La extrusión como técnica de proceso

Extrusión: explicación breve

El término «extrusión» proviene de la palabra latina extrudere, que significa «expulsar» o «sacar». Esto ya explica el principio básico de la extrusión: se calienta una materia prima y, a continuación, se exprime a través de una abertura que le da forma. Por este motivo, para la extrusión son adecuados principalmente aquellos materiales que se ablandan con el calor, de modo que puedan ser moldeados a la forma deseada. Además, estos materiales deben volver a endurecerse al enfriarse tras el calentamiento, para que mantengan su nueva forma. En el caso de los plásticos, a estos materiales se les denomina termoplásticos. El resultado de este proceso se denomina producto extruido. Del mismo modo, la máquina con la que se lleva a cabo la extrusión se denomina extrusora.

La extrusión es hoy en día una de las técnicas de proceso más importantes para dar a las materias primas la forma deseada sin interrupciones. Sus orígenes se remontan a 1795, cuando el ingeniero británico Joseph Bramah desarrolló una máquina para la fabricación de tubos de plomo sin costura. Desde entonces, el proceso ha evolucionado enormemente y se utiliza en diversas variantes y en distintos sectores. Mediante la extrusión se pueden fabricar los más diversos productos finales, como tubos, mangueras, láminas, pero también, por ejemplo, galletas de cacahuete.

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• Estructura y tipos de extrusoras
• Diferentes técnicas de extrusión
• Ámbitos de aplicación de la extrusión
• Resumen
• Preguntas frecuentes sobre la extrusión

Estructura y tipos de extrusoras

Extrusoras de tornillo

La variante más extendida de las extrusoras son, sin duda, las extrusoras de tornillo. En una extrusora de tornillo, el material se introduce en un tornillo sinfín que atraviesa distintas zonas de calentamiento. Mientras el tornillo sinfín transporta la materia prima hacia delante, esta se calienta en las zonas de calentamiento y, de este modo, se ablanda. Finalmente, el tornillo exprime el material calentado a través de la abertura de conformado y el producto extruido se endurece en la forma deseada mediante enfriamiento, que suele tener lugar en un baño de agua. Para muchas aplicaciones en la industria del plástico y alimentaria, las extrusoras de un solo tornillo, de estructura sencilla, robustas y relativamente económicas, son la alternativa más eficiente.

Además de las extrusoras de un solo husillo, que, como su nombre indica, solo cuentan con un husillo de transporte, también se utilizan con frecuencia las extrusoras de doble husillo. En las extrusoras de doble husillo, dos husillos de transporte giran simultáneamente, ya sea en sentido contrario o en el mismo sentido, para transportar el material hacia la salida. Las extrusoras de doble hélice tienen, sobre todo, la ventaja de que el material transportado se mezcla mejor. Por ello, se utilizan principalmente con materiales difíciles de mezclar. Además, en comparación con las extrusoras de una sola hélice, las de doble hélice garantizan un transporte más uniforme del material, lo que puede traducirse en una mayor seguridad del proceso cuando se trata de materiales difíciles de procesar.

Extrusoras de pistón

En una extrusora de pistón, el material moldeable también se presiona a través de una abertura de moldeo. Sin embargo, en este tipo de extrusión, la materia prima se introduce en un cilindro en el que se encuentra el pistón. Mediante la presión uniforme del pistón, el material se transporta entonces hacia la abertura. La extrusión con extrusoras de pistón se utiliza sobre todo en ámbitos que requieren una alta precisión. Además, este procedimiento resulta adecuado para materias primas que deben procesarse a alta presión.

Extrusoras de tornillo frente a extrusoras de pistón

Tanto la extrusión con extrusoras de tornillo como la realizada con extrusoras de pistón tienen sus ventajas y desventajas. Probablemente, la mayor diferencia entre ambos tipos de extrusión es la continuidad. Mientras que con las extrusoras de tornillo se puede producir durante largos periodos de tiempo de forma ininterrumpida (las instalaciones solo deben detenerse para su limpieza o para cambiar de material), la producción con extrusoras de pistón debe interrumpirse con mucha más frecuencia en comparación. La razón es sencilla: el pistón debe retirarse una y otra vez y el cilindro debe rellenarse de nuevo con material. En cambio, en el extrusor de tornillo, el material puede transportarse de forma continua mediante su alimentación en el tornillo giratorio.

Extrusión en caliente

En la extrusión en caliente, los materiales procesados se calientan a una temperatura más elevada. Esto es necesario en muchos materiales para que puedan moldearse en una nueva forma. En comparación con la extrusión en frío, en muchos casos se requiere una presión considerablemente menor para empujar el material a través de la boquilla. La extrusión en caliente tiene lugar por debajo de la temperatura de recristalización del material procesado. Si el material se procesa por encima de la temperatura de recristalización, ya no se habla de extrusión en caliente, sino de «extrusión a alta temperatura».

Diferentes variantes de presión

Extrusión directa

En la extrusión directa, al igual que en la mayoría de los ejemplos descritos hasta ahora, se presiona un material a través de una boquilla, lo que le da su forma. Sin embargo, esto genera fricción en el material procesado, lo que en determinados casos puede afectar negativamente a las propiedades del producto final.

Extrusión indirecta

La gran diferencia entre la extrusión indirecta y la directa es que la materia prima permanece fija en una cámara. El moldeado se produce cuando la boquilla se desplaza hacia el material, lo que hace que este sea prensado a través de la abertura para adquirir su forma. Esto tiene la ventaja de que se elimina la fricción que se produce en la extrusión directa debido al deslizamiento de la materia prima hacia la boquilla.

Extrusión hidrostática

En la extrusión hidrostática, el material procesado no se presiona directamente a través de una abertura mediante un émbolo, sino que se añade un líquido entre el material y el émbolo. Esto tiene la ventaja de que la presión del pistón se distribuye de forma más uniforme. Además, la fricción es considerablemente menor gracias al uso de líquidos.

Extrusión por impacto

En la extrusión por impacto se utiliza un breve golpe de un punzón para dar forma al material. De este modo, se crea una cavidad en la pieza finalmente moldeada, en la que el material se cierra alrededor del punzón debido al impacto.

1. Alta velocidad de proceso: se pueden producir grandes cantidades sin interrupciones, especialmente cuando se utilizan extrusoras de tornillo.
2. Eficiencia en el uso de materiales y en los costes: dado que las máquinas rara vez tienen que detenerse, se generan pocos residuos en comparación con otras técnicas de procesamiento para el moldeado de plásticos. Esto, junto con los altos índices de rendimiento, hace que la extrusión sea también rentable.
3. Versatilidad: mediante el uso de diferentes extrusoras (la boquilla es especialmente importante), se pueden obtener diversas formas con una elevada fiabilidad del proceso.

Ejemplos de productos extruidos de plástico

• Extrusión de mangueras: Las mangueras industriales pueden extruirse en diversas formas. Para ello, el plástico —en muchos casos, poliuretano o poliamida— se presiona, como es habitual, a través de una boquilla. Un elemento denominado «mandril», situado en el centro de la boquilla, garantiza que la manguera permanezca hueca. Los productos extruidos de este modo se utilizan a menudo como tubos neumáticos o para el transporte de fluidos.
• Extrusión de láminas: En la extrusión de láminas, el granulado de plástico se presiona a través de una boquilla extremadamente estrecha (boquilla de ranura). De este modo, se pueden producir láminas de plástico muy finas de forma continua y enrollarlas en bobinas.

• Extrusión de perfiles y placas: También se pueden fabricar perfiles complejos, por ejemplo, para la industria de la construcción o del mueble, mediante extrusión.

• Extrusión de fibras: Las fibras sintéticas para textiles o alfombras también pueden extrudirse. Para ello, el plástico se presiona a través de boquillas muy finas con múltiples orificios (boquillas de hilado) para poder fabricar una gran cantidad de fibras al mismo tiempo.

Extrusión en la transformación de metales

La extrusión se sigue utilizando hoy en día en la transformación de metales, tal y como lo concibió Bramah, considerado el inventor del proceso. Los principios básicos de la ingeniería de procesos son similares en la transformación de plásticos y metales: los metales se vuelven maleables y se prensan a través de una abertura para darles la forma deseada. Sin embargo, los procesos específicos difieren notablemente debido a las distintas propiedades físicas. Solo las temperaturas de procesamiento son considerablemente más altas en la metalurgia.

Ejemplos de productos extruidos de metal:

• Perfiles y barras: los perfiles de aluminio, por ejemplo, para marcos de ventanas, marcos de puertas o para la construcción de vehículos, pueden fabricarse de forma continua mediante extrusión.

• Alambres: los cables eléctricos y los contactos de cobre son, en muchos casos, productos extruidos clásicos.

• Tubos: la aplicación más antigua de la extrusión sigue vigente hoy en día. Se extruyen tubos de diversos metales. La mayor ventaja en este caso es la fabricación sin soldaduras.

Ejemplos de productos alimenticios extruidos

• Aperitivos: la extrusión permite cocinar y moldear al mismo tiempo, de forma ideal, patatas fritas y «flips».

• Cereales para el desayuno: los productos para el desayuno de diversas formas, como los copos de maíz o los copos de arroz inflados, también se pueden extruir de manera eficiente.
• Pastas: mediante diferentes boquillas, se pueden fabricar pastas de todas las formas y longitudes por extrusión.

• Sustitutos de la carne: mediante la extrusión de proteínas vegetales texturizadas se pueden fabricar productos vegetarianos y veganos que se asemejan a la carne en su textura.

• Dulces: el chicle, las gominolas y el regaliz suelen adquirir su forma típica mediante extrusión.

Así pues, muchos de los productos que consumimos a diario adquieren su forma típica mediante el proceso que se desarrolló a finales del siglo XVIII para la fabricación de tubos metálicos. También en la industria alimentaria se utilizan tanto extrusoras de pistón como extrusoras de tornillo sinfín en sus distintas variantes.

Resumen

La extrusión se inventó como técnica de proceso ya a finales del siglo XVIII y, desde entonces, ha evolucionado enormemente. Básicamente, en la extrusión se presiona un material a través de una abertura de conformado (boquilla) y, de este modo, adquiere su forma definitiva. El proceso se utiliza para procesar diversas materias primas, como metales, plásticos, pero también alimentos. Una de las principales ventajas de la extrusión es que permite llevar a cabo procesos de producción sin interrupciones. Además, ofrece una seguridad de proceso muy elevada y una eficiencia de material comparativamente alta.

Los equipos necesarios para la extrusión se denominan extrusoras. Las extrusoras se presentan en numerosas formas diferentes, cada una de las cuales tiene sus ventajas y desventajas. Principalmente, se distingue entre extrusoras de tornillo y de pistón. Al igual que existen diferentes tipos de extrusoras, también hay diferentes configuraciones del proceso. Así, por ejemplo, existe la extrusión en frío y en caliente, pero también la extrusión directa e indirecta. En definitiva, esta tecnología de procesos ofrece a diversos sectores una opción atractiva para dar a las materias primas la forma deseada de manera eficiente.