Principios básicos de la extrusión de tubos

Introducción a la extrusión de tuberías        

Los desafíos de naturaleza técnica y económica influyen en las demandas actuales del mercado de fabricación por extrusión. La evolución del mercado y la adaptación sectorial han permitido la evolución reciente de la tecnología de extrusión de tuberías para satisfacer las necesidades del mercado actual.
Los últimos avances técnicos, las transformaciones del mercado mundial, los desafíos que plantea la creciente competencia mundial y las crecientes necesidades de muchos mercados emergentes en los países en desarrollo son algunos de los factores que condicionan la tecnología de extrusión de tuberías.

Tendencias del sector de la extrusión de tubos

Las tendencias más importantes en la industria de extrusión de tuberías que deben mencionarse son las siguientes:

• Reducción de costes y aumento de la calidad: en la fabricación de tuberías por extrusión, generalmente hay una compensación entre la reducción de los costes de fabricación de tuberías y el aumento de la calidad. Sin embargo, es posible lograr ambos objetivos: algunas tecnologías, como la tecnología de tuberías de tres capas con materiales reciclados, reducen los costes de un componente de producción de tuberías; al mismo tiempo, el aumento de la calidad tiene una consecuencia indirecta que también ahorra dinero al permitir que las líneas de producción funcionen sin problemas. Esto reduce el tiempo de inactividad de la línea de producción y los desechos sin afectar la eficiencia y la calidad en general.
• Inteligencia y comunicación: gracias a las capacidades de los controladores PLC modernos y las interfaces de pantalla táctil, muchas de las máquinas de extrusión de tuberías actuales proporcionan opciones inteligentes de control y comunicación que permiten conectar y supervisar los equipos de las líneas de extrusión de tuberías a través de control remoto. Esto también permite realizar operaciones fáciles y tener capacidades de integración entre máquinas que operan en línea.
• Especialización en el mercado vertical: los fabricantes actuales de equipos de extrusión de tuberías están especializados para ofrecer soluciones óptimas para algunos mercados verticales debido a la creciente competencia global.

El objetivo de nuestro informe es proporcionar información altamente cualificada de la industria en relación con los tipos más extendidos de tuberías fabricadas y las máquinas relacionadas, así como grandes y nuevas tecnologías que permiten que todo esto suceda. Los factores más importantes son los siguientes:

• Componentes modernos de líneas de extrusión de tuberías
• Tecnología de tres capas
• Tecnologías inteligentes y conectadas
• Control de movimiento mejorado
• Avances en la interfaz hombre-máquina

Componentes modernos de líneas de extrusión de tuberías

En primer lugar se deben presentar los tipos más populares de tuberías producidas y disponibles. Pueden originarse a partir de combinaciones de una amplia selección de polímeros base y aditivos, como modificadores de impacto, pigmentos de color, tiza y modificadores de resistencia a los rayos UV.
A continuación se muestra un resumen de las características de los tipos de extrusión de tuberías más comunes, con sus ventajas, desventajas y aplicaciones industriales.

Componentes modernos de líneas de extrusión de tuberías

Las modernas líneas de fabricación de tuberías mediante extrusión están formadas por una secuencia de máquinas de extrusión de tuberías, todas operando en conjunto con el objetivo de una operación de línea sin fisuras y una salida de tubería constante y de alta calidad. Incluso si cada producto necesita diferentes máquinas de extrusión de tubos, las líneas modernas de producción de extrusión de tubos cuentan con el mismo equipo, como se muestra a continuación:

1. EXTRUSORA

La extrusora es el punto de partida de cada línea de producción de tuberías. Su trabajo es fundir materiales plásticos en bruto y entregarlos a la cabeza de extrusión de tubería que sigue.
Las extrusoras más comunes son la de un solo tornillo y la de doble tornillo. La primera se utiliza en la producción de PE, PP y tuberías hechas de materiales similares. La extrusora de doble tornillo se utiliza para producir tuberías de PVC.
Otras configuraciones, como los tornillos cónicos, se están quedando obsoletas en estos días, por lo que se están desechando gradualmente.

2. CABEZAL EN CRUZ

También conocido como cabezal del troquel de extrusión para tuberías, se utiliza para formar el plástico extruido en el perfil de tubería deseado.

3. VACÍO Y REFRIGERACIÓN

Los tanques de vacío y refrigeración son el siguiente paso en la línea de producción de tuberías. Reciben la tubería caliente recién formada del cabezal en cruz y la enfrían para estabilizarla en la forma deseada. Un buen tanque de enfriamiento es esencial en el proceso de fabricación de tuberías porque garantiza una forma de tubería consistente y un producto final comerciable.

4. INSPECCIÓN DEL GROSOR DE LOS TUBOS     

Este es un sistema en línea que ejecuta la medición no destructiva de las características dimensionales para el 100 % de la tubería producida.

5. ARRASTRE

El arrastre tira del tubo una vez enfriado, manteniendo una velocidad constante de arrastre del tubo en relación con la salida de la extrusora, lo que garantiza el grosor del tubo y la estabilidad dimensional general, así como la entrega del tubo extruido a la siguiente fase de producción en línea.

6. CORTADOR DE TUBOS

Esta máquina corta el tubo extruido procedente del arrastre en la longitud requerida para la producción de bobinas o segmentos rígidos, dependiendo del tipo de material y tubería producida.

7. BOBINADOR/ENROLLADOR DE TUBOS

Este equipo se coloca al final de las líneas de extrusión de tuberías flexibles. Recibe el tubo producido y lo enrolla en el rollo deseado del tubo producido. Los bobinadores avanzados también pueden proporcionar corte, flejado y envoltura de plástico a las bobinas terminadas.

Tecnología de tres capas

La tecnología de tres capas permite la producción de tuberías en las que las capas internas y externas están hechas de materias primas vírgenes; la capa restante entre las dos se produce utilizando materias primas más baratas. Algunos ejemplos de estas materias primas son:

• Chatarra hecha a sí misma, obtenida del producto rectificado, llevándola de nuevo al proceso como material de relleno.
• Materiales reciclados o repaletizados comprados a una fracción del coste de los materiales vírgenes.
• Materiales fuera de especificación/fuera de grado, donde el plástico de menor grado se vende a un precio mucho más bajo que el material virgen y se puede utilizar fácilmente en los procesos de fabricación de tuberías de plástico cuando se utiliza tecnología de tres capas.

1. Y 3. Materias primas vírgenes (que componen el 20 % de la tubería)
2. Materiales más baratos (80 % del material total de la tubería)

Tecnologías inteligentes y conectadas

Las tecnologías inteligentes están ahora cada vez más extendidas en la extrusión de tuberías y los equipos de fabricación y han revolucionado la forma en que los fabricantes de máquinas proporcionan soporte técnico para los equipos; también han facilitado la integración y la comunicación entre las máquinas de la línea de producción . Algunos ejemplos de las tecnologías inteligentes que lo han hecho posible son el control remoto y la supervisión operativa en línea.

Asistencia técnica remota mejorada

La asistencia telefónica ha sido reemplazado por tecnologías de conectividad remota que permiten a los fabricantes conectarse inmediatamente a la máquina, monitorear remotamente sus parámetros operativos y proporcionar soporte técnico inmediato de la máquina o solución de problemas a los productores de tuberías.

Facilidad de integración y comunicación

Gracias a las sencillas opciones de integración, es posible conectar fácilmente las máquinas con sistemas externos, ya sea un sistema métrico de producción en planta o incluso la comunicación con máquinas de línea de producción aguas arriba o aguas abajo. Estas tecnologías avanzadas también permiten la automatización, optimización y operación en cualquier progreso de producción de manera oportuna y precisa.

Avances en la interfaz hombre-máquina en la extrusión de tuberías

Los HMI son fáciles de usar y fáciles de aprender y operar gracias a la facilidad de integración de pantallas táctiles de colores, como los paneles de control de la máquina.
Estos paneles permiten la introducción de botones con mayor funcionalidad que las operaciones básicas. Estas funcionalidades pueden incluir la activación de rutinas complejas, incorporadas y preestablecidas, como el cambio entre diferentes modos de funcionamiento, la configuración de parámetros de la máquina para diferentes tipos y formatos de tubería, y la puesta en marcha de la línea o la evitación del tiempo de inactividad.
Estas funcionalidades no requieren altos niveles de habilidad y experiencia de producción. Aunque estos avances pueden ser útiles para todos los fabricantes de extrusión de tuberías, son particularmente importantes para los fabricantes locales que operan en mercados emergentes y países en desarrollo, donde es más difícil encontrar personal de mantenimiento con mayor capacitación o especialización en el campo.

Tecnologías de control de calidad en línea

Hoy en día, los equipos de calidad e inspección en línea operan en bucles de retroalimentación enviando señales tanto en equipos aguas abajo como aguas arriba, no solo para pausar sino también para ajustar el funcionamiento de una línea de producción de extrusión de tuberías. Esta evolución de los sistemas de control de calidad en línea es posible gracias a la interconexión de las máquinas.

Inspección del grosor del tubo en línea

La inspección no destructiva del 100 % de la tubería producida se realiza mediante máquinas de inspección del grosor del tubo en línea, basadas en tecnologías de onda milimétrica o ultrasónicas. El progreso en este contexto también ha permitido un control de calidad más completo de las características de la tubería, como la monitorización del grosor de la pared tanto en longitud como en circunferencia, o incluso alrededor de toda la sección de la tubería en máquinas más especializadas, medición de diámetro interior y exterior, medición de la excentricidad de la tubería, estabilidad del perfil de la tubería y ovalidad.
 
De hecho, estas líneas de producción de extrusión de tubos tienen una interfaz de comunicación entre la máquina de inspección del grosor y las máquinas de la línea de producción aguas arriba. Esto permite que la máquina de inspección del grosor establezca parámetros operativos como la velocidad de tracción de la tubería en un bucle de retroalimentación cerrado, y puede lograr objetivos importantes, como mantener el grosor de la tubería y el uso de material en el extremo inferior de las especificaciones de la tubería.
 

Desarrollos futuros para la extrusión de tuberías

Las tendencias en la industria de extrusión de tuberías, como una mayor eficiencia, menores costes de producción y una mayor calidad y estabilidad del producto, se pueden lograr de varias maneras, por ejemplo, mediante el uso de numerosas tecnologías diferentes, materiales compuestos y tecnologías inteligentes.
 
El uso de materiales compuestos permite la producción de tuberías compuestas con tamaños de pared más delgados; esto se traduce en una reducción significativa en los materiales consumidos, al mismo tiempo que permite una mayor durabilidad de las tuberías y los límites de presión de funcionamiento.
 
Las tecnologías inteligentes se unen a las líneas de fabricación, lo que puede ayudar a reducir el tiempo de inactividad de la producción planificado o no planificado y mejorar el control de la operación de la línea de producción. Hay diferentes opciones disponibles, como sistemas de adquisición de datos con sensores que son fáciles de integrar con equipos existentes o nuevos para supervisar parámetros como curvas de potencia y corriente de componentes operativos críticos, o el uso de prácticas del IdC (Internet de las cosas) y sistemas inteligentes de análisis de datos que cuentan con algoritmos integrados para predecir desgloses.

Conclusiones

Los desarrollos tecnológicos han aumentado la complejidad de la industria de extrusión de tuberías, lo que dificulta mantenerse al día con las soluciones que podrían beneficiar más a las empresas, ofrecer la mejor relación calidad-precio en su caso específico y justificar la inversión. Esto significa que es aconsejable que las empresas elijan un fabricante con la combinación adecuada de experiencia y organización, lo que puede ayudarle a alcanzar objetivos importantes en términos de configuración de la máquina y solución de problemas de su negocio de fabricación de tuberías mediante extrusión, así como amortizar los costes de equipos, aumentar los beneficios y lograr el mayor retorno de la inversión.