información del fabricante, podría colocar solo un pellet de plástico de color oscuro compatible en el orificio de la punta de la boquilla de la máquina y esperar para asegurarse de que esté fundido. Con el pellet en su lugar, comience a moldear y cuente los disparos hasta que aparezcan las primeras partes de color para calcular el número de disparos en el distribuidor.

Nota: Tenga mucho cuidado al realizar estos experimentos. Use guantes, mangas largas, gafas y otros equipos de seguridad necesarios antes de realizar estos estudios.

Acerca del Autor

Suhas Kulkarni

Es presidente de Fimmtech Inc., que se especializa en servicios y capacitación relacionados con el moldeo por inyección de plástico. Obtuvo su maestría en Ingeniería de Plásticos en la Universidad de Massachusetts, Lowell, así como una licenciatura en Ingeniería de Polímeros en la Universidad de Poona, India. Tiene 27 años de experiencia como ingeniero de procesos y es autor de Robust Process Development and Scientific Moulding, publicado por Hanser Publications, ahora en su segunda edición. También trabaja como miembro de la facultad en U. Mass., Lowell. Contacto: suhas@fimmtech.com; fimmtech.com.

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