El enfriamiento en inyección genera grandes limitaciones al momento de hacer más eficientes los tiempos de ciclo, debido a diferentes condiciones del proceso y el producto.
El proceso de inyección de termoplásticos como proceso de producción se divide en varias etapas: apertura, cierre, plastificación, llenado volumétrico y gravimétrico, enfriamiento y expulsión. Algunas se desarrollan simultáneamente, otras de manera secuencial.
El tiempo que se requiere para cada una de ellas depende de las características del producto (peso, espesor, longitud de flujo, material, entre otras). Otras por especificaciones de la máquina (capacidad de plastificación, velocidad de inyección, presión máxima de inyección, velocidades de apertura, cierre y expulsión).
El enfriamiento, de manera reiterada, se presenta como una de las etapas que mayores limitaciones genera en el momento de pretender hacer más eficientes los tiempos de ciclo. Esto es básicamente, por las condiciones térmicas del material, las condiciones del proceso y las características geométricas del producto (espesor).
Los sistemas centralizados de refrigeración
Por mucho tiempo, las plantas de inyección de termoplásticos han sido conceptualizadas con sistemas centralizados de enfriamiento, tanto para moldes como para la refrigeración de las gargantas de las máquinas y los sistemas de potencia.
Una de las principales razones para concebir el sistema de enfriamiento de esta manera es que se trata de inversiones que pueden llegar a ser importantes dentro de los montajes de plantas.
En la medida que se disponga de varias máquinas y los equipos auxiliares de refrigeración se puedan dimensionar para que suplan la capacidad de varias inyectoras al mismo tiempo, la inversión en estos sistemas puede distribuirse y ser más asimilable.
Otro motivo por el cual los sistemas centralizados han sido usados por mucho tiempo tiene que ver con la disponibilidad en el mercado de equipos pequeños de refrigeración, con eficiencias competitivas.
Así como se piensa habitualmente en sistemas centralizados, también es muy habitual encontrar que no necesariamente están bien conceptualizados o aplicados.
Quiere decir esto que, aunque se piensen y visualicen para varias máquinas inyectoras, no se tienen en cuenta todos los elementos que permitan un adecuado manejo de las variables principales de estos sistemas: caudal, presión y temperatura.
Características
Un sistema centralizado, además de involucrar un equipo de enfriamiento de refrigerante, también está compuesto por:
- Tuberías de alimentación y retorno
- Válvulas de corte
- Bombas
- Tanques
- Elementos de medición
- Elementos de control (válvulas de regulación)
Todos estos elementos están pensados para llevar la cantidad de refrigerante requerido a cada uno de los puntos donde es demandado, con el menor compromiso energético posible, partiendo siempre de los requerimientos del producto.
Aquí, el correcto diseño de la red de tuberías es tan importante como el correcto dimensionamiento de los equipos de bombeo. El único punto del sistema donde interesa tener caídas de presión importantes es al interior del molde.
Cuando las plantas tienen una mezcla muy diversa en términos de características de producto (masa, espesor) o de materiales, un sistema centralizado de refrigeración puede tener algunas limitaciones e inducir en algunos casos errores que repercuten en productividad y calidad.
Los procesos de crecimiento de las plantas de producción normalmente obedecen a los requerimientos del mercado. Sucede que, en la premura de resolver la necesidad de instalar más máquinas en la planta, se realizan extensiones de las redes de tuberías y, como consecuencia, se tienen disponibilidades menores a las esperadas de refrigerante en cada uno de los puntos de consumo, lo que limita la eficiencia del proceso.
Los sistemas están dimensionados para una potencia de refrigeración y un caudal establecido. Cuando se presentan valles de consumo para los que no están preparados, resultan sobredimensionados, sin poder ajustarse lo suficiente, operando de una manera energéticamente ineficiente.
l tratarse de sistemas centralizados configurados con una menor cantidad de equipos de mayor tamaño, resulta más sencillo el mantenimiento; sin embargo, también existe un riesgo mayor en casos de fallo catastrófico, convirtiéndolos en equipos de alta criticidad.
Los sistemas a pie de máquina
Resultan como respuesta a la necesidad de modulación, de la mano de la tecnología que proporciona equipos de refrigeración pequeños en capacidad, comparada con la de un sistema centralizado.
Con una posibilidad de administración casi independiente en cada una de las máquinas, ofrecen una gestión de variables (caudal, presión, temperatura) sencilla, facilitando combinaciones de tamaños de productos y diversidad de materiales. Claramente se trata de alternativas que le apuntan a la versatilidad.
Si bien disminuye su criticidad por tratarse de tantos equipos como máquinas inyectoras disponga la planta, y su impacto por daño catastrófico sería menor, también aumenta la complejidad del mantenimiento, dada la cantidad. El sistema se simplifica, por ejemplo, por el requerimiento de sistemas de tuberías.
Las alternativas de equipos de pie de máquina refrigerados por aire los hace prácticamente independientes, so pena de la liberación de “aire caliente” a la planta o, en su defecto, la instalación de ductos para la evacuación de este.
La utilización de equipos refrigerados por agua representará aproximadamente un 50 % de disminución de la complejidad de la red de tuberías respecto al sistema centralizado.
De la misma manera que en los equipos de refrigeración para sistemas centralizados, los equipos de pie de máquina normalmente son dimensionados en términos de potencia de refrigeración.
A diferencia de los equipos que atienden varias máquinas, en los individuales las variable del caudal y presión son definidos de manera muy específica, dependiendo de la aplicación. El caudal nunca se puede perder de vista y es tan importante como la potencia de refrigeración.
El enfriamiento de los sistemas hidráulicos y las gargantas de las máquinas inyectoras
Aunque este artículo se refiere principalmente a la refrigeración de las piezas inyectadas, se quiere hacer una mención especial a la refrigeración de garganta y sistemas de potencia (electrohidráulicos o incluso los eléctricos).
Siempre serán potencias de refrigeración inferiores a las de las piezas plásticas, pero son igualmente importantes. El control de la temperatura de la garganta es crucial para el correcto proceso de plastificación y concretamente el proceso de arrastre en la zona de alimentación.
De la misma manera, mantener el aceite a la temperatura correcta o en su defecto de los servomotores, es crucial. Por esto, no se puede dejar de lado esta parte del sistema de refrigeración. Lo que se recomienda es no realizarlo con agua de chiller, principalmente en el caso de los sistemas hidráulicos.
