ES2244577T3 - Procedimiento para calentar y enfriar cilindros de extrusora y dispositivo para la realizacion del procedimiento. - Google Patents

Procedimiento para calentar y enfriar cilindros de extrusora y dispositivo para la realizacion del procedimiento.

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ES2244577T3 ES01890062T ES01890062T ES2244577T3 ES 2244577 T3 ES2244577 T3 ES 2244577T3 ES 01890062 T ES01890062 T ES 01890062T ES 01890062 T ES01890062 T ES 01890062T ES 2244577 T3 ES2244577 T3 ES 2244577T3
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Abstract

Procedimiento para calentar y enfriar cilindros de extrusora, en particular cilindros de extrusoras de husillo doble, en el que el cilindro está dividido en varias zonas de calentamiento o zonas de calentamiento/refrigeración, la refrigeración tiene lugar mediante un aceite portador de calor bombeado a través de como mínimo un espiral de refrigeración (1) y enfriamiento mediante un fluido refrigerante durante la refrigeración del cilindro, y el calentamiento tiene lugar mediante elementos de calefacción por resistencia eléctrica dispuestos fuera de la espiral de refrigeración, manteniéndose una circulación de aceite reducida incluso durante las fases exclusivamente de calentamiento para homogeneizar la regulación de temperatura, caracterizado porque la cantidad de aceite se regula de forma continua entre una circulación mínima y una circulación máxima en función de la demanda de refrigeración determinada por un regulador de temperatura (8) de funcionamiento continuo.

Description

Procedimiento para calentar y enfriar cilindros de extrusora y dispositivo para la realización del procedimiento.
La presente invención se refiere a un procedimiento para calentar y enfriar cilindros de extrusora, en particular cilindros de extrusoras de husillo doble, en el que el cilindro está dividido en varias zonas de calentamiento o zonas de calentamiento/refrigeración, refrigeración que se realiza mediante un aceite portador de calor bombeado a través de como mínimo una espiral de refrigeración y enfriamiento mediante un fluido refrigerante durante la refrigeración del cilindro, y el calentamiento tiene lugar mediante elementos de calefacción por resistencia eléctrica dispuestos fuera de la espiral de refrigeración, manteniéndose una circulación de aceite reducida incluso durante las fases exclusivamente de calentamiento para homogeneizar la regulación de temperatura. También se refiere a un dispositivo para la realización del procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 8. El documento US 4183448 da a conocer un dispositivo de este tipo.
Los cilindros de extrusoras de husillo doble se han de calentar y también se han de enfriar como mínimo temporalmente y como mínimo en secciones longitudinales de los mismos. Para ello, el cilindro se divide en varias secciones longitudinales (zonas de calentamiento o zonas de calentamiento/refrigeración) con el fin de ajustar las secciones individuales a los requisitos técnicos de procedimiento con un regulador de temperatura propio en cada caso. Por principio, antes de comenzar la producción se ha de calentar todo el cilindro. En consecuencia, en todas las zonas de calentamiento y zonas de calentamiento/refrigeración sólo se lleva a cabo un calentamiento. Dependiendo del tamaño de la extrusora, este proceso puede durar varias horas. Durante el funcionamiento, en la mayoría de los casos sólo se han de calentar las primeras zonas de calentamiento, mientras que la zona de salida apenas se ha de calentar, con frecuencia incluso se ha de enfriar. Un problema general de la regulación de temperatura, independientemente de que se trate de una fase de calentamiento o de refrigeración, radica en la forma geométrica de la sección transversal de los cilindros, que resulta desfavorable desde el punto de vista técnico de la conducción de calor (Handbuch der Kunststoff-Extrusionstechnik, tomo I Grundlagen, página 522, Zylindertemperierung, editorial Karl Hanser, 1989). De acuerdo con el estado actual de la técnica, los cilindros presentan una sección transversal circular, mientras que los taladros en anteojo dispuestos en una posición central para alojar los husillos tienen forma de "8 tumbado". De este modo resultan distancias muy diferentes entre las superficies en las que se produce una transmisión de calor hacia o desde la parte exterior y las superficies en las que esta transmisión es técnicamente necesaria, es decir, las superficies laterales del taladro en anteojo.
De acuerdo con el estado actual de la técnica, el calentamiento se realiza con elementos térmicos por resistencia eléctrica que rodean de forma fija el perímetro del cilindro. La refrigeración se lleva a cabo con aire (suministrado por ventiladores adicionales) o con un aceite portador de calor bombeado a través de serpentines de refrigeración que están empotrados en la superficie exterior del cilindro o en un elemento de refrigeración dispuesto sobre el cilindro. También se conocen realizaciones en las que la calefacción por resistencia está fundida o dispuesta dentro de cuerpos con buena conductividad térmica. Estos cuerpos también pueden tener integrados tubos refrigeradores o aletas refrigeradoras por aire. La refrigeración por aire es sencilla y de manejo limpio, pero tiene una capacidad de refrigeración limitada. Los límites de la refrigeración por aire se superan en particular en caso de máquinas de alto rendimiento con gran demanda de refrigeración y/o en caso de altas temperaturas del entorno, por lo que la refrigeración por aire encuentra poca aceptación en estos casos. La disposición de aletas refrigeradoras adicionales en el cilindro o en elementos adicionales mejoran el resultado, pero también tiene sus límites. Las altas temperaturas del entorno se incrementarían aún más. La utilización de aparatos refrigeradores por aire adicionales resultaría muy costosa. De acuerdo con el estado actual de la técnica, en estos casos las zonas correspondientes se enfrían con aceite portador de calor, enfriándose el aceite mediante intercambiadores de calor con agua. Con este fin, en cada zona de calentamiento está sobrelaminado como mínimo un tubo refrigerador en una ranura helicoidal de la superficie exterior del cilindro, de tal modo que resulta una superficie exterior esencialmente lisa. Sobre este tubo refrigerador está montada una cinta calentadora por resistencia eléctrica normal. Si se requiere refrigeración, a través del tubo refrigerador circula aceite portador de calor, y si se requiere calentamiento, éste se lleva a cabo eléctricamente a través del tubo refrigerador.
Los reguladores de temperatura están realizados como reguladores de tres puntos. Es decir, existen 3 estados de regulación de temperatura: calefacción conectada, refrigeración desconectada; calefacción y refrigeración desconectadas; refrigeración conectada, calefacción desconectada.
El serpentín de refrigeración siempre debe permanecer lleno de aceite portador de calor para que haya suficiente transmisión de calor durante las fases de calentamiento. Sin embargo, dado que los elementos térmicos por resistencia eléctrica alcanzan en las fases de calentamiento temperaturas superficiales mayores que las soportadas de forma duradera por los aceites portadores de calor, es inevitable que el aceite regulador de temperatura se deteriore térmicamente con rapidez. Se producen productos de craqueo (carbonilla) que se depositan en las tuberías y válvulas. A la larga esto puede llegar a obstruir los conductos. El vaciado del serpentín de refrigeración no reduciría la degradación térmica, sino que la aumentaría. Debido a la peor conducción de calor, la temperatura de las cintas calentadoras aumentaría aún más, y la película de aceite adherida a la pared interior del tubo sufriría el proceso de craqueo aún más rápidamente. Una solución conocida para este problema prevé mantener durante las fases de calentamiento una circulación mínima de aceite a través de un conducto de derivación (prospecto de la firma Theysohn Extrusionstechnik, 1993, página 7). Esta circulación mínima de aceite no perjudica el calentamiento de forma significativa y sin embargo aumenta considerablemente la vida útil del aceite portador de calor. La desventaja consiste en que este sistema puede ser muy propenso a fallos. La circulación de aceite reducida se logra mediante una disminución de las secciones transversales en el conducto de derivación. Estas secciones transversales reducidas se pueden obstruir fácilmente incluso si la proporción de carbonilla en el aceite regulador de temperatura es pequeña. La inserción de filtros correspondientemente finos sólo desplaza el problema.
El objetivo de la presente invención consiste en evitar estas desventajas y crear un procedimiento y un dispositivo que posibiliten una regulación de temperatura más precisa.
Este objetivo se resuelve según la invención mediante un procedimiento del tipo indicado en la introducción, en el que la cantidad de aceite se regula de forma continua entre una circulación mínima y una circulación máxima en función de la demanda de refrigeración determinada por un regulador de temperatura de funcionamiento continuo. Como alternativa, también es posible regular de forma continua la cantidad del fluido refrigerante para el aceite portador de calor en función de un regulador de temperatura de funcionamiento continuo.
En el primer procedimiento según la invención, que es adecuado para eliminar las desventajas arriba mencionadas, está previsto que el regulador de temperatura funcione como regulador continuo como mínimo para la refrigeración y que el caudal de la bomba se regule en función de la demanda de refrigeración. La circulación mínima de aceite durante las fases de calentamiento no se establece mediante un conducto de derivación con sección transversal reducida, sino mediante una disminución del caudal hasta una circulación mínima. De este modo se elimina el riesgo de obstrucción del conducto de derivación. Además, gracias a la regulación continua se logra una mayor precisión que en el caso de la regulación de tres puntos conocida.
El segundo procedimiento según la invención se diferencia del primero en que para mantener una temperatura constante en la extrusora se varía la cantidad del fluido refrigerante para el aceite portador de calor. Por consiguiente, en este caso la circulación de aceite puede permanecer generalmente constante (pero naturalmente también se puede variar en determinadas áreas), de modo que aquí ni siquiera se plantea el problema de la circulación mínima.
En el primer procedimiento según la invención, en el que para regular la temperatura se varía la cantidad de aceite, resulta conveniente mantener el aceite portador de calor circulante a una temperatura aproximadamente constante mediante una regulación de cantidad de fluido refrigerante. Una temperatura constante del aceite portador de calor facilita la regulación de temperatura de la extrusora.
En el segundo procedimiento según la invención, resulta conveniente regular la cantidad de fluido refrigerante para el aceite portador de calor en función de la temperatura de éste. Dependiendo del estado de servicio se pueden requerir diferentes temperaturas de aceite, y la cantidad de fluido refrigerante se regula en función de estas necesidades.
El aceite portador de calor bombeado a través de los tubos refrigeradores durante las fases de calentamiento puede contribuir a mejorar la transmisión de calor y la distribución de la temperatura, ya que su temperatura aumenta por encima de la temperatura de refrigeración.
Un modo sencillo de modificar la cantidad de aceite consiste en variar el número de revoluciones del accionamiento de la bomba. Como alternativa, la cantidad de aceite también se puede modificar mediante una válvula proporcional.
El dispositivo para la realización del procedimiento está caracterizado porque la regulación siempre asegura una circulación mínima del aceite portador de calor, incluso durante las fases exclusivamente de calentamiento.
Preferentemente, la sección transversal del cilindro de extrusora presenta una forma elíptica u ovalada como mínimo en una zona de calentamiento. De este modo, la distancia de las espirales de refrigeración y los elementos de calefacción al material a refrigerar es aproximadamente igual en todo su contorno, lo que mejora la regulación de la temperatura. Esto es conocido en sí por el documento DE 27 56 752 A.
La invención se describe más detalladamente con referencia a las figuras adjuntas.
- La figura 1, muestra un esquema de una realización según la invención.
- La figura 2, muestra un cilindro con sección transversal circular.
- La figura 3, muestra un cilindro con sección transversal elíptica.
- La figura 4, muestra un esquema de otra forma de realización según la invención.
En la figura 1, de la extrusora sólo está bosquejada una espiral de refrigeración 1. Está previsto un depósito 6 para un aceite portador de calor que es aspirado por una bomba 2 y bombeado a través de la espiral de refrigeración 1. Después de la espiral de refrigeración 1, el aceite portador de calor que vuelve hacia el depósito llega a un intercambiador de calor 4, donde se refrigera con agua. Un motor regulable 3 acciona la bomba 2, motor 3 que funciona a velocidad máxima en caso de una demanda máxima de refrigeración. Sin demanda de refrigeración o durante las fases de calentamiento, el motor 3 funciona a una velocidad mínima, de modo que siempre mantiene una circulación mínima. La demanda de refrigeración se regula mediante una válvula regulable 5 de tal modo que, para la refrigeración, la temperatura del aceite portador de calor permanece constante independientemente del caudal de aceite. Durante las fases de calentamiento, el aceite portador de calor se puede calentar a una temperatura superior a la necesaria para la refrigeración. Además de la ventaja consistente en que el aceite portador de calor siempre está en circulación en la espiral de refrigeración evitando una sobrecarga térmica, también se logra otra ventaja: la circulación de aceite contribuye a una distribución más uniforme de la temperatura en el cilindro. Dependiendo de las necesidades, el flujo en el cilindro puede tener lugar en el mismo sentido o en sentido contrario al sentido del material a extrudir. El circuito de refrigeración también puede consistir en varios circuitos, en cuyo caso los circuitos individuales se pueden generar mediante una o varias bombas y la corriente puede circular en el mismo sentido, en sentido contrario o en sentido cruzado. El intercambiador de calor también se puede disponer opcionalmente en la sección de avance en lugar de en la sección de retorno.
A continuación se hace referencia a las figuras 2 y 3. La superficie exterior 7 del cilindro según la figura 2 es circular, mientras que la superficie exterior 10 del cilindro según la figura 3 es elíptica. El cilindro presenta en su interior un taladro en anteojo 9 en el que están alojados los husillos de la extrusora de husillo doble y también el material a extrudir. También está previsto un taladro con un termopar 8 para medir la temperatura. La aportación y evacuación de calor tiene lugar a través de la superficie exterior 7 ó 10. Por consiguiente, el calor ha de llegar desde el material que se encuentra dentro del taladro en anteojo 9 hasta la superficie exterior 7 ó 10 (o viceversa).
Comparando las figuras 2 y 3 se puede observar claramente que la forma de sección transversal elíptica reduce sensiblemente el recorrido de la conducción de calor. Al mismo tiempo también se reducen las masas y, con ello, la entalpía del cilindro. De este modo no sólo se influye positivamente en el tiempo de calentamiento, sino que también se logra una distribución uniforme de la temperatura con mayor rapidez.
De acuerdo con la variante de la invención representada en la figura 4, para la refrigeración no se regula la cantidad de aceite portador de calor, sino la cantidad de fluido refrigerante para el aceite portador de calor. En este caso, durante las fases de calentamiento también se mantiene la corriente máxima de aceite portador de calor, pero no se refrigera. La circulación no pasa por el depósito 6 y éste sirve únicamente como depósito de compensación para el cambio de volumen debido al calentamiento y para alojar el aceite que se encuentra en el sistema cuando éste se vacía. Dado que el caudal de circulación es relativamente pequeño, sólo se producen pequeñas pérdidas de calor. La distribución de la temperatura en el cilindro de extrusora es óptima tanto durante el calentamiento como durante la refrigeración.

Claims (9)

1. Procedimiento para calentar y enfriar cilindros de extrusora, en particular cilindros de extrusoras de husillo doble, en el que el cilindro está dividido en varias zonas de calentamiento o zonas de calentamiento/refrigeración, la refrigeración tiene lugar mediante un aceite portador de calor bombeado a través de como mínimo un espiral de refrigeración (1) y enfriamiento mediante un fluido refrigerante durante la refrigeración del cilindro, y el calentamiento tiene lugar mediante elementos de calefacción por resistencia eléctrica dispuestos fuera de la espiral de refrigeración, manteniéndose una circulación de aceite reducida incluso durante las fases exclusivamente de calentamiento para homogeneizar la regulación de temperatura, caracterizado porque la cantidad de aceite se regula de forma continua entre una circulación mínima y una circulación máxima en función de la demanda de refrigeración determinada por un regulador de temperatura (8) de funcionamiento continuo.
2. Procedimiento para calentar y enfriar cilindros de extrusora, en particular cilindros de extrusoras de husillo doble, en el que el cilindro está dividido en varias zonas de calentamiento o zonas de calentamiento/refrigeración, la refrigeración tiene lugar mediante un aceite portador de calor bombeado a través de como mínimo un espiral de refrigeración (1) y enfriamiento mediante un fluido refrigerante durante la refrigeración del cilindro, y el calentamiento tiene lugar mediante elementos de calefacción por resistencia eléctrica dispuestos fuera de la espiral de refrigeración, manteniéndose una circulación de aceite incluso durante las fases exclusivamente de calentamiento para homogeneizar la regulación de temperatura, caracterizado porque la cantidad del fluido refrigerante para el aceite portador de calor se regula de forma continua en función de un regulador de temperatura (8) de funcionamiento continuo.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aceite portador de calor circulante se mantiene a una temperatura aproximadamente constante mediante una regulación de la cantidad de fluido refrigerante.
4. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la cantidad de fluido refrigerante para el aceite portador de calor se regula en función de la temperatura de éste.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1, 2 y 4, caracterizado porque el aceite portador de calor se calienta a una temperatura superior a la temperatura de refrigeración para la circulación mínima durante las fases exclusivamente de calentamiento.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la cantidad de aceite se varía modificando el número de revoluciones del accionamiento (3) de la bomba (2).
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la cantidad de aceite se varía mediante una válvula proporcional.
8. Dispositivo para realizar el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, con un cilindro de extrusora, en particular un cilindro de una extrusora de husillo doble, en el que el cilindro está dividido en varias zonas de calentamiento o zonas de calentamiento/refrigeración, en el que en como mínimo una zona de calentamiento/refrigeración del cilindro o en un elemento de refrigeración dispuesto sobre el cilindro está dispuesta como mínimo una espiral de refrigeración (1) para un aceite portador de calor, en el que además está prevista una bomba (2) para bombear el aceite portador de calor a través de la espiral o las espirales de refrigeración (1), en el que sobre la espiral o las espirales de refrigeración (1) están dispuestos elementos de calefacción por resistencia eléctrica para el calentamiento y, por último, en el que está previsto un accionamiento de velocidad variable (3) de la bomba (2) o una válvula proporcional, accionados por una regulación, para variar la cantidad de aceite portador de calor a través de la zona o las zonas de calentamiento/ refrigeración, caracterizado porque la regulación siempre asegura una circulación mínima del aceite portador de calor, incluso durante las fases exclusivamente de calentamiento.
9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque la sección transversal del cilindro de extrusora presenta una forma elíptica u ovalada (figura 3) como mínimo en una zona de calentamiento.
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