REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR

PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIAINSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNIOLOGIA

“JOSÉ ANTONIO ANZOATEGUI”DEPARTAMENTO DE INGENERÍA QUÍMICA

EL TIGRE – EDO. ANZOATEGUI

INDUSTRIA PETROQUIMICA: EL PLÁSTICO

Profesora: Nidia Realizado por los T.S.U.:

Cátedra: Procesos Industriales Acosta M., Anadelia C.I.: 17.008.009.

Alfonzo, Enzo C.I.: 15.015.177.

López, Diana C.I.: 18.455.638.

Vallejo, Mayerlin C.I.: 14.029.107.

Velásquez, Jael C.I.: 18. 229.391.

Sección: Q-01. Trimestre: XI

Junio, 2013.

Introducción.

Del petróleo se obtienen determinados compuestos que son la base de diversas cadenas productivas que acaban en una amplia gama de productos denominados petroquímicos, que después se utilizan en las industrias de fertilizantes, plásticos, alimenticia, farmacéutica, química y textil, entre otras.

La conversión de hidrocarburos en productos químicos se llama petroquímica y es una de las piedras angulares de la industria y la tecnología actual. Esta industria ha hecho posible muchos de los productos que hoy se consideran normales y necesarios, como las computadoras, tejidos, juguetes irrompibles.

La utilización del petróleo y el gas natural como fuentes de productos petroquímicos ha sido posible gracias al desarrollo de técnicas de transformación de su estructura molecular.

El término plástico en su significación más general, se aplica a las sustancias de similares estructuras que carecen de un punto fijo de evaporación y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido concreto, nombra ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación semi-natural de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

Generalmente, algunas materias primas que se utilizan en las Industrias de producción del plástico, son; el cloruro de poliveleno (P.V.C, en sus siglas en ingles), carbonato y esterato de calcio, ceras, parafinas y polietilenicas, dióxido de titanio y estabilizantes de estaño.

En las industrias plásticas en Venezuela, presentan innumerables aplicaciones; los procesos de transformación aplicados durante los últimos 25 años, destaca por su versatilidad como producto el cloruro de poliveleno (P.V.C), sus aplicaciones son extensas. Sin embargo, es un compuesto inestable a temperaturas cercanas al punto de fusión, donde

se liberan moléculas de cloro la cuales se convierte en agentes peligrosos para la salud humana, para las que se deben tomar en cuenta normas que permiten minimizar la exposición a estos males. Por otro lado, en estas industria en Venezuela, presentan altos niveles de ruidos y las maquinas operan a temperaturas muy elevadas, lo que presenta algunas situaciones de gran importancia, asociadas a la seguridad industrial y de salud laboral. Según, Norma López (caracas, 2007), explica en un diagnostico que realizo en la industria URPLAST, C. A. ubicada en el interior del país, que los trabajadores en su gran mayoría, no conocían las especificaciones técnicas de algunos productos, las cuales ellos manipulan además de pasar mucho tiempo de pies. Por tanto, para seguridad de estos, se deben tomar en cuenta, las condiciones ambientales influyentes en las operaciones de planta, riesgos químicos que afectan a las normativas Venezolanas en la planta y condiciones ergonómicas en las áreas de la misma.

En la actualidad, el plástico es un material ampliamente utilizado en diferentes sectores de la sociedad debido a sus múltiples usos en diferentes campos como lo son la construcción, sector de alimentos, medicina, hogar, entre otros, lo cual se hace posible ante las versátiles características de este material, las cuales serán estudiadas a continuación, sin dejar de lado la importancia y efectos para el ambiente como para el ser humano durante su producción, especificándose en cada aplicación de su operaciones unitarias, aunado a esto, las medidas que deben tomarse en cuenta para la higiene y seguridad ambiental y ocupacional en las industrias plásticas.

Industria Petroquímica: El Plástico.

El plástico es una sustancia cuya principal característica es la capacidad de ser moldeada bajo diversas circunstancias y creada a partir de la adición de moléculas basadas en el carbono para producir otras de gran tamaño, conocidas como polímeros.

Cualquier sustancia moldeable puede recibir el calificativo de plástica, aunque como plásticos se suelen denominar ciertos polímeros moldeables.

Las moléculas pueden ser de origen natural, por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho (hule) natural, o sintéticas, como el polietileno y el nylon.

Los plásticos se caracterizan por tener excelentes propiedades para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes.

Las enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticas (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoestables (no se ablandan con el calor).

Materia prima

Las materias primas utilizadas en la obtención de los polímeros de síntesis provienen de los recursos naturales (Figura 1.1). Éstos se clasifican en renovables (los procedentes de los seres vivos) y los no renovables, que son los recursos fósiles

En los seres vivos existen compuestos de carácter macromolecular.

Del reino animal destacan las proteínas, el colágeno, la seda, la caseína, etc., y del reino vegetal, el almidón, la celulosa, el látex, etc., como los más conocidos. Con modificaciones químicas adecuadas estos polímeros llegan a ser considerados polímeros semi-sintéticos: el rayón, el acetato de celulosa, el caucho, etc. Pero para la obtención de los polímeros de síntesis, se utilizan los recursos fósiles. De ellos es el petróleo la materia prima base para la obtención de los plásticos, como consecuencia de la facilidad de extracción del mismo y del desarrollo alcanzado por la tecnología para transformarlo en derivados.

Los plásticos se producen mediante la polimerización, es decir la unión química de monómeros transformándose en polímeros.

Para la fabricación de plásticos es necesario que la industria petroquímica suministre los monómeros y junto con la adición de diversos tipos de aditivos, se logra modificar sus propiedades.

El tamaño y la estructura de la molécula del polímero determinan las propiedades de los distintos plásticos. En su estado más básico, los plásticos se producen como polvos, gránulos, líquidos y soluciones. Aplicando luego presión y calor se obtiene el producto final deseado de plástico.

La primera operación a que se somete el petróleo bruto para su utilización posterior en la industria petroquímica se representa en la figura 1.2 (refinado).

El refinado consiste en la separación de los distintos componentes del petróleo por acción del calor. Es una destilación fraccionada en la que se separan a diferentes intervalos de temperatura mezclas de compuestos de tamaño y composición similar.

De las fracciones obtenidas, la nafta, que es una mezcla de hidrocarburos de más de cinco átomos de carbono y que tiene un punto de ebullición de hasta 150 º, es la que se utiliza para la fabricación de los plásticos sometiéndola previamente a los procesos de craqueo y reformado, que se reflejan en la figura 1.3

Mediante estas transformaciones de la nafta (Figura 1.3) se obtienen los dos pilares fundamentales en los que se basa la industria petroquímica: las olefinas y los aromáticos. Ambos son la base de la

industria química orgánica actual (plásticos, colorantes, detergentes, pinturas, fármacos, fitosanitarios, etc.). En la figura 1.4 se esquematiza la transformación hacia polímeros.

A los plásticos, durante su fabricación, se les añaden las denominadas cargas, materiales como fibra de vidrio, fibras textiles,

papel, sílice, polvo mineral o serrín que, además de reducir los costes de producción, potencian algunas propiedades de la materia prima o compuesto inicial.

Propiedades y características.

Los plásticos son sustancias químicas sintéticas denominadas polímeros, de estructura macromolecular que puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización. Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.

De hecho, plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en sí: los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el material se encuentra viscoso o fluido, y no tiene propiedades de resistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material en estado sólido se transforma en estado plástico generalmente por calentamiento, y es ideal para los diferentes procesos productivos ya que en este estado es cuando el material puede manipularse de las distintas formas que existen en la actualidad. Así que la palabra plástico es una forma de referirse a materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero plástico no es necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace referencia esta palabra.

Los plásticos se caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes. Las enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticos (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoestables (se endurecen con el calor).

Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diferentes. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones, otras, globos, etc. Algunas se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

La mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.

Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una muy buena resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases. Las más comunes, denominadas Fuerzas de Van der Waals.

Son propiedades características de la mayoría de los plásticos, aunque no siempre se cumplen en determinados plásticos especiales:

Son baratos. (Tienen un bajo costo en el mercado). Tienen una baja densidad. Existen materiales plásticos permeables e impermeables, Difusión

en materiales termoplásticos. Son aislantes eléctricos. Son aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten

temperaturas muy elevadas. Su quema es muy contaminante. Son resistentes a la corrosión y a estar a la intemperie. Resisten muchos factores químicos. Algunos se reciclan mejor que otros, que no son biodegradables ni

fáciles de reciclar.

Son fáciles de trabajar

Tipos de plásticos.

PET (Polietileno Tereftalato)

Características:Se produce a partir del Ácido Tereftálico y Etilenglicol, por

policondensacion; existiendo dos tipos: grado textil y grado botella.Para el grado botella se lo debe post-condensar, existiendo diversos colores para estos usos.

Usos Y Aplicaciones:Algunos usos y aplicaciones del PET son: Envases de gaseosas - Aceites - Agua mineral - Frascos para mayonesa - Salsa - Fibras textiles - Cintas de vídeo y audio - Películas radiográficas y muchas más.

PEAD (Polietileno de Alta Densidad)

Características:El polietileno de Alta Densidad es un termoplástico fabricado a partir del Etileno, elaborado a partir del etano, un componente del gas natural.

Usos Y Aplicaciones:Envases para detergentes - Lavandina - Aceites automotor - Lácteos - Cajones - Baldes - Tambores - Caños para agua potable, gas, telefonía, minería y uso sanitario - Bolsas para supermercados - Juguetes- Bazar y menaje- Utensilios domésticos (botellas, recipientes, cubos, …).

PVC (Policloruro de Vinilo)

Características:El PVC se produce a partir de dos materias primas naturales, gas 43% y sal común 57%.Para su procesado es necesario fabricar compuestos con aditivos especiales, que permiten obtener productos de variadas propiedades para gran número de aplicaciones. Se obtienen productos rígidos o totalmente flexibles.

Usos Y Aplicaciones: Envases para agua mineral - Aceites - jugos - Mayonesas - Perfiles para marcos de puertas, ventanas - Caños para desagües domiciliarios y de redes - Mangueras - Blisters - Catéteres - Bolsas para sangre y muchas más.

PEBD (Polietileno de Baja Densidad)

Características:Se produce a partir de gas natural y se procesa de diferentes formas, es de gran versatilidad y solo o en conjunto con otros materiales se utiliza en gran variedad de envases y en múltiples aplicaciones.

Usos Y Aplicaciones:Bolsas de todo tipo - Películas para el agro - Envasamiento automático de alimentos - Bolsas para sueros - Tubos y pomos para cosméticos, medicamentos y otras industrias - tuberías para riego.

PP (Polipropileno)

Características:El polipropileno (PP) es un termoplástico que se obtiene por polimerización del Propileno. Los copolímeros se forman agregando Etileno durante el proceso. El PP es un plástico rígido, de alta cristalinidad y elevado punto de fusión, excelente resistencia química y el de más baja densidad.

Usos Y Aplicaciones:Películas / film para diferentes envases, cigarrillos, chicles, golosinas - Jeringas descartables - Tapas en general - Fibras para tapicería - Alfombras - Cajas de baterías - Paragolpes - Autopartes - Caños para agua caliente.

PS (Poliestireno)

Características:Existen 2 variedades de Poliestireno:

- PS Duro: Es un polímero de Estireno monómero derivado del petróleo, cristalino y de alto brillo.

- PS Expandido (porexpán): Es un polímero de Estireno monómero con oclusiones de Polibutadieno que le confiere alta resistencia al impacto.

Usos Y Aplicaciones:Botes para lácteos, helados, dulces - bandejas de supermercados y rosticería - Heladeras - contrapuertas y anaqueles - máquinas de afeitar descartables - Platos, cubiertos - juguetes - Cassettes - aislamientos.

Otros Plásticos

Características:En este grupo se incluyen una enorme variedad de plásticos tales como: Policarbonatos (PC); Poliamidas (PA); Poliuretanos (PUR); Acrílicos (PMMA); Resinas fenólicas (PH) y varios más, ya que se puede desarrollar un tipo de plástico para cada aplicación específica.

Usos Y Aplicaciones:Autopartes - Carcasas de computación - Teléfonos: celulares y electrodomésticos en general - -Cascos -Piezas para ingeniería aeroespacial - Interruptores eléctricos -Muebles - Accesorios náuticos y deportivos - Carteles y publicidad, y un sinfín de aplicaciones más.

Clasificación de la industria

La industria del plástico se divide en dos sectores principales. El primer sector incluye los proveedores de materias primas que fabrican polímeros y compuestos de moldeo a partir de productos intermedios que ellos mismos pueden haber producido. El segundo sector consta de manipuladores que convierten las materias primas en artículos vendibles utilizando diversos procesos como moldeo por extruccion o inyección. Otros sectores incluyen los fabricantes e maquinaria que proporcionan equipos a los manipuladores y proveedores de aditivos especiales para el uso en la industria.

Productos

Plásticos termoplásticos: La mayoría de ellos se obtienen de compuestos derivados del petróleo; aunque otros proceden de materias primas vegetales. Estos materiales se ablandan cuando se calientan y se pueden moldear dándoles nuevas formas que conservan al enfriarse. Este proceso puede repetirse tantas veces como se quiera. Algunos ejemplos son:

o PVC (cloruro de polivinilo): Presenta un amplio rango de dureza y es impermeable. Suele usarse en tuberías, suelas de zapatos guantes, etc.

Metacrilato (plexiglás): Es transparente y suele usarse para hacer los faros de los automóviles, ventanas, carteles luminosos e incluso relojes.

Teflón (fluorocarbono): Es deslizante y antiadherente. Se usa para fabricar utensilios de cocina, como las sartenes y las superficies de las encimeras.

Plásticos termoestables: Al igual que los termoplásticos, la mayoría de los termoestables se obtienen del petróleo. Al someterlos al calor se vuelven rígidos, por lo que solo pueden calentarse una vez, y no se deforman. Por esta razón son más frágiles que los termoplásticos, ya que no se ablandan cuando se calientan nuevamente, sino que se descomponen y carbonizan antes de llegar a fundirse. Por lo general, presentan una superficie dura y extremadamente resistente. Ejemplos:

Poliuterano (PUR): Entre sus propiedades cabe destacar que es esponjoso, blanco y elástico. Se usa para fabricar espuma para colchones y asientos, aislamientos (térmicos y acústicos), juntas correas, ruedas y pegamentos, entre otras cosas.

Baquelitas (resinas fenólicas o PH).

Melanina: Es ligero, resistente, de considerable dureza, insípido e inodoro y es un buen aislante térmico. Con él se fabrican accesorios eléctricos, aislamientos, encimeras, vajillas y recipientes para alimentos.

Elastómeros: Son un tipo de plástico que se caracterizan por su gran elasticidad, adherencia y baja dureza. Entre ellos destacan:

Caucho natural: Se obtiene del látex. Es resistente e inerte. Se usa para fabricar aislamientos.

Caucho sintético: Se obtiene de derivados del petróleo. Su principal cualidad es su resistencia a agentes químicos. Con él se fabrican neumáticos, volantes, parachoques, pavimentos, tuberías, mangueras, esponjas de baño, guantes y colchones.

Neopreno: Se obtiene a partir del caucho sintético. Mejora las propiedades del caucho sintético, ya que es más duro y resistente que este, también es impermeable. Con él se hacen trajes de inmersión.

Aplicaciones

Una de las aplicaciones principales del plástico es el empaquetado. Se comercializa una buena cantidad de polietileno de baja densidad en forma de rollos de plástico transparente para envoltorios. El polietileno de alta densidad se usa para películas plásticas más gruesas, como la que se emplea en las bolsas de basura.

Se utilizan también en el empaquetado: el polipropileno, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC) y el policloruro de vinilideno. Este último se usa en aplicaciones que requieren estanqueidad, ya que

no permite el paso de gases (por ejemplo, el oxígeno) hacia dentro o hacia fuera del paquete. De la misma forma, el polipropileno es una buena barrera contra el vapor de agua; tiene aplicaciones domésticas y se emplea en forma de fibra para fabricar alfombras y sogas.

La construcción es otro de los sectores que más utilizan todo tipo de plásticos, incluidos los de empaquetado descrito anteriormente. El polietileno de alta densidad se usa en tuberías, del mismo modo que el PVC. Éste se emplea también en forma de láminas como material de construcción. Muchos plásticos se utilizan para aislar cables e hilos, y el poliestireno aplicado en forma de espuma sirve para aislar paredes y techos. También se hacen con plástico marcos para puertas, ventanas y techos, molduras y otros artículos.

Otros sectores industriales, en especial la fabricación de motores, dependen también de estos materiales. Algunos plásticos muy resistentes se utilizan para fabricar piezas de motores, como colectores de toma de aire, tubos de combustible, botes de emisión, bombas de combustible y aparatos electrónicos.

Los plásticos se emplean también para fabricar carcasas para equipos de oficina, dispositivos electrónicos, accesorios pequeños y herramientas.

Entre las aplicaciones del plástico en productos de consumo se encuentran los juguetes, las maletas y artículos deportivos.

PROCESOS Y OPERACIONES UNITARIAS APLICADOS PARA LA PRODUCCIÓN DEL PLÁSTICO

Las técnicas más empleadas para la transformación del plástico, Son; La inyección, extrusión, soplado, molde rotacional, compresión y termoconformado.

1. Inyección: El moldeo por inyección, es un proceso que consiste en inyectar el P.V.C. en estado fundido, a un molde cerrado a presión y autorrefrigerado, a través de un orificio pequeño llamado

compuerta, En el molde el material se solidifica y el producto se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada. En este tipo de molde es de suma importancia las características de los polímeros, tales como; peso molecular y distribución, configuración química y morfología, cristalinidad, estabilidad, etc. El comportamiento reológico de los materiales es fundamental en el molde por inyección; puede darse el caso, por ejemplo, de que un plástico demasiado viscoso no llene el molde a velocidad de cizalla baja, pero que pueda llenarlo si se modifican las condiciones de procesado.

En este proceso, el moldeo puede dividirse en dos fases, en la primera tiene lugar la fusión del material y en la segunda la inyección en el molde. En las maquinas convencionales, el material de moldeo, en forma de gránulos o granza, entre en el cilindro de calefacción a través de una tolva de alimentación situada en la parte posterior del cilindro. El material se calienta y funde en el cilindro de calefacción al mismo tiempo que circula hacia la parte de este debido al movimiento rotatorio del tornillo de plastificación que se encuentra en el interior del cilindro, de forma similar a como ocurre en el proceso de extrusión. Sin embargo, en el proceso de inyección el material plastificado va quedando el material acumulado en parte anterior del tornillo, para lo cual, el tornillo debe retroceder lentamente mientras gira. Una vez que hay suficiente cantidad de material fundido acumulado delante del tornillo, se detiene el giro y el tornillo realiza un movimiento axial hacia adelante, con el que el material sale por la boquilla de inyección hacia el molde, que en ese momento debe encontrarse cerrado. El tornillo permanecerá en posición de avanzada hasta que el material que se encuentra en los canales de alimentación del molde tenga suficiente consistencia su retroceso hacia la máquina de inyección. Una vez que el tornillo retrocede comienza a plastificar nuevamente material para el siguiente ciclo. El molde se mantiene cerrado el tiempo suficiente para que le material se enfrié a una temperatura tal que la pieza pueda ser extraída sin que sufra deformaciones. Cuando esto sucede se abre el molde y se extrae la pieza de modo que el molde queda preparado para el ciclo siguiente.

Maquina convencional de Inyección

En Venezuela, en la industria URPLAST C.A., la cual se encarga de producir tuberías y conexiones de cloruro poliveleno (P.V.C), lo hace a través de esta técnica y de la de Extrusión.

2. Extrusión: En el moldeo por extrusión se utiliza un transportador de tornillo helicoidal. Es un proceso continuo y el polímero P.V.C surge de la matriz de extrusión en un estado blando. La abertura de la boca de la matriz tiene la forma del producto que se desea obtener, posteriormente se corta la pieza a la medida que se requiere. En este proceso se fabrica materiales termoplásticos y en algunos casos termoestables.

En la industrias URPLAST C.A., por medio de este proceso se obtiene específicamente los siguientes productos; tubería de aguas blancas de ½, ¾, y una pulgada de diámetro, y tuberías de aguas negras de ½, ¾, 1, 2, 3, 4, 6 pulgadas de diámetro.

El equipo utilizado para este proceso debe ser capaz de proporcionar sobre el material suficiente presión de una forma continua, uniforme, y reblandecer y acondicionar el material de forma que puede ser extruido. Para ello se requiere de una maquina compuesta de un cilindro y de un husillo o tornillo de plastificación que gire dentro del cilindro, como se puede observar en la siguiente figura.

Dibujo

Máquina convencional de Extrusión

Acá, el material granulado o en polvo se carga en una tolva, desde la cual se alimenta al cilindro, donde el husillo se encarga de introducirlo, transportarlo hacia adelante y comprimirlo. El calentamiento hasta la fusión se realiza desde la cara exterior del cilindro, mediante elementos calefactores y desde el interior por convección del esfuerzo en calor. De esta forma el material termoplástico funde (se plastifica) y al salir del cilindro a través de una boquilla recibe la forma de ésta. En una línea completa de extrusión, además debe existir un sistema de enfriamiento del material que sale de la máquina. Así como equipos de tensionados y recogida. El resultado es un perfil (también se le conoce como semifabricado o preforma).

3. Moldeo por Soplado: Por medio de este proceso se obtienen piezas huecas como lo son los depósitos de combustibles, bidones, tablas de surf, depósitos de aceites de calefacción y botellas. Consiste básicamente en soplar aire en una preforma tubular fundida que se encuentra en el interior del molde. Es exclusivamente utilizado para la fabricación con materiales termoplásticos. Para ello, son necesarios dos piezas primordiales: Una extrusora o una inyectadora y una unidad de soplado. El funcionamiento de este proceso puede ser visualizado a continuación.

Funcionamiento del proceso de Extrusión – Soplado.

En este proceso, la extrusora transforma el plástico en una masa fundida homogénea, como se ha descrito anteriormente. El cabezal avecinado a ella desvía la masa hasta la dirección vertical, para después

hacerla pasar por una boquilla que la convierte en una preforma tubular. Quedando esta preforma pendiendo hacia abajo. El molde de soplado consta de dos partes móviles con la forma del negativo de la pieza a moldear. Una vez de que la preforma tiene la longitud suficiente, el molde se cierra en torno a ella. Seguidamente el molde se desplaza a la unidad de soplado donde el cabezal del soplado penetra dentro del molde y de la preforma. De manera de que el cabezal da forma a la región del cuello del cuerpo hueco y al mismo tiempo le insufla el aire. Originándose una presión que obliga al material a estamparse contra las paredes del molde, adoptando la forma deseada. El molde debe permitir la evacuación del aire entre la pieza y la cavidad. La pieza se enfría en el molde de donde es extraída una vez que ha adquirido la consistencia adecuada.

4. Moldeo Rotacional: También conocido como rotomoldeo, es un método utilizado para transformar plásticos, que generalmente se encuentra en forma de polvo o pasta liquida, para formar artículos huecos. En este proceso, el plástico frío se funde sobre las paredes de un molde metálico caliente que gira en torno a dos ejes y este es desmoldeado luego de que su temperatura baje y el plástico formado tenga consistencia. Este método se puede aplicar tanto a materiales termoplásticos como termoestables. Este proceso se diferencia de las demás técnicas, porque en el molde es calentado, enfriado, y no se requiere de aplicar presión. Sin embargo, en este método al igual que el de soplado, forman artículos huecos, con la diferencia que por rotomoldeo se puede hacer más variedades y de tamaños más grandes, por brindar la facilidad del empleo simultáneo del molde de distintos tamaños y formas.

Esquema del Proceso de Rotomoldeo

5. Molde por Compresión: Esta técnica es utilizada por la industria para moldear materiales termoestables. En este proceso puede considerarse que, el ciclo comienza con la apertura del molde para la extracción de la pieza obtenida en el ciclo anterior. Una vez limpio el molde se coloca en las inserciones metálicas si la hubiere y se introduce el material de moldeo, bien en forma de polvo o en forma de pastilla; se cierra el molde caliente y se aplica presión. Eventualmente se abre después un instante para permitir la salida de la humedad y materias volátiles que pudieran haber quedado atrapadas o que se generan durante el entrecruzamiento del material. Luego de esto, se procede aplicar toda la presión al molde caliente y se mantiene el tiempo necesario hasta que el material haya curado totalmente. En la fig. a continuación muestra una prensa empleada en el moldeo por compresión:

Prensa Para Moldeo Por Compresión

6. Térmoconformado: Es un proceso de moldeo de preformas de termoplásticos que generalmente se encuentra en forma de lámina o plancha. Dicho proceso se desarrolla en tres etapas. En el primer paso el material se calienta, generalmente por radiación infrarroja, también puede realizarse por convección y conducción. Luego, se tensa encima de un batidor y, por medio de aire a prisión o vacío, se estampa o se presiona sobre las paredes de un molde frio. Se distingue entre procesos en negativo y positivo, según sea la cara exterior o interior de la pieza la que se moldea. Este proceso se emplea para moldear piezas muy grandes difíciles de obtener por otras técnicas.

Proceso de Térmoconformado

OPERACIONES UNITARIAS EN EL PROCESADO DE POLÍMEROS

1. Manejo de sólidos: La mayoría de los polímeros se suministran a los transformadores en forma de sólidos en partículas. Esta es la forma más conveniente de manejarlos, transportarlos, mezclarlos y almacenarlos, y lo más importante, poder procesarlos en maquinarias existentes. Las formas más frecuente son los de pelets o granza, en una gran variedad de formas, como cubos, cilindros, esferas, lentejas o elipsoides, así como polvos o granulados. La granza se obtiene al final del proceso de polimerización en etapas especiales. La elección del

proceso de ganseado depende de la naturaleza del polímero, producción requerida y características del proceso. Los procesos más comunes son los de cortado del extruido bajo corriente de agua o de aire, el cortado en frío en tiras. Los tamaños típicos oscilan entre 3 y 6mm. Los pelets normalmente contienen todos los aditivos requeridos para el posterior procesado del material y son las formas normalmente preferidas como alimentación para las maquinas transformadoras como; extrusores, inyectores y máquinas de soplado. Otros proceso requieren otro tipo de alimentaciones, así por ejemplo, el moldeo rotocional requiere de alimentación en forma de polvo de la granulometría adecuada. Los polvos se pueden preparar directamente en el proceso de polimerización o por procesos posteriores de molienda en molinos o pulverizadores (molinos de martillos, de cuchillos, de chorros, etc.) El material de recorte suele triturarse en granulados de tamaño variable que se suele reprocesar mezclado con material virgen.

2. Calentamiento y Fusión de polímeros: En la mayoría de las técnicas en transformación de polímeros está originalmente en estado sólido y debe calentarse hasta su punto de fusión o reblandecimiento. La capacidad calorífica de los plásticos y calor latente de fusión tiene valores elevados, de modo de que la cantidad de calor que hay que aplicar para fundir estos materiales es muy alta. En la siguiente tabla, se muestran; el valor del calor específico de algunos polímeros en estado sólidos y el calor latente de fusión para los cristalinos. Además se muestra la temperatura habitual de procesado de estos polímeros y el calor que es necesario y el calor que es necesario aplicar a 1 kg de polímero que se encuentra a temperatura ambiente para alcanzar la temperatura del procesado, calculado de la siguiente manera; Q= Cp∆T

+ λ.

Como se puede observar, el calor necesario para los polímeros cristalinos son mayores que en los polímeros amorfos, en los que no hay fusión. El calor para conseguir la fusión en los procesos de transformación puede proceder de dos fuentes; Lo más frecuente que sea aportada desde el exterior, por ejemplo por medio de resistencias eléctricas, como ocurre en las máquinas de extrusión o de inyección, o por la combustión de un gas que a su vez caliente hornos de convección forzada como en el caso de moldeo rotacional. La segunda fuente de calor es el propio calor generado cuando se aplica una cizalla muy alta a un fluido muy viscoso. Este se conoce como calor generado por disipación viscosa y en los procesos que se realiza un trabajo importante sobre el polímero puede llegar a superar al calor aportado por el exterior.

3. Flujos a través de canales: En el procesado de polímero es frecuente que éstos sean obligados a fluir desde un punto a otro de la máquina a través de canales de geometría cilíndrica. Si la longitud del canal es L y su radio R, la caída de presión a los largo del canal es ∆P y Q es el caudal de fluido que circula por el interior, el esfuerzo de cizalla y la velocidad de cizalla en la pared del canal se pueden calcular por medio de la siguiente expresión:

3.1. Esfuerzo de cizalla en la pared;

3.2. Velocidad de cizalla en la pared;

De modo que de acuerdo con la expresión de Newton la viscosidad se puede calcular de la siguiente forma:

Esta expresión puede ser utilizada para determinar la vicosidad de un material que fluye a través de conducción de dimensiones conocidas cuando se aplica unas caida de presión determinada entre los dos extremos de la conducción, como es por ejemplo el caso de un polimero fluyendo a través de una boquilla de extrusión. Determinando el caudal de material, experimentalmente , y conociendo las dimensiones de la boquilla se puede obtener la viscosidad aparente. Tomandose en cuenta, de que variando la presión variará el esfuerzo de cizalla y de esta forma se puede determinar la respuesta no newtoniana del material.

Por otro lado, también puede ser empleado expresiones de este tipo para evaluar de forma secilla y muy aproximada la presión que es necesaria para llenar un molde en moldeo por Inyección. Si las dimensiones del molde son conocidas y se conoce la viscosidad aparente del material a una velocidad de cizalla determinada, se puede calcular la presión que es necesaria para llenar un molde a una velocidad (caudal) determinada. Ejemplo; Si las dimensiones del canal son L= 5 cm., R= o,25 cm. Y el llenado del molde debe realizarse a una velocidad de 250 cm3/ s y la viscosidad del material es de 150 Pa.s (Para una velocidad de cizalla de 1000 s-1, mediante la expresión anterior se obtiene ∆P:

En moldeo por inyección son frecuente presiones en este orden en los canales de alimentación que conducen al molde. Antes de la entrada al molde se produce un estrechamiento (entrada a la cavidad)donde la cavidad de la cizalla puede alanzar valores de 105 s-1. La viscosidad en estas condiciones disminuirá como consecuencia del comportamiento pseudoplastico del material, mientras que el esfuerzo de cizalla se matendra del mismo orden de magnitud.

4. Solidificación o Endurecimiento: Una vez que el material se encuentre en estado líquido o fundido, ha adquirido la forma final deseada, esta deberá solidificarse. En las diferentes técnicas de transformación encontramos dos posibilidades; que la solidificación del sístema se produzca mediante reacción química (en el caso de los termoestables) o bien simplemente enfriando el polimero (termoplásticos).

4.1. Solidificación química o física: Existen diferentes tipos de reacciones químicas que pueden darse para conseguir la solidificación. A veces se emplean resinas líquidas que se introduce en los moldes con una mezcla de aditivos que contienen agentes entrecruzantes, generalmente peroxidos que son indicadores y catalizadores de la reacción, de modo que el entrecruzamiento del material se produce en el molde. En otros casos se emplean, “polvo de moldeo”. En este caso en lugar de partir de materiales líquidos se parte de materiales sólidos con cierto grado de polimerización (termoendurecibles) y la reacción se completa en el molde.

En el proceso de vulcanización o curado de caucho y gomas también tiene lugar una reacción química. Generalmente se parte de un caucho (polibutadieno) termoplástico y, por la adición de azufre, entre otro aditivos, se obtiene en el entrecruzamiento parcial del material que

confiere a los cauchos la capacidad de recuperar su forma original tras la aplicación de un esfuerzo.

Otras posibilidades es el empleo de plastisoles de PVC. Los plstisoles son mezclas mezclas liquidas de PVC con un plastificante. El material se introduce dentro del molde y por aplicación de calor tiene lugar la gelificación del sistema, que consiste en la completa plastificación del PVC y es absorbido por este, de modo que cuando el proceso finaliza se obtiene un material sólido altamente plastificado y muy flexible con comportamientos similar al de los cauchos.

Enfriamiento Termoplástico: El proceso de enfriamiento es inverso al proceso de calentamiento o fusión de los polímeros, si bien hay una diferencia básica y es que el enfriamiento se realiza mediante la eliminación de calor por conducción. Y a veces por convección, y el trabajo realizado sobre el polímero no contribuye al enfriamiento del mismo como si ocurriera en el proceso de calentamiento. Generalmente el enfriamiento no se realiza hasta temperatura ambiente, basta con alcanzar una temperatura a la que la pieza pueda ser desmoldeada sin que se deforme.

ASPECTOS DE SEGURIDAD Y AMBIENTE, EN LOS PROCESOS PRODUCTIVOS DE LA INDUSTRIA DEL PLÁSTICO.

SEGURIDAD:

Las regulaciones en materia de higiene y seguridad industrial surge como una necesidad de normar todo lo concerniente a los riesgos y accidentes en las empresas.

En materia internacional, no se puede hablar de leyes como tal, sino de acuerdos que permitene controlar y normalizar las distintas actividades de prevención y protección. Por esto Organismos como la organizaciñon mundial de la salud (OMS) y la organización internacional del trabajo (OIT), constituyen grupos de expertos que establecen medidas, las cuales permiten controlar los riesgos de accidente y enfermedades profesionales. En Venezuela, en la actualidad existen 5 mini sterios del poder popular para la salud, trabajo, educación, industrias ligeras , y comercio e infraestructuras.

Entre las instituciones oficiales dedicadas a estas áreas, destaca el Instituto Nacional de prevención, salud y seguridad laborales (INPSASEL), entre sus funciones se encuentran; el control de las condiciones y el medio ambiente de trabajo y prevención de accidentes y enfermedades profesional en el mismo.

Otro instituto que ejerce funciones importantes, es la comisión Venezolana de normas industriales (COVENIN), organismo que depende del Ministerio del Poder Popular para Industrias ligeras y el comercio y en él, se establecen condiciones de creación y acabado de productos industriales. COVENIN son el resultado de un proceso laborioso donde se incluye la consulta y estudios de normas internacionales, nacionales, de asociaciones.

El cuerpo operativo de este instituto es FONDORAMA, asociación civil sin fines de lucro, creada para promover las actividades de normalización y certificación, con el fin mejor la realidad y competitividad de los productos y servicios que provee el sector productivo venezolano.

Normas COVENIN, más importantes en el área de Seguridad Industrial.

NORMAS COVENIN, PARA ESPECIFICACIONES DEL PLÁSTICO.

AMBIENTALES:

Los problemas ambientales de importancia en la fabricación de productos plásticos incluyen principalmente:

Emisiones al aire. Aguas residuales. Residuales de sólidos.

Las actividades operativas que puedan acarrear impactos adversos en el medio ambiente incluyen la granulación, la preparación de compuestos, formulación de resinas, la conformación y acabado. Dado que la fabricación de plástico difieren principalmente en las operaciones relativas a la preparación de compuestos, formulación y conformación.

Emisiones al aire ; En las Emisiones al aire, puedan contener material particulado y compuestos orgánicos volátiles (COV). El material particulado puede liberarse durante el manejo de aditivos secos y la granulación de polímeros. Por otro lado, en el calentamiento de los termoplásticos durante la preparación de compuesto y la formación pueda resultar en la formación y emisión de aerosoles finos.

Las técnicas recomendadas para la prevención y control de la contaminación por emisión de material particulado incluyen:

Optimizar las condiciones de procesamiento para el manejo y el mezclado de aditivos secos, temperatura y granulación de polímero.

Filtrar el aire de escape procedente de las zonas de manejo de materiales y granulación empleada, un ciclo o bolsa filtrantes.

Captar y controlar las emisiones fugitivas procedente de los dispositivos de producción, normalmente por medio de un ciclón primario y una bolsa filtrante secundaria o un precipitador electroestático.

Recomendaciones para prevenir y controlar las emisiones de compuestos orgánicos volátiles:

Emplear el almacenamiento cerrado para todos los fluidos de disolventes y limpiadores y para todos los reactivos de bajos puntos de ebullición.

Instalar sistema de control de ventilación, especialmente en los puntos de mayores temperaturas de procesamiento a lo largo de la línea de producción.

Instalar sistema locales de extracción de escape y absorbedores de carbón activados.

Instalar oxidantes térmicos de recuperación y regeneración, oxidantes catalíticos regenerativos, condensadores o biofiltros.

Elaborar e implementar un plan de manejo de disolventes.

Aguas residuales ; Los efluentes pueden contener disolventes, aceites, compuestos orgánicos hidrosolubles e insolubles liberados en el agua de contacto, procesamiento y limpieza, y partículas

sólidas con dimensiones que oscilan entre un submicron y varios milímetros.

Los contaminantes tóxicos potencialmente detectables en las aguas residuales de proceso, descargadas mediante los procesos de refrigeración y calentamiento por contacto incluyen ftalatos (ftalatos de dietilhexi, DHEP).

En las aguas de limpiezas empleadas se pueden encontrar niveles significativos de demanda bioquímica (DBO5) y química de oxígeno, sólidos totales en suspensión (TSS), total de carbono orgánico (TOC), aceites y grasas, fenoles totales y zinc. El agua de acabado puede contener niveles significativos de TSS y aditivos solubles en agua (ftalatos).

Recomendación para la prevención de contaminación de las aguas residuales de contacto, limpieza y acabado:

Adoptar prácticas de buen mantenimiento. Para el agua de acabado y contacto, instalar u proceso de carbón

activado para eliminar las sustancias orgánicas solubles, incluidos los ftalatos (especialmente importantes en la fabricación de PVC plastificados).

Utilizar plastificantes biodegradables siempre que sea posible. En el caso del agua de limpieza y acabado, reciclar el agua de

proceso mediante unidades de sedimentación y extraer los sólidos totales en suspensión, aceites y grasas.

Residuos sólidos : La fabricación de plásticos no suelen generar solidos residuales en cantidades considerables, debido a que los materiales de desecho procedentes de las operaciones de conformación y acabado pueden reciclarse.

Recomendaciones para el manejo y eliminación de los residuos sólidos

Los desechos procedentes de los polímeros termoplásticos se volverán a mole y se mezclaran con materiales vírgenes.

Riesgos de origen Químico

Incendios y explosiones: Los incendios en estas industrías puede generar humos negros acres y gases venenosos, incluyendo el monóxido de carbono. Los incendios pueden propargarse rápidamente y ser difícil de extinguir. Esto se puede controlar mediante la prohibición de fumar y el trabajo a elevadas temperaturas en zonas de alto riesgo.

Información adicional sobre la planificación y respuesta de emergencia para incendios y evacuación.

Polvo polimérico: los granuladores producen polvo fino a menudo combustibles. Al propagarse a altas concentraciones puede provocarse una explosión.

Pentano: la perla de poliesterino expandible (EPS) bruto suele contener pentano, un gas extremadamente inflamable. Este se libera durante su almacenamiento y transporte.

Se recomienda;

Minimizar la formación de polvo mediante el mantenimiento adecuado de cierras y reguladores de corte.

Diseñar las instalaciones de modo que se evite o minimice la creación de superficies en las que puede asentarse o adherirse el polvo de polímero (a causa de las fuerzas electrostáticas).

Eliminar las fuentes de ignición. Triturar las piezas metálicas para reducir la formación de chispas provocada por la electricidad estática.

Prohibir las expuestas de llamas y fumar. Instalar un separador magnético para reducir así el riesgo de

acceso de las piezas de metal en el granulador. Durante la expansión previa, mezclar el vapor de pentano con

vapor para reducir su inflamabilidad.

Los polímeros termoplásticos no se consideran nocivos para la salud de los trabajadores. Las formulaciones de resinas en procesos reactivos destinados a la fabricación de productos plásticos

termoestables contienen sin embargo materiales potencialmente peligrosos^.

Conclusiones

Los plásticos son materiales formados por polímeros constituidos por largas cadenas de átomos que contienen carbono.

La transformación industrial de algunas materias primas y compuestos en plásticos se lleva a cabo mediante procesos de síntesis denominados polimerización, que consisten en la unión repetida de grandes moléculas para dar lugar al polímero.

Las propiedades de los plásticos dependen de su naturaleza y composición. Algunas, como la dureza, la textura, la tenacidad, y la flexibilidad, son específicas de determinados plásticos y varían de unos a otros

Aunque tantas ventajas tienen que tener inconvenientes y es que el plástico tiene graves efectos contaminantes y su reciclaje es antieconómico. Las asociaciones ecologistas están en contra de la masiva utilización del plástico pero ningún método ha sido efectivo hasta el momento y es que la sociedad avanza y la revolución del plástico está incandescente