SuAírez-Romero-Jose-David-Tesis-Final

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DIRIGIDA POR: 
Ing. Felipe de Jesús García Monroy 
M. en C. Ricardo Cortez Olivera 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
MÉXICO, D.F ENERO 2015 
P R E S E N T A : 
 
Suárez Romero José David 
 
 
INGENIERO EN 
ROBÓTICA INDUSTRIAL 
 
TESIS 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
 
Proyecto de máquina extrusora, 
para creación de hilos de Poli 
Etilén Tereftalato. 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD AZCAPOTZALCO 
 ii 
 
ÍNDICE 
 
Índice ii 
Resumen xi 
Título xii 
Objetivo General xii 
Objetivos Específicos xii 
Objetivos Particulares xii 
Productos Esperados xiii 
Justificación xiii 
Agradecimientos xiv 
 
I. ESTADO DEL ARTE 1 
1.1 Contexto Histórico 2 
1.1.1 Historia del plástico 2 
1.1.2 El apogeo del plástico 3 
1.1.3 La expansión del plástico 3 
1.1.4 Historia de la extrusión 4 
 
II. ANÁLISIS DEL SISTEMA 8 
2.1 Contexto Tecnológico 9 
2.1.1 Marco Teórico del PET 9 
2.1.1.1 Características Particulares 10 
2.1.1.2 Propiedades físicas, mecánicas, térmicas y químicas del PET 11 
2.1.1.2.1 Propiedades del Plásticos PET Virgen 11 
2.1.1.2.2 Propiedades Eléctricas 11 
2.1.1.2.3 Propiedades Físicas 12 
2.1.1.2.4 Propiedades Mecánicas 13 
2.1.1.2.5 Propiedades Térmicas 13 
2.1.1.2.6 Propiedades Químicas 14 
2.1.1.3 Tipos de Plásticos PET 14 
2.1.1.4 Propiedades del Plástico PET Reciclado (RPET) 15 
2.1.1.5 Peso molecular y viscosidad del PET 16 
2.1.1.6 Retención de Viscosidad Intrínseca 16 
2.1.1.7 Generación Mínima de Acetaldehído 17 
2.1.1.8 Transparencia Máxima de la Preforma 18 
2.1.1.9 Reometría y Reología 20 
 
2.1.2 Marco Teórico del Proceso de Extrusión 21 
2.1.2.1 Moldeo por extrusión en húmedo 22 
2.1.2.2 Moldeo por extrusión en seco, continuo o caliente 22 
2.1.2.3 Defectos generados en el proceso de extrusión 22 
 iii 
 
2.1.2.4 Tipos de extrusoras 24 
2.1.2.4.1 Extrusoras de desplazamiento positivo 24 
2.1.2.4.2 Extrusoras de pistón 24 
2.1.2.4.3 Bombas de extrusión 25 
2.1.2.4.4 Extrusoras de fricción viscosa 25 
2.1.2.4.5 Extrusora de tornillo 25 
2.1.2.4.6 Extrusoras de tambor rotatorio 26 
2.1.2.4.7 Extrusora de rodillos 26 
2.1.2.5 Descripción del funcionamiento de una extrusora 27 
2.1.2.5.1 Transporte de sólidos (zona de alimentación) 27 
2.1.2.5.1.1 Transporte de sólidos en la tolva 27 
2.1.2.5.1.2 Transporte de sólidos en el cilindro 28 
2.1.2.5.2 Fusión (zona de transición) 28 
2.1.2.5.3 Transporte del fundido (zona de dosificado) 31 
2.1.2.5.4 Mezclado 36 
2.1.2.5.5 Desgasificado 36 
2.1.2.5.6 Conformado 37 
2.1.2.5.7 Tensionado 37 
2.1.2.5.8 Relajación 38 
2.1.2.5.9 Enfriamiento 38 
 
2.2 Cimientos del Proyecto 39 
2.2.1 Fundamento 39 
2.2.1.1 Análisis FORD 39 
2.2.1.1.1 Fortalezas 40 
2.2.1.1.2 Oportunidades 40 
2.2.1.1.3 Restricciones 40 
2.2.1.1.4 Debilidades 40 
2.2.2 Conocimiento de Soporte del Proyecto 41 
2.2.2.1 Conocimientos previamente adquiridos para el diseño mecánico 41 
2.2.2.2 Conocimientos previamente adquiridos para el diseño eléctrico 41 
2.2.2.3 Conocimientos previamente adquiridos para el diseño control-
electrónico 
41 
2.2.3 Argumentos 42 
2.2.3.1 Argumentos importantes a considerar para el diseño de la máquina 
extrusora 
42 
2.2.3.2 Descripción de Argumentos 42 
2.2.4 Requisitos (Q.F.D) 44 
2.2.4.1 Ponderación de criterios en base a problemáticas 44 
2.2.4.2 Ponderación de criterios en base a propiedades del PET 45 
2.2.4.3 Ponderación de criterios en base a soluciones del diseño de la máquina 
extrusora 
46 
 
 iv 
 
2.3 Diseño del Nuevo Sistema 47 
2.3.1 Ingeniería General del Proceso de Extrusión 47 
2.3.1.1 Capacidad del extrusor 47 
2.3.2.2 Diagrama de proceso 48 
2.3.2.3 Ciclo de Trabajo 48 
 
2.3.2 Diseño del Sistema Mecánico 49 
2.3.2.1 Propuesta de análisis de partes mecánico 49 
2.3.2.2 Husillo 49 
2.3.2.2.1 El tornillo a diseñar tiene tres zonas 51 
2.3.2.2.1.1 Sección de alimentación 51 
2.3.2.2.1.2 Sección de transición 51 
2.3.2.2.1.3 Sección de dosificación 51 
2.3.2.3 Barril 52 
2.3.2.4 Cabezal 53 
2.3.2.4.1 Filtros de extrusión 54 
2.3.2.4.2 Dados 56 
2.3.2.5 Cilindro ranurado para encarretado del hilo obtenido. 57 
2.3.2.5.1 Rodillos guía para el hilo 58 
2.3.2.6 Tolva 58 
2.3.2.7 Rodamientos para Husillo 59 
2.3.2.7.1 Rodamientos cilíndricos 59 
2.3.2.7.2 Rodamientos cónicos 60 
2.3.2.7 Motoreductor 60 
2.3.2.8 Camisa 61 
 
2.3.3 Diseño del Sistema Eléctrico 62 
2.3.3.1 Motor-reductor 62 
2.3.3.2 Motor Eléctrico 63 
2.3.3.3 Resistencias eléctricas 64 
2.3.3.4 Termopares 67 
 
2.3.4 Diseño del Sistema Electrónico – Control 68 
2.3.4.1 Pirómetro 68 
2.3.4.2 PLC 68 
 
2.4 Contexto Normativo 70 
2.4.1 Instalaciones Eléctricas 70 
2.4.2 Seguridad de máquinas en centros de trabajo 71 
2.4.3 Diseño de máquinas seguras con normativa europea 71 
2.4.4 Normativa europea de seguridad de máquina 72 
 
 v 
 
2.5 Concepto Ganador 73 
2.5.1 Extrusora 74 
2.5.2 Sistema de embobinado/hilado 75 
 
III. INGENIERÍA DE DISEÑO Y CÁLCULOS 76 
3.1 Ingeniería de Diseño Mecánico y Eléctrico 77 
3.1.1 Husillo 77 
3.1.1.1 Parámetros tecnológicos 77 
3.1.1.2 Relación de longitud del husillo 79 
3.1.1.3 Holgura y Tolerancias del tornillo/cilindro 79 
3.1.1.4 Zonas del husillo y sus longitudes 80 
3.1.1.5 Cálculo del número de filetes del husillo 81 
3.1.1.6 Intervalos de velocidad de cortadura 81 
3.1.1.7 Viscosidad efectiva 81 
3.1.1.8 Producción del Tornillo 84 
3.1.1.8.1 Volumen unitario del flujo de arrastre o de fricción (QD ó ) 85 
3.1.1.8.2 Volumen unitario del flujo de presión (QP ó ) 85 
3.1.1.8.3 Volumen unitario del flujo de filtración (QL ó ) 86 
3.1.1.8.4 Constante total de la cabeza K 86 
3.1.1.9 Relación de compresión 90 
3.1.1.10 Cálculo de la potencia requerida 91 
3.1.1.11 Presiones en la máquina extrusora 93 
3.1.1.12 Selección de material para el husillo 98 
3.1.1.13 Peso del husillo 98 
3.1.1.13 .1 Volumen del alma del husillo en cada sección 99 
3.1.1.13.2 Volumen de los filetes en cada zona 100 
3.1.1.14 Cálculo de fuerzas del husillo 104 
3.1.1.15 Diseño del muñón 115 
3.1.1.16 Diseño de la chaveta 120 
3.1.2 Diseño/Selección de Cañón 122 
3.1.2.1 Calculo del espesor mínimo del Cañón 123 
3.1.2.2 Especificaciones del diseño del Cañón 124 
3.1.3 Diseño de Tolva 125 
3.1.3.1 Calculo del peso de la hojuela de PET 125 
3.1.3.2 Dimensiones de la Tolva 126 
3.1.3.3 Calculo de volúmenes y volumen total de la Tolva 126 
3.1.3.4 Calculo de la cantidad de hojuelas dentro de la tolva 127 
3.1.3.5 Calculo de kilogramos en la tolva 128 
3.1.4 Selección de Motor-reductor para máquina 128 
3.1.5 Selección de Coples 130 
3.1.6 Selección de rodamientos 131 
3.1.7 Selección de chumacera 131 
 vi 
 
3.1.8 Selección de plato rompedor 132 
3.1.9 Selección de malla 132 
3.1.10 Selección de Bridas para Cañón 134 
3.1.10.1 Selección de Brida delantera 134 
3.1.10.2 Selección de Brida trasera 135 
3.1.10.3 Selección de Tornillos 135 
3.1.11 Selección de Resistencias 136 
3.1.12 Diseño de cabezal 137 
3.1.13 Diseño de boquilla 138 
3.1.14 Diseño de camisa 140 
3.1.15 Selección de ventiladores 140 
3.1.16 Diseño del sistema de calandria 141 
3.1.16.1 Calculo de velocidad de salida del material 141 
3.1.16.2 Calculo del carrete embobinador de hilo al final de la calandria 141 
3.1.16.3 Selección de rodillos 142 
3.1.16.4 Selección del Tambor guiador de hilo 143 
3.1.16.5 Velocidad angular del tambor acomodador 144 
3.1.16.6 Selección de motor de tambor acomodador 144 
3.1.16.7 Selección del Rodillo perforado 145 
3.1.17 Diseño de base 145 
 
3.2 Ingeniería de Electrónica y Control 146 
3.2.1 Diseño del Sistema de Control de Temperatura 146 
3.2.2 Selección de PLC 149 
3.2.3 Selección de Pirómetro 150 
3.2.4 Selección deTermopares 150 
 
IV COSTOS 151 
4 Costos del Proyecto 152 
 
V Concusiones 158 
 
Planos 159 
Anexos 190 
Bibliografías y Referencias Electrónicas 226 
 
 
 
 
 
 
 vii 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura 1 Máquina manual para hacer pasta. 4 
Figura 2 Máquina productora de cereales. 5 
Figura 3 Máquina extrusora antigua de doble husillo. 5 
Figura 4 Máquina extrusora husillo simple. 6 
Figura 5 Máquina extrusora de nueva generación. 7 
Figura 6 Máquina extrusora de doble husillo. 7 
Figura 7 Esterificación del PET. 9 
Figura 8 Policondensación del PET. 9 
Figura 9 Reacción Química de polietilentereftalato. 10 
Figura 10 Efecto del acetaldehído (ppm) vs el tiempo de residencia (hrs). 17 
Figura 11 Acetaldehído residual (ppm) vs temperatura (C°). 18 
Figura 12 Efecto de la velocidad del husillo (rpm) vs acetaldehído residual (ppm). 18 
Figura 13 Comportamiento del PET en las diferentes zonas térmicas. 19 
Figura 14 Máquina extrusora de plásticos JYM. 21 
Figura 15 Fractura de la fusión, causada por flujo turbulento en la fusión a través de una aguda 
reducción a la entrada del dado. 
23 
Figura 16 Perfil de velocidades de la fusión al fluir a través de la abertura del dado, el cual 
puede conducir el defecto llamado piel de tiburón. 
23 
Figura 17 Formación del tallo de bambú. 24 
Figura 18 Esquema de una extrusora de un tornillo. 25 
Figura 19 Flujo del material en una tolva de alimentación. 27 
Figura 20 Corte transversal de la extrusora en la zona de transición 28 
Figura 21 Ancho del pozo de fundido a lo largo de la zona de transición. 29 
Figura 22 Relación entre la longitud de fusión y la temperatura del cilindro para una velocidad 
del tornillo constante. 
30 
Figura 23 Efecto del ángulo de hélice y del número de filetes sobre la longitud de fusión. 31 
Figura 24 Perfil de velocidades originado por el flujo de arrastre. 32 
Figura 25 Perfil de velocidades debido al flujo de presión. 33 
Figura 26 Perfil de velocidades debido al flujo total 33 
Figura 27 Canal del tornillo en descarga abierta. 34 
Figura 28 Limitación del flujo en la boquilla. 35 
Figura 29 Canal con flujo transversal. 35 
Figura 30 Flujo de recirculación en el canal del tornillo. 35 
Figura 31 Extrusora con sección de desgasificación. 37 
Figura 32 Hinchamiento debido a la relajación de un material de sección cuadrada. 38 
Figura 33 Contracción debida al enfriamiento de un material de sección cuadrada. 38 
Figura 34 Dimensiones del laboratorio a escala. (CIIEMAD). 42 
Figura 35 Ponderación de criterios en base a problemática. 44 
Figura 36 Ponderación de criterios en base a propiedades del PET. 45 
Figura 37 Ponderación de criterios en base a soluciones del diseño de la máquina extrusora. 46 
Figura 38 Proceso de extrusión. 48 
Figura 39 Husillo para extrusión, punta plana. 49 
Figura 40 Relación L/D, husillo de extrusión. 50 
Figura 41 Husillo con aleación y te2rminado. 50 
Figura 42 Pendiente de la sección de transición. 51 
Figura 43 Diseño del Tornillo. 51 
 viii 
 
Figura 44 Ejemplo de Barril. 53 
Figura 45 Cabezal del extrusor 53 
Figura 46 Plato Rompedora, ¨Breaker Plate¨ 54 
Figura 47 Mallas, ¨Screen-Pack¨ 55 
Figura 48 Plato rompedor con mallas. 55 
Figura 49 Dado de forma tronco-cónico. 56 
Figura 50 Cilindro ranurado. 57 
Figura 51 Rodillos guía. 58 
Figura 52 Vistas de Tolvas. 59 
Figura 53 Gorro chino. 59 
Figura 54 Rodamientos cilíndricos. 60 
Figura 55 Rodamientos cónico. 60 
Figura 56 Camisa. 61 
Figura 57 Engranaje de Motoreductor, (Catalogo RAISA). 62 
Figura 58 Partes de Motoreductor, (Catalogo RAISA). 63 
Figura 59 Motor Eléctrico 64 
Figura 60 Flujo en una resistencia 65 
Figura 61 Resistencias tipo abrazadera 65 
Figura 62 Resistencias eléctricas, (Fotografía propia). 66 
Figura 63 Termopares 67 
Figura 64 Pirómetros 68 
Figura 65 PLC 69 
Figura 66. Sección de un cilindro con husillo de un canal. Vista general. 78 
Figura 67. Zonas del husillo. 80 
Figura 68. Intervalos de velocidad de cortadura 82 
Figura 69. Intervalos de viscosidad efectiva con respecto a temperatura y velocidad de cortadura. 83 
Figura 70. Diagrama de velocidad de flujo. 84 
Figura 71. Triángulo rectángulo para hallar la longitud del filete. 100 
Figura 72. Sección rectangular del filete 101 
Figura 73. Sección del filete en la zona cónica. 102 
Figura 74. Diagrama de fuerzas de un husillo. 105 
Figura 75. Diseño de Muñón. 115 
Figura 76. Medida nominal de la chaveta en mm. 121 
Figura 77. Calculo de cañón (espesor).MdSolids. 123 
Figura 78. Tolva, (Diseño propio). 126 
Figura 79. Motorreductor, Modelo SK 1SM 63 – 90S/4. (Catalogo NORD). 129 
Figura 80. Coples (Catalogo Tsubaki). 126 
Figura 81. Áreas abiertas. (Catalogo en línea SFR Tooling). 132 
Figura 82. Malla seleccionada (Catalogo en línea AMBICA). 133 
Figura 83. Tipos de Brida, (Manual Tulsa Oklahoma). 134 
Figura 84. Brida Socket Weld, (Manual Valtech). 135 
Figura 85. Resistencias elegidas, (Empresa K-LOR ). 136 
Figura 86. Ventilador, (Catalogo Soler-Palau). 140 
Figura 87. Rodillos, (Catalogo Rulmeca) 142 
Figura 88. Acoplamiento, (Catalogo Rulmeca) 142 
Figura 89. Dimensiones de rodillos, (Catalogo Rulmeca) 143 
 ix 
 
Figura 90. Tambor guiador, (Foto propia) 143 
Figura 91. Motor de tambor guiador, (Manual ABB Rulmeca) 144 
Figura 92. Rodillo perforado, (Manual ABB Rulmeca) 145 
Figura 93. Control de lazo cerrado con partes críticas del control. 146 
Figura 94. Gráfica de la dinámica del termopar. 147 
Figura 95. Gráfica de la dinámica de las resistencias. 147 
Figura 96. Controlador de Temperatura TLK9, con pirómetro. 148 
Figura 97. Control de lazo cerrado con la parte adquirida del controlador TLK9. 148 
Figura 98. Control de lazo abierto para swichage de ventiladores. 149 
Figura 99. PLC Omron 10 puntos. 149 
Figura 100. Termopar tipo J seleccionado. 150 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 x 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
Tabla 1 Tabla de Propiedades Eléctricas. 11 
Tabla 2 Tabla de Propiedades Físicas. 11 
Tabla 3 Tabla de Propiedades Mecánicas. 12 
Tabla 4 Tabla de Propiedades Térmicas. 12 
Tabla 5 Tabla de Propiedades Químicas. 13 
Tabla 6 Valores de Viscosidad Intrínseca típicos para diferentes aplicaciones. 15 
Tabla 7 Tabla explicativa del procedimiento de extrusión. 26 
Tabla 8 Estudio FORD 39 
Tabla 9 Problemáticas y su clasificación 42 
Tabla 10 Tamaño de extrusora por el diámetro del husillo 47 
Tabla 11 Descripción del proceso de extrusión 48 
Tabla 12 Espacios típicos entre el tornillo y el barril en función del tamaño del tornillo 52 
Tabla 13 Revoluciones y Potencias requeridas para el diseño de la máquina extrusora. 115 
Tabla 14. Especificaciones Estándar de Patrón de Agujeros(Catalogo en línea SFR Tooling). 132 
Tabla 15. Especificaciones estándares de Malla para Extrusora Agujeros (Catalogo en línea 
AMBICA). 
133 
Tabla 16. Tabla de selección de tipo de termopar. 150 
 
ÍNDICE DE GRÁFICAS 
Gráfica 1. Gráfica de Variación de Caudal de la Máquina Extrusora con respecto a las rpm del 
husillo. 
90 
Grafica 2. Gráfica de Variación de la Potencia Requerida del husillo en HP. 93 
Grafica 3. Gráfica de Variación de la Presión máxima en la extrusora. 95 
Grafica 4. Gráfica de Variación de la Presión de operación en la extrusora. 97 
Grafica 5. Gráfica de Variación de la Fuerza axial en el husillo. 109 
Grafica 6. Gráfica de Variación de la Tensión normal del husillo. 112 
Grafica 7. Gráfica de Variación en la Solidez del husillo. 114 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 xi 
 
Resumen. 
– La forma más común de fundir el PET1, es por medio de máquinas extrusoras enormes 
que generan metros y metros de hilos de este material, que sonusados para la creación 
de diferentes utensilios, la mayor parte de uso doméstico. Hoy en día el uso de extrusoras 
industriales ha incrementado, por la eficiencia de reutilizar PET
1
, pero también ha crecido 
en las pequeñas empresas que generan menores volúmenes de material extruido, lo que 
ha generado en la construcción de máquinas extrusoras de menor tamaño de lo comercial, 
las llamadas extrusoras de laboratorio, las cuales también son de uso didáctico. 
 
Muchas de las máquinas extrusoras de laboratorio, no solo son usadas para el reciclaje y 
uso de los hilos de PET1, sino también en obtención de muestras para la realización de 
pruebas en combinación con diferentes materiales en centros de investigación para la 
obtención de nuevos materiales. 
 
Muchas de las empresas más importantes en esta índole se encuentran en Italia, Estados 
Unidos, Taiwán; en México existen algunas empresas que también diseñan y construyen 
las extrusoras de laboratorio. Haciendo una pequeña investigación encontramos que el 
costo de una máquina extrusora en el mercado mandada a hacer con las especificaciones 
requeridas es muy alto, para su adquisición en un laboratorio de investigación por lo tanto 
no es costeable. 
 
El presente trabajo pretende diseñar una máquina extrusora de nivel laboratorio con lo que 
que a largo plazo se logre construir dicha máquina a un menor costo. 
 
El propósito de la maquina fundidora de plástico es ser capaz de suministrar la materia 
prima requerida por el usuario el cual debe de tener un sistema apropiado para que el 
producto se encuentre en buen estado y no pierda sus propiedades y especificaciones 
indicadas. 
 
 
 
 
1
Poli Etilén Tereftalato ó Tereftalato de polietileno 
 
 
 
 
 
 
Título 
Proyecto de máquina extrusora, para creación de hilos de Poli Etilén Tereftalato. 
 
Objetivo General 
Diseñar una máquina extrusora generadora de hilos de PET1, para su implementación 
dentro de un laboratorio de investigación en el CIIEMAD2, del IPN3. 
 
Objetivo Específicos 
Se diseñara una máquina extrusora para el cumplimiento de las dimensiones requeridas 
para de un laboratorio de investigación, dentro del CIIEMAD2 del IPN3, cumpliendo con las 
especificaciones de la extrusión que se requiere para el desarrollo de un nuevo material. 
 
Objetivos Particulares 
 
 Diseño mecánico, eléctrico, electrónico y de control, para el funcionamiento de la 
máquina. 
 Seleccionar o diseñar el husillo de acuerdo a las necesidades del tipo de sistema de 
extrusión que se llevará a cabo 
 Diseñar la parte mecánica del sistema extrusor. 
 Seleccionar el sistema de enfriamiento y control de temperatura. 
 Diseñar la etapa de control y potencia para el sistema. 
 Diseñar un control proporcional integral o proporcional derivativo con el fin de 
mantener una temperatura constante en el proceso de fundido. 
 Ofrecer un sistema muy versátil capas de adecuarse a las necesidades del 
cliente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Productos esperados 
1. Memoria de cálculo en la parte mecánica y eléctrica. 
2. Código de programación de la parte electrónica. 
3. Planos 2D 
4. Modelo en 3D. 
5. Realización del trabajo escrito. 
 
 
 
Justificación 
 
La incorporación del plástico a la vida cotidiana crea un fenómeno nuevo: la presencia 
indefinida, siempre creciente, de basura. La mezcla de plásticos y desechos orgánicos es 
un derroche que grava al planeta de un modo tal que cada vez más científicos y otras 
personalidades consideran suicida. El plástico no es biodegradable y tampoco desaparece 
fácilmente por erosión; es así que el reciclaje se ha convertido en pilar del proceso de 
creación de nuevos materiales. 
 
La investigación sobre la generación de nuevos materiales contiene muchas etapas, una 
de ellas es el desarrollo de pruebas con diferentes materiales en combinación con PET1, 
para ello es necesario transformar este material, evitando la compra del mismo para 
dichas pruebas. 
 
Encaminados a resolver ésta problemática, que genera altos costos a largo plazo, se 
solucionará realizando el diseño de una máquina extrusora con las dimensiones 
requeridas para su implementación en un laboratorio, con la que se obtendrá el material 
deseado. 
 
De este modo se tendrá el diseño de la parte mecánica, para su próxima construcción, al 
igual que el diseño de la parte electrónica, eléctrica y del control para su funcionamiento; 
así se tendrá la información más importante para implementar la máquina en el laboratorio 
de investigación, y en su momento generar el material deseado. 
 
Normalmente las extrusoras usadas en la industria son utilizadas para generar hilos de 
PET1, de alrededor de 25 metros de largo lo hace que el diseño de máquinas extrusoras 
sea de dimensiones industriales, la falta de espacio en los centros de investigación, hace 
por si solo innovador el desarrollo de una máquina extrusora que genere hilos de PET1, de 
menor tamaño, logrando su manipulación para pruebas de laboratorio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos 
 
 
 
 
A mis padres: 
 
Con todo mi cariño y mi amor para las personas que hicieron todo en la vida para que yo 
pudiera lograr mis sueños, por motivarme y darme la mano cuando sentía que el camino 
se terminaba, a ustedes por siempre mi corazón y mi agradecimiento. 
 
 
También agradezco a esas personas importantes de mi vida, que siempre estuvieron listas 
para brindarme toda su ayuda, a quienes con su paciencia y comprensión me inspiraron a 
siempre ser mejor. Ahora me toca regresar un poquito de todo lo inmenso que me han 
otorgado. A ustedes: 
 
 
 Gabriela López 
 Ali Suárez 
 Isa Suárez 
 Sofía Romero 
 Laura Álvarez 
 Jaime Kushelevich 
 
 
Gracias. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTADO DEL ARTE 
 
Introducción al capítulo. 
 En este capítulo se presenta una breve 
reseña histórica sobre los plásticos 
reciclados de (PET). 
 
 En este capítulo se presenta una breve 
reseña histórica sobre las extrusoras con 
diversas imágenes. 
 
Capítulo 
 
I 
 
 
2 
 
 
 
I Estado del Arte 
 
1.1 Contexto Histórico 
 
La recapitulación de circunstancias que acompañan a los sucesos trascendentales e 
históricos, deben ser tomados en cuenta, ya que permitirá en el futuro que el lector los vea 
con la perspectiva adecuada, y logre emitir un juicio amplio y verídico. 
 
1.1.1 Historia del plástico 
“Los materiales plásticos tienen más un siglo de existencia, aunque las investigaciones 
que permitieron su producción datan de mucho tiempo atrás. 
Al igual que en otros procesos productivos, los plásticos reconocen dos momentos 
diferenciados: la elaboración de productos plásticos a partir de fibras existentes en la 
naturaleza y la elaboración de productos sintéticos propiamente dichos, es decir no 
existentes en la naturaleza. 
En 1000 a. C., los olmecas encontraron diferentes aplicaciones del hule, que se extraía de 
árboles, se utilizaba para impermeabilizar telas y canoas; también se empleaban como 
adhesivo, para preservar objetos, en emplastos para curaciones, como combustible para 
antorchas, y en la elaboración de pelotas. Los aztecas lo conocían como ulli, que significa 
movimiento. Los conquistadores de este pueblo, los españoles, lo llevaron a Europa, en 
donde no pasó de ser visto como mera curiosidad; y no fue sino hasta que llega a los 
ingleses cuando se dio un uso práctico. 
En 1839, Charles Goodyear, de Estados Unidos, Macintosh y Hancock, de Inglaterra, 
obtuvieron la vulcanización de hule. En 1859, el inglés Joule demostró los principios 
termodinámicos de la elasticidad del hule. 
En 1907, Leo H.Baekerland perfeccionó el proceso de producción de la resina de fenol-
formaldehído, desarrollada años antes por Adolf von Baeyer (Premio Nobel de Química en 
1905), y creó la baquelita, el primer plástico clasificadocomo termofijo o termosestable. El 
ruso I. Ostromislenksky patentó la polimerización del cloruro de vinilo para obtener PVC; 
ya en 1913 Fritz Klatte descubrió el acetato de polivinilo. 
En la Primera Guerra Mundial (1914-1918), se intensificó el uso del celuloide y sus 
derivados, como el acetato de celulosa, que permitió aplicaciones a los vehículos aéreos 
militares del momento (dirigibles y la incipiente aviación). (Méndez, 2010, p.35-39). 
 
 
 
 
 
3 
 
 
1.1.2 El apogeo del plástico 
No será sino en la década de los 30, con la creación del nylon que la historia de los 
plásticos toma otro vuelo. El nylon es un producto sintético en toda su extensión, ya que 
no proviene de otros cuerpos hallados en la naturaleza sino que está constituido por 
elementos creados sintéticamente: las amidas. 
La lista aumenta con el acrílico y el polivinilcloruro [PVC]. La década de los 40, se abre 
con el poliéster y el plástico de mayor uso en la actualidad, el polietileno. 
Desde el punto de vista de una historia del material plástico, se podría decir que el período 
que se abre hacia 1930 y va hasta mediados de los 40 constituye "el apogeo del plástico". 
Es en ese período precisamente donde surge la mayor cantidad de materiales plásticos 
que se conocen hoy en día. 
En 1940 Du Pont presenta el poliacrilonitrilo (PAN), y Whitfield y Dickson sintetizan el 
poli etilen tereftalato (PET). En 1941 el químico Roy J.Plunkett, descubrió por accidente 
el poli tetrafluoro etileno (teflón). 
En su proceso de elaboración todos los plásticos cuentan con un momento de 
calentamiento de la materia prima (generalmente a cientos de grados Celsius), a partir del 
cual los cuerpos, presionados, toman su forma y consistencia. Una vez pasado ese 
momento y comenzado el enfriamiento, los plásticos se dividen en dos grandes grupos: el 
de los termoestables y el de los termoplásticos. Los primeros, también llamados termo 
rígidos, son los que fraguan y todo otro proceso de calentamiento solamente los arruina o 
destruye; los segundos se caracterizan porque todo nuevo calentamiento los retorna a un 
estado de plasticidad tal que se los puede reconstruir. En estos últimos, es decisiva la 
presencia de plastificantes (derivados de un ácido del petróleo), sustancia que se 
ablandan con suma facilidad. 
La clave para la elaboración de materiales plásticos es la polimerización, un proceso 
mediante el cual se unen moléculas estableciendo larguísimas cadenas intermoleculares 
que son las que resultan especialmente sensibles al calor para su configuración como 
objetos diversos (de allí los nombres, como poli-amida, poli-estireno, etcétera). 
El proceso más común para la fabricación de productos con el material polimerizado es el 
de extrusión, que consiste en la inyección de material plástico en estado pastoso, casi 
líquido, obteniendo hilos del material extruido y usados dentro de moldes que luego se 
enfrían y retiran y dejan así constituido el objeto. (Méndez, 2010, p. 39 – 42). 
1.1.3 La expansión del plástico 
A partir del fin de la Segunda Guerra Mundial (1939 - 1945) se produce una expansión 
formidable de la industria de los plásticos. En el Reino Unido, entre 1950 y 1961 se 
cuadruplica la producción pasando de 150 mil toneladas anuales a 600 mil de materiales 
plásticos. 
 
 
4 
 
 
En los ochenta se dieron los polímeros biodegradables a partir de vegetales y frutos; en la 
Universidad de Michigan se desarrolló el poli hidroxibutirato (PHB). Por su parte, en el 
IPN3 de México se obtiene látex del fruto de la papaya. 
El volumen de la producción mundial anual de plásticos en los 90 se equiparo al de la 
producción mundial total de metales. 
En 2000, Shirakawa, Heeger y MacDiarmid recibieron el premio Nobel de Química por el 
descubrimiento y el desarrollo de polímeros conductores. (Brown, 2000, p.30; Méndez, 
2010, p.43 - 46). 
1.1.4 Historia de la extrusión 
“La extrusión se ha empleado industrialmente durante los últimos 50 años. Inicialmente el 
uso de la extrusión se limitaba a mezclar y dar forma a macarrones y cereal granulado. 
En la actualidad, un extrusor se considera un birreactor de alta temperatura y corto tiempo 
de residencia que transforma una amplia variedad de materias primas en intermedios 
modificados o productos finales. 
Esta nueva percepción y la evolución creciente de la tecnología se debe a: 
• Alta capacidad de procesado y eficiencia energética. 
• Procesado de materiales relativamente deshidratados y viscosos. 
Los procesos de extrusión y los equipos de extrusionado fueron desarrollados 
simultáneamente en varias industrias y países durante los dos últimos siglos, figura 1 
• En 1779 ya se empleaba un sistema manual para el procesado de pasta. 
 
 Figura 1 Máquina manual para hacer pasta. 
 
 
5 
 
 
• En 1860-1863 aparecen las primeras producciones industriales de cereales en Estados 
Unidos, figura 2. 
 
 Figura 2 Máquina productora de cereales. 
(http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Edad_Moderna/Revolucion_Industrial.htm) 
• En 1869 Fellows y Baste, en Inglaterra desarrollaron el primer extrusor continúo de doble 
husillo conocido. Este equipo se usó inicialmente para la elaboración de productos del tipo 
salchicha, figura 3. 
 
 Figura 3 Máquina extrusora antigua de doble husillo. 
(http://ceramicdictionary.com/es/e/2582/extrusora-b-el%C3%A8ctrica-amasadora) 
• En 1894 Will Keith Kellog inventa los primeros “corn flakes” que empezarán a 
comercializarse de forma generalizada a partir de 1906. 
• En 1900-1902 primera prensa-extrusora en continuo para obtención de aceite de linaza. 
http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Edad_Moderna/Revolucion_Industrial.htm
http://ceramicdictionary.com/es/e/2582/extrusora-b-el%C3%A8ctrica-amasadora
 
 
6 
 
 
• En 1930 se desarrolló el primer extrusor de husillo único para la producción continúa de 
pasta. 
• En 1939 los primeros rizos de maíz fueron extrusionados. 
• A lo largo de 1940 se desarrollaron y refinaron diferentes extrusores de único husillo para 
la obtención de aceite a partir de semillas oleaginosas, sustituyendo muchas de las menos 
eficientes prensas hidráulicas obtenidas para este propósito. 
• En 1950, la primera máquina de extrusionado de comida para animales fue puesta en 
marcha por Ralston Purina. 
• Entre 1950 y 1960 se desarrollan las primeras instalaciones de comida extrusionada para 
animales, basada en producto de base almidón gelatinizado. 
• En 1951 Anderson Company desarrolla un sistema de pre-prensado de semillas 
oleaginosas de alto contenido en aceite y diferentes extrusoras de husillo simple, figura 4. 
Figura 4 Máquina extrusora husillo simple. 
(http://www.exapro.com/product/2010/05/PE99982/3aa589d0961fbb55423a7fa4262fd04a/anderson-cooking-
extruder-pe99982_2.jpg) 
• Entre 1960 y 1970 aparecen los primeros sistemas de cocción y conformado en continuo 
para la obtención de cereales RTE, pet foods de humedad intermedia, cereales basados 
en almidón pre-gelatinizado y TPP (texturized plant proteins). 
 
http://www.exapro.com/product/2010/05/PE99982/3aa589d0961fbb55423a7fa4262fd04a/anderson-cooking-extruder-pe99982_2.jpg
http://www.exapro.com/product/2010/05/PE99982/3aa589d0961fbb55423a7fa4262fd04a/anderson-cooking-extruder-pe99982_2.jpg
 
 
7 
 
 
• En 1970 nuevas generaciones de extrusores de simple y doble husillo, figura 5. 
Figura 
5 Máquina extrusora de nueva generación. 
(http://www.directindustry.es/prod/erema-engineering-recycling-maschinen-und-anlagen-gmbh/extrusoras-de-
un-husillo-para-reciclado-de-materias-plasticas-75802-759199.html) 
• A partir de los 80 se interesan las empresas de USA en extrusores de doble husillo, 
figura 6. 
 
Figura 6 Máquina extrusora de doble husillo.(http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/469114) 
• A partir de la década de los ochenta, se da la proliferación del uso de los extrusores. 
Estudios relacionados con los biopolímeros, nutracéuticos. El extrusor bioreactor en 
continuo. 
http://www.directindustry.es/prod/erema-engineering-recycling-maschinen-und-anlagen-gmbh/extrusoras-de-un-husillo-para-reciclado-de-materias-plasticas-75802-759199.html
http://www.directindustry.es/prod/erema-engineering-recycling-maschinen-und-anlagen-gmbh/extrusoras-de-un-husillo-para-reciclado-de-materias-plasticas-75802-759199.html
http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/469114
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANÁLISIS DEL SISTEMA 
 
Introducción al capítulo. 
 Se presenta una explicación concisa de la composición del (PET) y 
sus características eléctricas, físicas, mecánicas, térmicas y 
químicas. 
 Se presentan algunos procesos de extrusión de plásticos 
reciclados y se da una explicación detallada del proceso de 
extrusión. 
 Se hace mención del contexto normativo del trabajo. 
 Se expresan las ideas de diseño de la máquina extrusora. 
 La explicación detallada de la parte del sistema que se desea 
diseñar. 
 Se enuncian aspectos importantes dentro del diseño de los 
componentes de la máquina. 
Capítulo 
 
II 
 
 
9 
 
 
 
II Análisis del Sistema 
 
 
2.1 Contexto Tecnológico 
 
2.1.1 Marco Teórico del PET 
 
El PET se sintetiza en dos etapas. 
 
En una primera etapa de esterificación se prepara el monómero bis-(2-hidroxietil)-
Tereftalato o di glicol Tereftalato, haciendo reaccionar el ácido tereftálico con etilenglicol 
bajo unas condiciones de temperatura y presión determinadas. A continuación hay una 
segunda reacción de poli condensación del monómero bajo elevada temperatura y 
reducida presión. 
 
 
Figura 7 Esterificación del PET 
 (http://www.laseda.es/data/publicaciones/2008/pet_dossier.pdf) 
 
Al final de esta reacción se obtiene un polímero que tiene una viscosidad intrínseca de 
0,65 dL/g (decilitros entre gramos). Aproximadamente este valor corresponde a 100 
unidades repetidas de la molécula. Para asegurar que el equilibrio de la reacción se 
desplaza hacia la formación del polímero, en esta reacción de poli condensación debe 
eliminarse de la fase fundida el glicol que se ha generado lo más rápidamente posible. 
 
 
Figura 8 Policondensación del PET 
 (http://www.laseda.es/data/publicaciones/2008/pet_dossier.pdf) 
http://www.laseda.es/data/publicaciones/2008/pet_dossier.pdf
http://www.laseda.es/data/publicaciones/2008/pet_dossier.pdf
 
 
10 
 
 
 
Para acelerar dicho proceso se adiciona un catalizador base antimonio, germanio o titanio, 
mientras que para mejorar la estabilidad térmica de la fase fundida se emplean 
compuestos de fósforo. 
 
Paralelamente a la reacción de poli condensación debe evitarse que la molécula de PET 
pueda descomponerse provocando la rotura de cadenas que generan acetaldehído 
gaseoso y grupos carboxílicos –COOH. 
 
Figura 9 Reacción Química de polietilentereftalato (GARRITZ A. y Chamizo J.A. “Tú y la Química”, México 
2001) 
 
El uso más común del polietilentereftalato es la fabricación de fibras textiles y de películas 
transparentes, empleadas en cintas de grabadora y para empacar alimentos congelados. 
Es altamente probable que este mismo momento vistas ropa hecha con multitud de las 
macromoléculas de un poliéster. (GARRITZ A. y Chamizo J.A., 2001, pág. 486-487). 
 
2.1.1.1 Características Particulares 
 
Algunas características particulares del PET y algunos de sus usos, son mencionadas en 
(Morales Méndez, Eduardo J. “Introducción a la ciencia y la tecnología de los plásticos” 
Ed. Trillas, México 2010, pág. 130) y son las siguientes: 
 
Características particulares: 
 
 Excelentes propiedad mecánicas 
 Baja absorción al agua 
 Buena estabilidad dimensional 
 Coeficiente de dilatación lineal muy bajo 
 Óptima resistencia al desgaste 
 Superficie de las piezas moldeadas muy brillante 
 Buena resistencia química y térmica 
 Buenas propiedades antifricción 
Algunos usos: 
 
 Fabricación de fibras textiles 
 Envases de alimentos 
 Aislamientos electricos 
 Engranes 
 Casquillos 
 Piezas de bobinas 
 Interruptores 
 
 
11 
 
 
2.1.1.2 Propiedades físicas, mecánicas, térmicas y químicas del PET 
 
El PET, es resistente a las caídas, no se deforma con el contenido y absorbe poca agua 
(sin embargo, habrá que decir que la cantidad de humedad que absorba afecta 
sensiblemente propiedades como la viscosidad intrínseca). Tiene buenas propiedades de 
protección y de resistencia química, excepto a los álcalis (lo hidrolizan). Su cristalinidad 
varía de amorfo a muy cristalino dependiendo de la temperatura de fundición; puede ser 
muy transparente e incoloro, aunque algunas secciones gruesas, suelen ser opacadas y 
blanquecinas. 
 
Su principal aplicación es en botellas para bebidas y recipientes para alimentos además, 
de componentes eléctricos mejor conocido como película orientada biaxialmente y 
estabilizada térmicamente que se utiliza para capacitores, cintas musicales y de video. 
 
Las propiedades del PET se modifican por la presencia de contaminantes en los artículos 
a reciclar, estos son: etiquetas de PEAD que por no ser compatible con el poliéster origina 
que el PET presente con cierto grado de turbiedad, adhesivos que en presencia de calor 
degradan al material, disminuyendo su viscosidad y el acetaldehído, que debido a su 
volatilidad, fácilmente se desprende del PET propiciando la degradación durante el 
pelletizado, (M. en T.A. Manuel Galileo Santos Caballero, Tesis Obtención de Laminada 
de PET Reciclado). 
 
2.1.1.2.1 Propiedades del Plásticos PET Virgen 
 
El PET virgen tiene propiedades que determinan sus posibles aplicaciones 
fundamentalmente como película y fibra picada. A continuación se enuncian algunas 
propiedades de este material: 
 
2.1.1.2.2 Propiedades Eléctricas 
 
Sin pretender establecer el manual de propiedades eléctricas, con la idea de cuantificar la 
facilidad o dificultad con la que las cargas eléctricas tengan movilidad en este material, en 
la tabla siguiente, se muestran diversas propiedades de PET. 
 
Así, la constante dieléctrica refleja de manera particular, la capacidad del material a ser 
aislante o poco conductor, esta misma se asocia con la capacidad del material a 
polarizarse, lo que se traduce en la propiedad del PET ha permitido el paso de luz, hecho 
sustancial en la aplicación como recipiente para contener sustancias foto sensitivas. El 
factor de disipación como su nombre lo indica, es su capacidad de poder eliminar cargas 
eléctricas que pudiesen alterar sus comportamientos. La resistividad superficial es el grado 
de oposición que tienen los materiales al flujo de electrones, y por ende la resistividad 
volumétrica, está referida a esta oposición desde un punto de vista volumen. En términos 
generales las propiedades que se ilustran en la tabla, permiten definir el comportamiento 
de este material, tabla 1. 
 
 
 
 
 
 
12 
 
 
Tabla 1 Tabla de Propiedades Eléctricas. 
(M. en T.A. Manuel Galileo Santos Caballero, Tesis Obtención de Laminada de PET Reciclado). 
 
 
2.1.1.2.3 Propiedades Físicas 
 
Son aquellas magnitudes que pueden medirse o cuantificarse pudiendo mencionar: masa, 
peso, densidad volumen, carga eléctrica, intensidad de corriente, intensidad luminosa, 
calor, etc. En el caso específico del PET, se muestra el tipo de propiedades que permiten 
al material ser empleado para contener sustancias, tanto liquidas como sólidas, tabla 2. 
 
Tabla 2 Tabla de Propiedades Físicas. 
(M. en T.A. Manuel Galileo Santos Caballero, Tesis Obtención de Laminada de PET Reciclado). 
 
 
 
De las anteriores propiedades merecen especial atención el índice refractivo y la 
resistencia a los rayos ultravioleta. El primero mide la cantidad de los que puede ser 
reflejada, pero al mismo tiempo,la cantidad de luz que lo puede atravesar, que asociada 
con las propiedades anteriores, permitirá su uso para almacenar sustancias foto 
sensitivas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
 
2.1.1.2.4 Propiedades Mecánicas 
 
Son aquellas que se determinan mediante diferentes tipos de ensayos, además, el PET es 
sometido a fuerzas de distinta naturaleza para conocer el efecto de las mismas sobre el 
material. Por ejemplo, ensayo de tracción1, compresión, impacto, dureza etc. 
 
Nuevamente, la tabla 3, muestra solo algunas de las propiedades que se consideran para 
efectos de uso. Se hace especial referencia de estas propiedades pues como se verá más 
adelante, servirán para determinar la aplicación del PET en algo distinto a recipientes para 
contener alimentos. Todos los parámetros enunciados permiten tipificar a este tipo de 
plástico, por ejemplo, los valores del módulo de Poisson muestran en general la relación 
entre una deformación longitudinal y transversal, y posteriormente, visualizar el 
desplazamiento entre planos, hecho fundamental en una posible aplicación del plástico en 
estudio. 
 
Tabla 3 Tabla de Propiedades Mecánicas. 
(M. en T.A. Manuel Galileo Santos Caballero, Tesis Obtención de Laminada de PET Reciclado). 
 
 
2.1.1.2.5 Propiedades Térmicas 
 
Se sabe que los materiales cambian sus propiedades con la temperatura. En la mayoría 
de los casos las propiedades mecánicas y físicas dependen de la temperatura a la cual se 
emplea el material o se somete durante su procesamiento. La siguiente tabla muestra 
algunas de las propiedades térmicas del PET. Estas propiedades limitan los usos del 
plástico, pues como puede observarse no se deberán exceder estos valores pues, de 
ocurrir, simplemente no podrán ser empleados, tabla 4. 
 
Tabla 4 Tabla de Propiedades Térmicas. 
(M. en T.A. Manuel Galileo Santos Caballero, Tesis Obtención de Laminada de PET Reciclado). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
 
 
2.1.1.2.6 Propiedades Químicas 
 
El efecto de agentes químicos sobre los materiales hace que este cambie sus 
propiedades, por ello, es que se solicita que posean buena resistencia a productos 
químicos que lo pudiesen modificar. En la tabla 5 se hace referencia de la resistencia a 
diferentes sustancias a las que puede ser sujeto de manera accidental o no, y se 
especifica su capacidad de resistir al efecto de estos sobre el PET. 
 
Tabla 5 Tabla de Propiedades Químicas. 
(M. en T.A. Manuel Galileo Santos Caballero, Tesis Obtención de Laminada de PET Reciclado). 
 
 
2.1.1.3 Tipos de Plásticos PET 
 
En general esté plástico, dependiendo de las proporciones de los elementos que lo 
constituyen, da lugar a cuatro diferentes usos, así se tienen los siguientes: 
Son cuatro los principales tipos de PET: 
 
 Poli Etilén Tereftalato amorfo (APET): por su estado amorfo, se emplea 
principalmente en la fabricación de botellas para bebidas, embalajes y fibras. 
 Poli Etilén Tereftalato reciclado (RPET): por la pérdida de propiedades, se emplea 
principalmente en la fabricación de escobas y tarimas. 
 Poli Etilén Tereftalato glicol (PETG): por su apariencia opaca y blanquecida, se 
emplea principalmente en la fabricación de blisters para medicinas. 
 Poli Etilén Tereftalato cristalino (CPET): por su estado cristalino se emplea en la 
fabricación de recipientes para microondas. 
De manera particular, es difícil distinguir el PET y el APET, la diferencia que existe entre 
ellos, radica en el estado que se representan, el APET, se encuentra en estado amorfo y 
el PET es recristalizado por efecto de la temperatura de fundición. 
 
 
 
 
 
 
15 
 
 
El PET se clasifica en tres tipos: postindustrial, pos consumo y perdido, y son usados 
generalmente en los procesos industriales de fabricación y transformación de embalajes, 
botellas para bebidas y fibras textiles. 
 
 PET postindustrial, denominado “recuperado” (constituido por desechos propios de 
la transformación) 
 PET pos consumo. Cuyo principal constituyente son las botellas para bebidas. 
 PET “perdido”. Del cual no hay evidencia de su procedencia y constituido 
principalmente por los dos tipos anteriores. 
La principal fuente en el reciclado es el PET pos consumo, está integrado por botellas para 
bebidas, clasificadas por color, y agrupadas en pacas para su posterior reprocesamiento. 
 
Una vez que el PET es reprocesado, se denomina RPET. La “R” indica que el material ha 
sido “reciclado”. Generalmente el RPET puede obtenerse en pellets no cristalizados y 
pellets cristalizados (M. en T.A. Manuel Galileo Santos Caballero, Tesis Obtención de 
Laminada de PET Reciclado). 
 
2.1.1.4 Propiedades del Plástico PET Reciclado (RPET) 
 
Además de las tablas de propiedades mencionadas en las tablas anteriores, se cuenta con 
información adicional, específicamente para que el RPET sea empleado. Como referencia, 
las propiedades del PET se ven afectadas, como se ha mencionado en repetidas 
ocasiones, por cada ciclo de reciclado al que es sometido, por lo que se le agregan 
aditivos para restituir sus propiedades mecánica y alteraciones como, claridad y ductilidad, 
debido a la disminución de viscosidad intrínseca, y el cambio en su estructura de amorfa a 
cristalina por efecto de la temperatura. 
 
A continuación se muestran algunas características, que definen las posibles aplicaciones 
de este material, de acuerdo con las propiedades del mismo después de ser reciclado. 
 
En el caso particular de esta investigación, la aplicación del PET reciclado es otra, en 
láminas o placas, para usos distintos que en productos de grado alimenticio, pues se 
pretende una utilidad en la industria de la construcción como mamparas o separadores, 
pues no se exige la higiene requerida, salvo la inflamabilidad, que sin duda es un reto 
bastante fácil. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
 
2.1.1.5 Peso molecular y viscosidad del PET 
 
El Peso molecular promedio de las diferentes presentaciones del PET oscila entre 15000 
(grado de viscosidad bajo) y 30000 (grado de viscosidad alto). 
 
El peso molecular del PET es normalmente especificado en términos de un parámetro de 
viscosidad para la solución, por ejemplo, Viscosidad Intrínseca (V.I.). 
 
Algunos valores típicos de la V.I. para los diferentes aplicaciones del PET son mostrados 
en la siguiente tabla: (Fakyrov, 2002) 
 
Tabla 6 Valores de Viscosidad Intrínseca típicos para diferentes aplicaciones. 
 (http://bdigital.eafit.edu.co/PROYECTO/P668.42CDR173/capitulo5.pdf) 
 
 
 
2.1.1.6 Retención de Viscosidad Intrínseca 
 
La Viscosidad Intrínseca (V.I.) es una medida indirecta del peso molecular, o sea, del 
tamaño promedio de moléculas que definen al polímero. La Viscosidad Intrínseca de uso 
general es de 0.8 ± 0.02 que corresponde aproximadamente a 125 unidades repetidas por 
molécula y un peso aproximado de 24,000 g/mol. Cualquier disminución en la viscosidad 
del polímero en su paso de granulado a preforma, significará una reducción del peso 
molecular. 
 
Bajo condiciones controladas de secado y moldeo, la pérdida de viscosidad no deberá ser 
mayor de 0.03. Cualquier pérdida superior a este nivel trae como consecuencia un 
detrimento en la transparencia de la preforma debido a un incremento en la velocidad de 
cristalización, acarreando la pérdida de las propiedades mecánicas del envase, 
particularmente la resistencia al impacto y la carga vertical aplicada sobre la tapa. 
 
 
 
 
http://bdigital.eafit.edu.co/PROYECTO/P668.42CDR173/capitulo5.pdf
 
 
17 
 
 
La pérdida de la viscosidad se debe básicamente a una degradación hidrológica ocurrida 
durante el estado de fusión que es donde el agua a niveles superiores de 40 ppm (partes 
por millón) tiene una acción destructiva del polímero. 
 
Una segunda causa de la caída de V.I. es la degradación térmica durante la fusión del 
polímero para inyectarlo. De ahí que se debe emplear un perfil de temperaturas de modelo 
y velocidades de corte lo más suave posible que permitan la obtención de preformas 
claras, transparentesy libres de distorsión. 
 
2.1.1.7 Generación Mínima de Acetaldehído 
 
El acetaldehído (CH3CHO) se genera en pequeñas cantidades durante el proceso de 
fusión de PET; la cantidad de agua presente no influye en la generación de acetaldehído. 
 
El acetaldehído es un líquido volátil incoloro (punto de ebullición 20.8ºC) y que se 
distingue por su olor a frutas. Precisamente por su olor característico, el acetaldehído ha 
sido empleado con mucha frecuencia en la industria alimenticia como un saborizante. 
 
Debido a la facilidad que tiene el acetaldehído de emigrar desde la pared de la botella y 
difundirse en el contenido de la misma, la generación de este producto debe ser 
cuidadosamente controlada durante la inyección de la preforma. El agua mineral así como 
las bebidas de cola son particularmente sensibles al acetaldehído. El acetaldehído se 
genera por la degradación térmica de las moléculas de PET mientras se encuentra en 
estado de fusión. 
 
El efecto de la temperatura y el tiempo de residencia del polímero dentro del cañón, en 
relación a la generación de acetaldehído se ilustran en la figura 10 y 11. 
 
 
Figura 10 Efecto del acetaldehído (ppm) vs el tiempo de residencia (hrs). 
(http://www.st-1.com.ar, Automatismo Industrial, Información del PET). 
 
 
 
http://www.st-1.com.ar/
 
 
18 
 
 
 
Figura 11 Acetaldehído residual (ppm) vs temperatura (C°). 
(Http://www.st-1.com.ar, Automatismo Industrial, Información del PET). 
 
Se puede observar el efecto, de la velocidad del husillo (rpm) y la contrapresión en la 
generación de acetaldehído en la figura 12. 
 
 
Figura 12 Efecto de la velocidad del husillo (rpm) vs acetaldehído residual (ppm). 
(Http://www.st-1.com.ar, Automatismo Industrial, Información del PET). 
 
2.1.1.8 Transparencia Máxima de la Preforma 
 
La transparencia de la preforma está relacionada directamente con el grado de 
cristalinidad del polímero (el PET es transparente cuando tiene una estructura molecular 
amorfa y será opaco cuando esté cristalizado). Cuando el PET se encuentra a una 
temperatura entre los 85°C y los 250°C, las moléculas tienden a alinearse para formar una 
estructura cristalina, como se observa en la figura 13. 
 
 
 
http://www.st-1.com.ar/
http://www.st-1.com.ar/
 
 
19 
 
 
La velocidad de cristalización es muy lenta en ambos extremos de este rango y es más 
rápida en el centro, o sea entre 140°C y 180°C. En el punto más alto de la curva de 
cristalización, alrededor de 175°C, el PET alcanza un grado visible de cristalinidad en 
menos de un minuto, de tal manera que el polímero debe ser enfriado dentro de la cavidad 
del molde lo más rápido posible. 
 
Debido a que la conductividad térmica del PET es relativamente baja, el contenido de calor 
en el centro de la pared de la preforma es el principal contribuyente para tener una 
determinada cristalinidad en la pieza. La tecnología actual del moldeo por inyección está 
limitada a un espesor máximo de 4 mm aproximadamente. 
 
 
Figura 13 Comportamiento del PET en las diferentes zonas térmicas. 
(Http://www.st-1.com.ar, Automatismo Industrial, Información del PET). 
 
 
La temperatura de la masa durante el moldeo por inyección tiene un efecto significativo en 
la transparencia de la preforma. Mientras más elevada sea la temperatura se tendrá una 
mayor cantidad de cristalitos fundidos. Sin embargo, no se puede elevar la temperatura en 
forma indiscriminada ya que se corre el riesgo de generar una cantidad indeseable de 
acetaldehído. 
 
Algo similar ocurre con la viscosidad intrínseca, ya que entre mayor sea el peso molecular 
del polímero existe una menor tendencia a la cristalización pero debido a que se requiere 
una mayor temperatura de fusión se ve incrementada la generación de acetaldehído. 
 
 
 
 
 
 
http://www.st-1.com.ar/
 
 
20 
 
 
2.1.1.9 Reometría y Reología 
La Reología en el proceso de extrusión aporta datos muy importantes para la comprensión 
y el diseño de esta tecnología. El estudio de un flujo de polímero por medio de Reología 
comienza con la reometría capilar, estudiando el flujo de polímero a través de un dado 
capilar utilizando las mismas consideraciones que se utilizan para el flujo a través de un 
canal simple. 
En este modelo de reometría se considera que el esfuerzo cortante tiene relación directa 
con la diferencia de presión ΔP que se presenta a lo largo del tubo capilar cuya longitud L 
y radio R se relacionan con el flujo volumétrico Q y el esfuerzo cortante a la salida del 
dado del reómetro capilar está dado por la ecuación. 
 
 
Y la velocidad de corte capilar con la ecuación. 
 
 
Usualmente se aplica una fuerza F y una velocidad conocidas para empujar el pistón que 
empuja al polímero fundido, teniendo en cuenta la ecuación. 
 
Para ajustar estas relaciones con los esfuerzos cortantes se utiliza la corrección de 
Bagley, por medio de la cual se corrigen los efectos de la caída de presión del pistón y a 
través del total de la longitud del tubo capilar, se toman en cuenta la viscosidad y la caída 
de presión a la entrada del capilar. 
 
Donde 
e = Es el valor obtenido de graficar ΔPPistón contra (L/R), en la intersección de la recta 
obtenida con el eje de las abscisas. 
 
η = Viscosidad, obtenida de la pendiente (derivada) de la gráfica de ΔPPistón contra (L/R). 
 
http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/1001893
 
 
21 
 
 
Otras correcciones incluyen la corrección de Rabinowitsch para utilizar fluidos no 
newtonianos, como plásticos, con la cual se obtiene la siguiente ecuación para la 
velocidad de corte. 
 
Donde n: es el índice de la ley de la potencia 
 
El paso de la reometría capilar es un paso inicial muy importante para conocer las 
características reológicas del material a utilizar, además se obtienen algunos otros datos 
importantes como hinchamiento, distorsiones del extruido, pérdida de viscosidad con el 
tiempo. (Procesamiento de plásticos, Morton. Jones, Limusa 1999, ISBN 968-18-4434-3). 
 
2.1.2 Marco Teórico del Proceso de Extrusión 
En este apartado de este capítulo se presenta una definición del proceso de extrusión y 
los procedimientos que este involucra. 
 
Figura 14 Máquina extrusora de plásticos JYM (http://spanish.plastic-extrusionline.com/supplier-
plastic_extruder_machine-19412.html). 
 
http://spanish.plastic-extrusionline.com/supplier-plastic_extruder_machine-19412.html
http://spanish.plastic-extrusionline.com/supplier-plastic_extruder_machine-19412.html
 
 
22 
 
 
El proceso de extrusión consiste en hacer fluir un material plastificado a través de un dado, 
con en el cual se le da la forma deseada, para este caso se producirán hilos de PET, que 
a través de investigaciones posteriores de combinaciones o aleaciones de otros materiales 
con el PET se podrían obtener a futuro nuevos materiales, que podrán ser usados desde 
la construcción de aulas hasta recubrimiento de aspas generadoras de energía eólica. 
Éste es un proceso de conformación de polímeros que se usa ampliamente con 
termoplásticos y elastómeros, pero rara vez con termofijos, para producir masivamente 
artículos como tubos, ductos, láminas, películas, recubrimientos de alambres y cables 
eléctricos, perfiles estructurales como molduras de ventanas y puertas. Para éste tipo de 
productos, la extrusión se lleva a cabo con un proceso continuo; el producto que se 
extruye se corta inmediatamente en las longitudes deseadas. Con la extrusión se realiza el 
mayor volumen de producción de polímeros, ya que no se usa solamente para la 
producción de barras, tubos, láminas y películas en materiales termoplásticos, sino 
también para el mezclado minucioso de todas las clases de plásticos y para la producción 
de gránulos. 
 
Dos son los métodos de extrusión utilizados industrialmente: 
 
2.1.2.1 Moldeo por extrusión en húmedo 
La extrusión en húmedo la practican solamente un número reducido de firmas, limitado a 
los compuestos de nitrocelulosa. La nitrocelulosa humedecida con alcohol se coloca enuna mezcladora de acero junto con el disolvente y un plastificante; se pueden añadir color 
y pigmento, mezclando el conjunto hasta obtener una masa homogénea. El material se 
cuela, se seca al vacío para recuperar una parte del disolvente y, finalmente se amasa en 
cilindros diferenciales. El material plástico se muele hasta que adquiera una consistencia 
semejante a la de jalea para ser moldeado por extrusión hidráulicamente, formando 
varillas y tubos, o también en una forma más dura que se pueda cortar en tiras para la 
máquina de extrusión del tipo de tornillo. 
2.1.2.2 Moldeo por extrusión en seco, continuo o caliente 
Este método utiliza polvos de moldeo termoplástico y máquinas de extrusión relativamente 
pequeñas, de un modelo usado antes para otros materiales, principalmente el caucho. 
Muchas de las distintas etapas de éste procedimiento están sujetas a regulación, ésta 
forma de extrusión no está normalizada. 
1.2.2.3 Defectos generados en el proceso de extrusión 
Los productos de extrusión pueden sufrir numerosos defectos. Uno de los peores es la 
fractura de fusión, en la cual los esfuerzos que actúan sobre la fusión inmediatamente 
antes y durante el flujo, a través del dado, son tan altos que causan rupturas que originan 
una superficie altamente irregular. 
 
 
 
 
23 
 
 
Como en la figura 15, la fractura de fusión puede ser causada por una aguda reducción en 
la entrada del dado que causan un flujo turbulento y rompe la fusión. Esto contrasta con el 
flujo laminar uniforme en el dado gradualmente convergente. 
 
Figura 15.- Fractura de la fusión, causada por flujo turbulento en la fusión a través de una aguda reducción a 
la entrada del dado. 
Un defecto muy común en extrusión es la piel de tiburón, en la cual la superficie de 
producto se arruga al salir del dado. Conforme la fusión atraviesa la abertura del dado, la 
fricción con la pared produce un perfil diferencial de velocidades atreves de la sección 
transversal, lo que se puede observar en la figura 16. Esto ocasiona esfuerzos de tensión 
en la superficie del material que se estira para igualar el movimiento más rápido de núcleo 
central. Estos esfuerzos cusan rupturas menores que arrugan la superficie. 
 
 
Figura 16.- Perfil de velocidades de la fusión al fluir a través de la abertura del dado, el cual puede conducir 
el defecto llamado piel de tiburón. 
 
Si el gradiente de velocidad se vuelve más grande, se forman marcas prominentes en la 
superficie que dan la apariencia de un tallo de bambú, que es el nombre como se conoce 
a este defecto más severo, figura 17. 
 
Dirección de flujo 
de la fusión 
Extrusión 
Dirección de flujo de 
la fusión 
 
 
24 
 
 
 
Figura 17.- Formación del tallo de bambú. 
 
 
2.1.2.4 Tipos de extrusoras 
 
Las extrusoras más utilizadas, según la presión necesaria para hacer pasar el plástico 
fundido a través de la boquilla son: 
 
a) Extrusoras de desplazamiento positivo: 
 Extrusoras de pistón 
 Bombas de extrusión (bombas de engranaje) 
 
b) Extrusoras de fricción viscosa: 
 Extrusora de tornillo 
 Extrusora de tambor rotatorio 
 Extrusora de rodillos 
 
2.1.2.4.1 Extrusoras de desplazamiento positivo 
 
Son aquellas utilizadas para una extrusión directa o en avance, el material se coloca en 
una cámara y es impulsado a través de la abertura de una matriz mediante un pistón 
mecánico o ariete de prensa. 
 
2.1.2.4.2 Extrusoras de pistón 
 
Estas máquinas constan de un cilindro que posee elementos de calefacción, la materia 
prima desciende desde una tolva al interior del cilindro donde el material es plastificado. 
Éste es obligado a pasar a través de una boquilla, empujándolo con un pistón el cual es 
accionado por presión hidráulica o mecánica. Las máquinas de un pistón producen piezas 
de longitud limitada, debido a la discontinuidad del proceso. Para fabricar perfiles 
continuos se utilizan las extrusoras de varios pistones. 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
 
2.1.2.4.3 Bombas de extrusión 
 
Son bombas con algunos pares de engranajes que están acoplados y alojados en una 
carcasa cuando se impulsa un engrane éste mueve el correlativo. El transporte del plástico 
se debe solo al empuje de los dientes sobre el material por el lado de la carcasa. El 
acoplamiento entre dientes aísla el lado de descarga a presión, del lado de succión. El 
flujo de material es proporcional a la frecuencia de rotación de los discos dentados 
obteniéndose así un flujo de material esencialmente constante. 
 
2.1.2.4.4 Extrusoras de fricción viscosa 
 
En este tipo de extrusoras la fricción calienta al material convirtiéndolo en un fluido 
viscoso. 
 
2.1.2.4.5 Extrusora de tornillo 
 
El polímero se alimenta a través de una tolva, hasta un cañón, en el cual un tornillo 
helicoidal transporta el polímero hacia el extremo con matriz. A continuación se muestra 
en la figura 18 el esquema de una extrusora de un tornillo y la respectiva tabla explicativa 
del procedimiento de extrusión. 
Figura 18.- Esquema de una extrusora de un tornillo (Méndez, 2010, pág. 224). 
 
 
 
 
 
26 
 
 
2.1.2.4.6 Extrusoras de tambor rotatorio 
 
En ésta máquina el material desciende por gravedad e ingresa por el émbolo hasta la 
cámara, la cual está formada por el tambor rotatorio y por el bastidor fijo o cuerpo estático 
El bastidor puede calentarse o enfriarse para controlar la temperatura. En la cámara el 
polímero es arrastrado por el cilindro rotor que lo pone en contacto con las paredes 
calientes del bastidor y con el material previamente fundido, con lo que se efectúa la 
plastificación. La homogenización tiene lugar en la pequeña holgura radial entre el marco 
fijo y el cilindro que gira. 
 
El plástico así fundido es separado del cilindro rotatorio mediante una pieza en forma de 
cuchilla; la fundición, bajo acción de las fuerzas tangenciales se mueve hacia la boquilla y 
la cruza. 
 
2.1.2.4.7 Extrusora de rodillos 
 
Es la utilizada para la denominada “extrusión plana” empleada en la fabricación de láminas 
y películas, su funcionamiento está basado en la utilización de rodillos. 
 
Tabla 7.- Tabla explicativa del procedimiento de extrusión. (http://www.grin.com/en/) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://www.grin.com/en/
http://www.grin.com/object/document.179637/347869d37136cf7361e05450b67135a3_LARGE.png
 
 
27 
 
 
 
2.1.2.5 Descripción del funcionamiento de una extrusora 
A continuación, se describen los mecanismos y funciones que puede realizar una 
extrusora (transporte de sólidos, fusión, transporte del fundido, mezclado, desgasificado y 
conformado). 
2.1.2.5.1 Transporte de sólidos (zona de alimentación) 
El material sólido que se alimenta a una extrusora, se transporta en dos regiones: la tolva 
de alimentación y la propia extrusora. 
2.1.2.5.1.1 Transporte de sólidos en la tolva 
El transporte de sólidos en la tolva es, en general, un flujo por gravedad de las partículas; 
el material se mueve hacia la parte inferior de la tolva por acción de su propio peso. Se 
puede dar un flujo en masa, en el que no hay regiones estancadas y todo el material se 
mueve hacia la salida, o bien flujo tipo embudo en el que el material más cercano a las 
paredes de la tolva queda estancado como se representa en la figura 19. Lógicamente el 
flujo en masa es preferido sobre el flujo tipo embudo. Algunos materiales que tienen un 
flujo muy deficiente en estado sólido pueden quedar atascados en la garganta de entrada 
a la extrusora, dando lugar a un problema denominado formación de puente o arco. 
 
 
 
Figura 19. Flujo del material en una tolva de alimentación. (Marcilla, 2008, pág. 50) 
Para el transporte de los sólidos, se debe tener en cuenta las características del material y 
el diseño de la tolva. 
Lo importante como resultado es que el suministro del material sea mayor al consumo de 
la máquina. 
 
 
Flujo en masa Flujo de embudo Flujo de puente 
Material estancado 
http://www.grin.com/object/document.179637/5a19d927f9eed98f74f069b1c7eeb500_LARGE.pnghttp://www.grin.com/object/document.179637/5a19d927f9eed98f74f069b1c7eeb500_LARGE.png
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28 
 
 
2.1.2.5.1.2 Transporte de sólidos en el cilindro 
En cuanto al transporte de sólidos dentro de la extrusora, una vez que el material sólido 
cae al interior del canal de la extrusora, el mecanismo de transporte deja de estar 
controlado por la gravedad y se transforma en un transporte inducido por arrastre. Este 
tipo de flujo tiene lugar debajo de la tolva a lo largo del tornillo en una distancia 
dependiendo de la capacidad de diseño de la máquina. 
2.1.2.5.2 Fusión (zona de transición) 
La zona de transporte de sólidos finaliza cuando empieza a formarse una fina película de 
polímero fundido. La fusión se iniciará como consecuencia del calor conducido desde la 
superficie del cilindro y del generado por la fricción a lo largo de las superficies del cilindro 
y del tornillo. En general se genera gran cantidad de calor por fricción, de modo que, en 
ocasiones, es incluso posible iniciar la fusión sin necesidad de aplicar calor externo. 
En primer lugar aparecerá una fina capa de material fundido junto al cilindro, que irá 
creciendo hasta que su espesor se iguale con la tolerancia radial entre el cilindro y el filete 
del tornillo, mientras que el resto del material se encontrará formando un lecho sólido. 
Como consecuencia del movimiento del tornillo se creará un gradiente de velocidad en la 
película fundida situada entre la capa sólida y la superficie del cilindro. El polímero fundido 
en la película será barrido por el filete que avanza, separándose así del cilindro. El 
polímero fundido se reunirá en una zona o pozo situado delante del filete que avanza en la 
parte posterior del canal. En la figura 20 se muestra un corte transversal de la zona de 
transición. 
 
Figura 20. Corte transversal de la extrusora en la zona de transición. (Marcilla, 2008, pág. 52) 
 
 
 
Cilindro 
Filete 
Pozo de polímero fundido 
Película de polímero fundido 
Lecho de sólido 
Interface sólido 
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29 
 
 
A medida que se va acumulando en el pozo de polímero fundido, el tamaño del pozo 
aumenta, mientras que el ancho de la capa sólida irá disminuyendo. De esta forma se 
desarrolla una presión que empuja a la capa sólida y la sitúa en la parte anterior del canal. 
Por eso, a pesar de que casi toda la fusión ocurre en la superficie del cilindro, la altura de 
la capa sólida no disminuye, sino que disminuye su anchura, como se puede apreciar en la 
figura 21. En esta también se indica la longitud de fusión que es la longitud de tornillo 
desde que comienza la fusión hasta que ésta termina. 
 
 
 
Figura 21. Ancho del pozo de fundido a lo largo de la zona de transición. (Marcilla, 2008). 
En una extrusora funcionando de forma adecuada la transmisión de calor está muy 
favorecida, debido a que continuamente se tiene una fina capa de material renovado en 
contacto con el cilindro. En general se puede despreciar la transmisión de calor entre el 
pozo fundido y la capa sólida. La existencia de la capa sólida explica también la 
eliminación del aire atrapado entre las partículas sólidas. A medida que la capa sólida es 
compactada y comprimida por el pozo de fundido, el aire atrapado entre las partículas 
escapa hacia el exterior vía la tolva de alimentación. 
El calor necesario puede ser suministrado bien por conducción desde la superficie caliente 
del cilindro, a través de la película fundida o bien por disipación viscosa (cizalla) debido a 
las fuertes cizallas a que está sometida la delgada película de fundido. La relación entre 
estas dos cantidades de calor depende de las condiciones de operación y del polímero 
utilizado. El flujo de calor por disipación viscosa está favorecido al aumentar la velocidad 
del tornillo. Sin embargo, en este caso la contribución de la transmisión de calor por 
conducción a la fusión se verá reducida puesto que aumentará el caudal, y por tanto 
disminuirá el tiempo de residencia del material en la extrusora. 
Un aumento de la temperatura del cilindro implicará en principio un aumento del flujo de 
calor por conducción, y por tanto aumento de la velocidad de fusión, pero por otra parte al 
aumentar la temperatura disminuirá la viscosidad del material y, por tanto, la generación 
de calor por disipación viscosa, de modo que algunos polímeros cuya viscosidad es muy 
sensible a la temperatura podrían ver reducida la velocidad de fusión. 
Longitud de fusión 
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30 
 
 
Una situación general se muestra en la figura 22, donde se representa la longitud de 
fusión en función de la temperatura del cilindro para una velocidad del tornillo constante. 
De acuerdo a lo anterior la longitud de fusión disminuye (por tanto aumenta la velocidad de 
fusión) al aumentar la temperatura del cilindro hasta un cierto punto en el que la longitud 
de fusión aumenta al disminuir la cantidad de calor generado por disipación viscosa. 
 
 
Figura 22. Relación entre la longitud de fusión y la temperatura del cilindro para una velocidad del tornillo 
constante. (Marcilla, 2008). 
Además de las condiciones de operación, la configuración del tornillo afecta en gran 
medida a la velocidad de fusión y a la longitud de fusión. El ángulo del filete del tornillo 
puede tener un efecto considerable sobre la eficiencia de la fusión, como se muestra en la 
figura 23, donde se observa como la longitud de fusión disminuye al aumentar el ángulo 
del filete, especialmente para ángulos pequeños. 
La eficiencia sería máxima con un ángulo de 90º. Por tanto hay que buscar ángulos que 
den una buena eficiencia para la fusión y un buen transporte del material. Normalmente se 
utilizan ángulos entre 20 y 30º. El empleo de tornillos con múltiples filetes también puede 
mejorar el proceso de fusión. Cuando el filete es múltiple la capa de fundido es más 
delgada que cuando el filete es simple. 
Sin embargo el transporte del material sólido empeora con los tornillos de múltiples filetes 
(como se vio en el apartado anterior sobre el transporte del sólido), por lo que estos 
tornillos sólo se emplean en el caso de que la velocidad de fusión sea el proceso 
controlable. 
 
 
 
Temperatura del cilindro 
L
o
n
g
it
u
d
 d
e
 f
u
s
ió
n
 
http://www.grin.com/object/document.179637/0910914c2ae716a314e3d59d6f75d758_LARGE.png
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31 
 
 
 
 
Figura 23. Efecto del ángulo de hélice y del número de filetes sobre la longitud de fusión. (Marcilla, 2008). 
La holgura entre el filete del tornillo y el cilindro debe ser lo menor posible para que el 
proceso de fusión tenga lugar de forma adecuada. En cuanto a la profundidad del canal, 
como se ha visto, en la mayoría de los tornillos se produce una reducción gradual de su 
profundidad entre la zona de transporte de sólidos y la de dosificado del fundido,que viene 
fijada por la relación de compresión. En general la velocidad de fusión aumenta al 
disminuir la profundidad del canal, puesto que se produce una compresión del pozo de 
sólido hacia la capa de fundido, mejorando la transmisión de calor y aumentando la cizalla. 
Sin embargo, si la compresión tiene lugar muy rápidamente el pozo de sólido podría 
provocar un taponamiento de la extrusora. 
2.1.2.5.3 Transporte del fundido (zona de dosificado) 
La zona de dosificado se inicia en el punto en que finaliza la fusión, es decir, en el punto 
en que todas las partículas de polímero se han fundido. De hecho, la profundidad del canal 
es uniforme en la zona de dosificado, por lo que todo el lecho sólido debe haber 
desaparecido o en caso contrario el aire se eliminaría con mucha dificultad y podría 
quedar atrapado en el fundido. La zona de dosificado del fundido actúa como una simple 
bomba en la que el movimiento del material fundido hacia la salida de la extrusora se 
produce como resultado del giro del tornillo y de la configuración helicoidal del mismo. 
El estudio del movimiento de un material viscoso en el tornillo de una máquina de 
extrusión se simplifica considerando tres tipos distintos de flujo: 
El flujo de arrastre o de fricción, QD, que es debido a la fricción del material con el tornillo 
y con las paredes del cilindro, es el principal responsable del movimiento del material 
desde la tolva de alimentación hasta la boquilla. 
 
 
L
o
n
g
it
u
d
 d
e
 f
u
s
ió
n
 
Angulo del filete 
Filete sencillo 
Filete doble 
Filete triple 
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32 
 
 
El flujo de presión o de retroceso, QP, opuesto al anterior y debido a la diferencia de 
presión entre la tolva y el cabezal de la máquina, presión esta última que es originada por 
la restricción que impone la boquilla o el plato rompedor. 
El flujo de pérdida o de fugas, Qperdidas, que tiene lugar entre el cilindro y el filete del 
tornillo y es también opuesto al flujo de arrastre y originado por el gradiente de presión a lo 
largo del tornillo. La tolerancia radial de ajuste entre el tornillo y las paredes internas del 
cilindro es generalmente muy pequeña (del orden de 0,1 milímetros) y por tanto, el flujo de 
pérdidas es mucho más pequeño que los dos mencionados anteriormente. 
El flujo total a lo largo del tornillo viene dado por la suma de los tres flujos anteriores: 
Qtotal = QD + QP + Qperdida [Kg/hora] 
Una representación esquemática de la distribución de velocidades para cada tipo de flujo 
viene dada por las figuras 24, 25 y 26. El flujo de arrastre tiene lugar debido a que el 
material fundido en el canal del tornillo se adhiere a las paredes internas del cilindro, que 
se mueven respecto al tornillo. 
Si solamente existiera el flujo de arrastre, el perfil de velocidades sería aproximadamente 
lineal, y si la superficie en movimiento tuviera una velocidad V, la velocidad media de 
avance el material en el canal sería V/2. 
 
Figura 24. Perfil de velocidades originado por el flujo de arrastre. (Marcilla, 2008). 
El flujo de presión se debe, como ya se ha indicado, al gradiente de presión a lo largo del 
cilindro. La presión es mayor en el lado de la boquilla, y este gradiente de presión tiende a 
hacer que el material fluya hacia atrás a lo largo del canal del tornillo oponiéndose pues al 
flujo de arrastre y suponiendo un retroceso del material en el canal del tornillo. El perfil de 
velocidades debido a la existencia de un gradiente de presión es parabólico y se 
representa como en la figura 25. 
Dirección de 
avance 
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Figura 25 Perfil de velocidades debido al flujo de presión. (Marcilla, 2008). 
El flujo de pérdidas es mucho menor que los dos anteriores y no es preciso considerarlo. 
El flujo total a lo largo del canal del tornillo es el resultado del flujo de avance y del de 
presión y su perfil de velocidades puede determinarse sumando algebraicamente los dos. 
Representándose de la siguiente manera: 
 
Figura 26 Perfil de velocidades debido al flujo total. (Marcilla, 2008). 
Para facilitar la visualización del movimiento del fluido dentro de la extrusora, se supone 
que se tiene un canal desenrollado (tornillo) sobre el que se encuentra un plano (cilindro). 
El canal permanece quieto, mientras el plano se mueve sobre el canal con una velocidad 
tangencial Vb, cuyo vector no es paralelo a las paredes del canal, sino que se encuentra 
girado un ángulo, que coincide con el ángulo de los filetes del tornillo. En consecuencia, en 
una extrusora trabajando en condiciones normales (esto es con una boquilla que provoca 
una caída de presión a lo largo de la extrusora) existirá un perfil de velocidades tal como lo 
mostrado en la figura anterior tanto en la dirección axial del tornillo como en la transversal. 
Esto es, en ambas direcciones existirá flujo de arrastre y flujo de presión, éste último 
originado por la boquilla en el caso del flujo en la dirección axial del canal, Z, y por las 
paredes del filete en el caso del movimiento del material que se dirige hacia ellas, 
(dirección X). El flujo total será la suma del flujo en las direcciones X y Z. 
 
Dirección de 
avance 
Dirección de 
avance 
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En la siguiente figura se muestra la situación global que se presenta en el canal del 
tornillo. Se representa la dirección y el movimiento relativo del polímero a varias 
profundidades y en el centro del canal; en el esquema (a) la extrusora funciona a descarga 
abierta figura 27, es decir, el flujo no tiene ninguna restricción, pues no existe boquilla, 
válvulas, plato rompedor ni ningún otro elemento limitativo. En este caso el perfil de 
velocidades en la dirección Z será lineal, Los vectores componentes de la velocidad del 
polímero en el punto C, son CE en la dirección axial y CF en la dirección transversal, 
representando el vector resultante CD la velocidad del polímero en dicho punto C. El 
material situado en la mitad superior (aproximadamente) del canal fluye hacia la derecha 
mientras que el material situado en el fondo del canal fluye hacia la izquierda. Excepto el 
pequeño flujo de material que escapa por encima del filete, todo el material avanza hacia 
la boquilla. 
En el esquema (b) figura 28, el flujo total de extrusión está limitado parcialmente por la 
presencia de una boquilla, que es la situación normal; en este caso el polímero que se 
encuentra en la parte superior del canal (punto C) se dirige hacia adelante y hacia la 
derecha, mientras que el que se encuentra en la parte inferior del canal (punto O) lo hace 
en dirección opuesta. Por otra parte el material que se encuentra en