Estudio de la influencia del proceso de plastificación en la eficiencia energética del proceso de extrusión monohusillo (2021)
Con el objetivo de estudiar la influencia del proceso de plastificación en la eficiencia energética del proceso de extrusión monohusillo, en el presente proyecto se realizaron las siguientes actividades de investigación, con los siguientes resultados: Se realizó el seguimiento del desempeño energético de algunos procesos industriales de procesamiento de polímeros para entender la relación entre la eficiencia productiva y la eficiencia energética. Como resultado se desarrolló el Método de las Brechas Energéticas (Energy Gap Method o EGM), el cual permite identificar el origen de las ineficiencias alrededor de los procesos productivos y mejorar eficazmente la productividad y el consumo de energía. El método fue publicado en el Journal of Cleaner Production en 2017 y ha sido utilizado exitosamente en más de 20 empresas en Colombia. Se realizó el estudio del desempeño energético del proceso de extrusión, comparando cinco diferentes unidades de plastificación de zona de alimentación ranurada (GFE) y una unidad de plastificación con zona de plastificación ranurada (GPE), todas ellas compartiendo el mismo motor, reductor, sistema de control y posextrusión. Se presentó la dependencia del consumo de energía específico (SEC) con las condiciones de operación, el tipo de husillo empleado y el tipo de unidad de plastificación utilizada. Se introdujo el concepto de eficiencia energética máxima y eficiencia energética relativa para una extrusora y la forma de determinarlas. Se plantearon hipótesis por las cuales las GPE son más productivas y eficientes energéticamente. Este trabajo condujo a una publicación en la revista Energy en 2020. Se reevaluó la hipótesis con la que dio inicio el trabajo y se estableció que GPE es más productiva y eficiente energéticamente que GFE, debido a que la unidad de plastificación logra una plastificación más rápida e incrementa las componentes de mezcla. Se planteó que el motivo para que la plastificación ocurra con mayor velocidad es por un mecanismo que no ha sido reportado a la fecha el cual fue llamado Remoción de la Capa de Transición. Se desarrolló un modelo simplificado y se solucionó empleando el método de diferencias finitas (FDM) para evaluar la hipótesis. Se encontró que la capa de transición se forma y juega un papel muy importante en el proceso de plastificación y que las modelaciones reportadas en el estado del arte no la consideran. También se pudo mostrar que retirar la capa de transición puede acelerar de forma considerable la velocidad de plastificación del polímero en una unidad de plastificación. Se presentó a través de simulaciones en 3D usando OpenFOAM®, que la geometría del canal en una GPE incrementa significativamente las componentes de mezcla. Como producto de estos conceptos se fabricó un prototipo de una nueva unidad de plastificación que se denominó “Extrusora con Zona de Plastificación Mezcladora (MPE)”. La unidad de plastificación exhibió un desempeño productivo cuatro veces superior y un consumo específico de energía que fue la mitad del de una extrusora convencional con zona de alimentación lisa.