Menú de contenido
● El papel de la viscosidad en la extrusión de plástico
● Cómo funciona la medición de la viscosidad en línea
>> 1. Visco-P de Promix Solutions
>> 2. SOflux de Sofraser
>> 3. Sensores blandos de caja gris mejorados con IA
● Beneficios de la medición de la viscosidad en línea en maquinaria de extrusión de plásticos
>> Estabilidad del proceso
>> Optimización de costos
>> Mejora de la calidad
● Estudios de casos de implementación
>> Caso 1: Optimización del aislamiento de tuberías XPE
>> Caso 2: Producción de tuberías de HDPE reciclado
● Integración con los ecosistemas de la Industria 4.0
>> Los sistemas modernos permiten la digitalización de extremo a extremo a través de:
>> Métricas clave de rendimiento:
● Abordar los desafíos de la alta viscosidad
>> 1. Tecnología de resonancia de Sofraser
>> 2. Compensación de corte de Promix
● Conclusión
● Preguntas frecuentes
>> 1. ¿Cómo maneja la medición de la viscosidad en línea las variaciones de colorante?
>> 2. ¿Cuál es el cronograma de retorno de la inversión para estos sistemas?
>> 3. ¿Pueden los sistemas monitorear los polímeros ramificados de manera diferente?
>> 4. ¿Con qué frecuencia es necesario calibrar los sensores?
>> 5. ¿Estos sistemas funcionan con líneas de coextrusión?
● Citas:
Medición de viscosidad en línea en plásticos La maquinaria de extrusión ha revolucionado el procesamiento de polímeros al permitir el monitoreo y la optimización en tiempo real de las propiedades del flujo de fusión. Esta tecnología aborda desafíos críticos en la extrusión de espuma, la producción de láminas y la fabricación de perfiles al proporcionar datos procesables para estabilizar procesos, reducir defectos y reducir costos de materiales. A continuación, exploramos sus mecanismos, beneficios y aplicaciones industriales a través de análisis técnicos detallados y estudios de casos.
El papel de la viscosidad en la extrusión de plástico
La viscosidad determina cómo el polímero fundido fluye a través de las matrices de extrusión, lo que influye en:
- Densidad de la espuma (p. ej., espumas XPS, XPE o XPET)
- Uniformidad del espesor de pared en tuberías y películas.
- Calidad del acabado superficial
- Propiedades mecánicas como resistencia a la tracción.
Los métodos tradicionales fuera de línea (por ejemplo, reómetros capilares) introducen retrasos de 30 a 60 minutos para el enfriamiento y las pruebas de las muestras[7], lo que los hace inadecuados para ajustes dinámicos del proceso. Un estudio de 2019 que comparó métodos en línea y fuera de línea mostró una discrepancia del 32 % en las lecturas de viscosidad con un contenido de humedad del 35 % [7], lo que destaca los riesgos de confiar en mediciones indirectas. Por el contrario, los sistemas en línea como Visco-P de Promix y SOflux de Sofraser miden la viscosidad directamente en la corriente fundida con un error <5%[3], lo que permite correcciones inmediatas.
Cómo funciona la medición de la viscosidad en línea
Los viscosímetros en línea modernos combinan tecnología de sensores avanzada con capacidades de Industria 4.0 para analizar el comportamiento de la masa fundida bajo velocidades de corte reales (0–1000 s⁻⊃1;) y temperaturas (100–350 °C). Tres arquitecturas clave dominan el mercado:
1. Visco-P de Promix Solutions
- El diseño modular integra un reómetro capilar con un mezclador de enfriamiento P1 para homogeneizar la temperatura (±1,5°C)[6].
- Convierte la viscosidad en tiempo real en índice de flujo de fusión (MFR) para poliolefinas o viscosidad intrínseca (IV) para PET[4].
- Incluye almacenamiento de datos durante 12 meses e informes Cp/Cpk automatizados para el control estadístico del proceso[6].
2. SOflux de Sofraser
- La tecnología de sensor de vibración maneja viscosidades de hasta 1.000.000 mPa·s con una pérdida de carga <2%[1].
- El diseño autolimpiante evita la acumulación de material durante la extrusión reactiva[3].
3. Sensores blandos de caja gris mejorados con IA
- El sistema híbrido de la Universidad de Manchester combina modelos basados en la física con redes neuronales profundas.
- Logra una precisión de predicción del 95 % para los cambios de viscosidad causados por la velocidad del tornillo (100–300 rpm) y las variaciones de temperatura[5].
- Elimina la necesidad de reómetros invasivos manteniendo el rendimiento[5].
Beneficios de la medición de la viscosidad en línea en maquinaria de extrusión de plásticos
Estabilidad del proceso
- Detecta fluctuaciones de viscosidad tan pequeñas como 500 Pa·s causadas por:
- ±5% de contenido de material reciclado
- ±0,5% de variaciones del agente espumante[6]
- Variaciones de temperatura de ±3°C
- Estudio de caso: El ajuste de los niveles de isobutano en la producción de espuma XPE redujo la viscosidad de 20.000 Pa·s a 9.000 Pa·s, estabilizando la densidad de la estructura celular a ±1,5 kg/m³[6].
Optimización de costos
- Reduce las tasas de desperdicio en un 30% mediante la detección temprana de fallas[6].
- Permite el uso de materiales triturados entre un 15 % y un 20 % más económicos sin pérdida de calidad[1].
Mejora de la calidad
- Mejora la uniformidad de las células de espuma (CV <8 % frente a 15 % fuera de línea[7]).
- Aumenta la velocidad de producción en un 22% en la extrusión de láminas de PET mediante un control IV preciso[4].
| Parámetro |
Método tradicional |
Medición en línea |
| Tiempo de respuesta |
45 a 90 minutos7 |
<5 segundos4 |
| Error de medición |
±12%7 |
±5%3 |
| Granularidad de datos |
Instantánea de un solo punto |
Muestreo continuo de 100 Hz |
Estudios de casos de implementación
Caso 1: Optimización del aislamiento de tuberías XPE
Un fabricante europeo integró Visco-P con mezcladores de enfriamiento P1 para:
1. Controle la viscosidad durante las fases de inicio (consulte el gráfico a continuación).
2. Ajuste la temperatura de fusión de 135°C a 102,5°C mientras agrega isobutano.
3. Lograr una viscosidad objetivo de 10.000 Pa·s ±500 Pa·s, mejorando la densidad de la espuma en un 15%[6].
Caso 2: Producción de tuberías de HDPE reciclado
Utilizando SOflux de Sofraser, una planta norteamericana:
- Procesado 40% HDPE post-consumo con variaciones de viscosidad hasta 25%.
- Los ajustes automáticos de la separación del troquel mantuvieron el espesor de la pared dentro de ±0,15 mm.
- Reducción del consumo de energía en un 18 % mediante calentamiento por cizalla optimizado[3].
Integración con los ecosistemas de la Industria 4.0
Los sistemas modernos permiten la digitalización de extremo a extremo a través de:
- Interfaces OPC UA/ProfiNet que conectan viscosímetros a sistemas MES.
- Algoritmos de mantenimiento predictivo que analizan las tendencias de viscosidad para el desgaste de tornillos.
- Modelos de aprendizaje automático que correlacionan la viscosidad con la resistencia a la tracción del producto final (R⊃2;=0,92)[5].
Métricas clave de rendimiento:
- Disponibilidad de datos del 99,7% durante períodos de 12 meses[4].
- Tiempo medio <2 minutos para detectar inconsistencias en la materia prima[5].
Abordar los desafíos de la alta viscosidad
Para elastómeros y polímeros especiales (50–10.000 Pa·s):
1. Tecnología de resonancia de Sofraser
- Mantiene la precisión a velocidades de corte <1 s⁻⊃1; mediante control de frecuencia adaptativo[3].
- Maneja compuestos rellenos con un 40% de contenido de fibra de vidrio[1].
2. Compensación de corte de Promix
- Los modelos matemáticos corrigen los efectos no newtonianos en la espuma de PVC[4].
- La conversión MFR en tiempo real se alinea con los estándares ASTM D1238[4].
Conclusión
La medición de la viscosidad en línea en maquinaria de extrusión de plásticos ha evolucionado desde una herramienta de control de calidad hasta un activo estratégico que permite:
- Ciclos de I+D entre un 25 % y un 30 % más rápidos para nuevas mezclas de polímeros.
- Producción de defectos casi nulos a través del control de circuito cerrado habilitado por IoT.
- Fabricación sostenible mediante un procesamiento fiable de materiales reciclados.
Preguntas frecuentes
1. ¿Cómo maneja la medición de la viscosidad en línea las variaciones de colorante?
SOflux de Sofraser utiliza análisis de vibración independiente del cizallamiento para mantener la precisión a pesar de cargas de pigmento de hasta el 8%[3].
2. ¿Cuál es el cronograma de retorno de la inversión para estos sistemas?
La mayoría de los usuarios logran recuperar la inversión en 6 a 9 meses mediante una reducción de desechos del 18 % al 30 % y un ahorro de energía del 15 %[6][1].
3. ¿Pueden los sistemas monitorear los polímeros ramificados de manera diferente?
Sí. El software de Promix aplica automáticamente el modelo Carreau-Yasuda para LDPE y otras resinas sensibles al corte[4].
4. ¿Con qué frecuencia es necesario calibrar los sensores?
La calibración anual es suficiente para la mayoría de las aplicaciones, y la compensación de deriva automatizada mantiene una precisión de ±3 % entre servicios[3].
5. ¿Estos sistemas funcionan con líneas de coextrusión?
Absolutamente. Los sistemas multicapa se benefician de la coincidencia de viscosidad entre capas, lo que reduce la inestabilidad interfacial en un 40%[5].
Citas:
[1] https://trends.directindustry.com/sofraser/project-8994-139902.html
[2] https://www.promix-solutions.com/en/company/news-exhibitions/news-detail/inline-viscosity-measurement-the-key-to-optimization-in-light-foam-extrusion
[3] https://www.inventech.nl/files/product/Sofraser/PDF/sofraser_article_extrusion_plastic__elastomer_jun014.pdf
[4] https://www.ptonline.com/products/inline-viscometer-for-extrusion
[5] https://www.plasticstoday.com/extrusion-pipe-profile/advances-in-real-time-monitoring-of-polymer-melt-viscosity-during-extrusion
[6] http://www.extrusion-info.com/articles/4945
[7] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jfpe.13199
[8] https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0021955X19864400
[9] https://www.gneuss.com/es/polymer-technologies/extrusion/online-viscometer-vis/
[10] https://www.sofraser.com/products/soflux-extrusion-viscometer/
[11] https://www.mdpi.com/2073-4360/14/12/2316
[12] https://rheonics.com/products/inline-viscometer-srv/
[13] https://hydramotion.com/es/products/xl-series
[14] https://petpla.net/2023/07/25/inline-viscosity-measurement/
[15] https://www.plasticsmachinerymanufacturing.com/thermoforming/article/13001770/viscometer-provides-inline-measurement-for-extruder
[16] https://www.ptonline.com/articles/understanding-viscosity-in-extrusion
[17] https://www.petro-online.com/news/flow-level-pression/12/sofraser/inline-viscosity-measurement-on-plastics-extrusion-machinerynbsp/29540
