universidad simÓn bolÍvar

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES.

ADECUACIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ENVASES EN NUEVO

PROVEEDOR PARA LA PLANTA DE LUBRICANTES PDV

Por:

Karen Alexandra Pérez Delgado.

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de Ingeniero de Materiales

Sartenejas, Marzo de 2012

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES



Por:

Karen Alexandra Pérez Delgado.

Realizado con la asesoría de:

Tutor Académico: Jeanette González. Tutor Industrial: Pablo Joskowicz.

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de Ingeniero de Materiales

Sartenejas, Marzo de 2012

iv



Realizado por: Karen Alexandra Pérez Delgado.

RESUMEN

La producción de contenedores para el envasado de aceites lubricantes tiene asociados dos

procesos de moldeo: extrusión soplado (envase) e inyección (tapas). El presente estudio se basó

en la adecuación de dicho proceso en un nuevo proveedor de envases de 946 cm3 de capacidad,

para el cumplimiento de la Especificación Técnica de Materiales de PDVSA EM-10-02/01. Para

ello se realizó el soplado de envases con Polietileno de Alta Densidad (PEAD) 6200B, en resina

virgen y con pigmentos azul y plata. Se realizó una caracterización inicial de los envases

producidos por el carro izquierdo de la sopladora (cavidades 19, 20 y 21) para evaluar el estado

inicial en que éstos se encontraban en resina virgen sin pigmento. Se verificaron las dimensiones

básicas de interés correspondientes a altura total, largo y ancho de la base, entre otras, y se

determinaron las siguientes características y propiedades: capacidad total, calidad de la línea de

unión, hermeticidad, calidad de la superficie de apoyo y sellado y resistencia al impacto, a la

compresión y al agrietamiento por efectos combinados de esfuerzos y medios tensoactivos

(ESCR). Se identificó una condición de enfriamiento del molde inadecuada representada por las

altas temperaturas de desmoldeo (cerca de 65°C), por lo que se instaló una bomba que aseguró la

llegada de un mayor caudal de agua para el enfriamiento de las máquinas. Se encontró que la

mejor distribución de espesores fue la conferida por una boquilla tipo pétalo que refuerza el

aporte de material hacia las esquinas inferiores del envase. La superficie de apoyo y sellado de

los envases incumplía con la Especificación, solventándose con el cambio de las cuchillas de

corte y la modificación del sistema desbarbador. La inyección de tapas se realizó con PEAD 2710

y se evaluó el peso, dimensiones básicas, torque de aplicación e impacto en el punto de inyección

con la condición de enfriamiento inicial. Todas las dimensiones básicas se encontraron dentro de

especificación al igual que el peso; sin embargo, el ensayo de torque e impacto en el punto de

inyección resultó fuera de especificación en todos los casos. La nueva condición de enfriamiento

en ambos procesos ocasionó mejoras en el comportamiento dimensional de los envases plata (en

el ancho de la base y altura del envase) y en las tapas plata y azules para el cumplimiento de la

Norma de PDVSA, por lo que se hace necesaria la instalación de un chiller que surta sólo a las

máquinas de moldes PDV y que se mantenga a una temperatura de 6°C. Con el tiempo de ciclo

actual en el proceso de soplado se necesita la instalación de al menos 3 máquinas extrusora-

sopladora, para lograr la producción deseada de 1200000 envases mensuales.

v

DEDICATORIA

Para todos aquellos que creen que una meta

no puede ser lograda,

de la mano de Dios y su Hijo Jesús,

¡Todo se puede!

Sigan adelante y luchen por sus sueños

aunque las situaciones se tornen adversas,

piensen que no lo lograrán,

y las fuerzas comiencen a menguar.

Confíen en Dios.

Yo lo logré y ¡la gloria es para El!

“Todo lo puedo en Cristo que me fortalece”

(Fil 4:13)

vi

AGRADECIMIENTOS

El papel se queda corto para expresar agradecimientos, pero primero y principalmente

agradezco a Dios por darme la fortaleza necesaria para enfrentar este gran reto y salir victoriosa

de la batalla! Sin Él, de seguro no hubiese alcanzado esta meta, gracias Señor!!

Agradezco a mi madre por darme la vida y estar a mi cuidado por todos estos años! Hoy se

que estás orgullosa de esta meta alcanzada y esto es para ti también mami, te amo!

Gracias papá por darme acogida en tu casa durante el tiempo de las pasantías, fue bastante

interesante ese tiempo de compartir que tuvimos.

A mi hermano precioso Darío por despertarme cada vez que sabía que necesitaba estar

despierta, te amo bro! Eres muy especial para mí! Sabes que cuentas conmigo siempre!

A mi amor Jorge por ser ese apoyo importantísimo durante este tiempo y entender mis

cambios extraños de humor, te amo! Y pronto será todo mucho mejor Dios mediante.

A mi familia querida de Valera que aún en la distancia siempre estuvo presente y es partícipe

conmigo de este triunfo, los amo!! Gracias por estar siempre pendientes de mí y ser tan especiales

conmigo!

A mis tutores industriales Pablo y Nohemy por tratarme como si fuera otra colega más desde

el principio y enseñarme tantas cosas durante las pasantías! De verdad disfruté mucho ese tiempo

y los admiro muchísimo! Gracias!!

A mi tutora de la uni Jeanette por ser tan paciente conmigo y darme luz cuando no la veía,

gracias profe!! La admiro mucho también!

Kariii, gracias por darme morada en tu casa durante este trimestre! Que genial el tiempo que

compartimos juntas... Y Leg! Gracias por tus cafecitos!! Pronto celebraremos tu graduación

también Dios mediante!

A mis amigos y hermanos de la IBFE, gracias por sus oraciones!! Los quiero mucho!

A los que no nombro acá, les agradezco también, cada uno de ustedes fue importante en el

logro de esta meta alcanzada.

¡Dios les bendiga a todos!

vii

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN ..................................................................................................................................... iv

DEDICATORIA ............................................................................................................................. iv

AGRADECIMIENTOS .................................................................................................................. vi

ÍNDICE GENERAL ...................................................................................................................... vii

ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................ xviii

ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................. xvivi

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1

CAPÍTULO I: MARCO TEÓRICO ................................................................................................ 6

1.1. Moldeo por Soplado. ................................................................................................................ 6

1.1.1. Definición del proceso. .......................................................................................................... 6

1.1.2. Moldeo por extrusión soplado. .............................................................................................. 8

1.1.2.1. Componentes de la máquina de extrusión soplado. ............................................................ 8

1.1.2.1.1. Extrusora. ......................................................................................................................... 8

1.1.2.1.2. Cabezales. ........................................................................................................................ 9

1.1.2.1.3. Boquillas. ......................................................................................................................... 9

1.1.2.1.4. Unidad de soplado ......................................................................................................... 10

1.1.2.1.5. Sistemas de cierre. ......................................................................................................... 10

1.1.2.1.6. Moldes. .......................................................................................................................... 11

1.1.2.1.7. Sistemas de enfriamiento. .............................................................................................. 12

1.1.3. Variables que afectan el proceso. ........................................................................................ 13

1.1.3.1. Ciclo de moldeo. ............................................................................................................... 13

1.1.3.2. Condiciones de proceso. ................................................................................................... 14

1.1.3.2.1. Parámetros de extrusión................................................................................................. 14

1.1.3.2.2. Parámetros del moldeo por soplado............................................................................... 15

1.1.3.3. Control de parison ............................................................................................................ 17

viii

1.1.4. Condiciones reológicas necesarias para el moldeo por extrusión soplado. ......................... 18

1.1.5. Defectos típicos del moldeo por extrusión soplado y sus soluciones .................................. 18

1.1.5.1. Superficie rugosa. ............................................................................................................. 19

1.1.5.2. Contracción excesiva. ....................................................................................................... 19

1.1.5.3. Deformación y líneas de soldadura débiles. ..................................................................... 19

1.1.5.4. Pared delgada en la línea de soldadura. ............................................................................ 19

1.1.5.5. Espesor de pared no uniforme .......................................................................................... 19

1.2. Moldeo por inyección. ............................................................................................................ 19

1.2.1. Definición del proceso. ........................................................................................................ 19

1.2.1.1. Componentes de la máquina de inyección. ...................................................................... 21

1.2.1.1.1. Unidad de inyección ...................................................................................................... 21

1.2.1.1.2. Unidad de cierre............................................................................................................. 21

1.2.1.1.3. Unidad motora ............................................................................................................... 23

1.2.1.1.4. Unidad de control .......................................................................................................... 23

1.2.1.1.5. Sistema hidráulico ......................................................................................................... 23

1.2.2. Variables que afectan el proceso. ........................................................................................ 24

1.2.2.1. Velocidades ...................................................................................................................... 24

1.2.2.2. Presiones. .......................................................................................................................... 25

1.2.2.3. Distancias. ........................................................................................................................ 26

1.2.2.1. Ciclo de moldeo. ............................................................................................................... 27

1.2.2.2. Condiciones de proceso (perfil de temperaturas). ............................................................ 28

1.2.3. Condiciones reológicas necesarias para el moldeo por inyección. ...................................... 29

1.2.4. Defectos típicos del moldeo por inyección.......................................................................... 29

1.3. Características del PEAD. ...................................................................................................... 30

1.4. Extrusión soplado de envases. ................................................................................................ 31

1.4.1. Definición de envase. .......................................................................................................... 32

ix

1.4.2. Partes básicas de un envase. ................................................................................................ 32

1.4.3. Importancia del buen acople envase-tapa. ........................................................................... 34

1.4.4. Sistemas de protección de contenido de un envase. ............................................................ 34

1.4.4.1. Precinto, rompe precinto. ................................................................................................. 35

1.4.4.2. Sello de protección o “liner” ............................................................................................ 35

1.4.5. Requerimientos de PDVSA para envases de 946cm3 destinados al envasado de aceites

lubricantes. ..................................................................................................................................... 36

1.5. Sistemas de Gestión de la Calidad. ......................................................................................... 36

1.5.1. Definición. ........................................................................................................................... 36

1.5.2. Norma ISO 9001. ................................................................................................................. 37

CAPÍTULO II: DISEÑO EXPERIMENTAL ............................................................................... 38

2.1. Materiales y equipos. .............................................................................................................. 38

2.2. Procedimiento. ........................................................................................................................ 40

2.2.1. Revisión Bibliográfica. ........................................................................................................ 40

2.2.2. Extrusión soplado de envases de 946 cm3. .......................................................................... 40

2.2.3. Inyección de tapas de envases 946 cm3. .............................................................................. 45

2.2.4. Caracterización de los envases y tapas. ............................................................................... 47

2.2.4.1. Determinación de la capacidad total ................................................................................. 47

2.2.4.2. Determinación de la resistencia al impacto ...................................................................... 48

2.2.4.3. Determinación de la resistencia a la compresión .............................................................. 48

2.2.4.4. Determinación de la Superficie de Apoyo de la base ....................................................... 49

2.2.4.5. Determinación de la calidad de la Superficie de sellado .................................................. 49

2.2.4.6. Determinación de la calidad de la línea de unión ............................................................. 49

2.2.4.7. Determinación de la hermeticidad .................................................................................... 50

2.2.4.8. Determinación de la Resistencia al Agrietamiento por Efectos Combinados de Esfuerzos

y Medios Tensoactivos (ESCR) .................................................................................................... 50

2.2.4.9. Ensayo de impacto en el punto de inyección para tapas................................................... 50

x

2.2.4.10. Determinación del torque de aplicación para las tapas de los envases. .......................... 51

CAPÍTULO III: RESULTADOS Y DISCUSIONES ................................................................... 52

3.1. Extrusión Soplado de envases. ............................................................................................... 52

3.1.1. Evaluación de condiciones preliminares. ............................................................................ 52

3.1.1.1. Caracterización preliminar de los envases........................................................................ 52

3.1.1.1.1. Peso ................................................................................................................................ 52

3.1.1.1.2. Dimensiones .................................................................................................................. 53

3.1.1.1.3. Espesores ....................................................................................................................... 56

3.1.1.1.4. Capacidad total .............................................................................................................. 58

3.1.1.1.5. Resistencia al impacto ................................................................................................... 59

3.1.1.1.6. Resistencia a la compresión ........................................................................................... 60

3.1.1.1.7. Calidad de línea de unión .............................................................................................. 61

3.1.1.1.8. Superficie de apoyo ....................................................................................................... 61

3.1.1.1.9. Superficie de sellado ...................................................................................................... 62

3.1.2. Optimización de las condiciones de moldeo ....................................................................... 62

3.1.3. Distribución de espesores en boquillas evaluadas. .............................................................. 63

3.1.4. Estudio de Estabilidad Dimensional (comparación entre resina virgen y resina con

pigmento). ...................................................................................................................................... 66

3.1.5. Resultado de evaluación de la superficie de apoyo y sellado de los envases. ..................... 68

3.1.6. Evaluación de las Dimensiones Básicas en función del enfriamiento................................. 71

3.1.7. Efecto del color en la contracción final de la pieza. ............................................................ 72

3.1.8. Resultados de Evaluación de ESCR. ................................................................................... 74

3.1.8.1. Envases color plata. .......................................................................................................... 74

3.1.8.2. Envases color azul. ........................................................................................................... 75

3.1.9. Caracterización Final de los envases. .................................................................................. 76

3.1.9.1. Peso. .................................................................................................................................. 76

3.1.9.2. Dimensiones. .................................................................................................................... 77

xi

3.1.9.3. Resistencia al impacto. ..................................................................................................... 78

3.1.9.4. Resistencia a la compresión. ............................................................................................. 78

3.1.9.5. Calidad de la línea de unión. ............................................................................................ 79

3.1.9.6. Hermeticidad. ................................................................................................................... 79

3.1.9.7. Superficie de apoyo y sellado de los envases. .................................................................. 80

3.1.10. Recomendaciones de moldeo. ........................................................................................... 81

3.2. Inyección de tapas. ................................................................................................................. 83

3.2.1. Inyección de tapas color plata. ............................................................................................ 83

3.2.1.1. Peso ................................................................................................................................... 83

3.2.1.2. Dimensiones críticas ......................................................................................................... 84

3.2.1.3. Evaluación de torque de tapado ........................................................................................ 85

3.2.1.4. Ensayo de Impacto en el punto de inyección ................................................................... 86

3.2.1.5. Evaluación del acople entre conjunto tapa-envase ........................................................... 86

3.2.2. Inyección de tapas plata bajo nueva condición de enfriamiento ......................................... 87

3.2.2.1. Peso ................................................................................................................................... 87

3.2.2.2. Dimensiones críticas ......................................................................................................... 88

3.2.2.3. Ensayo de Impacto en el punto de inyección ................................................................... 89

3.2.2.4. Evaluación de torque de tapado ........................................................................................ 90

3.2.3. Caracterización final de las tapas ........................................................................................ 91

3.2.4. Recomendaciones de moldeo. ............................................................................................. 92

CONCLUSIONES. ........................................................................................................................ 94

RECOMENDACIONES. .............................................................................................................. 95

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 96

APÉNDICES ................................................................................................................................. 99

Apéndicc A: Soplado de envases con resina virgen, cavidades 19, 20 y 21. ................................ 99

Apéndice B: Cálculo del porcentaje de contracción para las dimensiones de base de los envases. ..

.......................................................................................................................................... 105

xii

Apéndice C: Conjunto de espesores medidos en las pruebas con las distintas ovalidades de

boquilla. ....................................................................................................................................... 106

Apéndice D: Comparación de Estabilidad Dimensional de los envases en resina virgen, color azul

y color plata. ................................................................................................................................ 107

Apéndice E: Mediciones de dimensiones básicas realizadas antes y después de la instalación de la

bomba en cavidades 17 y 20 para envases color plata. ............................................................... 110

Apéndice F: Efecto del pigmento en las dimensiones básicas para la cavidad 16 y boquilla tipo

pétalo.. ......................................................................................................................................... 110

Apéndice G: Caracterización final de los envases....................................................................... 111

Apéndice H: Inyección de tapas plata. ........................................................................................ 112

xiii

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 2.1. MATERIALES UTILIZADOS CON SUS CARACTERÍSTICAS. ............................................... 38

TABLA 2.2. EQUIPOS UTILIZADOS CON SUS CARACTERÍSTICAS MÁS RELEVANTES. ......................... 39

TABLA 2.3. PERFIL DE TEMPERATURA PARA EL PROCESO DE SOPLADO DE LOS ENVASES. ............... 41

TABLA 2.4. PERFIL DE TEMPERATURA INICIAL DEL PROCESO DE INYECCIÓN DE LAS TAPAS. ........... 45

TABLA 3.1. PESO DE LOS ENVASES. ................................................................................................ 53

TABLA 3.2. DIMENSIONES CRÍTICAS DE LOS ENVASES. ................................................................... 53

TABLA 3.3. ESPESORES EN LAS ESQUINAS INFERIORES DEL ENVASE. .............................................. 56

TABLA 3.4. ESPESORES EN LAS ESQUINAS DE LA SECCIÓN CENTRAL DEL CUERPO DEL ENVASE

(CORTE A-A). ......................................................................................................................... 56

TABLA 3.5. ESPESORES EN EL CORTE TRANSVERSAL EN LA SECCIÓN SUPERIOR DEL ENVASE (CORTE

B-B). ...................................................................................................................................... 57

TABLA 3.6. PERFIL DE ESPESORES EN CARAS FRONTALES Y DORSALES DE LOS ENVASES. ............... 58

TABLA 3.7. CAPACIDAD TOTAL PROMEDIO OBTENIDA PARA LOS ENVASES EVALUADOS. ................ 58

TABLA 3.8. RESULTADOS DE RESISTENCIA AL IMPACTO POR CAÍDA LIBRE PARA LOS ENVASES

EVALUADOS. ........................................................................................................................... 59

TABLA 3.9. ESPESORES DE LAS ESQUINAS INFERIORES DE LOS ENVASES EN FUNCIÓN DE LA

OVALIDAD DE LAS BOQUILLAS EVALUADAS. ........................................................................... 63

TABLA 3.10. PERFIL DE ESPESORES DE LOS ENVASES EN FUNCIÓN DE LA OVALIDAD DE LAS

BOQUILLAS EVALUADAS. ........................................................................................................ 64

TABLA 3.11. DIMENSIONES DE BASE FINALES EN FUNCIÓN DE LA CONDICIÓN DE ENFRIAMIENTO

EMPLEADA. ............................................................................................................................. 71

TABLA 3.12. DIMENSIONES DE BASE FINALES EN FUNCIÓN DEL PIGMENTO UTILIZADO. .................. 73

TABLA 3.13. DIMENSIONES DE BASE FINALES PARA LOS ENVASES COLOR PLATA Y AZUL. .............. 77

TABLA 3.14. RESISTENCIA AL IMPACTO DE ENVASES COLOR PLATA Y AZUL. .................................. 78

TABLA 3.15. RESULTADOS DE HERMETICIDAD ENVASES COLOR AZUL. ........................................... 79

TABLA 3.16. PERFIL DE TEMPERATURA PARA EL PROCESO DE SOPLADO DE LOS ENVASES. ............. 82

TABLA 3.17. VARIABLES DE PROCESO RECOMENDADAS PARA EL SOPLADO DE LOS ENVASES. ........ 82

TABLA 3.18. RESULTADOS DE PESO PARA LAS TAPAS EVALUADAS. ................................................ 84

TABLA 3.19. DIMENSIONES CRÍTICAS DE TAPAS EVALUADAS. ........................................................ 84

TABLA 3.20. RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE TORQUE DE APLICACIÓN EN TAPAS COLOR PLATA. 85

TABLA 3.21. RESULTADOS DE PESO PARA LAS TAPAS EVALUADAS ................................................. 87

xiv

TABLA 3.22. DIMENSIONES CRÍTICAS DE TAPAS EVALUADAS ......................................................... 88

TABLA 3.23. RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE TORQUE DE APLICACIÓN EN TAPAS COLOR PLATA. 90

TABLA 3.24. PERFIL DE TEMPERATURA FINAL PARA LA INYECCIÓN DE TAPAS. ............................... 92

TABLA 3.25. PARÁMETROS DE PROCESO PARA LA INYECCIÓN DE TAPAS. ....................................... 92

TABLA A.1. MEDIDAS DE PESO REALIZADAS A LOS ENVASES. ........................................................ 99

TABLA A.2. CONJUNTO DE DIMENSIONES DE BASE MEDIDAS EN LOS ENVASES. .............................. 99

TABLA A.3. DATOS DE ESTABILIDAD DIMENSIONAL EN RESINA VIRGEN, CAVIDADES 19, 20 Y 21.

............................................................................................................................................. 100

TABLA A.4. PROMEDIOS DE ALTURA TOTAL (ESTABILIDAD DIMENSIONAL) EN RESINA VIRGEN,

CAVIDADES 19, 20 Y 21. ....................................................................................................... 101

TABLA A.5. PROMEDIOS DE ANCHO DE LA BASE (ESTABILIDAD DIMENSIONAL) EN RESINA VIRGEN,

CAVIDADES 19, 20 Y 21. ....................................................................................................... 101

TABLA A.6. PROMEDIOS DE LARGO DE LA BASE (ESTABILIDAD DIMENSIONAL) EN RESINA VIRGEN,

CAVIDADES 19, 20 Y 21. ....................................................................................................... 101

TABLA A.7. MEDIDAS COMPLETAS DE ESPESORES DE ESQUINAS INFERIORES EN RESINA VIRGEN,

CAVIDADES 19, 20 Y 21. ....................................................................................................... 102

TABLA A.8. MEDIDAS COMPLETAS DE ESPESORES EN CORTE A-A Y B-B EN RESINA VIRGEN,

CAVIDADES 19, 20 Y 21. ....................................................................................................... 103

TABLA A.9. PERFIL DE ESPESORES EN RESINA VIRGEN, CAVIDADES 19, 20 Y 21. ......................... 103

TABLA A.10. CAPACIDAD TOTAL DE ENVASES RESINA VIRGEN, CAVIDADES 19, 20 Y 21. ............ 104

TABLA A.11. RESISTENCIA AL IMPACTO DE ENVASES RESINA VIRGEN, CAVIDADES 19, 20 Y 21. . 104

TABLA C.1. ESPESORES DE CORTE A-A CON LOS DISTINTOS TIPOS DE OVALIDADES DE BOQUILLA

EVALUADAS. ......................................................................................................................... 106

TABLA C.2. ESPESORES DE CORTE B-B CON LOS DISTINTOS TIPOS DE OVALIDADES DE BOQUILLA

EVALUADAS. ......................................................................................................................... 107

TABLA D.1. MEDIDAS DE DIMENSIONES BÁSICAS PARA ESTUDIO DE ESTABILIDAD DIMENSIONAL EN

RESINA VIRGEN Y COLORES AZUL Y PLATA (CAVIDADES 16 Y 19). ........................................ 108

TABLA D.2. VALORES PROMEDIO DE ANCHO DE LA BASE EN RESINA VIRGEN Y COLORES AZUL Y

PLATA ................................................................................................................................... 109

(CAVIDADES HOMÓLOGAS 16 Y 19)............................................................................................... 109

TABLA D.3. VALORES PROMEDIO DE LARGO DE LA BASE EN RESINA VIRGEN Y COLORES AZUL Y

PLATA ................................................................................................................................... 109

(CAVIDADES HOMÓLOGAS 16 Y 19)............................................................................................... 109

xv

TABLA E.1. COMPARACIÓN ENTRE CONDICIÓN DE ENFRIAMIENTO 1 Y 2 (ANTES Y DESPUÉS DE LA

INSTALACIÓN DE LA BOMBA). ............................................................................................... 110

TABLA F.1. EFECTO DE LA ADICIÓN DE PIGMENTO EN LAS DIMENSIONES DE BASE DE LOS ENVASES

PARA LA CAVIDAD 16 Y BOQUILLA TIPO PÉTALO. .................................................................. 110

TABLA G.1. PESOS DE OBTENIDOS EN LA CARACTERIZACIÓN FINAL DE LOS ENVASES PARA LA

CAVIDAD 16 Y BOQUILLA TIPO PÉTALO. ................................................................................ 111

TABLA G.2. DIMENSIONES FINALES DE ALTURA DE CORONA, DIÁMETRO DE ROSCA Y DIÁMETRO DE

ROMPREPRECINTO EN LA CARACTERIZACIÓN FINAL DE LOS ENVASES PARA LA CAVIDAD 16 Y

BOQUILLA TIPO PÉTALO. ....................................................................................................... 111

TABLA H.1. RESULTADOS DE TORQUE DE TAPADO EN LA CARACTERIZACIÓN INICIAL DE LAS TAPAS

COLOR PLATA. ...................................................................................................................... 112

TABLA H.2. PESO DE LAS TAPAS COLOR AZUL LUEGO DE LA INSTALACIÓN DE LA BOMBA. ........... 113

TABLA H.3. DIMENSIONES BÁSICAS DE LAS TAPAS COLOR AZUL LUEGO DE LA INSTALACIÓN DE LA

BOMBA. ................................................................................................................................. 113

xvi

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.1. ESQUEMA GENERAL DE UN PROCESO DE SOPLADO DE PIEZAS PLÁSTICAS ...................... 7 FIGURA 1.2. EJEMPLO DE DISPOSICIÓN DE CANALES DE ENFRIAMIENTO EN EXTRUSIÓN SOPLADO. . 13 FIGURA 1.3. EJEMPLO DE CICLO DE MOLDEO POR EXTRUSIÓN SOPLADO. ....................................... 13 FIGURA 1.4. DIMENSIONES USADAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN DE SOPLADO] ...... 16 FIGURA 1.5. PROGRAMACIÓN DE PARISON. A: PINES MOVIBLES PROGRAMABLES, B: PANTALLA DE

PROGRAMACIÓN. .................................................................................................................... 17 FIGURA 1.6. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LAS ETAPAS DE UN PROCESO DE INYECCIÓN. ..... 20 FIGURA 1.7. REPRESENTACIÓN DEL CICLO DE INYECCIÓN PARA UNA PIEZA. ................................... 28 FIGURA 1.8. ENVASES PLÁSTICOS PRODUCIDOS POR SOPLADO. ...................................................... 32 FIGURA 1.9. PARTES PRINCIPALES DEL ENVASE DE ACEITE LUBRICANTE PDV. .............................. 33 FIGURA 2.1. ZONAS DE TEMPERATURAS DE LA MÁQUINA EXTRUSORA-SOPLADORA. ...................... 41 FIGURA 2.2. REQUERIMIENTOS EN MM. PARA VALIDACIÓN DEL CUMPLIMIENTO DE ESPECIFICACIÓN

TÉCNICA DE MATERIALES, PDVSA EM-10-02/01 DONDE SE EVALÚA: ALTURA TOTAL DEL

ENVASE (A), LARGO (B), ANCHO DE BASE (C), CUERPO DEL ENVASE (D), ALTURA DE CORONA

(E), DIÁMETRO DE ROMPE PRECINTO (F), DIÁMETRO DE BOCA (G) Y DIÁMETRO DE ROSCA (H)

............................................................................................................................................... 42 FIGURA 2.3. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA PARA REALIZACIÓN DE CORTES A-A Y B-B DEL

ENVASE, CON EL REQUERIMIENTO DE ESPESORES MÍNIMOS DE ESQUINAS INFERIORES SEGÚN

ESPECIFICACIÓN PDVSA. ....................................................................................................... 43 FIGURA 2.4. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE VISTA SUPERIOR DEL CORTE A-A DEL ENVASE,

CON EL REQUERIMIENTO DE ESPESORES MÍNIMOS SEGÚN ESPECIFICACIÓN PDVSA................ 43 FIGURA 2.5. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE VISTA SUPERIOR DEL CORTE B-B DEL ENVASE,

CON EL REQUERIMIENTO DE ESPESORES MÍNIMOS SEGÚN ESPECIFICACIÓN PDVSA................ 43 FIGURA 2.6. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE PUNTOS TOMADOS PARA DETERMINAR LA

DISTRIBUCIÓN DE MATERIAL EN LAS CARAS DEL ENVASE. ...................................................... 44 FIGURA 2.7. PERFIL DE PARISON INICIAL PARA ENVASES COLOR PLATA. ......................................... 45 FIGURA 2.8. PERFIL DE PARISON INICIAL PARA ENVASES COLOR AZUL. .......................................... 45 FIGURA 2.9. PERFIL DE TEMPERATURA DE LAS BOQUILLAS PARA LA INYECCIÓN DE TAPAS ............ 46 FIGURA 2.10. PERFIL DE TEMPERATURA DEL BARRIL PARA LA INYECCIÓN DE TAPAS ..................... 46

xvii

FIGURA 2.11. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE TAPA DEL ENVASE, CON EL REQUERIMIENTO EN

MM. DE ALTURA TOTAL (A) Y DIÁMETRO EXTERNO (B), SEGÚN ESPECIFICACIÓN PDVSA EM

10-02/01. ................................................................................................................................ 47 FIGURA 2.12. POSICIONES DE CAÍDA PARA LOS ENVASES DURANTE EL ENSAYO DE IMPACTO. ........ 48 FIGURA 2.13. CRITERIO DE ACEPTACIÓN DE HUELLA PARA CALIDAD DE LA SUPERFICIE DE SELLADO .

............................................................................................................................................... 49 FIGURA 3.1. ESTABILIDAD DIMENSIONAL EN LAS CAVIDADES 19, 20 Y 21 (ANCHO DE LA BASE),

PARA ENVASES CON RESINA SIN PIGMENTO. ............................................................................ 54 FIGURA 3.2. ESTABILIDAD DIMENSIONAL EN LAS CAVIDADES 19, 20 Y 21 (LARGO DE LA BASE),

PARA ENVASES CON RESINA SIN PIGMENTO. ............................................................................ 55 FIGURA 3.3. FISURA EN HENDIDURA DE SUJECIÓN ORIGINADA POR IMPACTO EN CAVIDAD 19. ....... 59 FIGURA 3.4. PERFORACIÓN EN SECCIÓN INFERIOR DEL ÁREA DE ETIQUETA, ORIGINADA POR IMPACTO

EN CAVIDAD 21. ...................................................................................................................... 59 FIGURA 3.5. EXTRUSIÓN DE MANGAS EN LAS CAVIDADES 19, 20 Y 21, PARA ENVASES CON RESINA

SIN PIGMENTO (SE NUMERAN DE IZQUIERDA A DERECHA). ...................................................... 60 FIGURA 3.6. HUELLAS DE APOYO Y SELLADO OBTENIDAS EN LAS CAVIDADES 19, 20 Y 21

(NUMERADAS DE ARRIBA HACIA ABAJO) ................................................................................. 62 FIGURA 3.7. MECANIZADO DE BOQUILLA TIPO PÉTALO ................................................................... 66 FIGURA 3.8. ESTABILIDAD DIMENSIONAL EN LAS CAVIDADES 16 Y 19 (ANCHO DE LA BASE) ......... 67 FIGURA 3.9. ESTABILIDAD DIMENSIONAL EN LAS CAVIDADES 16 Y 19 (LARGO DE LA BASE). ........ 67 FIGURA 3.10. (A) HUELLAS DE SUPERFICIE DE APOYO Y SELLADO DE LOS ENVASES. A LA IZQUIERDA,

CAVIDAD 16 Y A LA DERECHA, CAVIDAD 19. (B) HUELLAS OBTENIDAS LUEGO DE REALIZAR LAS

MEJORAS EN EL SISTEMA DE DESBARBADO Y RECTIFICACIÓN DE PINES DE SOPLADO

(CAVIDADES 19, 20 Y 21). ....................................................................................................... 69 FIGURA 3.11. ACOPLE DE PINES DE SOPLADO A LA BOCA DEL ENVASE DURANTE EL SOPLADO DE LOS

ENVASES. ................................................................................................................................ 70 FIGURA 3.12. SISTEMA DESBARBADOR DEL CARRO IZQUIERDO DE LA EXTRUSORA-SOPLADORA. ... 70 FIGURA 3.13. ENVASES DE CAVIDADES 16, 17 Y 18 SOMETIDOS A ESCR, AL FINALIZAR LA

EVALUACIÓN .......................................................................................................................... 75 FIGURA 3.14. ENVASES DE CAVIDADES 19, 20 Y 21 SOMETIDOS A ESCR, AL FINALIZAR LA

EVALUACIÓN .......................................................................................................................... 75 FIGURA 3.15. ABOMBAMIENTO PRESENTADO EN ENVASES QUE CONTENÍAN LUBRICANTE DE TIPO

TRANSFLUIDO, AL FINALIZAR LA EVALUACIÓN DE ESCR. ...................................................... 76

xviii

FIGURA 3.16. DEFORMACIÓN (HUNDIMIENTO) EVIDENCIADO EN ENVASE DE CAVIDAD 16 QUE

CONTENÍA LUBRICANTE FUERA DE BORDA, AL FINALIZAR LA EVALUACIÓN DE ESCR. ........... 76 FIGURA 3.17.FALLA ENCONTRADA EN EL ENVASE DE LA CAVIDAD 16 SOMETIDO A COMPRESIÓN. . 79 FIGURA 3.18. HUELLAS DE SUPERFICIE DE APOYO Y SELLADO DE ENVASES OBTENIDAS EN LA

CARACTERIZACIÓN FINAL. (A) CAVIDAD 16 COLOR PLATA. (B) CAVIDAD 16 COLOR AZUL. .... 80 FIGURA 3.19. PERFIL DE PARISON FINAL PARA ENVASES COLOR PLATA. ......................................... 81 FIGURA 3.20. ACOPLE ENTRE CONJUNTO ENVASE-TAPA ................................................................. 86 FIGURA 3.21. FALLA EN TAPA COLOR PLATA SOMETIDA AL ENSAYO DE IMPACTO EN EL PUNTO DE

INYECCIÓN. ............................................................................................................................. 89 FIGURA 3.22. ACOPLE ENTRE CONJUNTO ENVASE-TAPA PARA LOS COLORES Y CAVIDADES

SOMETIDAS A EVALUACIÓN .................................................................................................... 91 FIGURA A.1. ESTUDIO DE ESTABILIDAD DIMENSIONAL EN CAVIDADES 19, 20 Y 21 (ALTURA

TOTAL), RESINA SIN PIGMENTO. ............................................................................................ 100 FIGURA D.1. COMPARACIÓN DE ESTUDIO DE ESTABILIDAD DIMENSIONAL (ALTURA TOTAL) PARA

RESINA VIRGEN, COLOR PLATA Y COLOR AZUL EN CAVIDADES HOMÓLOGAS 16 Y 19. ........... 107

1

INTRODUCCIÓN

Petróleos de Venezuela, S.A. (PDVSA), actualmente es la cuarta empresa petrolera a nivel

mundial y primera a nivel latinoamericano. En Venezuela, es una de las principales empresas del

país ya que se encarga de todo lo referente a la extracción y comercialización del petróleo y sus

productos derivados. Siendo la actividad petrolera la principal actividad económica que mueve al

país, la presencia de esta empresa es crucial para el desarrollo sustentable de todos los sectores de

la sociedad.

Como parte de PDVSA, Intevep se encarga del soporte tecnológico de todas las actividades y

proyectos que engloba la obtención de productos con máxima calidad y tecnologías actuales. De

esta manera constituye un elemento indispensable para el mantenimiento de la vanguardia en

cuanto a competencias humanas y científicas se refiere. Dicho de otra forma, Intevep constituye

el brazo tecnológico de Petróleos de Venezuela, y se plantea como una filial encargada de

realizar investigación, con una orientación estratégicamente vinculada a la generación de

soluciones tecnológicas integrales, con un énfasis especial dedicado a actividades de Exploración,

Producción, Refinación e Industrialización. Asimismo, a Intevep le corresponde realizar el

resguardo y protección del acervo tecnológico de PDVSA.

Por otra parte, Intevep tiene dentro de sus objetivos el desarrollo de tecnologías propias en

áreas que presenten oportunidades claramente diferenciadas y el impulso hacia la cooperación e

integración con el sector técnico científico e industrial de Venezuela.

La Gerencia de Calidad de Productos (RICP) de Intevep es una de las gerencias que presta

apoyo a la Gerencia General de Refinación e Industrialización. Esta tienen como objetivo:

Generar los productos tecnológicos requeridos por PDVSA, sus Divisiones/Empresas y terceros

para mantener la competitividad del negocio en el área de lubricantes, asfaltos, y combustibles.

Proveer información para la elaboración de los planes tecnológicos de la Corporación y sus

Divisiones/Empresas en el área de Productos, así como contribuir en la identificación y

2

desarrollo de nuevas oportunidades de negocio y mantener un alerta tecnológico oportuno para

la adecuada identificación, diseño y ejecución de actividades y proyectos de Investigación y

Desarrollo, Asistencia Técnica Especializada, e Investigación Estratégica”. [1]

El desarrollo de proveedores por parte de las empresas cliente ha surgido en su mayoría

como necesidad de respuesta ante la limitante de no poder crear un envase y llenarlo con el

producto final en el mismo espacio físico. Adicionalmente, la gran competencia en el mercado

actual demanda productos de calidad enmarcados bajo las normas ISO 9000 que cumplan con las

exigencias del cliente. Empresas como PDVSA posee proveedores de envases, tambores y pailas

para el envasado de lubricantes en la Refinería Cardón que se encuentra en el Estado Falcón.

Debido a que los proveedores de envases actuales tienen sus empresas ubicadas en otros estados

del país, los requerimientos de calidad se vuelven más rigurosos, ya que antes del llenado y

distribución el envase debe ser trasladado desde la empresa proveedora a la Refinería, lo que

implica mayores parámetros de control para que el envase se mantenga con las mismas

características físicas que tenía al momento de ser producido. Gran parte de las características de

calidad se obtienen al tener un adecuado proceso de producción de los insumos. La adecuación de

dichos procesos depende de las características de la empresa y requiere del manejo correcto de las

variables de cada proceso y del monitoreo continuo de los sistemas completos de producción en

general.

Uno de los productos que forma parte de la marca PDV son los aceites lubricantes utilizados

para el mantenimiento del tránsito automotor tanto terrestre como marítimo, que impulsa a las

actividades de origen comercial y tecnológico que se desarrollan a lo largo y ancho del país. En el

caso de los envases de aceites lubricantes de 946 cm3 de capacidad, PDVSA cuenta con tres

proveedores actuales ya evaluados y certificados en los cuales se efectuaron cada una de las

pruebas que forman parte de este proyecto, resultando satisfactorias, lo cual permitió la inclusión

de cada una de estas empresas como proveedor de este insumo.

A medida que pasa el tiempo, la demanda de aceites lubricantes se hace cada vez mayor

debido al crecimiento que se está experimentando en los últimos años de vehículos automotores

que requieren de este producto para el mantenimiento durante su vida útil. El traslado de este tipo

3

de productos desde su producción hasta las manos del consumidor se realiza en envases de

diferentes presentaciones realizados con materiales poliméricos, siendo la presentación más

común la de 946 cm3. La producción de estos envases en sus colores plata, azul y dorado, es

realizada actualmente por tres proveedores externos a PDVSA que enfocan sus esfuerzos hacia el

mantenimiento de las exigencias de calidad expuestas en la Especificación Técnica de Materiales

de PDVSA EM-10-02/01 a fin de garantizar producción continua y preservación del contenido

durante la producción, almacenamiento y la comercialización. Una vez que el envase es

producido, debe ser trasladado hasta la refinería de Cardón ubicada en el Estado Falcón, donde se

encuentra la línea completa para el envasado del producto.

Debido a la alta demanda que se presenta en Venezuela de este producto, en el primer

semestre del año 2012 está pautada la instalación y puesta en funcionamiento de una nueva línea

completa de envasado, que acompañará a la línea actual en el llenado de estos envases. Esta

nueva línea permite el envasado de más contenedores por minuto y tiene asociados elementos de

mayor tecnología que la línea utilizada actualmente. En vista de esta nueva incorporación, la

producción de envases realizada por los tres proveedores actuales no es suficiente para cumplir

con la demanda de envases que implica la puesta en funcionamiento de la nueva línea de

envasado. Es por esto que PDVSA, a través de Intevep y la Gerencia de Calidad de Productos,

establece un proyecto para el desarrollo de un nuevo proveedor de envases para aceites

lubricantes de 946 cm3 de capacidad que cumpla con los requerimientos de calidad exigidos por

PDVSA. Desde hace aproximadamente dos años Intevep ha tenido contacto con una empresa que

adquirió las máquinas correspondientes para la producción de los envases (que se realizan por el

proceso de extrusión soplado) y las tapas (realizadas por inyección); se plantea la consecución de

dicho proyecto para satisfacer la demanda y comenzar la producción mensual de

aproximadamente 1200000 envases.

El Proyecto desarrollado se enmarca dentro de las habilidades y conocimientos que engloba

la Ingeniería de Materiales. De esta forma, abarca el área de procesos de producción asociados

con la Tecnología de Plásticos. Más específicamente, engloba dos procesos de producción:

extrusión soplado e inyección; cada uno de ellos implica la familiarización con las variables de

4

proceso de cada uno de estos tipos de procesamiento, para lograr la producción de envases de

aceites lubricantes de 946 cm3 con las características de calidad que se describen en la

Especificación Técnica de Materiales de PDVSA EM-10-02/01. Es aquí donde entra en juego

otra parte importante del desarrollo de los procesos dentro de una empresa, que tiene que ver con

la calidad del producto terminado. De esta manera no solo se enlazan los conocimientos

adquiridos asociados con el área de producción en lo que a Tecnología de Polímeros se refiere,

sino también los correspondientes al área de Gestión de la Calidad, que incluye las relaciones

entre el cliente y el proveedor, control estadístico de proceso, etc.

El desarrollo de envases por parte de los proveedores con la calidad requerida mantiene a

PDVSA dentro de la competencia en el área, ya que el consumidor mantendrá la identificación

del producto con la marca asociada. Además, se cumplen con los objetivos de planificación y

tecnología que se plantean anualmente en la empresa. Otra ventaja es que se abarca la demanda

actual de Venezuela en lo que a aceites lubricantes se refiere.

1.1. Objetivo general.

Adecuar el proceso de producción de una empresa para que cumpla con la especificación de

PDVSA EM-10-02/01 y pueda comenzar a ser proveedor de envases de lubricantes de PDV de

946 cm3 de capacidad.

1.2. Objetivos específicos.

Familiarización con el proceso de inyección y soplado.

Familiarización con las maquinarias y procesos productivos de la empresa.

Adecuar los procesos de moldeo por inyección y moldeo por soplado de la empresa para

la producción de envases de 946 cm3.

Asegurar el cumplimiento de la especificación PDVSA EM-10-02/01 en los envases para

lubricante.

Definir los parámetros de control de proceso y de producto en proceso.

5

Realizar pruebas de desempeño en la línea de envasado, con el fin de verificar la correcta

adecuación realizada a los envases.

6

CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO

1.1. Moldeo por Soplado.

A nivel mundial existen diversos mecanismos para procesar polímeros debido al gran

crecimiento que han presentado las aplicaciones de éstos. La extensa variedad de tipos de

procesamiento cambia dependiendo de las características del polímero, aplicación deseada,

maquinaria, costos, etc.

El moldeo por soplado en plásticos nace como una alternativa de procesamiento que, en

principio, era solo utilizada para producir botellas de vidrio. Se dice que con el desarrollo del

Polietileno de alta densidad (PEAD) en 1953, fue que comenzó la era industrial del moldeo por

soplado, que explotó rápidamente en 1956. Durante los años 70 comenzó a usarse

Polietiléntereftalato biorientado (PET) y se introdujeron los procesos de soplado de dos pasos.

Actualmente, se han desarrollado muchos otros tipos de moldeo por soplado para diversas

aplicaciones debido a la alta demanda del mundo actual en diversos sectores, especialmente en el

de envasado. [2]

1.1.1. Definición del proceso.

El moldeo por soplado consiste en la producción de objetos huecos o de doble pared, a partir

de materiales termoplásticos. [3] Existen varios tipos de moldeo por soplado que aunque tienen

variaciones diferentes, poseen asociados tres procesos o etapas principales:

Fusión y plastificación: en esta etapa se forma el polímero fundido mediante una máquina

de inyección o extrusión.

Formación plástica: se realiza a través de un cabezal y boquilla en un molde. Moldeo y soplado: un compresor auxiliar provee presión de aire y la unidad de sujeción

cierra entre un molde dividido que opera con un sistema hidráulico. [4]

7

El primer paso del proceso involucra la producción de un tubo de polímero caliente

conocido como parison, que puede formarse por inyección o extrusión. Cuando se fabrica por

inyección, se le conoce como preforma. Seguidamente, el tubo caliente se coloca entre las dos

mitades de un molde que cierra y lo envuelve. A continuación, el parison o preforma es soplado

contra las paredes de las cavidades del molde y la resina toma la forma de éste mientras se va

enfriando. Luego de la etapa de enfriamiento, la pieza se extrae del molde. Si la misma viene del

proceso de extrusión, es necesario remover el exceso de plástico alrededor de ella para obtener el

acabado final. [4] La Figura 1.1 muestra una imagen del proceso básico de moldeo por soplado.

Figura 1.1. Esquema general de un proceso de soplado de piezas plásticas. [4]

Con respecto a los materiales que se usan en el moldeo por soplado, se tiene que esta

industria se desarrolló originalmente con PEBD. Posteriormente se modificaron las maquinarias y

procesos para el uso de otro tipo de materiales, entre los que destaca el PEAD, quien domina

actualmente en cuanto a uso en este tipo de moldeo. Además, se han aumentado las aplicaciones

para el PP y polímeros como el Policloruro de Vinilo rígido (PVC) y PET. Para aplicaciones

automotrices se han incorporado plásticos de ingeniería como las poliamidas (PA) y el

Policarbonato (PC). En la mayoría de los casos pueden utilizarse materiales termoplásticos sin

modificar sus componentes, sin embargo, cuando se trata de materiales permeables (por los que

puede escapar el producto o introducirse oxígeno), se suele aumentar el espesor de la pieza,

cubrirla con un material impermeable (vidrio, PE entrecruzado, etc), o usar una combinación de

distintos materiales para solventar esta situación. [5]

8

Existen dos subprocesos principales que engloba el moldeo por soplado, conocidos como

inyección soplado y extrusión soplado. Cada uno de ellos tiene sus ventajas, desventajas y

limitaciones. [6] Para efectos del desarrollo de este trabajo de pasantía, se tratará solo el proceso

de extrusión soplado.

1.1.2. Moldeo por extrusión soplado.

El moldeo por extrusión soplado es una variante del proceso de soplado que se basa en los

principios de extrusión. En este proceso, a diferencia del moldeo por inyección soplado donde se

obtiene una preforma inyectada antes de realizar el moldeo, se extruye el parison que es

moldeado como ya se describió anteriormente.

1.1.2.1. Componentes de la máquina de extrusión soplado.

Existen diversos tipos de máquinas desarrolladas debido a la amplia gama de aplicaciones

que se han implementado. Las máquinas de dos estaciones y las continuas. En las de dos

estaciones, un molde común se mueve hacia adelante y hacia atrás entre el parison y la estación

de soplado. En las máquinas continuas o rotativas se usan múltiples moldes idénticos para

producir piezas de forma continua. [6] Sea cual fuere el caso, el equipo tiene diferentes

componentes que trabajan en conjunto para la obtención de las piezas deseadas: extrusora,

cabezales, boquillas, unidad de soplado, sistemas de cierre, molde y sistema de enfriamiento. [7]

1.1.2.1.1. Extrusora.

Este componente es uno de los principales del sistema ya que tiene como función principal

servir de elemento de transporte del polímero fundido; además debe proporcionar presión

suficiente al polímero fundido de forma que el extrudado salga de la boquilla de forma uniforme

y constante. [8] Consiste de un barril con un tornillo sin fin en su interior que rota por acción de un

motor. El polímero es introducido al barril mediante una tolva de alimentación. Al final del barril

se encuentra una boquilla por donde pasa el material para ser extruido. Para lograr la fusión, el

tornillo posee tres zonas por las cuales pasa el material mientras funde: zona de alimentación, de

compresión y de dosificación. [4] En el caso de soplado, se ha determinado que debe existir como

mínimo una relación entre la longitud (L) y el diámetro de tornillo (D) de 20:1 (L/D = 20:1), para

obtener una fusión y plastificación completa de la resina. [9, 10]

9

La descripción anterior corresponde a las extrusoras que poseen un solo tornillo en el interior

del barril de extrusión; sin embargo, también hay extrusoras de dos tornillos. Éstas generalmente

se usan para el procesamiento de resinas que se encuentran en polvo. [4] Adicionalmente, este tipo

de extrusoras mejora la dispersión y el mezclado de los aditivos. En ambos tipos mencionados

anteriormente, el sistema de extrusión de encuentra fijo y el molde de soplado se mueve de forma

diagonal para tomar el parison correspondiente. En otros casos todo el sistema de extrusión

realiza un movimiento basculante (baja para la extrusión del parison y sube cuando el molde

toma al parison) y es por esto que este tipo de extrusoras se denominan de esa manera. Cuando se

trabaja con extrusoras basculantes, el movimiento de los moldes de soplado para tomar el parison

es horizontal.

1.1.2.1.2. Cabezales.

Un cabezal es una forma especializada de boquilla de extrusión, cuya función es proveer un

parison recto con el diámetro, longitud, espesor de pared y temperatura adecuadas para realizar el

moldeo. Existen varios tipos de cabezales: de flujo radial, flujo axial y con acumulador. Los

cabezales radiales presentan bajos costos de elaboración, buena homogeneización del fundido,

altos tiempos de residencia, etc; sin embargo, forman líneas de soldadura. Los cabezales de flujo

axial aunque son más costosos, aplican para todos los termoplásticos, proveen de una buena

distribución y control de los espesores del parison y presentan poca resistencia al flujo. Por otra

parte, los cabezales con acumulador se ubican dentro de la clasificación de extrusión discontinua

y su uso tiene aplicación en artículos de grandes dimensiones y peso. [11]

1.1.2.1.3. Boquillas.

Las boquillas son los componentes del sistema que tienen como función, junto con el mandril

o torpedo, de darle la forma final al parison y ser responsables del mantenimiento de los

espesores en toda la longitud del mismo. En otras palabras, se encargan de proveer y controlar el

parison extrudado disponible de la extrusora (que suministra el plástico fundido a la boquilla a

una velocidad, temperatura y presión constante), y llevarlo al molde con la mínima desviación

posible en todas sus dimensiones y superficie, a la mayor velocidad posible. [11, 7] Estas poseen un

orificio o abertura con una forma específica que permite manufacturar productos que van desde

formas cilíndricas hasta aquellas con secciones transversales complejas y espesores de pared

10

uniformes o no. Las boquillas pueden ser convergentes o divergentes. Las convergentes son las

más fáciles de controlar (mejor control de espesores) y producen menor hinchamiento. Al

contrario, cuando se tiene un parison de mayor tamaño que se expande mientras se extruye, se

utilizan las boquillas de tipo divergentes (generan mayor hinchamiento). [11]

1.1.2.1.4. Unidad de soplado. [12]

La unidad de soplado es otro componente fundamental del moldeo por extrusión soplado, ya

que es la parte del sistema que se encarga de realizar la inyección de aire que permite que la pieza

a moldear pueda copiar la forma del molde. En este sentido, existen varios métodos para realizar

la inyección de aire en el parison:

A través de un canal en el mandril: este método es comúnmente llamado soplado superior

o inferior y se utiliza para botellas u otras formas, donde el aire se introduce a través del cuello

del objeto a soplar.

Haciendo uso de un pin de soplado: un tubo afilado de diámetro pequeño (0,0625 – 0,25

pulgadas) se fija a la cavidad del molde. Mientras el molde se cierra, la aguja pincha al parison

sobre el cuello del envase o en un área no crítica en otros artículos.

Aguja hipodérmica: se usa al igual que la aguja de soplado y sus pequeños orificios deben

ser menos obvios o requerir sellado posterior.

Sellado y enfriamiento (pinch off) del fondo del envase en el ciclo previo, e introduciendo

aire al parison antes de que ocurra el “pinch off”. La burbuja de aire atrapado forma un producto

sin ninguna apertura en él. [13]

Por otra parte, la inyección de aire tiene tres funciones básicas: expandir el parison hacia las

paredes del molde, ejercer presión en el parison expandido para copiar los detalles de la

superficie del molde y ayudar al enfriamiento del parison. Durante la fase de expansión de este

proceso es deseable usar el máximo volumen de aire disponible de forma que el parison se

adhiera a las paredes del molde en el menor tiempo posible. [14]

1.1.2.1.5. Sistemas de cierre.

Los moldes de soplado son montados sobre platinas (generalmente de aluminio) y éstas son

movidas por el sistema de cierre que puede ser de tipo neumático, de palanca o hidráulico. Los

11

sistemas de cierre varían dependiendo de la configuración de la pieza y existen en tres formas

básicas: en forma de L, T y “gantry” (portal). Los de tipo L tienen la línea de partición a un

ángulo de 90° con respecto a la línea central de la extrusora. En los tipo T, la línea de partición se

encuentra alineada con la línea central de la extrusora (la apertura del molde es perpendicular al

centro de la máquina). En el último tipo, la unidad del cabezal de la extrusora es independiente de

la unidad de cierre lo cual le permite posicionarse en tipo T o L sin estar directamente atado al

ensamblaje de la extrusora. [13, 4]

En una máquina de extrusión soplado los sistemas de cierre tienen que cumplir ciertos

requerimientos entre los que destacan: [4]

Mantener el molde cerrado en oposición a la presión de aire soplado: la velocidad de

cierre del molde debe ser 250 mm/s aún para moldes de gran tamaño. La fuerza requerida para

mantener el molde cerrado durante el proceso de soplado dependerá del área superficial

proyectada de la pieza y de la presión necesaria para expandir completamente el parison dentro

de la cavidad del molde.

Realizar una pequeña abertura en la base del material para obtener una buena línea de

unión.

Mover el molde a diferentes velocidades para minimizar choques, reducir el desgaste del

producto y generar una fuerte soldadura.

Moldear y dar forma a la parte superior de la pieza.

Abrir el molde para que el producto pueda expulsarse.

1.1.2.1.6. Moldes.

El molde tiene mucha importancia ya que se encarga de conformar al plástico fundido. Para

ello, consta de dos cavidades hembras que cierran alrededor del parison y poseen un orificio de

entrada para realizar el soplado. Con respecto a los materiales de fabricación de los moldes,

existen diversos tipos cuya selección depende de factores como: la capacidad para conducir calor,

los costos, el tiempo de vida de servicio, etc. [7] En general, son hechos de aluminio debido a que

las presiones del proceso no son tan altas y además, presentan buenas características como

excelente calidad en la transferencia de calor, peso ligero y relativamente bajo costo. Para

disminuir el desgaste de las secciones donde ocurre el “pinch off”, se les inserta una sección de

12

aleación cobre-berilio o acero, que también se coloca en el área del cuello. Sin embargo, cuando

se requieren corridas de alta producción, son usados moldes de acero. [9] También se utilizan

aleaciones de zinc pero tienen como desventaja que su densidad es muy alta, lo que hace que no

sean prácticas cuando se emplean boquillas largas.

1.1.2.1.7. Sistemas de enfriamiento.

Todo molde, independientemente del tipo de fabricación que tenga, debe poseer algún tipo

de zona destinada al enfriamiento de la pieza conformada. En moldes pequeños, se usan agujeros

simples perforados. Sin embargo, la mayoría de los moldes poseen tres o más canales

(compartimientos) distintos, a través de los que circula el medio usado para el enfriamiento. Para

materiales termoplásticos, el control de estas zonas es muy importante y requiere de especial

atención en el diseño. Cualquier líquido o gas que tenga la propiedad de absorber y transferir

calor eficientemente lejos de la fuente puede ser usado como refrigerante. El medio de

enfriamiento más efectivo y de bajo costo usado es el agua; ésta debe estar en flujo turbulento

para que exista una buena transferencia de calor fuera del producto conformado que se efectúe lo

más rápido posible. Los refrigerantes que operan por debajo de 0°C incorporan componentes

anticongelantes como el etilenglicol. [15]

Es muy importante que el enfriamiento se realice de manera uniforme en los moldes que

poseen múltiples cavidades. La diferencia de temperatura del medio refrigerante entre una

cavidad y otra puede generar condiciones no deseadas o aumentar la contracción de la pieza,

produciendo desmejoras en su comportamiento final; más aún cuando ésta tiene unas

características específicas que debe cumplir en su aplicación. Para ayudar a que se mantenga una

temperatura constante a lo largo de las cavidades del molde, se utilizan “chillers” o torres de

enfriamiento que se encargan de suministrar y mantener el agua a una temperatura que sea

adecuada para el desmoldeo. [16] Las características de enfriamiento de los “chillers” varían en

función de las condiciones ambientales de la planta, cantidad de máquinas que posea, etc. En los

casos en que el caudal de agua que llega a una máquina no sea suficiente para el enfriamiento, se

instalan bombas que ayudan a que se alcance un mayor caudal de agua para este fin. En la Figura

1.2 se muestra un ejemplo de disposición de los canales de enfriamiento en extrusión soplado.

13

Salida de agua

Entrada de agua

Cavidad de molde

de soplado

Canales de venteo

mecanizados

Plato posterior

Entrada de agua

Salida de agua

Orificio de ventilación

Salida de agua

Entrada de agua

Cavidad de molde

de soplado

Canales de venteo

mecanizados

Plato posterior

Entrada de agua

Salida de agua

Orificio de ventilación

Figura 1.2. Ejemplo de disposición de canales de enfriamiento en extrusión soplado. [15]

1.1.3. Variables que afectan el proceso.

1.1.3.1. Ciclo de moldeo.

Como se ha visto en secciones anteriores, el moldeo por extrusión soplado involucra una

serie de pasos, que en conjunto, consolidan el buen desarrollo del proceso en la obtención de la

parte deseada. Cada una de las etapas involucradas tiene asociado un tiempo de duración, el cual

es crucial ya que a medida de que se logran tiempos de ciclo más cortos, mayor será la

productividad y desarrollo de la empresa que fabrica el insumo. Sin embargo, debido a la

variabilidad del proceso de soplado, muchas veces el balance entre buena calidad de proceso y

tiempos de ciclos menores requiere de un monitoreo relativamente continuo de las variables

involucradas. En la Figura 1.3 se muestra un ejemplo de ciclo de moldeo por extrusión soplado

de una pieza.

Figura 1.3. Ejemplo de ciclo de moldeo por extrusión soplado. [7]

14

En la Figura 1.3 se muestra el tiempo requerido para realizar cada fase del proceso de

extrusión soplado. En el moldeo se distinguen tres tiempos básicos: apertura del molde, cierre

del molde y nuevamente apertura del molde. La primera apertura del molde comprende la

extrusión del parison hasta la longitud apropiada y el presoplado del mismo para evitar su

colapsamiento. Luego el molde cierra y ocurre el soplado de la pieza como tal, que se une con la

etapa de inyección de aire en la cavidad (tiempo de enfriamiento). Seguidamente ocurre el

desbarbado, el molde abre y se expulsa la pieza ya moldeada. Como se puede observar, el mayor

tiempo lo ocupa el soplado del parison y el enfriamiento, es por esto que cuando se realizan

modificaciones, el enfoque va hacia la reducción de este tiempo ya que éste es el que procuraría

la disminución del tiempo de ciclo total. Sin embargo, cada tiempo de ciclo se ajusta dependiendo

de la empresa, las características de enfriamiento, pieza a moldear, tipo de máquina de soplado

que se posea, etc.

Para garantizar bajos tiempos de enfriamiento, el molde debe poseer una ventilación

adecuada ya que el aire atrapado o que no se remueve lo suficientemente rápido de las paredes

molde, puede alejar al plástico del molde y atrasar o prevenir el enfriamiento eficiente. [9]

1.1.3.2. Condiciones de proceso.

Las condiciones de proceso se definen como todas aquellas variables necesarias de control

para que el soplado se realice de manera eficiente y se produzcan piezas completas y de calidad

óptima. De esta manera en este caso se combinan las variables del proceso común de extrusión

con las del moldeo por soplado.

1.1.3.2.1. Parámetros de extrusión.

Temperatura de extrusión y/o del fundido

Esta variable es quizás la más crítica de control en un proceso de soplado. A altas

temperaturas se produce una disminución de la viscosidad que resulta en artículos bien definidos

y con altas propiedades de resistencia. Sin embargo, temperaturas demasiado altas originan una

tendencia del parison a elongarse mientras va saliendo de la boquilla, produciendo variabilidad de

espesores que terminan siendo más gruesos hacia el área del fondo y delgados hacia la zona del

15

cuello, provocando un fenómeno conocido como “necking” (estricción), dificultándose el

moldeo. Adicionalmente, las altas temperaturas aumentan el tiempo de producción ya que el

tiempo necesario para enfriar la pieza se hace mayor para compensar la contracción. Con

temperaturas de fusión más bajas se solucionan los inconvenientes anteriores pero si llega a ser

muy baja, se obtienen productos mal acabados y con baja resistencia. Es por esto que la extrusora

diseñada para este tipo de moldeo debe ser capaz de proveer un fundido a una temperatura

controlable, de manera que la menor temperatura posible que se mida de como resultado

productos de buena calidad y que esto pueda ser reproducible en el tiempo. [17] Para un PEAD se

recomiendan temperaturas de proceso que oscilen entre 175°C y 215°C. [7]

Por otra parte, la temperatura de extrusión puede controlarse con el aumento o disminución

de la velocidad del tornillo. En este sentido, un aumento en esta velocidad trae como resultado

que se genere mayor calor por disipación viscosa, por lo que la longitud necesaria para fundir el

material será menor. Adicionalmente, la fusión del polímero se lograría con un menor número de

vueltas del tornillo.

Velocidad de extrusión

El aumento en la velocidad de extrusión origina aumento en el caudal de producción.

Además, induce a un incremento en la orientación del material a la salida de la boquilla, el

consumo de potencia y la presión. También tiene efectos en el parison tendiendo a reducir su

estabilidad.

1.1.3.2.2. Parámetros del moldeo por soplado.

Presión de soplado

El control de esta variable de proceso es crucial ya que de ella depende en gran parte el

moldeo completo de la pieza. Para soplar los parison cómodamente con resinas de ingeniería, se

recomienda una presión de aire de 90psi (0,62 MPa) con un rango que varía entre 30-300psi

(0,21-2,1 MPa). Presiones de soplado muy altas frecuentemente tienden a soplar al parison en

exceso pudiendo ocasionar su estallido; al contrario, presiones muy bajas pueden producir piezas

16

incompletas. Es deseable utilizar la presión más alta que se pueda para tener tiempos de soplado

menores y piezas completas que reproduzcan la superficie del molde. [4]

Relación de soplado

La relación de soplado en este proceso se define como el cociente entre el diámetro promedio

del producto terminado y el diámetro promedio del parison. Para aplicaciones con parison de

pared gruesa generalmente se utiliza una relación 5:1 (proporción máxima); sin embargo, en la

mayoría de las aplicaciones se usa 3:1. En la Figura 1.4 se muestran los parámetros necesarios

para el cálculo de la relación de soplado [4]

Figura 1.4. Dimensiones usadas para la determinación de la relación de soplado. [13]

La relación de soplado indica el nivel de orientación transversal impartido al parison una vez

que sale de la boquilla.

Temperatura del molde

Monitorear esta variable es muy importante ya que al tener temperaturas del molde muy

altas, se tendrá una temperatura de desmoldeo de la pieza mayor, que podría ocasionar efectos de

contracción indeseados para su aplicación final. Para asegurar una temperatura de molde

adecuada debe verificarse el sistema de transferencia de calor al molde. Además, el flujo del

refrigerante usado debe ser suficiente y no presentar ningún tipo de obstrucción. La literatura

reporta que para el moldeo de piezas de PEAD una temperatura de agua entre 4°C y 6°C da

temperaturas de molde adecuadas (40°C-100°C), aunque esto varía dependiendo de las

condiciones ambientales de cada caso en particular. [16, 7]

17

1.1.3.3. Control de parison. [18, 17]

Dependiendo de la presentación de la pieza a moldear, pueden tenerse boquillas con

diferentes geometrías. En el caso particular de envases, la mayoría de los casos exhiben

geometrías simples. Sin embargo, la tendencia por parte de los fabricantes ha sido crear envases

originales que puedan identificarlos dentro del mercado. En este sentido, actualmente existe

cualquier tipo de envases, cada uno con su geometría particular. El desarrollo de una geometría

de boquilla diferente (o variación de una cilíndrica), tiene mucho que ver con la distribución de

espesores que debe presentar un envase en particular. El control o programación de parison ayuda

a resolver esta dificultad con la adición de material en sitios estratégicos a lo largo de la longitud

del parison, tal como se muestra en la Figura 1.5. Este proceso se realiza variando de forma

automática la tolerancia entre el mandril y la boquilla, durante el tiempo de caída del parison. El

sistema como tal consta de un programa electrónico computarizado en el cual se puede programar

un patrón en secuencias normales de muchos puntos (que dependen de la capacidad del

microprocesador conectado a la sopladora). La variación en los espesores del parison se logra

luego de programar los puntos con el microprocesador el cual envía impulsos electrónicos al

sistema hidráulico conectado a los mandriles. Estos últimos suben o bajan en los puntos dados

durante la caída del parison de manera de añadir o remover espesor en algún punto de la pared

del parison, para de esta manera lograr los espesores deseados.

Figura 1.5. Programación de parison. A: pines movibles programables, B: Pantalla de programación. [18]

18

1.1.4. Condiciones reológicas necesarias para el moldeo por extrusión soplado.

Para que el moldeo por soplado se realice de una manera eficiente, existen requerimientos

reológicos que deben cumplirse. Éstos pueden enumerarse dependiendo de la fase del

procesamiento que se esté llevando a cabo. En la etapa de extrusión, se requiere una viscosidad

en corte relativamente baja a velocidades de corte moderadas. Cuando se produce el

hinchamiento en la boquilla se necesitan características que sean insensibles a cambios o

fluctuaciones de temperatura, velocidad de tornillo y geometría de la boquilla. Durante la caída

del parison, se requiere que exista respuesta elástica, alto módulo y alta viscosidad elongacional a

esfuerzos bajos. En el soplado del parison, se requiere un alto tiempo de relajación (bajo módulo

elástico y alta viscosidad tensil); y respuesta elástica para promover la estabilidad. En las uniones

del “pinch-off”, es necesaria una buena capacidad de soldadura (baja viscosidad de corte). [10]

En términos generales puede usarse cualquier resina que tenga suficiente estabilidad térmica

para el rango de temperaturas del proceso, suficiente fluidez en el fundido plástico homogéneo,

suficiente elasticidad del parison aún a altas velocidades de estiramiento, excelente repetibilidad

del peso y longitud del parison a altas velocidades de estiramiento, una superficie lisa de parison,

compatibilidad con aditivos como pigmentos, masterbatchs, etc, un amplio rango de

procesamiento para las propiedades de la pieza final, excelente consistencia lote a lote y

resistencia al impacto a bajas temperaturas. [6]

1.1.5. Defectos típicos del moldeo por extrusión soplado y sus soluciones. [4]

Las piezas moldeadas por extrusión soplado puede presentar diferentes defectos que son

ocasionados por diversos factores. Los cambios pueden observarse una vez la pieza ha sido

moldeada, durante el proceso de formado o al momento de extruir el parison. En cada una de

estas etapas pueden tomarse acciones (con la máquina parada o en operación) con miras de

solventar cada una de las situaciones que se presenten. Los defectos más comunes que

generalmente ocurren una vez ya ha ocurrido el moldeo, se mencionan a continuación con sus

posibles soluciones.

19

1.1.5.1. Superficie rugosa.

En este caso se debe chequear si existe humedad o condensación en el molde, rociar con aire

y aumentar la temperatura del refrigerante. Una vez la máquina esté parada es recomendable

proveer de venteo adicional al molde.

1.1.5.2. Contracción excesiva.

Un incremento en el ciclo de soplado y disminución de la temperatura del fundido puede

disminuir las contracciones. Adicionalmente, debe chequearse la concentricidad entre la boquilla

y el mandril.

1.1.5.3. Deformación y líneas de soldadura débiles.

Debe chequearse el sistema de enfriamiento del molde, incrementar el ciclo de soplado o

disminuir la temperatura del fundido. Una concentricidad deficiente entre la boquilla y el mandril

también puede provocar este defecto.

1.1.5.4. Pared delgada en la línea de soldadura.

Incrementar la presión de cierre del molde es la acción a tomar en estos casos, junto con la

inspección de la alineación del molde y canales de venteo.

1.1.5.5. Espesor de pared no uniforme

Una distribución de espesores desigual a lo largo de la pieza puede solucionarse ajustando la

concentricidad de la boquilla, verificando las temperaturas del cabezal y boquilla, ajustando la

posición y limpieza de la aguja de soplado y disminuyendo la velocidad de soplado.

1.2. Moldeo por inyección.

1.2.1. Definición del proceso.

El moldeo por inyección consiste en forzar un material en estado fundido dentro de la

cavidad de un molde, con el fin de que este tome la forma de dicha cavidad. En este proceso se

pueden utilizar dos o más polímeros, con cierto grado de compatibilidad entre sí para obtener

20

piezas multicomponentes; también se pueden utilizar gases (para crear piezas huecas) y se pueden

inyectar mezclas de pre-polímeros para que polimericen o entrecrucen en el molde. [19]

El proceso comienza con la plastificación del material. Durante la plastificación inicial el

tornillo rota y transporta el material fundido a la cámara del tornillo, ubicada en la punta del

mismo. El tornillo retrocede desplazándose axialmente. El final de la plastificación se da cuando

el tornillo se detiene, quedando en la cámara solo el material suficiente para realizar el moldeo.

Seguidamente se activa la unidad de cierre que es la encargada de realizar el sellado del molde

moviéndose hacia adelante, hasta que las dos mitades del molde se encuentren en contacto. La

inyección comienza cuando el tornillo se mueve axialmente sin rotación y transporta el fundido

hacia la cavidad. Una vez que el molde es llenado con el material fundido, la pieza comienza a

enfriarse y para compensar el efecto de contracción se añade material fundido extra en la cavidad.

Mientras esto ocurre, la unidad de inyección comienza a preparar el material para la próxima

inyección. Finalmente, el molde abre, la pieza final es expulsada y ya ha terminado el proceso de

plastificación para comenzar el próximo moldeo. [20, 13] En la Figura 1.6 se presenta un dibujo

esquemático de las etapas del proceso.

Figura 1.6. Representación esquemática de las etapas de un proceso de inyección. [21]

21

Con respecto a los materiales utilizados en este tipo de moldeo se tiene que principalmente

aplica para materiales termoplásticos, pero también ha sido empleado para moldear

termoestables, elastómeros termoplásticos y cauchos. El proceso es tan versátil que se ha

extendido su uso en años recientes a cerámicas, metales y resinas con una gran cantidad de

material sintético usado como fibra natural, como la madera. [22]

1.2.1.1. Componentes de la máquina de inyección.

Existen diversos tipos de máquinas de inyección que permiten el moldeo de diferentes

productos, basados en factores como cantidades, tamaños, formas, desempeño de la pieza, entre

otros. [23] Se tienen dos tipos de máquinas principales: de tipo pistón y de tornillo. Estas se usan

básicamente para el moldeo de termoplásticos y la diferencia entre ellas radica en la forma como

finaliza la inyección. Actualmente se usan las de tipo tornillo; éstas poseen en el interior de la

cámara un tornillo reciprocante que rota y a la vez se desplaza axialmente por la acción de un

motor hidráulico para realizar la fusión, mezclado y bombeo del polímero. El tornillo actúa como

un pistón para inyectar el polímero fundido al molde. [24] Los componentes básicos de una

máquina de inyección son: unidad de inyección, unidad de cierre, unidad motora, unidad de

control y sistema hidráulico. [20]

1.2.1.1.1. Unidad de inyección

La función principal de la unidad de inyección es admitir y transportar los gránulos y

aditivos de forma que fluyan libremente, realizar la fusión, mover el material fundido a través del

tornillo, mezclar los plásticos y aditivos, devolatilizar el fundido (si es necesario), e inyectar el

material a la cavidad del molde y mantenerlo bajo presión (presión sostenida). Funciona casi

igual que una extrusora de tornillo simple, con la diferencia de que el tornillo se mueve

axialmente durante la fase de inyección. [21]

1.2.1.1.2. Unidad de cierre

Esta unidad en una máquina de inyección tiene como función realizar el cierre del molde,

mantenerlo cerrado mientras actúa la presión de inyección y abrirlo para la extracción de la pieza.

Sus componentes son similares a los de una prensa horizontal ya que consta de varios platos fijos

y móviles junto a una unidad encargada de realizar el movimiento de cierre. Una de las mitades

22

del molde se monta sobre la placa de soporte de éste (del lado de inyección), y la otra mitad se

fija al plato que se encuentra del lado de cierre y puede moverse axialmente. El plato que sirve de

soporte se conecta a la máquina y también se mueve axialmente pero sólo para ajustar la máquina

a diferentes tamaños de moldes de trabajo. La fuerza de cierre del molde es un parámetro muy

importante y se tiene que ésta debe ser mayor a la presión de inyección que se genera dentro de la

cavidad (que trata de abrir el molde). Dicha fuerza es un valor característico usado para describir

el tamaño de una máquina y puede oscilar entre 1 y 8000 toneladas métricas de fuerza. [20]

La distribución de material hacia las cavidades del molde la realiza el bebedero. El traslado

de material del barril de plastificación hacia el molde se realiza a través de canales. Este sistema

de canales de colada o “runner system” consiste en una serie de conductos que direccionan el

polímero fundido desde el último punto del tornillo hasta la entrada, para introducirse a la

cavidad del molde. Es conveniente que estos canales sean lo más cortos posibles y lleven al

material fundido de la forma más directa posible además, deben estar balanceados. Esto último

significa que la entrega del polímero fundido a todas las cavidades debe ser homogénea (llenado

de todas las secciones de la cavidad al mismo tiempo). En este sentido, existen dos tipos básicos

de canales de colada usados en inyección: canales para colada fría y canales para colada caliente. [13]

Canales de colada fría: son usados generalmente para el moldeo de materiales reactivos

como termoestables y cauchos. [25] En este los canales comienzan a enfriarse mientras el fundido

entra al bebedero. Durante el proceso de enfriamiento del molde, enfría el resto de la sección

transversal del bebedero. Cuando se extrae la pieza, el canal es igualmente extraído de la máquina

y puede molerse para ser usado en ciclos de inyección posteriores. Los moldes de este tipo de

sistema tienden a ser más económicos comparados con los de colada caliente. [26]

Canales de colada caliente: operan con un sistema de bandas de calefacción localizadas

en el interior de la máquina y un conjunto múltiple de calentadores que están localizados dentro

del canal de colada. El material fundido fluye alrededor de los calentadores logrando que éste se

mantenga fundido hasta que llega a la cavidad. En cierto sentido, los canales de colada caliente

actúan como una extensión manteniendo el material fundido hasta que entra a la cavidad. En este

23

caso la pieza a moldear se extrae sola, sin ningún remanente del canal (el material permanece

fundido en éste y luego es inyectado en la cavidad. [13]

1.2.1.1.3. Unidad motora

Los motores de una máquina de inyección pueden ser eléctricos o hidráulicos. Tres

características principales de los motores eléctricos son: generalmente se utilizan para máquinas

pequeñas, son trifásicos y necesariamente poseen caja reductora. Además generan muy alto

torque de arranque. Por otra parte, los motores hidráulicos convierten energía hidráulica en

potencia mecánica, tienen un diseño que es parecido al de una bomba y a diferencia de los

eléctricos, pueden tener o no caja reductora. [22]

1.2.1.1.4. Unidad de control

Para mantener el correcto funcionamiento de todos los procesos de una máquina de

inyección, ésta cuenta con dispositivos de control para realizar el monitoreo de ciertos valores

físicos como: la temperatura de la unidad de plastificación y el molde, la posición de la unidad de

plastificación, tornillo y molde, la presión durante la fase de sostenimiento (hidráulica) en el

sistema de cierre, etc. Además, la unidad de control debe coordinar el ciclo completo de

inyección. En las máquinas modernas, estas tareas de control se llevan a cabo con la ayuda de

componentes digitales. Los valores físicos a controlar se registran con sensores especiales

(termocuplas, transductores de presión y desplazamiento). Las señales obtenidas son

transformadas y leídas en una computadora; basado en estos datos el programa de control realiza

ciertas acciones (encender la banda de temperatura de la zona de plastificación si se encuentra

muy baja, entre otras). [20]

1.2.1.1.5. Sistema hidráulico

Está compuesto por una unidad que posee dispositivos hidráulicos con sistema de presión,

controlado por una válvula proporcional. Se define como bombas, motores, actuadores, válvulas,

tuberías, etc, que se usan en conjunto con un fluido hidráulico que provee la energía necesaria

para realizar el cierre y apertura del molde. El fluido proporciona alta presión a las bombas y

motores que también suministran alta presión. [24]

24

1.2.2. Variables que afectan el proceso.

Dentro de un proceso normal de inyección es necesario controlar muchos parámetros de la

máquina para producir una pieza con las especificaciones deseadas. Estos parámetros de proceso

son: Temperaturas, velocidades, presiones, distancias y tiempos.

1.2.2.1. Velocidades. [21, 27]

Las velocidades que se suelen controlar están relacionadas tanto con desplazamientos de

ciertas partes de las máquinas de inyección, como con el flujo del material plástico.

Generalmente en el proceso se tienen velocidades de cierre y apertura del molde, de

plastificación, de inyección y de expulsión. Las principales son:

Velocidad de plastificación: de esta velocidad depende la fusión completa del polímero.

Se controla por las revoluciones por minuto o giros por minuto del tornillo en el momento de la

plastificación.

Velocidad de inyección: es la velocidad a la que se introduce el material plastificado

desde la boquilla de inyección hasta el bebedero del molde. Posteriormente esta velocidad

disminuirá según el material pase por dicho bebedero, llegue a los canales de llenado y a las

cavidades de la pieza a obtener. Este parámetro depende de: la viscosidad del polímero,

condiciones del molde, tamaño y número de puntos de entrada de material, tamaño de los canales

de llenado, salidas de aire en el molde, temperatura de la masa fundida, temperatura del molde,

acabado deseado de la pieza.

Cabe destacar que cuando se moldean piezas de secciones delgadas se requieren

generalmente velocidades de inyección altas con el objeto de poder llenar la pieza antes de que se

inicie la solidificación. Por otra parte, el uso de una velocidad de inyección alta mejora el aspecto

y brillo superficial de la pieza, ya que la cavidad del molde se llena completamente antes de que

el material comience su solidificación. Variando la velocidad de inyección adecuadamente se

pueden reducir los defectos superficiales en la pieza, tales como las ráfagas y manchas en la zona

del punto de inyección. [27]

25

1.2.2.2. Presiones.

Al igual que las velocidades, están relacionadas tanto con desplazamientos de ciertas partes

de la máquina de inyección como con el flujo del material plástico. Es una de las variables más

importantes del proceso y se tienen varias: presión de cierre del molde, primera y segunda

presión de inyección, contrapresión, descompresión, presión de expulsión y presión de retorno de

expulsión. Las principales son:

Presión de cierre del molde: es la necesaria para generar la fuerza que mantendrá al

molde cerrado durante la etapa de inyección.

Primera presión de inyección: es la presión requerida para vencer la resistencia que el

material fundido produce a lo largo de su trayectoria, desde el cilindro de plastificación hasta el

molde. Esta presión corresponde a la fase de llenado del molde, con ella se busca llenar la

cavidad en un 90 ó 95%, para después terminar de introducir el material con la segunda presión y

velocidades. [27]

Segunda presión de inyección: también es conocida como sobrepresión, postpresión,

presión de sostenimiento, de mantenimiento, de compactación. Con ésta se busca mantener bajo

presión el material fundido mientras solidifica y contrae en la cavidad del molde; también se

completa el llenado introduciendo un poco más de material fundido en el molde, para compensar

la contracción. El exceso en la aplicación de esta presión puede producir rebabas o una

compactación tal que cause que las piezas se peguen en el lado fijo del molde. [27]

Contrapresión: la contrapresión se opone a que el tornillo se mueva libremente hacia

atrás mientras está plastificando. Con esto se puede mejorar la acción de mezclar el material y

ayuda a que se logre una buena homogeneización del fundido. [27]

26

1.2.2.3. Distancias.

Distancia de dosificación (inyección) y espesor del colchón: son los milímetros de

distancia que ocupa el material inyectado en función del volumen (cm3). Dicho en otras palabras,

es la cantidad de plástico necesaria para llenar todos los canales y cavidades.

El espesor de colchón son los milímetros de distancia ocupados por el material que deben

permanecer constantes en la punta del tornillo, para garantizar una repetitividad del proceso.

También se define como la distancia que el tornillo reserva para terminar de introducir material al

interior del molde. [27]

La relación entre estas variables es muy complicada, generalmente se quiere conocer la

densidad, la temperatura y la presión del polímero dentro del molde como funciones del tiempo

durante y luego del llenado del molde; en principio estas características pueden ser calculadas

mediante modelos matemáticos, pero es necesario conocer información sobre la geometría de la

cavidad del molde, las propiedades reológicas del polímero y la temperatura del polímero al

entrar a la cavidad del molde. [28] Sin embargo, en las prácticas comunes del proceso de inyección

no se utilizan estos cálculos debido a que por lo complicado de la geometría de las cavidades del

molde y la obtención de varios de los parámetros antes mencionados se hace difícil utilizar los

modelos matemáticos.

Mientras se enfría la pieza dentro del molde, se realiza un reajuste del material produciendo

contracciones en la pieza ya que la misma se densifica y tiende a reducir su volumen, este

proceso varía en magnitud de acuerdo con el polímero con el que se está trabajando. Para corregir

este fenómeno se toma en cuenta el porcentaje de contracción que puede sufrir la pieza y se

coloca como excedente en la cavidad del molde; también son tomados en cuenta los parámetros

de procesamiento como la presión sostenida y el tiempo de presión sostenida, los cuales

modifican la cantidad de material dentro de la cavidad densificando el mismo y reduciendo el

porcentaje de contracción total de la pieza. Las variables de proceso afectan la contracción de

distintas maneras, el tiempo de presión sostenida reduce significativamente la contracción de la

pieza, sin embargo, al solidificar la entrada se pierde este efecto. Por otra parte, una baja

temperatura del molde reduce la contracción ya que inhibe el proceso de organización molecular,

27

caso contrario a altas temperaturas del molde; un efecto similar ocurre con la temperatura de

inyección ya que a altas temperaturas se promueve una mayor contracción y viceversa. [29]

1.2.2.1. Ciclo de moldeo.

Al igual que otros procesos de moldeo de termoplásticos, el proceso de inyección tiene un

ciclo de moldeo que está caracterizado por varias etapas. Cada etapa tiene un tiempo asociado

que en conjunto completan la secuencia de pasos necesarios para la obtención de piezas

completas. Los tiempos que comprende el ciclo de moldeo son los siguientes: tiempo de

plastificación, de cierre, de inyección, de postpresión, de enfriamiento, de apertura, de expulsión

y el tiempo de ciclo. Los principales son: [28]

Tiempo de plastificación: es el tiempo requerido para llevar a cabo la plastificación del

material, hasta lograr en él un estado líquido viscoso.

Tiempo de inyección: es el tiempo en el que se lleva a cabo el llenado de las cavidades

del molde una vez que se produce el cierre de éste.

Tiempo de postpresión: es el tiempo en que permanece activa la postpresión o segunda

presión tras el llenado del molde.

Tiempo de enfriamiento: es el tiempo para terminar de solidificar la pieza. Empieza

después de que finaliza el tiempo de postpresión y concluye cuando el molde se abre para

expulsar la pieza.

Tiempo de ciclo: es el tiempo en el que se llevan a cabo todas las etapas del proceso de

inyección, es decir, es la suma del tiempo de cierre, de inyección, de postpresión, enfriamiento,

apertura y expulsión. El tiempo de plastificación transcurre de forma paralela durante la sucesión

de alguno de los demás tiempos del ciclo.

28

A continuación (Figura 1.7) se muestra una representación esquemática de un ciclo de

moldeo por inyección para termoplásticos.

Figura 1.7. Representación del ciclo de inyección para una pieza. [14]

1.2.2.2. Condiciones de proceso (perfil de temperaturas).

En un proceso de inyección las condiciones de proceso están definidas básicamente por las

Temperaturas: del cilindro de plastificación, de la boquilla y del molde.

Temperatura del cilindro de plastificación y de la boquilla: vienen dadas por el tipo de

material a trabajar, y se ajustan de acuerdo a la temperatura de la masa fundida. Ésta última

determina las propiedades estructurales de una pieza moldeada, por lo que debe ser constante y

uniforme ya que influye en la densidad de masa y en la contracción posterior de la misma al

solidificar. [27]

Temperatura del molde: de igual manera, está en función o es determinada por el

material plástico a trabajar. Sin embargo, aquí también influye el molde en sí mismo (forma,

29

tamaño, materiales), la pieza a obtener (espesores, geometrías, dimensiones) y el acabado que se

quiere en ella. [27]

Dichas temperaturas se ven muy influenciadas por la temperatura ambiente que haya

alrededor de la máquina de inyección, por lo que siempre debe tenerse en cuenta.

1.2.3. Condiciones reológicas necesarias para el moldeo por inyección.

El moldeo por inyección puede ser realizado con polímeros cristalinos, amorfos y

semicristalinos. La diferencia entre cada uno radica en las características que toma el material

fundido al momento de ser inyectado. En este sentido, se tiende a analizar la fluencia -

conformado de cada uno de ellos principalmente para identificar la presión y régimen de

inyección máximos necesarios para llenar la cavidad. Los canales, bebederos y cavidad son zonas

de importancia. El flujo por los canales y bebedero puede producir una caída de presión

importante, reduciendo de esta forma la presión efectiva de la máquina, que puede destinarse a

llenar la cavidad. Este flujo a través de canales estrechos de sección transversal constante o

cónica difiere muy poco del de los cabezales de extrusión, aunque generalmente predominan

mayores coeficientes de cizallamiento, debido a las mayores (e intermitentes) velocidades de

flujo. Las caídas de presión pueden calcularse a partir de las deformaciones de cizalladura y

extensionales, con la debida compensación de los efectos de temperatura y presión de

cizallamiento. [30]

Predecir el flujo es problemático, incluso en una cavidad sencilla, debido a que el molde se

encuentra frío y la masa termoplástica fundida cercana a la pared se enfría progresivamente de

acuerdo con la transferencia de calor desde la fase inestable. En estos casos, en el análisis se

supone normalmente que la transferencia de calor se produce independientemente del perfil de

flujo en la masa fundida. [30]

1.2.4. Defectos típicos del moldeo por inyección.

Al igual que en el moldeo por extrusión soplado en este tipo de moldeo pueden presentarse

gran cantidad de defectos que pueden tener su origen en factores como: la máquina de inyección,

moldes, condiciones de operación (tiempo, temperatura, presión), material, diseño de la pieza o

personal de operación de la empresa. [31] Estos representan una limitación importante en términos

30

de calidad y productividad de la pieza moldeada y pueden clasificarse como rechupes, líneas de

flujo, diferencias de brillo, líneas de soldadura visibles, chorro libre, puntos quemados, moldeo

incompleto, rebabas, deformación durante el desmoldeo, aire atrapado en la pieza, entre otros. [24]

Los defectos frecuentemente se convierten en puntos débiles para la ocurrencia de fractura;

la resistencia mecánica está directamente relacionada con su aparición. El cambio en los

parámetros de moldeo tiene su propia influencia en otros parámetros por lo que el control de

proceso se vuelve complejo. No solo afecta la apariencia final sino también la funcionalidad y

desempeño de la pieza durante su vida útil. La reología característica del material puede también

influenciar la aparición de defectos. Cuando éstos aparecen luego del moldeo de la pieza es

importante el monitoreo de la cantidad de material que entra al molde, velocidad de inyección,

presión de inyección, postpresión, descompresión, entre otros. [24] La velocidad de inyección y

presión deben ser apropiadas para llenar la cavidad del molde; si la velocidad de inyección es

demasiado lenta, el material se enfriará cerca del bebedero hasta un punto en que el flujo sea

impedido antes de que los extremos de la cavidad estén llenos; el resultado es una pieza

moldeada “corta”, es decir, incompleta. [30]

1.3. Características del PEAD.

El Polietileno es el polímero de mayor consumo en volumen en el mundo. Es un material

versátil que ofrece alto desempeño comparado con otros polímeros y materiales alternativos

como vidrio, metal o papel. [32] En cuanto al PEAD puede decirse que es más rígido y duro que

los materiales de más baja densidad con un peso molecular por debajo de los 300000 g/mol.

También posee una alta resistencia a la tracción (cuatro veces más que el Polietileno de baja

densidad) y a la compresión. [32]

Entre las características que lo hacen aceptable para el moldeo por soplado destacan: alta

resistencia al impacto, tenacidad a baja temperatura, excelente resistencia a los químicos, buenas

propiedades eléctricas como aislante, entre otras. [4] Sus características también permiten que

pueda ser moldeado por inyección. Sin embargo, una de las desventajas que presenta este

material es el alto porcentaje de contracción que puede presentar durante y post moldeo. Dicha

contracción puede verse influenciada por la adición de pigmentos en la pieza moldeada. En este

31

sentido, debe conocerse que en cualquier tipo de procesamiento de plásticos, la concepción de un

color se realiza en el momento del procesamiento, adicionando un porcentaje de pigmentos (que

depende generalmente del grado de color deseado en la aplicación) o concentrados de color

(masterbatchs), al grado de resina virgen empleada para la aplicación particular. En el caso de los

envases de 946 cm3 destinados al envasado de aceites lubricantes este valor oscila entre 1 y 2% y

los pigmentos utilizados corresponden a los colores azul, plata y dorado. Estudios reportan que en

polímeros semicristalinos (PEAD en nuestro caso) la adición de pigmentos ocasiona efectos de

contracción en el molde inducidos por la cristalización de las cadenas debido a que éstos actúan

como agentes nucleantes. [33] La contracción encontrada puede variar dependiendo del tipo de

pigmento que sea utilizada en la aplicación, por lo que deben estudiarse estos efectos antes de

realizar algún cambio en la presentación del color del producto.

Aparte del efecto de contracción que se induce por la adición de pigmentos, el PEAD por ser

semicristalino y además tener un amplio rango de Tg, presenta contracción de forma natural al

ser enfriado hasta la temperatura ambiente. Es bien sabido que la contracción depende de la

morfología del polímero, es decir, de su capacidad de cristalizar. En piezas poliméricas el proceso

de contracción puede extenderse hasta por 72 horas dependiendo del tipo de polímero, razón por

la cual se realizan mediciones de las dimensiones al extraer la pieza del molde y luego de

completar este tiempo, para determinar la contracción total de la pieza. Para polímeros semi-

cristalinos se tienen contracciones de 1 a 4% mientras que en polímeros amorfos se tienen

contracciones de 0,2 a 0,8%. [34, 29] La contracción causada en las dimensiones de la pieza varía

dependiendo del proceso de moldeo. Expertos constatan que los efectos de contracción son

mayores en un proceso de extrusión soplado que en uno de inyección. [34, 33]

1.4. Extrusión soplado de envases.

El área de envasado es una de las grandes aplicaciones que se ha tornado de forma exitosa en

el mercado de extrusión soplado. Con el paso del tiempo se han creado diversos tipos de envases

que suplen la necesidad de conservación, protección, vida útil, entre otros, del producto que

contienen.

32

1.4.1. Definición de envase.

Un envase puede definirse como un contenedor que está en contacto directo con el producto

y que adquiere el consumidor. [35] Según la Especificación Técnica de materiales de PDVSA EM-

10-02/01 un envase es un “Recipiente de forma y tipo variado, elaborado con materiales

poliméricos en el que se envasan lubricantes u otros productos determinados”. [36] Desde un punto

de vista global, un envase es un contenedor o recipiente de productos, cuyas funciones

principales son las de proteger, identificar, transportar, almacenar e informar de su contenido a

los últimos consumidores. [37]

Los envases tienen la característica de estar destinados al consumidor final bajo manejo de

volúmenes relativamente pequeños. Se entiende como consumidor final al usuario que compra

y/o consume el producto en cuestión, ya sea para consumo personal o para elaboración de otros

productos. [37] La Figura 1.8 es una imagen representativa de los tipos de envases que han sido

desarrollados.

Figura 1.8. Envases plásticos producidos por soplado. [4]

1.4.2. Partes básicas de un envase.

A pesar de que puede haber diferentes productos dependiendo del tipo de envase que se

tenga, todos constan de partes comunes que es importante identificar. Para el proyecto en

desarrollo se trata de envases de aceites lubricantes de 946 cm3 de capacidad. Las partes

principales de dicho envase pueden observarse en la Figura 1.9.

33

Figura 1.9. Partes principales del envase de aceite lubricante PDV. [36]

Además de las anteriores existen otras partes importantes a definir (definiciones tomadas de

la Especificación Técnica de Materiales PDVSA EM-10-02/01). [36]

Corona: es la parte superior del envase que tiene una abertura o boca por donde se llena

o vacía el envase y una superficie de sellado donde la tapa realiza su función de cierre. La corona

puede o no tener rosca.

Boca: representa la abertura en la parte superior de la corona utilizada para el llenado o

vaciado del contenido del envase.

Rosca: es la porción externa de la corona del envase que está formada por hilos en vuelta

de espiral, en donde se fija la tapa.

Superficie de Sellado: es la superficie de área anular de la boca del envase donde se

coloca el sello de protección de contenido o “liner” y se apoya el fondo interno de la tapa.

Ancho del Envase: distancia medida en la base del envase, entre la cara frontal y dorsal

del mismo.

Altura de Corona: altura entre la superficie de sellado de la corona y el inicio del cuello.

Diámetro: longitud externa de la corona del envase.

34

Visor: línea de material traslúcido ubicada en una de las caras laterales del cuerpo del

envase, cuya función es permitir la visualización del nivel del producto envasado. Este

componente no necesariamente está presente en todos los tipos de envase.

Las partes de la tapa del envase se definen a continuación. [36]

Cara Externa: parte superior externa de la tapa.

Cara Interna: superficie interna de la tapa donde se apoya la superficie de sellado de

la corona del envase.

Falda: cuerpo de la tapa, comprendido entre la cara externa y la parte inferior o base

de la tapa.

Rosca: hilos helicoidales en la parte interior de la tapa, que al ser sometidos a un

movimiento de torsión, cierran enroscándose en los hilos de la corona correspondiente.

1.4.3. Importancia del buen acople envase-tapa.

Una de las características funcionales que debe reunir un envase tiene mucha relación con el

buen acople que se presente entre el conjunto envase-tapa y tiene que ver con la hermeticidad.

Cuando el envase es diseñado sin tomar en cuenta las propiedades de barrera, se pueden presentar

daños ambientales como el paso de agua o humedad hacia dentro o fuera del mismo.

Adicionalmente, del buen acople envase-tapa depende el ajuste de cierre (que debe ser perfecto)

de manera de que se impida la volatilización o derramamiento del producto. Con respecto al

cierre, este debe ser hermético pero con la posibilidad de abrirse sin dificultad en el momento de

su consumo. La facilidad de tapar y destapar el producto con seguridad incrementará su atractivo

comercial. [37]

1.4.4. Sistemas de protección de contenido de un envase.

Otra de las características funcionales principales que debe reunir un envase tiene que ver

con la garantía de que el producto no ha sido manipulado antes de llegar a manos del consumidor,

esto se conoce como inviolabilidad. [37] Para cumplir con este requisito se han diseñado diversos

sistemas de protección de contenido del envase que varían dependiendo del material usado para

el envasado del producto. Uno de los sistemas de protección más utilizados tiene que ver con el

termosellado en la superficie de la boca de los envases. También se hace uso de sistemas externos

35

que se incluyen en la tapa de los envases como el precinto y que trabajan en conjunto con el

rompeprecinto del envase, una vez que éste ha sido abierto.

Entre los métodos de sellado existentes se tienen: de barras, bandas, impulso, alambre o

cuchillo, ultrasónico, fricción, gas, contacto, fundido caliente, neumático, dieléctrico, magnético,

de inducción, radiación y por solventes. [38] En el envase estudiado toma importancia el sellado

por inducción, uso de precinto y rompeprecinto, los cuales se definen a continuación.

1.4.4.1. Precinto, rompe precinto.

El precinto representa la parte desprendible de la falda que queda sujeta por el rompeprecinto

del envase cuando se remueve la tapa. [36]

El rompeprecinto es la parte de la corona ubicada entre el cuello y la boca del envase, que

sirve para sujetar o retener el precinto ubicado en la parte inferior de la tapa. [36]

1.4.4.2. Sello de protección o “liner”

El “liner” es un componente que se incorpora a la tapa del envase y que ayuda al sellado del

mismo. Se define como una “lámina de material multicapas que comprende un soporte de cartón

y una película de aluminio u otro material recubierto de un polímero que se adhiere a la

superficie de sellado mediante exposición a un campo electromagnético. Sirve para garantizar

que el envase no ha sido abierto previamente ni manipulado su contenido”. [36]

Este tipo de sellado utiliza la propiedad de algunos metales de transferir el calor, usando un

campo magnético alternante que induce corrientes eléctricas en el metal que producen el sellado

del envase. [38] En la línea de envasado dicho sistema se ubica inmediatamente después de que el

envase ha pasado por la máquina tapadora y continúa su recorrido por la línea para su posterior

colocación en las cajas correspondientes e inventario.

36

1.4.5. Requerimientos de PDVSA para envases de 946cm3 destinados al envasado de aceites

lubricantes.

La Empresa PDVSA en carácter de cliente, tiene a su servicio proveedores que le dotan de

insumos para poder efectuar la distribución de aceites lubricantes a nivel nacional. Una de las

formas de distribución de estos aceites, es en envases plásticos de PEAD de 946cm3 de

capacidad. Debido a las exigencias del proceso de llenado en planta, y de los costos asociados al

mismo, PDVSA cuenta con una especificación propia para estos envases, Número EM-10-02/01

titulada “Envases plásticos para lubricantes, botella de 290 cm3, 946 cm3, galón de 3,785 l y paila

de 19 l”, donde se señalan los requerimientos que debe cumplir el envase para un buen

desempeño en la línea de llenado. Entre los requerimientos destacan: el rango de longitudes que

deben presentar los envases, criterios que deben tomarse en cuenta para realizar muestreos,

métodos de ensayo (caída libre, hermeticidad, compresión, calidad de la línea de unión,

determinación de torque, determinación de resistencia al agrietamiento por efectos combinados

de esfuerzos y medio ambiente (ESCR), etc). [36] La comprobación de cada una de estas

especificaciones para los envases de 946 cm3 forma parte de la realización de este proyecto de

pasantías, para un nuevo proveedor de PDVSA.

1.5. Sistemas de Gestión de la Calidad.

Toda Organización que desee tener características de calidad palpables en su desempeño, que

la mantengan al margen y competencia frente a otras empresas, debe contar con un sistema de

gestión de la Calidad que se adecue a sus necesidades y que sea sostenible en el tiempo.

1.5.1. Definición.

El establecimiento de sistemas de calidad comprende: las responsabilidades, procesos,

estructura de la organización, procedimientos y recursos necesarios para poder efectuar la gestión

de la calidad. Esto aplica para todas las actividades que normalmente emprende o desarrolla la

empresa, y abarca desde el estudio de las necesidades del consumidor hasta el servicio postventa.

Siendo que no todas las empresas son iguales, se establecen sistemas de gestión particulares para

cada organización, dependiendo de la práctica específica que realice cada una; sin embargo,

existe una norma internacional que estipula los requisitos necesarios para establecer de manera

óptima dichos sistemas. [39]

37

1.5.2. Norma ISO 9001.

La norma ISO 9001 es la que muestra de forma específica los requisitos que debe cumplir

una organización para establecer un Sistema de Gestión de la Calidad. En este sentido, se aplica a

organizaciones que se preocupan de que sus productos cumplan con las exigencias, no solo del

cliente, sino también con las leyes y reglamentos correspondientes. Del mismo modo, este tipo de

sistema se implementa cuando se busca una completa satisfacción del cliente mediante la

aplicación continua y eficaz del sistema de gestión, además del mantenimiento de las

conformidades de los requisitos del cliente, así como los legales y reglamentarios que sean de

aplicación. [40]

38

CAPÍTULO II

DISEÑO EXPERIMENTAL

2.1. Materiales y equipos.

Durante la realización del proyecto se utilizaron resinas, pigmentos y sello de protección de

contenido (liner). En la tabla 2.1 se muestra la lista de los materiales empleados con sus

características más importantes y especificaciones técnicas.

Tabla 2.1. Materiales utilizados con sus características.

Materiales. Características y/o especificaciones técnicas.

- PEAD Venelene

6200B, grado

soplado [41]

- Índice de fluidez (190°C/2,16 kg.): 0,40 g/10 min.

- Densidad: 0,9580 g/cm3

- T de extrusión: 150 – 190°C.

- Contiene la dosis estándar de antioxidantes y no contiene ayudantes de procesamiento ni

estabilizantes UV.

- PEAD Venelene

2710, grado

inyección [42]

- Índice de fluidez (190°C/2,16 kg.): 18,00 g/10 min.

- Densidad: 0,9500g/cm3

- T de extrusión: 160 – 200°C.

- Contiene la dosis estándar de antioxidantes y no contiene ayudantes de procesamiento ni

estabilizantes UV.

- Concentrado de

color azul

(Masterbatch) [43]

- Índice de fluidez (190°C/2,16 kg.): 10-20 g/10 min.

- Resina base: PEBD, densidad 0,925 g/ml.

- Dosificación: 2% para soplado y 1,5% para inyección.

- T máxima de proceso: 250°C.

- Granulometría: COVENIN 2203.

- Concentrado de

color plata

(Masterbatch) [43]

- Índice de fluidez (190°C/2,16 kg.): 10-20 g/10 min.

- Resina base: PEBD, densidad 0,925 g/ml.

- Dosificación: 1,8% para soplado y 1% para inyección.

- T máxima de proceso: 300°C.

- Granulometría: COVENIN 2203.

- Sello de protección

(liner) [44]

- Espesor total: 0,6 mm.

- Peso Total: 697 g/m2.

- Temp. Mínima de termosellado: 104°C.

39

En la Tabla 2.2 se muestran los equipos utilizados en la realización del proyecto, con sus

características más resaltantes.

Tabla 2.2. Equipos utilizados con sus características más relevantes.

Equipos Características

- Máquina Sopladora. - Marca: KINGSWEL MACHINERY

- Modelo: FT 70R

- Máquina Inyectora. - Marca: Saturn

- Modelo: SA1600

- Máquina troqueladora de sello de

protección.

- Marca: D. CASAS Sistemas Gráficos

- Modelo: 35.20

- Prensa de compresión. - Fue usado un conjunto de pesas que hacían un total de 12Kg para

realizar el ensayo de compresión.

- Torquímetro - Marca: SHITO

- Modelo: STO-50P

- Pie de rey - Marca: Mitutoyo

- Capacidad de medida: 0-600mm

- Balanza - Marca: Mettler

- Modelo: PM4800

- Tornillo micrométrico. - Marca: Mitutoyo

- Modelo: No especificado

- Vernier analógico - Marca: INOX

- Modelo: SOMET

- Vernier digital - Marca: ETALON

- Modelo: CRL tronic 2

- Impactómetro - Marca: Elcometer

- Modelo: 1615

- Fabricado por Taller Mecánico de PDVSA/Intevep

- Estufa - Marca: PROTOCOL

- Modelo: LAC Series

- Cámara de vacío - Marca: PRECISION

- Modelo: 19

- Termómetro de láser - Marca: Termopoint

- Modelo: No especificado

40

2.2. Procedimiento.

2.2.1. Revisión Bibliográfica.

La primera parte del proyecto consistió en la revisión bibliográfica de todo lo concerniente a

los procesos de extrusión soplado e inyección, enfocada principalmente en las variables

fundamentales que se presentan en cada uno. Del mismo modo, se realizó la revisión de la

documentación de la empresa sometida a evaluación y la lectura de la Especificación Técnica de

Materiales de PDVSA EM-10-02/01, para la definición de los parámetros más críticos que serían

verificados con la ejecución de este proyecto. También se efectuaron visitas a dos de los

proveedores actuales de envases para la familiarización con cada uno de los procesos,

culminando éstas con la visita a la Refinería Cardón ubicada en el estado Falcón, para entender la

criticidad de las variables que serían evaluadas en el proyecto con respecto al proceso completo

que se efectúa en la línea envasadora.

Durante la realización del proyecto se realizaron diversas visitas a la planta ubicada en Palo

Negro, Maracay. En cada una se efectuaron las pruebas pertinentes y la caracterización posterior

de los envases se realizó en las instalaciones de PDVSA Intevep.

2.2.2. Extrusión soplado de envases de 946 cm3.

La máquina sopladora opera de forma discontinua y consta de tres boquillas por las que pasa

la resina extruida que forma al parison. Además, posee dos carros ubicados a cada lado de la

máquina con un molde de tres cavidades cada uno. El carro izquierdo corresponde a las cavidades

16-18 y el carro derecho a las cavidades 19-21. Se emplearon 2 moldes para la producción

estándar de envases de capacidad 946 cm3.

En primer lugar se procedió a realizar una caracterización previa de los envases efectuando

el soplado con resina virgen sin pigmento y cavidades 19, 20 y 21, para evaluar en qué condición

se encontraban los mismos en cuanto al cumplimiento de la Especificación Técnica de Materiales

de PDVSA. Los parámetros verificados se muestran en los párrafos siguientes.

41

Se realizaron optimizaciones de perfil de temperaturas y perfil de parison para obtener

envases con el peso requerido. Para ello, se modificó la coordenada X del controlador de parison

y se fueron pesando los envases a la salida de la máquina una vez terminado el proceso. El perfil

de temperatura de la máquina se muestra en la Tabla 2.3:

Tabla 2.3. Perfil de temperatura para el proceso de soplado de los envases.

Zona

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

T (°C) 170 185 190 195 195 190 200 190 190 200 190 190 200 200

La presión de soplado inicial fue 80 Psi (0,55 MPa); la presión de cierre del molde se

mantuvo en 50 Psi (0,34 MPa), con un tiempo de ciclo de 23 segundos.

En la Figura 2.1 se observan las zonas de temperaturas correspondientes a la extrusora-

sopladora.

Figura 2.1. Zonas de temperaturas de la máquina extrusora-sopladora.

Seguidamente, se evaluó la estabilidad dimensional de los envases de cada cavidad con

mediciones cada 24 horas hasta alcanzar dimensiones sin variación por 72 horas continuas. En

este caso, se verificó el cumplimiento de las dimensiones establecidas en la Especificación

Técnica de Materiales PDVSA EM 10-02/01 correspondientes a: altura total, largo y ancho de

base de los envases. El requerimiento para estas dimensiones se muestra en la Figura 2.2. Para

esta evaluación se tomaron 3 envases por cavidad del molde de forma aleatoria, es decir, 18

envases en total; cada medida fue realizada 1 vez por envase y luego fueron promediadas por

42

cavidad y hora de medición. El ancho y largo de la base se midió haciendo uso de un vernier

analógico; en el caso de la altura total se utilizó en todos los casos un pie de rey.

Se verificaron las dimensiones (altura total, altura del cuerpo, altura de corona, ancho de la

base, largo, diámetro de boca, diámetro de rosca y diámetro de rompe precinto), peso y espesor

de cada cavidad evaluada. Para ello se tomaron 5 envases por cavidad (30 envases). Como parte

de la especificación, el peso del envase debe encontrarse en 50 ± 2 (g). En la Figura 2.2 se

muestran los requerimientos para las dimensiones evaluadas en este caso.

Figura 2.2. Requerimientos en mm. para validación del cumplimiento de Especificación Técnica de Materiales,

PDVSA EM-10-02/01 donde se evalúa: altura total del envase (A), largo (B), ancho de base (C), cuerpo del envase (D), altura de corona (E), diámetro de rompe precinto (F), diámetro de boca (G) y diámetro de rosca (H). [36]

En el caso específico de la medida del diámetro de la boca del envase, ésta se efectúa a 45°

de la línea de partición del molde y nuevamente a 135° de la misma. Luego se calcula la

diferencia entre ambas longitudes y ésta no debe ser superior a 1 mm para cumplir con el

requerimiento. [36]

Para la determinación de los espesores de pared de los envases, haciendo uso de un

instrumento de corte, se realizaron dos cortes denominados A-A y B-B. El corte A-A se efectuó a

dos centímetros por debajo de la mitad de la longitud del cuerpo del envase (ver Figura 2.3), y se

midieron con el tornillo micrométrico, los espesores especificados en la Figura 2.4 para cada

envase evaluado. También se evaluaron los espesores de las esquinas inferiores, que deben

cumplir con el requerimiento mostrado en la Figura 2.3.

43

Figura 2.3. Representación esquemática para realización de cortes A-A y B-B del envase, con el requerimiento de

espesores mínimos de esquinas inferiores según especificación PDVSA. [36]

Figura 2.4. Representación esquemática de vista superior del corte A-A del envase, con el requerimiento de

espesores mínimos según especificación PDVSA.

El corte B-B se realizó cerca de dos centímetros por debajo del inicio de la corona del envase

(ver Figura 2.3), y seguidamente se midieron (con el tornillo micrométrico) los espesores

especificados en la Figura 2.5 para cada envase evaluado.

Figura 2.5. Representación esquemática de vista superior del corte B-B del envase, con el requerimiento de espesores

mínimos según especificación PDVSA.

44

Adicional a lo establecido en la especificación técnica PDVSA referente a la determinación

de espesores, se decidió medir el perfil de espesores en las caras frontal y dorsal de los envases a

fin de establecer idoneidad de las boquillas visualizando la distribución del material en esta

sección, tomando como referencia 4 puntos igualmente espaciados, tal como se muestra en la

Figura 2.6.

Figura 2.6. Representación esquemática de puntos tomados para determinar la distribución de material en las caras

del envase.

Posteriormente, se soplaron envases con el primer concentrado de color (plata) bajo las

mismas condiciones de proceso iniciales. La máquina fue alimentada con resina virgen PEAD

6200B (Polietileno de alta densidad) y 1,8% de concentrado de color obteniéndose los envases

iniciales. Se realizaron ajustes de perfil de parison hasta verificar el cumplimiento de los

requerimientos en peso. Del mismo modo ocurrió para los envases color azul, pero éstos fueron

soplados con 2% del concentrado de color respectivo.

En las Figuras 2.7 y 2.8 se muestra el perfil de parison inicial de los envases color plata y

azul.

45

Figura 2.7. Perfil de parison inicial para envases color plata.

Figura 2.8. Perfil de parison inicial para envases color azul.

Para dichos envases también se efectuó la verificación de las dimensiones finales y

caracterización correspondiente (sección 2.2.4). Se comparó el efecto de la adición de pigmento

en la contracción final de las dimensiones de base de los envases, evaluando dichas dimensiones

al transcurrir el tiempo previo de estabilidad dimensional (72 horas).

2.2.3. Inyección de tapas de envases 946 cm3.

La máquina inyectora opera de forma continua, consta de un barril con 5 zonas de

calentamiento, un tornillo plastificador, un sistema de cierre capaz de transmitir una fuerza de

1600KN y un molde de 8 cavidades para tapas de 42 mm. Se empleó un molde correspondiente a

las cavidades 9 a 16.

El perfil de temperatura inicial de la máquina a la salida de las boquillas y en las diferentes

zonas del barril se muestra en la Tabla 2.4.

Tabla 2.4. Perfil de temperatura inicial del proceso de inyección de las tapas.

Zona

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

T a salida de las boquillas (°C) 205 205 205 205 205 205 205 205 205 205

T en el barril (°C) 180 181 185 180 170 N/A N/A N/A N/A N/A

En las Figuras 2.9 y 2.10 se muestra una imagen de las condiciones de máquina.

46

Figura 2.9. Perfil de temperatura de las boquillas para la inyección de tapas

Figura 2.10. Perfil de temperatura del barril para la inyección de tapas

La presión de cierre fue 25 MPa, presión de inyección 55 MPa, presión sostenida 50 MPa,

velocidad de inyección 62 rpm, tiempo de presión sostenida 1 segundo, tiempo de enfriamiento 8

segundos y tiempo de ciclo 18 segundos.

La máquina fue alimentada con resina virgen PEAD 2710 (Polietileno de alta densidad) con

1% de concentrado de color plata mezclado previamente. Se evaluó la resistencia al impacto en el

punto de inyección y el torque de aplicación para cada conjunto tapa-envase para evaluar que se

encontrara dentro del rango especificado. El procedimiento seguido para cada uno de los ensayos

mencionados se especifica en las secciones 2.2.4.9 y 2.2.4.10.

Posteriormente, se realizó la inyección de tapas azules con 1,5% de concentrado de color,

bajo las mismas condiciones de proceso iniciales. Se determinaron las dimensiones (altura total,

diámetro T ó externo y diámetro interno de rosca), peso y resistencia al impacto en el punto de

inyección. El requerimiento de altura total y diámetro externo se muestra en la Figura 2.11. El

diámetro interior de rosca debe oscilar entre 38 ± 0,2 (mm) y el peso de cada conjunto tapa-liner,

debe estar alrededor de 5 g. La medición de cada una de las dimensiones mencionadas se realizó

con un vernier.

47

Figura 2.11. Representación esquemática de tapa del envase, con el requerimiento en mm. de altura total (a) y

diámetro externo (b), según especificación PDVSA EM 10-02/01. [36]

Para las condiciones finales tanto de inyección como de soplado se establecieron

recomendaciones para el moldeo tomando en cuenta las variables esenciales de cada uno de los

procesos.

2.2.4. Caracterización de los envases y tapas.

Además de la optimización de las condiciones de moldeo para los envases, se realizó la

caracterización de los mismos con el fin de cumplir con lo requerido en la especificación Técnica

de Materiales de PDVSA EM-10-02/01. Para realizar la caracterización con los diferentes

métodos de ensayo, se usaron criterios de muestreo aleatorio según la norma COVENIN 3133,

con un nivel de inspección S-2 (indica la cantidad relativa de inspección a ser ejercida para

determinar el porcentaje de rechazo de un lote, dependiendo del número de la muestra). Se

efectuaron ensayos para la determinación de la capacidad total, resistencia al impacto, resistencia

a la compresión, determinación de la superficie de apoyo, calidad de la superficie de sellado,

calidad de la línea de unión, hermeticidad y Evaluación de la Resistencia al Agrietamiento por

Efectos Combinados de Esfuerzos y Medios Tensoactivos (ESCR), como se explica a

continuación, a envases que tenían producidos al menos 24 horas como mínimo.

2.2.4.1. Determinación de la capacidad total. [36]

Este ensayo se efectuó colocando el envase a evaluar sobre la balanza, seguidamente se tara

y se llena con agua hasta la altura total del envase (capacidad al derrame). Para el cumplimiento

de la especificación, el peso del agua contenida en el envase registrado debe ser mayor o igual a

48

1060 g., que corresponde al 112% de la capacidad nominal del envase (1060 cm3). Para cada

envase a evaluar se repitió el procedimiento anterior.

2.2.4.2. Determinación de la resistencia al impacto. [36]

Este método de ensayo consiste básicamente en dejar caer el envase desde una altura

específica en distintas posiciones, para verificar que el mismo no presente ruptura. Para ello, se

llena el envase a evaluar hasta su capacidad nominal (946 cm3), se cierra con la tapa verificando

que no haya fuga, se divide el número de envases en tres grupos y se deja caer cada envase 3

veces, desde una altura de 140 cm, en las posiciones que se indican en la Figura 2.12.

Figura 2.12. Posiciones de caída para los envases durante el ensayo de impacto. [36]

Se busca que el envase no tenga fuga en ninguna de las posiciones de caída, por lo que debe

ensayarse otro envase en la misma posición si durante la primera caída se presenta fuga o

expulsión de la tapa y, si vuelve a ocurrir la falla, el envase se considera no aprobado.

2.2.4.3. Determinación de la resistencia a la compresión. [36]

Idealmente la resistencia a la compresión se determina colocando el envase tapado y lleno

con agua hasta su capacidad nominal entre los topes de una prensa, alineando el eje de

compresión con la línea central del tope móvil del instrumento. Luego de ajustar la tapa, se aplica

una carga de 12 Kg. por 60 segundos, y se verifica si existe abertura, fractura o deformación

permanente en el envase; si alguna de las anteriores ocurre, se ensaya otro envase. Al existir 2

fallas consecutivas, se rechaza el envase. En este caso, como la máquina de compresión de la

empresa en evaluación no había sido instalada, el ensayo se realizó usando un conjunto de pesas

que en total sumaban los 12 Kg, colocando éstas sobre el envase lleno hasta su capacidad

49

nominal y tapado. Se mantuvo la carga por el tiempo indicado y se siguió el criterio de

aceptación ya descrito.

2.2.4.4. Determinación de la Superficie de Apoyo de la base. [36]

Este método de ensayo normalizado por PDVSA, se realizó humedeciendo con tinta la base

del envase y seguidamente colocándolo con cuidado sobre la hoja superior de cinco (5) hojas de

papel bond base 20, previamente dispuestas sobre una superficie lisa y plana. Se aplica una carga

de 1 Kg. por un tiempo de 15 segundos para imprimir la huella. Para que el ensayo sea válido,

debe tener secciones continuas en los segmentos correspondientes al frente y dorso del envase.

2.2.4.5. Determinación de la calidad de la Superficie de sellado. [36]

Para la determinación de la calidad de la superficie de sellado del envase, se humedece con

tinta la superficie de sellado de la corona y seguidamente se coloca sobre la hoja superior de

cinco (5) hojas de papel bond base 20, previamente dispuestas sobre una superficie lisa y plana.

Se aplica una carga de 1 Kg. por un tiempo de 15 segundos para imprimir la huella y se repite

esta operación. La huella resultante debe satisfacer el criterio mostrado en la Figura 2.13.

Figura 2.13. Criterio de aceptación de huella para calidad de la superficie de sellado. [36]

2.2.4.6. Determinación de la calidad de la línea de unión. [36]

La línea de unión es la sección del envase en la que se unen las dos partes del molde,

formando una costura por fusión que puede llegar a ser uno de los puntos más débiles del envase.

Para evidenciar si se tiene una buena línea de unión, el ensayo consiste en cortar un segmento del

envase en el que se encuentren por lo menos tres (3) cm de la línea de unión de la base o del

50

hombro y luego se aplica flexión a la sección y se observa con detenimiento. El criterio de

aceptación se evalúa de la siguiente manera: si la línea de unión presenta sólo estiramiento, se

clasifica como aceptable; si además presenta grietas de algún tipo y se fractura, se clasifica como

no aceptable.

2.2.4.7. Determinación de la hermeticidad. [36]

La determinación de la hermeticidad se efectúa para verificar que el envase no presente

abertura en ninguna de sus paredes. Para realizar este ensayo, en primer lugar se llena el envase

hasta su capacidad nominal y se tapa, secando los excesos de agua. Seguidamente, se introduce el

envase en una cámara de vacío y se coloca en posición horizontal sobre un papel absorbente. Se

aplica vacío hasta alcanzar una presión de 9 psi y se mantiene esta presión por un tiempo de un

minuto, observando si ocurre fuga del contenido del envase. El requerimiento se cumple si no

ocurre fuga del líquido contenido en el envase.

2.2.4.8. Determinación de la Resistencia al Agrietamiento por Efectos Combinados de

Esfuerzos y Medios Tensoactivos (ESCR). [36]

Para realizar este método de ensayo, se toma un envase por cavidad y color a evaluar y se

llena hasta su capacidad nominal con el aceite lubricante con el que van a ser llenados para su

aplicación. Una vez cerrados los envases con sus respectivas tapas, se voltean de manera que el

producto entre en contacto con toda la superficie interna de los mismos. Luego se colocan en

bandejas individuales o en bolsas plásticas (para evitar que un posible derrame contamine los

otros especímenes en evaluación) y se introducen dentro de una estufa a una temperatura

constante de 60 ± 1 °C. Debe registrarse la fecha y hora de inicio del ensayo y observar los

envases cada hora durante las primeras 8 horas y luego diariamente por una semana para detectar

la aparición de grietas, fugas de producto u otro tipo de fallas.

2.2.4.9. Ensayo de impacto en el punto de inyección para tapas.

Este método de ensayo permite evaluar el comportamiento de las tapas del envase ante la

caída de un objeto pesado en su punto más crítico, es decir, el punto de inyección. Se realiza

haciendo incidir sobre el punto de inyección de la tapa desde 10 cm. de altura, una bala de punta

redondeada (5/8”) de 1 Kg. Si no existe rompimiento de la tapa en este punto, el ensayo se

51

considera satisfactorio. De esta forma se garantiza que las tapas no sufrirán deformación

importante o fractura al momento de ser paletizadas y embaladas con los envases por efecto de

esfuerzos residuales.

2.2.4.10. Determinación del torque de aplicación para las tapas de los envases.

El ensayo de determinación de torque de aplicación se realiza para cada conjunto tapa-

envase, con el propósito de obtener la fuerza de cierre óptima para cumplir con el requerimiento.

La prueba se efectúa colocando cada envase a evaluar en el torquímetro, seguidamente se coloca

la tapa en el envase y se aplica la fuerza necesaria para lograr el cierre total del envase, que debe

estar entre 24 ± 2 lb.pulg.

52

CAPÍTULO III RESULTADOS Y DISCUSIONES

3.1. Extrusión Soplado de envases.

3.1.1. Evaluación de condiciones preliminares.

Como se comentó en la sección de procedimiento experimental, en primer lugar se procedió

a hacer una evaluación de la condición inicial en que se encontraban los envases producidos por

la empresa para poder hacer los ajustes y recomendaciones pertinentes. Originalmente las

boquillas que se empleaban para realizar el soplado eran de sección transversal circular. La

empresa notificó la realización de un primer mecanizado de las mismas para conferir un

ovalamiento de radio 0,2 mm; sin embargo, evaluaciones internas de la empresa determinaron la

necesidad de evaluar un segundo radio de 0,05 mm.

La prueba realizada en máquina consistió en soplar envases de las cavidades 19, 20 y 21

utilizando resina virgen sin pigmento, empleando las condiciones de proceso descritas en el

procedimiento experimental. La cavidad 19 corresponde a la boquilla con 0,05 mm y las 20 y 21

a boquillas de 0,2 mm. Se contabilizó un tiempo de ciclo de 23 segundos. Con los envases

producidos se realizó una caracterización preliminar. Los resultados que arrojó este estudio se

muestran a continuación.

3.1.1.1. Caracterización preliminar de los envases.

3.1.1.1.1. Peso:

La Tabla 3.1 muestra los valores de peso correspondientes a los envases evaluados. El

conjunto completo de mediciones se encuentra en la Tabla A.1 del Apéndice A.

53

Tabla 3.1. Peso de los envases. Cavidad Peso mínimo (g) Peso máximo (g) Promedio (g) St Dev

19 49,49 50,79 50,1 0,6

20 49,29 50,09 49,8 0,4

21 48,56 50,62 49,8 0,8

En la Tabla 3.1 se aprecia que todos los valores obtenidos cumplen con la especificación

(50±2 g) con tendencia hacia el mínimo. Llama la atención el hecho de que aunque las boquillas

20 y 21 son equivalentes, se aprecia desviación mayor en la 21, esto evidencia diferencias en los

ajustes de los controladores de perfil o parison.

3.1.1.1.2. Dimensiones:

La Tabla 3.2 presenta los resultados de la evaluación dimensional realizada. En la Tabla A.2

del apéndice A pueden observarse todas las medidas tomadas.

Tabla 3.2. Dimensiones críticas de los envases.

Cavidad

Altura total

(mm)

Largo de

base (mm)

Ancho de

base (mm)

H corona

(mm)

Diámetro

rosca (mm)

Diámetro rompeprecinto

(mm)

Especificación 223,6 ± 2,2 108 ± 1,1 59,5 ± 0,6 19,1 ± 0,2 39,4 ± 0,3 41,5 ± 0,15

19 223,8 ± 0,1 106,2 ± 0,1 61,4 ± 0,3 18,8 ± 0,1 39,0 ± 0,1 41,7 ± 0,1

20 223,7 ± 0,05 106,3 ± 0,1 60,7 ± 0,3 18,8 ± 0,2 38,5 ± 0,1 41,5 ± 0,1

21 224,3 ± 0,2 106,3 ± 0,2 60,4 ± 0,5 19,3 ± 0,1 38,4 ± 0,1 41,3 ± 0,1

La altura total del envase y el diámetro de rompeprecinto se encuentran conforme a lo

requerido. El largo de base y el diámetro de rosca están por debajo del mínimo especificado

mientras que el ancho de base es ligeramente superior al máximo establecido. Con respecto a la

altura de corona se obtuvieron valores extremos tanto máximo como mínimo, esto pudiera

deberse a problemas en el enfriamiento en las diferentes cavidades. La desviación observada para

las medidas de base es similar a la obtenida en los envases de otros proveedores actuales. Por otra

parte, se observa que el cambio en la ovalidad de las boquillas no genera variaciones importantes

en las dimensiones finales de los envases producidos.

54

Se realizó el estudio de la estabilidad dimensional para las dimensiones de altura total, largo

y ancho de base. El conjunto de mediciones realizadas puede observarse en la Tabla A.3 del

apéndice A. Para la altura no se obtuvieron diferencias significativas en los valores tomados en

los diferentes tiempos (0,01% de contracción para la cavidad 20); sin embargo, debido a que las

medidas en este caso no pudieron ser monitoreadas de forma continua por limitaciones con uso

del instrumento de medición, ésta gráfica se presenta en el apéndice A (Figura A.1, los puntos

graficados se encuentran en la Tabla A.4). El procedimiento para efectuar el cálculo de

contracción se muestra en el apéndice B.

Los resultados obtenidos para ancho y largo de fondo se muestran a continuación. Los datos

a partir de los que se generaron las Figuras 3.1 y 3.2 se encuentran en las Tablas A.5 y A.6 del

apéndice A.

Figura 3.1. Estabilidad Dimensional en las cavidades 19, 20 y 21 (Ancho de la base), para envases con resina sin pigmento.

En la Figura 3.1 se muestra la variación del ancho de la base de los envases en función del

tiempo. En las tres cavidades evaluadas se observa la estabilización de la dimensión al transcurrir

un lapso de 72 horas. Esta tendencia es de esperarse de acuerdo a lo que se reporta en la

55

bibliografía como tiempo de estabilización para realizar evaluaciones a envases producidos. [7]

Sin embargo, se observa en todos los casos que al finalizar las 72 horas la dimensión final es

mayor a la inicial (0,5% mayor para la cavidad 19, por ejemplo). Este resultado no concuerda con

la tendencia esperada. Se sabe que polímeros semicristalinos (en este caso PEAD), tienden a

presentar contracción y no aumento de la dimensión final al terminar el tiempo de evaluación. La

tendencia obtenida puede deberse a errores en la medición de la dimensión ya que para esta

evaluación preliminar, el punto de medición de la dimensión no era siempre exactamente el

mismo, lo cual trae como consecuencia un error por parte del experimentador, que sumado a la

variabilidad del proceso hace que el resultado obtenido sea poco confiable. Cabe destacar que

este error fue corregido para las medidas de estabilidad posteriores en los colores plata y azul. A

pesar de lo anterior, sigue manteniéndose la clara tendencia de la estabilización del ancho al

transcurrir las 72 horas del estudio.

Figura 3.2. Estabilidad Dimensional en las cavidades 19, 20 y 21 (Largo de la base), para envases con resina sin pigmento.

En la Figura 3.2 se observa que la dimensión de largo de base tiende a disminuir con el

transcurso del tiempo, a diferencia del ancho de base que tiende a aumentar (Figura 3.1). Sin

embargo, se observa nuevamente la estabilización de la dimensión al transcurrir 72 horas. La

56

dimensión en evaluación por ser la que presenta más orientación al momento de soplado, tiene

asociadas contracciones finales mayores en la pieza y en este caso se hace evidente (alrededor de

1%), lo cual se encuentra dentro del rango esperado para un PEAD sometido a un proceso de

extrusión soplado. [7] En las evaluaciones posteriores con los colores azul y plata, la medida fue

realizada en el mismo punto para todos los tiempos, con el objetivo de disminuir el error asociado

a la medición.

3.1.1.1.3. Espesores:

Con el propósito de determinar la distribución de espesores en las distintas secciones de los

envases y verificar su adecuación con respecto a lo establecido en la especificación PDVSA, se

midieron los espesores correspondientes en los cortes A-A, B-B y las esquinas inferiores

mostrados en las Figuras 2.3 2.4 y 2.5 de la sección experimental. Las Tablas 3.3 y 3.4 muestran

los valores obtenidos para las esquinas inferiores y para el corte A-A (sección transversal en el

cuerpo del envase). En la Tabla A.7 del apéndice A puede observarse el conjunto de mediciones

de espesores realizadas correspondientes a las esquinas inferiores.

Tabla 3.3. Espesores en las esquinas inferiores del envase.

Cavidad

Esquinas inferiores

Min. 0,30 mm

Lado visor Lado liso

19 0,37 ± 0,03 0,36 ± 0,02 0,32 ± 0,02 0,38 ± 0,03

20 0,46 ± 0,02 0,26 ± 0,02 0,24 ± 0,03 0,39 ± 0,03

21 0,25 ± 0,03 0,45 ± 0,05 0,37 ± 0,03 0,23 ± 0,06

Tabla 3.4. Espesores en las esquinas de la sección central del cuerpo del envase (corte A-A).

Cavidad

Esquinas laterales

Min. 0,45 mm Centro de las caras

Lado visor Lado liso Frente y Dorso

Min. 0,50 mm

Laterales

Min. 0,70 mm

19 0,46 ± 0,06 0,46 ± 0,04 0,59 ± 0,07 0,71 ± 0,17 1,32 ± 0,10 1,26 ± 0,13 0,71 ± 0,04 0,90 ± 0,09

20 0,65 ± 0,04 0,31 ± 0,03 0,41 ± 0,03 0,78 ± 0,23 1,15 ± 0,04 0,98 ± 0,10 0,79 ± 0,22 1,10 ± 0,04

21 0,37 ± 0,05 0,70 ± 0,03 0,82 ± 0,05 0,53 ± 0,25 1,03 ± 0,20 0,99 ± 0,05 1,00 ± 0,02 1,06 ± 0,05

57

Los valores de las primeras columnas de las Tablas 3.3 y 3.4 corresponden a un lado del

envase, la segunda a su homólogo simétrico del otro lado del envase. La tendencia esperada es

que ambas columnas presenten espesores similares. Al observar los resultados queda en evidencia

que las cavidades 20 y 21 presentan diferencias en los espesores de las caras simétricas (valores

resaltados ambas tablas). Este fenómeno puede atribuirse a un posible descentrado del conjunto

boquilla-mandril en los cabezales correspondientes a dichas cavidades o a un soplado no

uniforme, bien sea por el diseño del pin de soplado o por obstrucciones o variaciones en el flujo

de aire.

Los valores obtenidos para los envases correspondientes a la cavidad 19 cumplen con los

mínimos establecidos y presentan poca diferencia entre puntos simétricos, posiblemente debido al

correcto centrado de la boquilla. Se aprecia que una menor ovalidad genera que se acumule más

material en el centro de las caras frontales y dorsales y se disminuya el espesor de las caras

laterales.

La Tabla 3.5 presenta los espesores medidos en el corte B-B que corresponde a la sección

transversal en la parte superior del envase. Allí se aprecia que en la cavidad 19 se cumple la

especificación para el lado visor pero no para la cara dorsal. Esto se debe a que no se aporta la

cantidad necesaria de material en esta sección, por lo que debe ajustarse el perfil de parison a fin

de reforzar esta parte del envase. Con respecto a la cavidad 20 se obtiene conformidad con la

especificación, aunque se aprecia distribución diferente entre ambas secciones, lo que implica

que es un efecto de la geometría de la boquilla. No es posible concluir respecto a los espesores en

esta sección de los envases para la cavidad 21 ya que la alta variabilidad que presentan no

permite dilucidar ninguna causa específica. En la Tabla A.8 del apéndice A puede observarse el

conjunto de mediciones de espesores realizadas correspondientes a los cortes A-A y B-B). Tabla 3.5. Espesores en el corte transversal en la sección superior del envase (corte B-B).

Cavidad

Centro de las caras

Min. 0,60 mm

Lado visor Cara dorsal

19 0,72 ± 0,02 0,51 ± 0,02

20 0,94 ± 0,05 0,72 ± 0,01

21 1,02 ± 0,04 0,51 ± 0,22

58

En la Tabla 3.6 se presentan los resultados del perfil de espesores medido en las caras

frontales y dorsales de los envases.

Tabla 3.6. Perfil de espesores en caras frontales y dorsales de los envases.

Cavidad

B C D E

(±0,01 mm)

Frente Dorso Frente Dorso Frente Dorso Frente Dorso

19 0,60 0,57 0,88 0,83 1,10 1,04 0,78 0,76

20 0,44 0,73 0,71 0,71 0,82 0,76 0,78 0,48

21 0,80 0,45 0,69 0,70 0,74 0,82 0,47 0,89

Los resultados de la Tabla 3.6 presentan una tendencia similar a la observada en las Tablas

3.5 y 3.6, específicamente en los puntos de medición B y E donde las diferencias entre las caras

del envase en las cavidades 20 y 21 son importantes. Los envases obtenidos de la cavidad 19 se

aprecian más simétricos debido al correcto centrado de la boquilla. Todas las mediciones de

espesores realizadas para esta sección del envase se muestran en la Tabla A.9 del apéndice A.

3.1.1.1.4. Capacidad total:

La Tabla 3.7 muestra los resultados obtenidos al determinar la capacidad total en los envases

evaluados. Todos los envases evaluados cumplen con el requisito mínimo de capacidad.

Tabla 3.7. Capacidad total promedio obtenida para los envases evaluados.

Cavidad Capacidad total (mL)

Mín. 1060 mL

19 1093 ± 2

20 1097 ± 2

21 1100 ± 3

En la Tabla A.10 del apéndice A se encuentran reportados los valores individuales obtenidos

para cada envase ensayado.

59

3.1.1.1.5. Resistencia al impacto:

Se realizó la prueba de resistencia al impacto dejando caer 3 grupos de envases tal como se

especifica en la sección de procedimiento experimental. Los resultados obtenidos en promedio

por cavidad se muestran en la Tabla 3.8.

Tabla 3.8. Resultados de resistencia al impacto por caída libre para los envases evaluados.

Cavidad Posición

Vertical de pie Diagonal fondo Diagonal boca

19 No presentó fuga No presentó fuga Un envase con fuga

20 No presentó fuga No presentó fuga No presentó fuga

21 No presentó fuga Un envase con fuga Presentó fuga

Como puede observarse, la cavidad 20 presentó el desempeño esperado. Sin embargo, los

envases de la cavidad 21 fallaron en la posición diagonal fondo y boca y un envase de la cavidad

19 falló al ser ensayado en posición diagonal boca. Las Figuras 3.3 y 3.4 muestran las áreas

donde ocurrió la falla. Los resultados de la evaluación más detallados pueden observarse en la

Tabla A.11 del apéndice A.

Figura 3.3. Fisura en hendidura de sujeción originada por impacto en cavidad 19.

Figura 3.4. Perforación en sección inferior del área de etiqueta, originada por impacto en cavidad 21.

En general, las fallas observadas están asociadas a debilidad en los puntos de ruptura por

falta de material; esto es otro indicativo de que se requieren mejoras en el perfil de parison a fin

de garantizar una adecuada distribución del material (más aplicable a la cavidad 19, ya que el

resultado de espesores fue satisfactorio, constatándose el centrado correcto de la manga). Sin

60

embargo, la falla encontrada en este ensayo para la cavidad 21 constata la aseveración de un

posible descentrado del conjunto boquilla-mandril representada en irregularidades en la forma

como baja la manga al ser extruida. Si el fundido que fluye a través de la zona comprendida entre

el mandril y la boquilla (“die gap”) es irregular, la pared del parison será de mayor espesor en un

lado que en el otro. Esto puede causar que el parison se curve o incline hacia un lado (que será la

parte más gruesa), por lo que quedan zonas donde el aporte de material no es el correcto (ver

Figura 3.5). [4] Aunque se realicen los ajustes del perfil de parison debe también efectuarse el

centrado correcto de la manga para garantizar que la distribución de material no se vea

influenciada por dicho factor. En estos casos se recomienda que el ajuste del anillo se realice en

la dirección opuesta hacia donde se presenta la alineación incorrecta de la manga. [4]

Figura 3.5. Extrusión de mangas en las cavidades 19, 20 y 21, para envases con resina sin pigmento (se numeran de izquierda a derecha).

3.1.1.1.6. Resistencia a la compresión:

Al someter a los envases llenos de agua hasta su capacidad nominal a una carga de 12 Kg

durante un minuto, se apreció que los envases producidos con la cavidad 19 no presentaron

deformación o ruptura. En cambio, se obtuvo deformación permanente en todos los envases

ensayados producidos con la cavidad 21. Las áreas susceptibles a deformación fueron la esquina

inferior del lado contrario al visor y el área de sujeción del envase. Al evaluar los envases

producidos con la cavidad 20 se obtuvo falla en un solo envase resultando los demás conformes.

Los resultados de este ensayo arrojan una fuerte dependencia de la resistencia a la compresión

con el espesor de los envases. La zona más crítica está representada por las esquinas inferiores.

61

Para la cavidad 19 no se obtuvo falla ante este ensayo básicamente debido a que los espesores en

las esquinas inferiores se encuentran por encima del requerimiento para este parámetro (ver Tabla

3.3). En el caso de la cavidad 21, en la Tabla 3.3 se muestra que se incumple el estándar para una

de zona del lado liso, lo que promueve la falla encontrada. El resultado encontrado para la

cavidad 20 y resto de cavidades mencionadas en general dan muestra de que existe variabilidad

de proceso que necesita ser corregida.

3.1.1.1.7. Calidad de línea de unión:

Este parámetro resultó satisfactorio tanto para hombro como para base en todos los envases

evaluados lo que era de esperarse ya que no se incorporaron materiales sólidos que actúen como

concentradores de esfuerzos e induzcan falla.

3.1.1.1.8. Superficie de apoyo:

Al evaluar la superficie de apoyo de los envases producidos con la cavidad 19, se observó

una huella no continua en las secciones correspondientes al frente y dorso de todos los envases,

con un efecto de deficiencia más marcado en la sección frontal. En los envases evaluados

correspondientes a la cavidad 20, se observó una huella pobre en el lado izquierdo de la sección

frontal de uno de los envases evaluados, en el resto la huella obtenida fue uniforme. Todos los

envases de la cavidad 21 presentaron huellas discontinuas no uniformes; dos de ellos en la

sección frontal y el otro presentó una sección incompleta de huella en el lado opuesto al visor de

ambas caras. En la Figura 3.6 se muestra una imagen representativa de los resultados obtenidos

de la evaluación para un envase de cada cavidad en estudio.

Esto evidencia que los envases se están deformando, posiblemente debido a que se

desmoldan calientes. Se debe evaluar la temperatura del molde y del agua de enfriamiento así

como también la temperatura de salida de los envases para realizar mejoras, ya que de no

realizarse esto los envases serán inestables durante el transporte en la línea de envasado,

ocasionando caídas y obstrucciones en las bandas transportadoras.

62

Figura 3.6. Huellas de apoyo y sellado obtenidas en las cavidades 19, 20 y 21 (numeradas de arriba hacia abajo)

3.1.1.1.9. Superficie de sellado:

La superficie de sellado de todas las cavidades evaluadas presentó una huella continua hacia

el borde externo de la boca pero muy delgada, lo que no garantiza la adhesión del liner. De

acuerdo con lo establecido en la especificación técnica, se considera que este parámetro no

cumple para ninguno de los envases evaluados. Esto se puede atribuir a problemas con el

dispositivo de corte (anillos) que debe ser ajustado o afilado ya que se observó una rebaba fina en

todo el perímetro de la boca. En la Figura 3.6 puede observarse este resultado.

3.1.2. Optimización de las condiciones de moldeo

Como se comentó en la sección experimental, a raíz del resultado de la caracterización previa

realizada se encontraron deficiencias a medida de que se fue realizando el proyecto en varios

componentes de la máquina sopladora que fueron solventándose con el desarrollo de las

actividades y que se muestran en esta sección. Las condiciones iniciales de máquina de la

empresa en evaluación se mantuvieron prácticamente constantes a lo largo del desarrollo del

proyecto tanto para envases elaborados con resina virgen como con los elaborados con color azul

y plata. Los cambios realizados se muestran en la sección correspondiente al establecimiento de

63

los parámetros de moldeo recomendados (sección 3.1.10). A continuación se presentan los

resultados obtenidos y las discusiones del soplado de envases virgen (sin pigmento), plata y azul.

Es importante destacar que simultáneamente a las mejoras realizadas, se fueron probando

distintos tipos de ovalidades de boquilla, buscando la configuración que dotara de mejor

distribución de espesores a las caras frontales y dorsales de los envases. Es por esto que en los

resultados que se presentan hay variabilidad en los valores según cada prueba y cavidad utilizada.

3.1.3. Distribución de espesores en boquillas evaluadas.

Debido a que en la caracterización inicial no se logró la distribución de espesores

satisfactoria de acuerdo a la Especificación Técnica de Materiales EM 10/02-01, se procedió a

probar con distintos tipos de ovalidades de boquilla a lo largo del desarrollo del proyecto. En las

Tablas 3.9 y 3.10 pueden observarse los resultados de espesores obtenidos en las secciones más

críticas del envase y el seguimiento realizado a cada boquilla evaluada. El resto de las mediciones

realizadas para cada boquilla puede observarse en las Tablas C.1 y C.2 del apéndice C.

Tabla 3.9. Espesores de las esquinas inferiores de los envases en función de la ovalidad de las boquillas evaluadas.

TIPO DE PRUEBA

Cavidad OVALIDAD Esquinas inferiores

Min. 0,30 mm Lado visor Lado liso

Resina sin pigmento

19 R= 0,05 mm 0,37 ± 0,03 0,36 ± 0,02 0,32 ± 0,02 0,38 ± 0,03 20 R= 0,20 mm 0,46 ± 0,02 0,26 ± 0,02 0,24 ± 0,03 0,39 ± 0,03 21 R= 0,20 mm 0,25 ± 0,03 0,45 ± 0,05 0,37 ± 0,03 0,23 ± 0,06

Resina con pigmento color

plata

16 R= 0,05 mm 0,34 ± 0,02 0,34 ± 0,02 0,29 ± 0,01 0,28 ± 0,01 17 R= 0,20 mm 0,46 ± 0,04 0,28 ± 0,06 0,26 ± 0,04 0,27 ± 0,08 18 R= 0,075 mm 0,38 ± 0,01 0,40 ± 0,03 0,26 ± 0,01 0,23 ± 0,01 19 R= 0,05 mm 0,30 ± 0,03 0,30 ± 0,02 0,31 ± 0 0,30 ± 0,01 20 R= 0,20 mm 0,50 ± 0,07 0,26 ± 0,02 0,27 ± 0,02 0,29 ± 0,03 21 R= 0,075 mm 0,36 ± 0,01 0,35 ± 0,01 0,29 ± 0,02 0,29 ± 0,02


plata

17 R= 0,20 mm 0,35 ± 0,03 0,35 ± 0,02 0,20 ± 0,02 0,35 ± 0,01

20 R= 0,20 mm 0,36 ± 0,05 0,35 ± 0,04 0,25 ± 0,08 0,36 ± 0,07


plata

16 Boquilla tipo pétalo 0,40 ± 0,02 0,36 ± 0,01 0,33 ± 0,01 0,31 ± 0,01

17 R= 0,20 mm rectificada la ovalidad 0,46 ± 0,03 0,45 ± 0,05 0,29 ± 0,07 0,28 ± 0,06


azul




azul 19 Boquilla tipo pétalo 0,40 ± 0,02 0,42 ± 0,01 0,41 ± 0,02 0,36 ± 0,02

64

Tabla 3.10. Perfil de espesores de los envases en función de la ovalidad de las boquillas evaluadas.

TIPO DE

PRUEBA Cav OVALIDAD

B C D E

Frente Dorso Frente Dorso Frente Dorso Frente Dorso

Resina sin

pigmento

19 R= 0,05 mm 0,60 0,57 0,88 0,83 1,10 1,04 0,78 0,76

20 R= 0,20 mm 0,44 0,73 0,71 0,71 0,82 0,76 0,78 0,48

21 R=0,20 mm 0,80 0,45 0,69 0,70 0,74 0,82 0,47 0,89

Resina con

pigmento

color plata

16 R= 0,05 mm 0,62 0,61 0,81 0,81 0,95 0,93 0,71 0,74

17 R= 0,20 mm 0,49 0,72 0,68 0,66 0,73 0,73 0,71 0,56

18 R= 0,075 mm 0,69 0,62 0,91 0,86 0,87 0,90 0,55 0,64

19 R= 0,05 mm 0,58 0,57 0,74 0,79 1,07 1,07 0,82 0,82

20 R= 0,20 mm 0,45 0,78 0,67 0,71 0,80 0,81 0,74 0,56

21 R= 0,075 mm 0,66 0,60 0,84 0,76 0,95 1,00 0,65 0,72

Resina con

pigmento

color plata

17 R= 0,20 mm 0,64 0,63 0,74 0,91 0,50 0,84 0,45 0,76

20 R= 0,20 mm 0,64 0,53 0,66 0,83 0,62 0,88 0,45 0,83

Resina con

pigmento

color plata

16 Boquilla tipo

pétalo 0,63 0,74 0,71 0,91 0,89 0,81 0,78 0,76

17

R= 0,20 mm

con ovalidad

rectificada

0,72 0,77 0,78 0,83 0,67 0,86 0,62 0,69

Resina con

pigmento

color azul

16 Boquilla tipo

pétalo 0,60 0,77 0,73 0,90 0,83 0,82 0,78 0,72

19 Boquilla tipo

pétalo 0,51 0,72 0,60 0,92 0,96 0,77 0,89 0,78

Resina con

pigmento

color azul

19 Boquilla tipo

pétalo 0,64 0,57 0,92 0,69 0,61 0,91 0,53 0,70

Las Tablas 3.9 y 3.10 muestran los resultados obtenidos de los espesores en las áreas del

envase que se tornaron más críticas durante el desarrollo del proyecto. La idea de probar distintas

ovalidades de boquillas surgió de la necesidad de conferir al envase de los espesores adecuados

según la Especificación Técnica de PDVSA, que no fueran en detrimento de otros parámetros de

65

control, como lo es el peso de los envases. En principio, se tiene que dependiendo de la

característica del envase que se tenga y de las condiciones a las que deba someterse para el

traslado, llenado y distribución posterior, cada empresa establece un perfil de espesores que debe

cumplirse. En el caso de estudio, el envase presenta espesores que varían dependiendo de la zona

del envase, por lo que la elección de una boquilla con la geometría adecuada es determinante para

el cumplimiento de este parámetro. Cuando se cambia el radio de ovalidad en una boquilla se

busca que el aporte de material en cierta zona del envase sea efectivo.

El resultado de espesores de las esquinas inferiores de los envases se muestra en la Tabla 3.9,

los cuales deben presentar un espesor mínimo igual a 0,30 mm. A pesar de que en la primera

prueba la boquilla de la cavidad 19 presentó resultados satisfactorios en este valor, la medida

final de las dimensiones de base obtenidas en este caso fue más cercano al valor esperado en las

boquillas que surten a las cavidades 20 y 21. Sin embargo, la cavidad 21 presentó una alta

variabilidad en los espesores (ver Tablas 3.9 y 3.10), por lo que se recomendó su desmontaje y la

evaluación de otra ovalidad. El nuevo mecanizado para la ovalidad de 0,075 mm fue propuesto

por la empresa y se procedió a su evaluación. En este caso tampoco se tuvo el resultado esperado.

La segunda evaluación realizada permitió, sin embargo, realizar una preselección de la boquilla

de ovalidad 0,20 mm por aproximarse a lo establecido en la Norma de PDVSA en el ancho de la

base, que es la medida más crítica en la línea de envasado; por lo que para la prueba siguiente

sólo se tomaron envases de las cavidades 17 y 20. Se tuvieron problemas posteriores con esta

boquilla por la variación de espesores encontrada, por lo que se pensó que el problema radicaba

en que la boquilla no presentaba la ovalidad correcta. Se sugirieron correcciones para la prueba

siguiente y aún así se presentó variabilidad por lo que se atribuyó el comportamiento resultante a

mal mecanizado de la matriz. La mejor distribución de espesores se obtuvo para una boquilla

“tipo pétalo”, como la que se muestra en la Figura 3.7.

66

Figura 3.7. Mecanizado de boquilla tipo pétalo [14]

La incorporación del tipo de boquilla mostrado en la Figura 3.7 hace que el aporte de

material hacia las zonas de las esquinas sea más efectivo, solventándose el problema de falta de

material presentado en las esquinas inferiores. Cada “pétalo” está dispuesto a 30° del plano

horizontal de la matriz y corresponde a una ovalidad aproximada de 0,20 mm. Si se compara la

distribución de material hacia las caras frontales y dorsales del envase para este tipo de ovalidad

con relación a las otras, puede verse claramente que es más homogénea, sin embargo, sigue

habiendo diferencias entre los puntos frontales y dorsales, probablemente debido a que se

colocaron ovalidades diferentes en cada pétalo de la matriz. La distribución de espesores obtenida

es aceptable pero se recomendó revisar el radio de las ovalidades realizadas en cada zona.

3.1.4. Estudio de Estabilidad Dimensional (comparación entre resina virgen y resina con

pigmento).

Para verificar que la incorporación de pigmento azul y plata a los envases no surte ningún

efecto en el comportamiento de estabilidad dimensional de los mismos, a continuación se muestra

la comparación de los resultados entre resina virgen, color azul y plata para las cavidades

homólogas 16 y 19. Se presentan en estas cavidades para las dimensiones de ancho y largo de la

base ya que cada estudio fue realizado separadamente y estas son las cavidades que coinciden

para representar la comparación entre resina virgen y resina con pigmento. La gráfica obtenida

para la altura se reporta en el apéndice D, Figura D.1., debido a que no pudieron tomarse

mediciones continuas cada 24 horas. Sin embargo, para esta dimensión no se obtuvieron

diferencias significativas entre los valores tomados final e inicialmente.

67

El conjunto completo de mediciones realizadas puede observarse en la Tabla D.1 del

apéndice D. Los datos a partir de los que se generaron las gráficas 3.8 y 3.9 se encuentran en las

Tablas D.2 y D.3 del apéndice D.

Figura 3.8. Estabilidad Dimensional en las cavidades 16 y 19 (Ancho de la base)

Figura 3.9. Estabilidad Dimensional en las cavidades 16 y 19 (Largo de la base).

68

Al evaluar el resultado que reflejan las Figuras 3.8 y 3.9 se observa que en ambos casos la

incorporación de pigmento plata y azul a la resina no genera variación en el comportamiento de

estabilidad presentado para los envases producidos, ya que se observa la estabilización de las

dimensiones al transcurrir un tiempo de 72 horas, como ocurrió en la evaluación de la estabilidad

dimensional en resina virgen sin pigmento (ver Figuras 3.1 y 3.2). Cuando se compara este

resultado con las Figuras 3.1 y 3.2, no se observa prácticamente variación porque todas las

medidas caen dentro del error experimental. En este caso, las mediciones hechas a los diferentes

tiempos fueron tomadas en el mismo punto del envase para ambos colores (aproximadamente a

3cm de la base para el largo y en el medio de la base para el ancho), y se procuró en todos los

casos no ejercer presión con el vernier en el punto de medición de la dimensión. Este resultado

permite garantizar que los envases no variarán sus dimensiones de base luego de 72 horas de

producidos. El efecto de la adición del pigmento azul y plata en los envases sobre la contracción

se evaluará en secciones posteriores.

3.1.5. Resultado de evaluación de la superficie de apoyo y sellado de los envases.

Al evaluar la superficie de apoyo de los envases producidos con pigmento color plata y

boquillas de 0,05 mm de ovalidad (cavidades 16 y 19), 0,2 mm de ovalidad (cavidades 17 y 20) y

0,075 mm de ovalidad (cavidades 18 y 21), se notó diferencia importante en las huellas obtenidas

con el carro izquierdo de la máquina en comparación con las obtenidas con el carro derecho. Las

huellas de las cavidades 16, 17 y 18 (carro izquierdo) fueron más continuas y definidas que las de

las cavidades 19, 20 y 21 (carro derecho), tal como se ilustra en la Figura 3.10 (a). Se piensa que

la diferencia observada se debe al sistema desbarbador, ya que las temperaturas de desmoldeo

para ambos carros fueron similares (en promedio 55 °C en la base del envase y 65°C en la boca).

Por esto, se recomendó realizar mejoras a este sistema. La tendencia observada se presentó

también para las huellas de superficie de sellado. En este caso cabe destacar que al momento de

realizar la prueba fue necesario quitar el exceso de material (rebaba fina) presente en todo el

perímetro de la boca. Esto se debió básicamente a un problema con el dispositivo de corte que fue

mejorado mediante reemplazo de las cuchillas. Luego de quitar el exceso de material, se observó

un desnivel entre puntos simétricos en la boca del envase que fue mejorado con la rectificación

de los anillos de los pines de soplado, como se explica en el próximo párrafo. En la Figura 3.10

69

se muestra una imagen de la situación presentada antes entre los dos carros de la máquina, en

comparación con la mejora obtenida luego de realizar los cambios correspondientes.

(a) (b)

Figura 3.10. (a) Huellas de superficie de apoyo y sellado de los envases. A la izquierda, cavidad 16 y a la derecha, cavidad 19. (b) Huellas obtenidas luego de realizar las mejoras en el sistema de desbarbado y rectificación de pines

de soplado (cavidades 19, 20 y 21).

La mejora realizada por la empresa consistió en colocar una inclinación de 5° en los pines de

soplado de la máquina, buscando que al momento del enfriamiento la inclinación se nivelara con

el resto de la sección de la boca del envase. En la Figura 3.10 (b) se observa que las huellas

obtenidas tanto para el área de superficie de apoyo como para la superficie de sellado presentaron

una mejora notable con respecto a las que habían sido obtenidas luego de la evaluación de los

envases producidos en la segunda prueba realizada. Se presentan líneas continuas en las huellas

correspondientes al frente y dorso de los envases y una huella de boca continua y gruesa

cumpliendo con lo establecido en la especificación para este parámetro. Puede decirse entonces

que el cambio realizado por la empresa fue, en principio, satisfactorio.

En la Figura 3.11 se observa una imagen de cómo el pin de soplado se acopla a la boca del

envase. Si al momento de realizar el soplado se encuentran con una alineación inadecuada, la

parte del molde correspondiente a la boca no copiaría exactamente los detalles de esta zona,

70

produciendo a su vez, el posible desnivel entre puntos simétricos de la boca del envase

encontrado.

Figura 3.11. Acople de pines de soplado a la boca del envase durante el soplado de los envases.

En la Figura 3.12 se observa una imagen del sistema desbarbador de la máquina de extrusión

soplado.

Figura 3.12. Sistema desbarbador del carro izquierdo de la extrusora-sopladora.

71

3.1.6. Evaluación de las Dimensiones Básicas en función del enfriamiento.

El enfriamiento de los moldes para los envases y las tapas de aceite lubricante PDV era

generado por el uso de dos chiller que surtían a todas las máquinas de la empresa. La extrusora-

sopladora y la inyectora están ubicadas a una distancia de al menos 50 m con respecto a los

chillers mencionados. Gracias a la caracterización previa realizada, se constató que la empresa en

evaluación tenía unas condiciones iniciales de enfriamiento no adecuadas, evidenciadas en

temperaturas de desmoldeo muy altas (entre 60-65°C) incluso en tiempos altos de enfriamiento

(87% del tiempo de ciclo total), lo cual puede generar un efecto no deseado en las dimensiones

finales del envase. En vista de esto, la empresa procedió a la instalación de una bomba de agua

para aumentar el caudal hacia las máquinas. Para evaluar el efecto de la instalación de la bomba

en las dimensiones finales de los envases, a continuación se presenta la comparación entre las

dimensiones básicas finales de los envases con ambas condiciones de enfriamiento (antes y

después de la instalación de la bomba de agua). Los resultados se muestran para las cavidades

homólogas 17 y 20 ya que la boquilla que se estaba evaluando en ese momento era la de 0,20 mm

de ovalidad, que surte a las cavidades mencionadas y envases color plata. El conjunto de

mediciones completas puede observarse en la Tabla E.1 del apéndice E.

Tabla 3.11. Dimensiones de base finales en función de la condición de enfriamiento empleada.

Dimensión Condición de Enfriamiento 1 (sin la bomba)

Condición de Enfriamiento 2 (con la bomba)

Altura Total (mm) 223,6 ± 2,2 223,0 ± 0,1 224,1 ± 0,2

Largo de la base (mm) 108 ± 1,1 106,8 ± 0,5 106,0 ± 0,5

Ancho de la base (mm) 59,5 ± 0,6 60,1 ± 0,5 59,8 ± 0,4

En la Tabla 3.11 se muestra el efecto en las dimensiones finales obtenido luego la

instalación de la bomba. En el caso del largo y ancho de la base se observa una disminución de la

dimensión final; para la altura se observa un aumento en la dimensión. Es bien conocido que para

el moldeo de la mayoría de los polímeros y en el caso particular del PEAD, el rango de

temperatura de procesamiento para soplado oscila entre 190°C-220°C. [7] Estas altas temperaturas

dotan al material fundido de la fluidez necesaria para ser conformado. En cuanto a la estructura

interna del material, las cadenas pasan de un estado rígido a uno fluido y existe un ordenamiento

hacia la dirección de flujo preferencial. El comportamiento final de las cadenas poliméricas y

72

dimensiones en el producto moldeado tiene mucho que ver con la temperatura del molde

(velocidad de enfriamiento). Cuando se moldea a altas temperaturas de molde (bajas velocidades

de enfriamiento) es de esperarse una mayor contracción en la pieza final debido a que las cadenas

tienen más posibilidad de perder la orientación antes de llegar a su condición de no variabilidad

dimensional (recuperación elástica). [34] Una tendencia opuesta a la esperada se observa en las

dimensiones de largo y ancho de la base luego de la instalación de la bomba (ver Tabla 3.11),

donde el resultado de la dimensión final es un indicio claro de que en ambos casos hubo una

mayor contracción en el material (el porcentaje de contracción no pudo calcularse ya que fue

tomada solo una medida luego de pasadas 72 horas, para garantizar la estabilización de la

dimensión).

Para explicar la tendencia encontrada es importante acotar que en el proceso de extrusión

soplado existen dos posibilidades para la orientación en el material: la primera debido a la

extrusión del parison en la dirección de flujo (paralela al eje de la extrusora), y la segunda como

consecuencia de la presión de aire que se ejerce sobre las paredes del material en la etapa de

soplado (dirección transversal). [14] Este efecto de orientación debido a la presión de soplado es

más evidente en las dimensiones donde se encontró la variabilidad debido a que los segmentos

cortos de cadena del PEAD son los que primeros que se orientan en estas direcciones. Sin

embargo, al aumentar la velocidad de enfriamiento el efecto de contracción debió ser menor. La

tendencia obtenida para las dimensiones de ancho y largo de base, permite concluir que la

instalación de la bomba provee de una mejora en el cumplimiento de los envases de la Norma

PDVSA con respecto al ancho de la base, que representa la dimensión más crítica en la planta

envasadora. Por otra parte, con la instalación de la bomba se constató una disminución de la

temperatura de desmoldeo, que se encontró en 40°C, lo que permitiría una disminución del

tiempo de enfriamiento y, por lo tanto, del tiempo de ciclo.

3.1.7. Efecto del color en la contracción final de la pieza.

Se evaluó el efecto del uso de concentrado de color en las dimensiones finales críticas de los

envases color azul y plata producidos con la boquilla tipo pétalo y la cavidad 16 (carro izquierdo

de la extrusora-sopladora). A continuación, se muestran los resultados obtenidos en promedio

73

para cada caso (Tabla 3.12). En la Tabla F.1 del apéndice F pueden observarse el conjunto de

mediciones completas efectuadas.

Tabla 3.12. Dimensiones de base finales en función del pigmento utilizado.

Dimensión Pigmento Plata Pigmento Azul

Altura Total (mm)

223,6 ± 2,2 223,1 ± 0,5 222,6 ± 0,3

Largo de la base (mm)

108 ± 1,1 106,2 ± 0,4 107,2 ± 0,3

Ancho de la base (mm)

59,5 ± 0,6 59,8 ± 0,3 59,4 ± 0,2

La tendencia es la esperada en el caso del ancho y altura total donde se obtuvieron valores

menores de las dimensiones finales en los envases producidos haciendo uso del pigmento azul, lo

cual indica que la contracción encontrada fue mayor con este pigmento que con el pigmento

plata. Esto se debe a que el pigmento azul contiene en su formulación ftalocianina que puede

acelerar la cristalización del polímero ya que actúa como agente nucleante, resultando esto en una

mayor contracción en el molde. En otras palabras, se habla de una cristalización inducida por el

masterbatch que ocurre principalmente en polímeros semicristalinos. Dicha cristalización

promueve la formación de esferulitas pequeñas que causan la contracción. [33]

En el caso del largo de la base, la contracción de los envases color plata fue mayor que la de

los envases azules lo cual no se corresponde con la tendencia esperada. Este comportamiento no

permite dilucidar ninguna causa específica; sin embargo, para las dimensiones de altura y ancho

la variación no es significativa ya que cae dentro de la desviación estándar. Se requieren ajustes

en el perfil de temperaturas o tiempo de ciclo para garantizar que los efectos no sean marcados y

que el envase final color plata esté dentro de especificación en la dimensión de largo de la base.

A pesar de las diferencias entre pigmentos, las dimensiones finales se encuentran dentro de

especificación para todos los casos en el color azul. Cabe destacar que los envases de ambos

colores fueron producidos con las mismas condiciones de proceso lo que podría explicar la

diferencia encontrada, por lo que la evaluación de la condición óptima de proceso para el color

plata debe hacerse por separado.

74

3.1.8. Resultados de Evaluación de ESCR.

Para realizar este ensayo se siguió el procedimiento descrito en la sección 2.2.4.8 tanto para

los envases color plata como los de color azul. A continuación se presentan los resultados

obtenidos en cada caso evaluado.

3.1.8.1. Envases color plata.

En este caso fueron usados tres tipos diferentes de aceites lubricantes (cav. 16 y 17 con fuera

de borda, cav. 18 y 19 con multígrado y cav. 20 y 21 con transfluído). El conjunto de cavidades

16 y 19 eran surtidas por la boquilla de 0,05 mm de ovalidad; las cavidades 17 y 20 surtidas con

la boquilla de 0,20 mm de ovalidad y las cavidades 18 y 21 con la de 0,075 mm de ovalidad.

Al concluir el tiempo de envejecimiento se constató que ninguno de los envases sometidos a

esta prueba presentó cambio de color o fuga, independientemente del tipo de lubricante contenido

en su interior. No obstante, los envases que contenían el lubricante tipo fuera de borda

correspondientes a las cavidades 16 y 17, presentaron deformación en el lado visor del envase

(ver Figuras 3.13 y 3.14). Esto se atribuye a la presencia de kerosén en la formulación de este tipo

de lubricante. El kerosén es un hidrocarbono que se evapora a 60°C y los gases producidos

tienden a deformar el envase. [45] Adicionalmente, los envases de las cavidades 17 (fuera de

borda) y 20 (transfluído) presentaron un abultamiento en la zona correspondiente al cuerpo del

envase, más marcado en la cara frontal de los mismos. Aunque en cada uno de estos envases el

lubricante contenido fue diferente, ambos provienen de la misma boquilla lo cual puede ser

indicio de que el abombamiento observado sea consecuencia de una inapropiada distribución de

espesores a lo largo de estas caras. Dicha aseveración podría ser factible ya que al momento de

realizar el ensayo aún no había sido escogida la boquilla que dotara al envase de la distribución

de material más apropiada.

75

Figura 3.13. Envases de cavidades 16, 17 y 18 sometidos a ESCR, al finalizar la evaluación

Figura 3.14. Envases de cavidades 19, 20 y 21 sometidos a ESCR, al finalizar la evaluación

3.1.8.2. Envases color azul.

Para realizar este ensayo, se tomaron 3 envases por cavidad número 16 y 19, producidos con

la boquilla tipo pétalo (cada envase de la cavidad 16 con fuera de borda, multígrado y transfluído;

lo mismo para la cavidad 19). Al concluir el tiempo de envejecimiento se constató que ninguno

de los envases sometidos a esta prueba presentó cambio de color o fuga, independientemente del

tipo de lubricante contenido en su interior. Los 2 envases que contenían el aceite transfluído

presentaron abultamiento en la cara dorsal del envase, tal como se muestra en la Figura 3.15.

Aunque por razones de marca no puede conocerse la composición completa de los aditivos que

contiene cada aceite lubricante, puede inferirse que se trata en todos los casos de hidrocarbonos

(por ser derivados del petróleo).

En la bibliografía se reporta que la resistencia química del PEAD puede verse influenciada

ante la presencia de ciertos tipos de hidrocarbonos, causando abultamiento en la superficie a

temperaturas moderadas, lo cual podría explicar la tendencia encontrada. [32]

Por su parte, el envase de la cavidad 16, que contenía el lubricante tipo fuera de borda,

presentó deformación en las caras frontales y dorsales del envase caracterizado por un

hundimiento en estas zonas (ver Figura 3.16); esto se atribuye, al igual que para los envases color

plata, a la presencia de kerosén en la formulación en este tipo de lubricante. Los envases

ensayados con el lubricante multigrado presentaron abultamiento pero no tan pronunciado como

76

en el caso del lubricante transfluído. A diferencia de los envases color plata, en estos envases el

ensayo se realizó colocando un liner de prueba sobre la superficie de la boca, tratando de simular

al máximo la condición real a la que estarán sometidos una vez termine todo el proceso de

evaluación.

3.1.9. Caracterización Final de los envases.

Cada una de las modificaciones realizadas al proceso de extrusión soplado descritas

anteriormente permitió establecer mejoras concretas en el cumplimiento de la Especificación

Técnica PDVSA para los envases color plata y azul. La última evaluación fue realizada con las

cavidades 16 y 17 para los envases color plata (boquilla tipo pétalo y de 0,20 mm de ovalidad

respectivamente) y cavidades homólogas 16 y 19 (boquilla tipo pétalo) para los envases color

azul. Como la boquilla de 0,20 mm fue descartada a raíz de la evaluación realizada, en los

párrafos siguientes se resumen los resultados más importantes obtenidos tomando en cuenta la

cavidad 16 en color plata y azul (boquilla tipo pétalo).

3.1.9.1. Peso.

Se sugirió el aumento de 1 gr. en ambos colores a fin de reforzar espesores en las esquinas

inferiores lo cual puede lograrse con el ajuste de la tolerancia entre el conjunto mandril-boquilla

Figura 3.15. Abombamiento presentado en envases que contenían lubricante de tipo transfluído, al finalizar la

evaluación de ESCR.

Figura 3.16. Deformación (hundimiento evidenciado en envase de cavidad 16 que contenía lubricante

fuera de borda, al finalizar la evaluación de ESCR.

77

en el perfil de parison. En esta última prueba se constató una acumulación de material hacia el

fondo de los envases color azul que ocasionó pesos promedio fuera de especificación, los cuales

se presentan en la Tabla G.1 del apéndice G. El peso promedio resultante en el color plata se

encontró dentro de especificación siendo éste 50,3 ± 0,1 gr. La diferencia observada entre

pigmentos pudiera ser indicio de la necesidad de moldear los envases con diferentes condiciones

de proceso.

3.1.9.2. Dimensiones.

Las dimensiones de base finales de los envases son las mismas que se reflejan en la Tabla

3.12. En la Tabla 3.13 se muestran los resultados correspondientes a altura de corona, diámetro

de rosca y diámetro de rompeprecinto para ambos colores. Todas las mediciones efectuadas de

este parámetro se encuentran en la Tabla G.2 del apéndice G.

Tabla 3.13. Dimensiones de base finales para los envases color plata y azul.

Color Cavidad

H corona

(mm)

Diámetro

rosca (mm)

Diámetro

rompeprecinto

(mm)

Especificación 19,1 ± 0,2 39,4 ± 0,3 41,5 ± 0,15

Plata 16 18,6 ± 0,2 38,8 ± 0,2 41,6 ± 0,3

Azul 16 18,78 ± 0,08 38,6 ± 0,2 41,5 ± 0,3

La dimensión final reflejada en la Tabla 3.13 correspondiente a diámetro de rompeprecinto

se encuentra dentro de lo requerido por la Especificación Técnica de PDVSA para ambos colores.

Por su parte, la dimensión del diámetro de rosca se encuentra fuera de lo establecido, por lo que

se recomienda revisar las dimensiones de los postizos del cuello en las cavidades de los moldes,

para garantizar que correspondan con la reflejada en el plano del molde. Adicionalmente, la

altura de corona tampoco cumple con lo que establece la Norma PDVSA para este parámetro, sin

embargo, el acople con la tapa es el que determina la criticidad de esta variable.

78

3.1.9.3. Resistencia al impacto.

Los resultados de la evaluación de la resistencia al impacto final de los envases se encuentran

reseñados en la Tabla 3.14.

Tabla 3.14. Resistencia al impacto de envases color plata y azul.

Color Cavidad Posición

Vertical de pie Diagonal fondo Diagonal boca

Plata 16 No presentó fuga No presentó fuga Todos los envases evaluados

presentaron desprendimiento

de la tapa

Azul 16 No presentó fuga No presentó fuga No presentó fuga

Como puede observarse, los envases de ambas cavidades y colores presentaron el desempeño

esperado en las caídas vertical de pie y diagonal de fondo, obteniéndose cumplimiento de

especificación para todos los envases de color azul evaluados. Sin embargo, todos los envases

color plata de la cavidad 16 ensayados en la posición diagonal de boca aunque no fallaron por

ruptura, presentaron desprendimiento de la tapa. Esto último pudiera ser indicativo de

deformaciones en la rosca del envase o necesidad de incrementar el diámetro de rompeprecinto

para mejorar el agarre de la tapa. En la Tabla 3.13 se aprecia que para esa cavidad este parámetro

(diámetro de rosca) se encuentra fuera de especificación, lo que compromete su capacidad de

retener la tapa durante el impacto. Es prudente entonces que se realice la inspección de las

dimensiones de los postizos recomendada y realizar los correctivos pertinentes.

3.1.9.4. Resistencia a la compresión.

Ninguno de los envases color plata evaluados presentó falla al ser sometido a este ensayo. Al

contrario, aunque los envases azules producidos con la cavidad 16 no presentaron ruptura, se

obtuvo deformación en un envase en la esquina inferior de la cara frontal, lado visor. Esto

evidencia que se requiere mejorar el control de proceso a fin de reducir la variabilidad en una

misma cavidad. En la Figura 3.17 se muestra una imagen de la falla obtenida.

79

Figura 3.17.Falla encontrada en el envase de la cavidad 16 sometido a compresión.

A pesar de haber obtenido el resultado anterior con la boquilla tipo pétalo, se realizó una

evaluación de espesores inferiores posterior, ya que dicha boquilla había sido montada de forma

incorrecta. Al efectuar dicha evaluación se constató el refuerzo en la zona correspondiente a

dichas esquinas (sobrepasando el mínimo especificado para esta zona), por lo que se concluye

que este parámetro se encuentra dentro de especificación para ambos colores (ver Tabla 3.9).

3.1.9.5. Calidad de la línea de unión.

Este parámetro resultó satisfactorio tanto para el hombro como para la base en todos los

envases plata y azul evaluados. Esto quiere decir que hay una buena fusión del material de forma

que cuando se hace el contacto con el molde para el enfriamiento, las líneas de soldadura son lo

suficientemente fuertes como para no inducir falla en el hombro y la base del envase por efectos

de presiones internas en el envase o presión excesiva del probador de fuga.

3.1.9.6. Hermeticidad.

Se realizó el ensayo de hermeticidad a tres envases color azul producidos por la cavidad 19

con la boquilla tipo pétalo. En la Tabla 3.15 se observa el resultado obtenido al terminar la

evaluación. Tabla 3.15. Resultados de hermeticidad envases color azul.

Especificación 450 mm Hg (60 KPa)

Envase 1 Envase 2 Envase 3 No presentó fuga hasta alcanzar 254 mmHg (0,03 MPa), luego comenzó a

ocurrir fuga

Presentó fuga al iniciar el vacío No presentó fuga hasta alcanzar 381 mmHg (0,05 MPa), luego comenzó a

ocurrir fuga

Ninguno de los envases sometidos a evaluación de la hermeticidad cumplió con el

requerimiento, posiblemente debido a que el sello de protección colocado en la boca de los

envases al momento de hacer el ensayo fue uno de prueba que no tenía las características finales

80

requeridas para la producción de los envases. Por esta razón, se recomienda realizar una segunda

evaluación pero con el liner final que posea las características descritas en la Tabla 2.1. A pesar

de que todos los envases eran provenientes de una misma cavidad, se observa variabilidad

importante en el comportamiento encontrado.

3.1.9.7. Superficie de apoyo y sellado de los envases.

Al evaluar la superficie de apoyo de los envases producidos por la cavidad 16 color plata se

observa una huella continua en una de las zonas laterales (ver Figura 3.18 (a)). La otra zona

presenta una pequeña discontinuidad que puede deberse a que la temperatura de desmoldeo (del

fondo del envase) en esta cavidad se encontró en 45°C lo que hace que la base tienda a

deformarse. Se recomienda mejorar el control de temperatura para que pueda desmoldarse al

menos a 40°C (las huellas obtenidas al momento de la modificación del sistema desbarbador

fueron continuas a dicha temperatura). Aún es necesario controlar la deformación en la base de

los envases para obtener huellas de apoyo completamente continuas. Con respecto a los envases

azules producidos por la cavidad 16 se evidenció que las huellas de apoyo de los lados frontal y

dorsal presentan discontinuidad hacia el lado visor, tal como se ilustra en la Figura 3.18 (b).

Adicional a esto, dichos envases presentaron acumulación de material hacia el fondo que causa

una mayor deformación hacia esta zona. Se deben realizar modificaciones en el perfil de

temperatura para este color y realizar una nueva evaluación.

(a) (b)

Figura 3.18. Huellas de superficie de apoyo y sellado de envases obtenidas en la caracterización final. (a) Cavidad 16 color plata. (b) Cavidad 16 color azul.

81

En la Figura 3.18 también se observa el resultado obtenido al evaluar la superficie de sellado

de los envases. Las huellas de la superficie de sellado de la cavidad 16 (Figura 3.18 (a)) son

uniformes excepto por un pequeño segmento cerca de la línea de partición del molde, debido a

una pequeña rebaba que se presentó en esa área, lo que no garantiza una completa adhesión del

liner. En las huellas de sellado de los envases azules se evidencia deficiencia. Debe revisarse

constantemente el sistema de corte de la máquina ya que se encontró una pequeña rebaba hacia el

área del borde de la boca cercana a la línea de partición del molde que podría ser la causante de la

desmejora en esta zona. Considerando lo establecido en la especificación técnica, puede

concluirse que este parámetro no cumple para la superficie de sellado de ambas cavidades y

colores.

3.1.10. Recomendaciones de moldeo.

Como ya se comentó anteriormente, las condiciones de moldeo iniciales de la empresa no

tuvieron modificación durante la realización del proyecto. Sin embargo, hubo pequeños cambios

en el perfil de parison y en el perfil de temperatura. El perfil de parison final para los envases

color plata se muestra en la Figura 3.19. Para los envases azules permaneció igual al inicial y

puede observarse en la Figura 2.8.

Figura 3.19. Perfil de parison final para envases color plata.

El perfil de parison final obtenido para ambos colores es prácticamente el mismo debido a

que se necesita el mismo aporte de material en las zonas del envase para el cumplimiento de la

Norma de PDVSA. El ajuste de las coordenadas del eje cartesiano que se muestra en el perfil

82

también permite la producción de envases que se encuentren dentro del valor de peso acorde a la

Especificación. Las recomendaciones de moldeo finales pueden observarse en las Tablas 3.16 y

3.17.

Tabla 3.16. Perfil de temperatura para el proceso de soplado de los envases.

Zona

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

T (°C) 170 185 190 195 195 190 190 190 190 190 190 190 200 200

Tabla 3.17. Variables de proceso recomendadas para el soplado de los envases.

Variable Valor

Presión de soplado 80 psi (0,55 MPa)

Presión de cierre de molde 50 psi (0,34 MPa)

Tiempo de ciclo 23 segundos

Temperatura de desmoldeo 40°C

Temperatura del agua en los chillers 6 - 7°C

Las temperaturas reflejadas en cada zona del perfil de la máquina (Tabla 3.16), se encuentran

dentro de lo recomendado para un proceso de extrusión soplado para un PEAD. [7] Las primeras 5

zonas correspondientes al barril de la extrusora contemplan las zonas de dosificación, fusión y

plastificación del tornillo; las temperaturas van de menor a mayor debido a que la fusión del

material se da en forma progresiva desde su estado inicial en forma de gránulos. La temperatura

más alta corresponde a las zonas del acumulador de la máquina y boquillas por donde se extruye

el material debido a que debe tener la fluidez necesaria para conformar el parison y a su vez,

evitar el colapsamiento. Las zonas 13 y 14 pertenecen a la extrusora del visor del envase.

La evaluación del efecto de color (Tabla 3.12) y el resultado de la caracterización final de los

envases indica que deben tenerse condiciones de moldeo diferentes para cada color, de lo

contrario no se producen envases en ambos tonos que cumplan con la norma. Esto puede deberse

a que cada pigmento posee características diferentes que pueden provocar variaciones en el

comportamiento del polímero en estado fundido cuando es moldeado. Sin embargo, las

condiciones de proceso reflejadas en la Tabla 3.17 son las indispensables para que los envases

azules posean las características acordes a la Especificación de PDVSA, con las correcciones por

83

realizar mencionadas en secciones anteriores. El valor de presión de soplado se encuentra dentro

de lo recomendado por la bibliografía para un proceso de extrusión soplado de PEAD. [46, 14] A lo

largo de la ejecución del proyecto el factor más crítico que afectó el desempeño de los envases

fue la temperatura del agua de los chillers. Para garantizar envases producidos con las

dimensiones adecuadas, dicho factor es determinante y debe estar en el rango recomendado. [16]

De la temperatura del agua de los chillers depende la temperatura de desmoldeo de los envases.

Con respecto al tiempo de ciclo presentado, con la sopladora actual se lograría la producción

mensual de 312480 envases aproximadamente (tomando en cuenta que por cada minuto se soplan

7 envases, a una jornada de producción de 24 horas), por lo que es necesario la instalación de al

menos 3 máquinas más para lograr la producción mensual deseada de 1200000 envases.

3.2. Inyección de tapas.

El envase en evaluación es un conjunto que también incluye la tapa del mismo la cual es

moldeada por el proceso de inyección. En miras al cumplimiento de la Especificación Técnica de

Materiales de PDVSA EM 10-02/01, se efectuaron las pruebas correspondientes en los colores

plata y azul. Debido a que para los dos colores se obtuvieron dimensiones muy similares

(variaciones menores al 1%), los resultados se muestran para las tapas color plata.

3.2.1. Inyección de tapas color plata.

La inyección inicial de tapas se realizó con masterbatch color plata a una dosificación de 1%,

bajo las condiciones de proceso iniciales descritas en el procedimiento experimental.

Para evaluar el cumplimiento de la Especificación Técnica PDVSA se procedió a la

verificación de peso, dimensiones básicas, torque de aplicación e impacto en el punto de

inyección. Para ello, se realizó un muestreo aleatorio de cada cavidad y se tomaron 5 tapas por

cavidad. A continuación se presentan los resultados obtenidos para cada caso evaluado.

3.2.1.1. Peso:

En la Tabla 3.18 se muestran los resultados obtenidos luego de evaluar el peso de las tapas

por cavidad.

84

Tabla 3.18. Resultados de peso para las tapas evaluadas.

Cavidad Peso mínimo (g) Peso máximo (g) Promedio (g) St Dev

9 4,43 4,45 4,44 0,01

10 4,43 4,45 4,45 0,03

11 4,39 4,48 4,42 0,04

12 4,43 4,49 4,46 0,02

13 4,36 4,42 4,38 0,02

14 4,46 4,47 4,47 0,02

15 4,48 4,50 4,48 0,01

16 4,45 4,48 4,47 0,01

En general, se observa que independientemente de la cavidad, el peso presenta muy poca

variación y el mismo se encuentra dentro del requerimiento para este valor según la Norma de

PDVSA para una tapa sin sello de protección. Este resultado es de esperarse debido a que se trata

de un proceso de inyección el cual se caracteriza por ser bastante controlado y estable, donde no

ocurren variaciones significativas de las condiciones de proceso para la obtención de las tapas.

3.2.1.2. Dimensiones críticas:

En la Tabla 3.19 se muestran los resultados obtenidos de la medición de las dimensiones

críticas de las tapas. Tabla 3.19. Dimensiones críticas de tapas evaluadas.

Cavidad Altura (mm)

21,0 ± 0,2

Diám. Externo (mm)

43,0 ± 0,2

Diám. Int. Rosca (mm)

38,0 ± 0,2

9 20,77 ± 0,1 43,1 ± 0,2 37,84 ± 0,1

10 20,84 ± 0,1 43,2 ± 0,1 37,93 ± 0,1

11 20,77 ± 0,1 43,1 ± 0,1 37,84 ± 0,1

12 20,78 ± 0,1 43,0 ± 0,1 37,88 ± 0,1

13 20,83 ± 0,1 43,1 ± 0,1 37,98 ± 0,1

14 20,90 ± 0,1 43,0 ± 0,1 37,76 ± 0,1

15 20,78 ± 0,1 43,2 ± 0,1 37,88 ± 0,1

16 20,79 ± 0,1 43,1 ± 0,1 37,86 ± 0,1

85

Como puede observarse, en todas las dimensiones evaluadas por cavidad las tapas se

encuentran dentro de los parámetros establecidos.

3.2.1.3. Evaluación de torque de tapado:

A continuación, se muestra el resultado obtenido al evaluar el torque de tapado en los

conjuntos de tapa-envase color plata. Para la ello, se probó cada una de las cavidades de tapas por

cavidades de envase, para 2 conjuntos diferentes por cavidad de tapas. Los datos completos de

torque se encuentran en la Tabla H.1 del apéndice H.

Tabla 3.20. Resultados de la medición de torque de aplicación en tapas color plata.

Cavidades de

Envases

16 17 18 19 20 21 Torque

Promedio

(lb.pulg) Cav

Tapas

Conj Torque (24 ± 2 lb.pulg)

9 1 y 2 31 ± 1 34 ± 2 40 ± 11 26,0 ± 0,2 27 ± 12 38 ± 5 33 ± 8

10 1 y 2 32 ± 1 37 ± 1 32 ± 3 29 ± 2 27 ± 1 33 ± 2 32 ± 4

11 1 y 2 36 ± 2 40 ± 7 40,7 ± 0,1 33,1 ± 0,4 33 ± 3 30 ± 1 36 ± 5

12 1 y 2 38,7 ± 0,3 50 ± 1 36 ± 7 34 ± 2 33 ± 2 38 ± 1 38 ± 6

13 1 y 2 29 ± 2 30,4 ± 5 39 ± 1 34 ± 4 32 ± 13 35 ± 9 33 ± 6

14 1 y 2 37 ± 8 31 ± 4 26,8 ± 0,2 28 ± 1 30,1 ± 0,2 30 ± 3 30 ± 4

15 1 y 2 39 ± 6 35 ± 12 40 ± 2 32 ± 4 26 ± 3 39 ± 4 35 ± 7

16 1 y 2 32 ± 2 25,6 ± 0,1 41 ± 5 31 ± 5 25 ± 3 27 ± 5 30 ± 6

En todos los conjuntos tapa-envase evaluados se sobrepasa el límite establecido para este

parámetro (ver Tabla 3.20). Más allá de eso lo que más preocupa es la alta variabilidad que se ve

claramente entre una medida y la otra. Una de las razones de la variabilidad encontrada puede

deberse a que las mediciones fueron realizadas con un torquímetro nuevo que no había tenido

registros anteriores de medidas que apoyen la confiabilidad de los resultados obtenidos.

Adicionalmente, la fuerza de cierre fue aplicada directamente con la mano del experimentador,

esto afecta claramente ya que la fuerza ejercida en todos los casos no es necesariamente

constante. Como consecuencia, se recomendó a la empresa realizar una herramienta para efectuar

las evaluaciones posteriores de este parámetro que permita obtener resultados más reproducibles.

El cumplimiento de especificación para el torque es importante, pero más importante aún es el

86

establecimiento de un valor fijo para el proveedor que se está desarrollando, ya que la máquina

que realiza el torque de tapado en la Planta Envasadora se programa para tapar a torques

específicos; cuando se tiene alta variabilidad lo más seguro es que queden envases mal tapados

pudiendo ocurrir fuga del lubricante y más crítico aún, paradas de máquina. Los tres proveedores

de envases actuales tienen cada uno establecido su torque de tapado particular, debido a que no se

han logrado obtener igualdad de condiciones en ellos.

3.2.1.4. Ensayo de Impacto en el punto de inyección:

El resultado de este ensayo arrojó falla por ruptura en todas las tapas evaluadas al ser

sometidas a una energía de impacto de 0,5 J; es decir, al lanzar la bala de 1Kg desde una distancia

de 5cm. La especificación establece para este ensayo la caída desde 10cm de altura, por lo que las

tapas bajo las condiciones de proceso en que fueron moldeadas, no soportan ni la mitad de la

energía que deberían. Lo anterior es indicio de que posiblemente se están presentando esfuerzos

residuales a lo largo del punto de inyección de las piezas los cuales ocasionan la ruptura

catastrófica de las tapas al ser sometidas a esta prueba. Dichos esfuerzos residuales pueden ser

causados por aplicación de altos tiempos de presión sostenida, enfriamiento no uniforme en las

cavidades, contracción no uniforme en la pieza, entre otros. [21, 24, 47] Esto podría corregirse por

ejemplo, disminuyendo el valor de la presión de inyección, mejorando la condición de

enfriamiento del molde, disminuyendo el tiempo de presión sostenida, entre otros.

3.2.1.5. Evaluación del acople entre conjunto tapa-envase:

Se evidenció que al colocar la tapa de forma manual en los envases se logra un buen acople,

sin deformación del precinto, y al remover la tapa se logra retención completa de éste, tal como

se muestra en la Figura 3.20.

Figura 3.20. Acople entre conjunto envase-tapa

87

Como ya se mencionó anteriormente en el soplado de los envases, la empresa en evaluación

instaló una bomba que asegura un mayor caudal de agua para el enfriamiento, también para la

inyectora. Debido a esta nueva condición, se procedió a realizar nuevamente la evaluación

anterior en miras de verificar el efecto que trae este cambio al proceso de inyección en las

características finales del producto, especialmente en el resultado del ensayo de impacto en el

punto de inyección.

3.2.2. Inyección de tapas plata bajo nueva condición de enfriamiento.

El tiempo de ciclo fue de 18,4 segundos y el perfil de temperaturas se estableció en 200°C

para las 10 zonas de calentamiento de los canales. Con respecto al barril de inyección, el perfil de

temperatura para las 5 zonas fue el siguiente: 197°C, 192°C, 187°C, 183°C, 170°C. La

temperatura del chiller se encontró en 14°C y las temperaturas de desmoldeo entre 42-48°C. A

continuación se presentan los resultados obtenidos luego de la evaluación correspondiente.

3.2.2.1. Peso:

En la Tabla 3.21 se muestran los resultados obtenidos luego de evaluar el peso de las tapas

por cavidad. En el apéndice H, Tabla H.2, se anexan los valores que se obtuvieron de peso para

las tapas azules.

Tabla 3.21. Resultados de peso para las tapas evaluadas

Cav Peso mínimo

(g)

Peso máximo

(g) Promedio St Dev

9 4,47 4,49 4,48 0,01

10 4,46 4,49 4,48 0,02

11 4,42 4,44 4,43 0,02

12 4,45 4,49 4,47 0,02

13 4,43 4,44 4,43 0,01

14 4,53 4,57 4,54 0,02

15 4,54 4,59 4,56 0,02

16 4,50 4,52 4,51 0,01

88

En la Tabla 3.21 puede observarse que, al igual que en el caso evaluado anteriormente, el

peso tiene poca variación y se encuentra dentro del requerimiento para este valor según la

especificación de PDVSA para una tapa sin sello de protección de contenido. La nueva condición

de enfriamiento no modifica la tendencia encontrada para este valor. Sin embargo, existe un

aumento en el peso promedio obtenido después de la instalación de la bomba. Este

comportamiento podría tener su origen en el tiempo de aplicación de la presión sostenida. En un

proceso de inyección, una vez que se inyecta el material debe mantenerse por un cierto tiempo

dicha presión, la cual es retirada una vez que se solidifica la entrada a la cavidad. [21, 27] Para las

tapas en estudio, la presión sostenida se mantiene aplicada por un segundo. Sin realizar

modificación de este tiempo y moldeando con temperaturas más altas, la presión sostenida puede

estar siendo retirada antes de la solidificación de la entrada a la cavidad ocasionando que parte de

material retorne al barril. El aumento de temperatura evidenciado en las zonas del barril al

momento de la inyección confirma esta tendencia. Con la nueva condición de enfriamiento la

temperatura del molde es menor, con lo que el tiempo aplicado de la presión sostenida

posiblemente es suficiente para lograr la solidificación de la entrada a la cavidad y cause la

inclusión de la carga completa del material en todas las cavidades.

3.2.2.2. Dimensiones críticas:

En la Tabla 3.22 se muestran los resultados obtenidos de la medición de las dimensiones

críticas de las tapas inyectadas. La Tabla H.3 del apéndice H, presenta los valores que se

obtuvieron en dimensiones para las tapas azules. Tabla 3.22. Dimensiones críticas de tapas evaluadas

Cav. Altura (mm)

21,0 ± 0,2

Diám. Externo (mm)

43,0 ± 0,2


38,0 ± 0,2

9 20,91 ± 0,02 43,04 ± 0,07 37,95 ± 0,02

10 21,1 ± 0,2 43,18 ± 0,08 38,03 ± 0,05

11 20,84 ± 0,01 43,1 ± 0,2 37,86 ± 0,05

12 20,90 ± 0,03 43,18 ± 0,06 37,92 ± 0,03

13 20,88 ± 0,03 43,03 ± 0,07 38,04 ± 0,03

14 21,00 ± 0,03 43,1 ± 0,1 37,92 ± 0,04

15 20,88 ± 0,02 43,24 ± 0,04 37,90 ± 0,06

16 20,89 ± 0,01 43,16 ± 0,07 37,93 ± 0,01

89

En la Tabla 3.22 se refleja que todas las dimensiones evaluadas por cavidad se encuentran

dentro de los parámetros establecidos. A pesar de que todas las dimensiones cumplen con lo

requerido, al comparar la Tabla 3.22 con la Tabla 3.18 se observa que las dimensiones finales con

la nueva temperatura del molde aunque presentan poca variación, son mayores a las obtenidas

antes de la instalación de la bomba. Lo anterior es indicio de que la contracción en la pieza fue

menor a una mayor velocidad de enfriamiento, lo cual concuerda con lo reportado en la

bibliografía para efectos de contracción a altas velocidades de enfriamiento. [34]

3.2.2.3. Ensayo de Impacto en el punto de inyección:

Se realizó una nueva evaluación del ensayo de impacto en el punto de inyección para las

tapas color plata producidas con la nueva condición de enfriamiento, tal como se estipuló en la

sección 2.2.2.9 del procedimiento experimental, tomando 5 tapas por cavidad muestreadas de

forma aleatoria. En este caso, todas las tapas evaluadas presentaron ruptura; sin embargo, esta vez

soportaron la energía equivalente a realizar el ensayo a una distancia de 5cm (energía de impacto

menor), con lo que se infiere que la nueva condición de enfriamiento presentada mejora el

comportamiento ante este ensayo. Aún así, las tapas siguen incumpliendo el requerimiento. En la

caracterización final de las tapas se evaluará el efecto que tiene la disminución de la presión de

inyección ante este ensayo. En la Figura 3.21 se muestra una imagen de la ruptura de las tapas

que se evidenció al realizar el ensayo.

Figura 3.21. Falla en tapa color plata sometida al ensayo de impacto en el punto de inyección.

Debido al resultado obtenido, se recomienda que la temperatura del chiller sea lo

suficientemente baja (entre 6°C y 7°C) y se mantenga constante para dotar de un buen

enfriamiento al molde de inyección, ya que dicha temperatura influencia en gran manera el flujo

90

de material hacia las cavidades del molde y la cantidad de esfuerzos residuales que se generan en

la pieza moldeada. [48]

Adicionalmente, se realizó este ensayo en tapas azules y plata de 2 de los proveedores

actuales y no se presentó falla en ninguno de los casos incluso sometiendo a las tapas a una

energía de impacto mayor, por lo tanto, deben realizarse los ajustes correspondientes para lograr

la condición esperada para las tapas de ambos colores en la empresa sometida a evaluación.

3.2.2.4. Evaluación de torque de tapado:

Se evaluó el torque de tapado bajo la condición que se encuentra en evaluación, probando en

este caso todas las cavidades de tapas con la cavidad 19 de los envases azules (boquilla tipo

pétalo) porque eran los que estaban producidos para el momento. En la Tabla 3.23 se presenta el

resultado obtenido.

Tabla 3.23. Resultados de la medición de torque de aplicación en tapas color plata. Cavidad de

Envases 19 Torque

Promedio

(lb.pulg) Cav

Tapas Conj Torque (24 ± 2 lb.pulg)

9 1 y 2 20,7 31,9 22,1 27,2 34,4 27 ± 6

10 1 y 2 32,8 30,5 29,7 29,2 28,0 30 ± 2

11 1 y 2 37,4 31,0 29,1 28,5 28,4 31 ± 4

12 1 y 2 25,9 31,1 25,9 30,6 30,8 29 ± 3

13 1 y 2 47,2 18,2 20,7 20,1 22,6 26 ± 12

14 1 y 2 29,6 28,4 30,2 31,0 29,9 30 ± 1

15 1 y 2 27,9 28,8 29,4 26,0 32,3 29 ± 2

16 1 y 2 22,7 23,6 24,4 24,3 25,1 24 ± 1

La nueva evaluación de torque de tapado efectuada presentó una mejora notable con respecto

a la medida inicial reportada en la Tabla 3.20. Gran parte del avance evidenciado se debe a la

incorporación de la herramienta de medición de torque mandada a confeccionar. Con este

dispositivo se tienen fuerzas de aplicación relativamente constantes que permiten obtener

resultados más confiables y reproducibles. Sin embargo, se observa que sigue existiendo

variabilidad en esta medida. Se verificó que la realización de la prueba con el liner incluido en la

91

tapa (condición real), ocasiona disminución en el valor de torque reportado, oscilando entre 20 y

25 lb.pulg. Es recomendable realizar la matriz completa de evaluación de este parámetro

(conjunto de cavidades de envases con conjunto de tapas), identificando las cavidades de tapa

antes de troquelar el liner sobre éstas, para obtener la tendencia final de torque y programarlo en

la máquina tapadora de la Planta Envasadora.

3.2.3. Caracterización final de las tapas.

Durante toda la evaluación realizada se constató que en todos los casos, tanto el peso como

las dimensiones básicas de las tapas cumplieron con el requerimiento de la Norma PDVSA para

ambos colores. Sin embargo, se realizó una última inyección de tapas color plata con los chillers

a una temperatura de 6°C, y presión de inyección de 35 MPa para verificar la resistencia al

impacto de las mismas con esta condición. Al finalizar la evaluación, ninguna de las tapas

sometidas al ensayo presentó falla, lográndose la condición deseada para este ensayo. Se puede

concluir entonces que el problema principal de la empresa en desarrollo se debe a enfriamiento

no adecuado de las piezas, en combinación con la presencia de una alta presión para la inyección

de las tapas. Se sugiere la instalación de un nuevo chiller que surta sólo a las máquinas que

contienen los moldes PDV, para mantener el líquido refrigerante a la temperatura apropiada, lo

que se traduce en piezas producidas con las características deseadas por parte del cliente.

Adicional a la evaluación realizada, se evidenció que al colocar la tapa de forma manual en

los envases de las cavidades 16 y 19 se logra un buen acople, sin deformación del precinto y al

remover la tapa se logra retención completa de éste (en la mayoría de los casos), tal como se

muestra en la Figura 3.22.

Figura 3.22. Acople entre conjunto envase-tapa para los colores y cavidades sometidas a evaluación

92

3.2.4. Recomendaciones de moldeo.

Las variables de proceso iniciales de la máquina inyectora presentaron variación

correspondiente a la presión de inyección y la temperatura del agua en los chillers. En la Tablas

3.24 y 3.25 se presentan las recomendaciones de moldeo finales para la inyección de tapas PDV.

Tabla 3.24. Perfil de temperatura final para la inyección de tapas.

Zona

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

T a salida de las boquillas (°C) 205 205 205 205 205 205 205 205 205 205

T en el barril (°C) 185 180 175 175 175 N/A N/A N/A N/A N/A

Tabla 3.25. Parámetros de proceso para la inyección de tapas. Variable Valor

Presión de cierre del molde 25 MPa

Presión de inyección 35 MPa

Tiempo de presión sostenida 1 s

Tiempo de inyección 1 s

Tiempo de enfriamiento 8 s

Tiempo de protección del molde 5 s

Tiempo de ciclo 18 s

Temperatura del agua en los chillers 6 - 7°C

El perfil de temperatura del barril de inyección reportado en la Tabla 3.24 corresponde a las

5 secciones que lo conforman. La zona 1 es la más cercana a la cámara de inyección, por lo que

posee la temperatura más alta. La distribución del resto de las temperaturas va de la más baja a la

más alta ya que la fusión del polímero debe darse de forma paulatina para evitar la presencia de

infundidos o posible degradación térmica del material por un aumento brusco de la temperatura

desde que es alimentado hasta la zona de inyección. [26] Debido a que se trata de un proceso de

inyección con coladas calientes, debe asegurarse una temperatura lo suficientemente alta a la

salida de las boquillas, ya que en este tipo de canales el material debe permanecer fundido a

medida que se efectúa cada ciclo de inyección.

La presión de inyección reportada en la Tabla 3.25 no se corresponde con lo reportado en la

bibliografía para el moldeo por inyección de PEAD, donde se sugieren valores de presión que

93

oscilan entre 120 y 150 MPa. [46] Sin embargo, para el caso en evaluación ésta fue la presión que

resultó adecuada para el cumplimiento de la Especificación Técnica PDVSA. En la mayoría de

los casos, las recomendaciones presentadas en la bibliografía para el moldeo con un determinado

polímero son muy generales y debe tenerse en cuenta que se trabaja con un tipo de resina

específico (en este caso PEAD 2710), que tiene condiciones de proceso más específicas que

varían dependiendo de la densidad, índice de fluidez, tipo de molde usado para el moldeo, entre

otros. La disminución de la presión de inyección de 55 MPa a 35 MPa, en combinación con la

temperatura del chiller que se propone contribuyó a que el desempeño de las tapas sometidas al

ensayo de impacto en el punto de inyección fuese el requerido. Con la temperatura del chiller en

6°C deberían obtenerse temperaturas de desmoldeo alrededor de los 34°C. El tiempo de

enfriamiento y de ciclo se mantuvo igual; se muestra un tiempo de protección del molde igual a 5

segundos, que se define como el tiempo que se fija y en el cual debe transcurrir la fase de

seguridad de cierre. [22]

94

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES.

Al evaluar las diferentes ovalidades de boquillas se constató que el cambio en la ovalidad

del radio no generó variaciones importantes en las dimensiones finales de los envases

producidos.

El uso de una boquilla tipo pétalo en el proceso de extrusión soplado, dota al envase de la

mejor distribución de espesores de acuerdo a lo establecido en la Norma de PDVSA,

reforzando las esquinas inferiores del envase.

En los envases elaborados tanto en resina virgen como en los colores azul y plata, se logra

la estabilización de las dimensiones de alto, largo y ancho de la base al transcurrir 72

horas de haber sido producidos.

La resistencia a la compresión se ve altamente influenciada por el cumplimiento de los

espesores mínimos en las esquinas inferiores de los envases.

La instalación de la bomba provee de una mejora en el cumplimiento de la Norma

PDVSA de los envases color plata con respecto al ancho de la base, que representa la

dimensión más crítica en la planta envasadora. La presencia ftalocianina en el pigmento azul induce a mayores contracciones en los

envases en las dimensiones de altura y ancho de la base. El establecimiento de un adecuado perfil de parison para el soplado de los envases

permite la obtención de contenedores que cumplan con el requerimiento de peso.

Deben hacerse evaluaciones de las condiciones óptimas de proceso para ambos colores

por separado.

La presencia de kerosén en el lubricante fuera de borda induce deformación en los

envases al ser sometidos a ESCR.

Para obtenerse huellas apoyo y sellado continuas en los envases, la temperatura de

desmoldeo debe ser aproximadamente 40°C.

Con el tiempo de ciclo actual se estima que sea necesaria la incorporación de 3 máquinas

extrusoras-sopladoras para lograr la producción deseada de 1200000 envases mensuales.

La falla obtenida en el ensayo de impacto en el punto de inyección puede deberse a la

presencia de esfuerzos residuales alrededor de este punto causados por factores como:

95

aplicación de altos tiempos de presión sostenida, alta presión de inyección, diferencias de

enfriamiento en las cavidades, contracción no uniforme en la pieza, entre otros.

La disminución de la presión de inyección a 35 MPa en combinación con el

establecimiento de la temperatura del chiller en 6°C, ocasionó un desempeño al impacto

de las tapas acorde a lo establecido en la Especificación Técnica de Materiales de PDVSA

EM-10-02/01.

RECOMENDACIONES.

Para la verificación del cumplimiento de especificación en el peso de las tapas se requiere

la incorporación del liner adecuado en pruebas posteriores.

Es importante para futuras pruebas determinar la pérdida de resistencia al apilamiento una

vez concluido el ensayo de ESCR a fin de determinar si la funcionalidad del envase se ve

comprometida y en tal sentido aplicar los correctivos necesarios.

Para efectos de la validación de las cavidades del molde de envases y tapas se recomienda

realizar la prueba funcional en la Planta Envasadora ubicada en la Refinería de Cardón, ya

que por falta de insumos en el proveedor en desarrollo no pudo llevarse a cabo.

Se recomienda colocar un rotámetro en la salida de agua de la inyectora para graduar la

cantidad de agua que dota de enfriamiento al molde de inyección.

Para el cumplimiento de la dimensión del diámetro de la rosca, se recomienda revisar las

dimensiones de los postizos del cuello del molde.

Una vez adquirido y troquelado el sello de protección a las tapas, se recomienda evaluar

su calidad introduciendo el conjunto tapa-liner en un sistema giratorio por 20 minutos.

Esto no pudo realizarse por falta del insumo en el proveedor en desarrollo.

Se recomienda realizar una segunda evaluación de la prueba de hermeticidad con el liner

adecuado y envases color plata.

96

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Manual de la Organización de Intevep, pp. 44.

[2] Lee, C. N., “Understanding blow molding”, Hanser Gardner Publications, USA, pp. 21-25 (2007).

[3] Throne, J. L., “Plastics Process Engineering”, Marcel Dekker Inc, USA, pp. 669-696 (1979).

[4] Lee, C. N., “Practical Guide to Blow Moulding”, Rapra Technology Limited, UK, pp. 1, 2, 8, 81, 86, 94, 95, 97, 110, 141. (2006).

[5] Rosato V. D., “Extruding Plastics. Practical processing handbook”, Kluwer Academic Publishers, USA, pp. 552 (2001).

[6] Kutz, M., “Applied Plastics Engineering Handbook”, Plastic design library, USA, pp. 274, 275.

[7] Rosato, V. D., Rosato, V. A., DiMattia, P. D., “Blow molding handbook”, Hanser, USA, pp. 78, 79, 81, 82, 112, 172, 444 (2004).

[8] Delgado, A. R., “Libro Extrusión de Plásticos Teoría y Equipos PARTE 1”, BLUME EDICIONES, Madrid, pp 19, (1977).

[9] Schwartz, S. S., Goodman, S. H., “Plastics Materials and Processes”, Van Nostrand Reinhold Company Inc, USA, pp. 550-630 (1982).

[10] Birley, A., Haworth, B., Batchelor, J., “Physics of Plastics. Processing, properties and materials engineering”, Hanser, Canadá, pp. 202-218 (1992).

[11] Rosato, D., Rosato, D. & Rosato, M., “Plastic Products Materials & Process Selection Handbook”, Elsevier, Ukrania, pp. 291, 293 (2004).

[12] Milby, R. V., “Plastics Technology”, Mc Graw-Hill, USA, pp. 415-427 (1973).

[13] Harper, A. C., “Handbook of plastic processes”, John Wiley & sons, Inc, New Jersey, pp. 1, 2, 22, 23, 309, 341, 353 (2006).

[14] Rosato, V. D., “Plastic Processing Data Handbook”, Chapman & Hall, USA, pp. 123, 332, 338, 344 (1997).

[15] Rosato, V. D., Rosato V. D, et al, “Plastics Engineering, Manufacturing & Data Handbook”, Kluwer Academic Publishers, USA, pp 403, 408 (2001).

[16] Thielen, M., “Extrusion Blow Molding”, Hanser, USA, pp. 48, 63, 64 (2008).

[17] Fisher, E. G., “Extrusion of Plastics”, 3era Edición, John Wiley & Sons, Inglaterra, pp. 301-313 (1976).

[18] Muccio, A. E., “Plastics processing technology”, ASM International, USA, pp 116, 118-119 (1994).

[19] Hang. C., “Rheology And Processing Of Polymeric Materials Volume 2: Polymer Processing”, Oxford University Press, Inc, pp 351-359 (2007).

[20] Pötsch, G., Michaeli, W., “Injection molding: an introduction”, Hanser Gardner Publications, USA, pp 1, 2, 6, 7 (2008).

97

[21] Kamal, R. M., “Injection Molding: Technology and Fundamentals”, Hanser Publications, USA, pp. 7, 60-63, 273, 439 (2009).

[22] Johannaber, F., “Injection molding machines: a user's guide”, Hanser Gardner Pubications, USA, pp. 9, 178 (2008).

[23] Rosato, V. D., Rosato, V. D., “Injection Molding Handbook”, Kluwer Academic Publishers, USA, pp. 1, 2 (2000).

[24] Subramanian, M. N., “The basics of Troubleshooting in Plastics Processing. An Introductory practical guie”, Scrivener Publishing LLC, USA, pp 64, 68, 78, 136, 137 (2011).

[25] Menges, G., Michaeli, W., Mohren, P., “How to make injection molds”, Hanser Gardner Publications, USA, pp 144, (2001).

[26] Osswald, A. T., Turng, L., Gramann J. P., “Injection molding handbook”, Hanser Gardner Publications, USA, pp 13, 65 (2008).

[27] Yustos, D., H., Aplicación de nuevas tecnologías en la realización de herramientas para moldes de inyección de termoplásticos. Disponible en Internet: http://oa.upm.es/1877/1/HECTOR_LORENZO_YUSTOS.pdf, consultada el 22 de Febrero de 2012.

[28] Gogos, G., Tadmor, Z., “Principles Of Polymer Processing”, Second Edition, John Wiley & Sons, Inc, pp. 753-766 (2006).

[29] Wilkinson, A., Ryan, A., “Polymer Processing And Structure Development”, Springer, pp. 493-497 (1998).

[30]Vincent, V. M., Álvarez, B. S., Zaragozá. C. J., “Ciencia y Tecnología de Polímeros”, Editorial Universidad Politécnica de Valencia, España, pp 85. Departamento de Ingeniería Química y Nuclear.

[31] Rubin, I. I., “Injection Molding. Theory and Practice”, John Wiley & Sons, USA, pp. 431-455 (1972).

[32] Vasile, C., Pascu, L., “Practical guie to Polyethylene”, Rapra Technology Llimited, UK, pp. 1, 16 (2005).

[33] Suzuki, S., Mizuguchi, J., “Pigment-induced Crystallization in Colored Plastics Based on Partially Crystaline Polymers”, Dyes and Pigments, 61, 69-77 (2004).

[34] Fischer, M. J., “Handbook of molded part shrinkage and warpage”, Plastics Design Library, USA, pp 27, 97 (2003).

[35] Carcaga, A. J., “Manejo y Reciclaje de los residuos de envases y embalajes”, Editorial SEDESOL, México, pp. 10, (1993).

[36] Especificación Técnica de PDVSA, “Envases plásticos para lubricantes, botella de 290 cm3, 946 cm3, galón de 3,785 l y paila de 19 l”, número EM-10-02/01, pp. 26-36 (2005).

[37] Cervera, L., A., “Envase y embalaje: (la venta silenciosa)”, ESIC Editorial, Madrid, pp, 36 (2003).

[38] Yam, L., K., “Encyclopedia of Packaging Technology”, John Wiley & Sons Publications, USA, pp. 1090, 1094 (2009).

98

[39] López, S., “Implantación de un sistema de calidad: los diferentes sistemas de calidad existentes en la Organización”, Primera Edición, Ideaspropias Editorial, España, pp. 12 (2006).

[40] Norma ISO 9001.

[41] Hoja Técnica de la Resina PEAD 6200B fabricada por Poliolefinas Internacionales C.A. (Polinter), disponible en Internet: http://www.polinter.com.ve/productos/productos/3200b.php, consultada el 15 de Septiembre de 2011.

[42] Hoja Técnica de la Resina PEAD 2710 fabricada por Poliolefinas Internacionales C.A. (Polinter), disponible en Internet: http://www.polinter.com.ve/productos/productos/hojatecnica/Inyeccion/venelene2710.pdf, consultada el 15 de Septiembre de 2011.

[43] Especificación Técnica para Masterbatch de M y M plásticos C.A. suministrada por PDVSA Intevep.

[44] Especificación Técnica de liner de Tepsa suministrada por PDVSA Intevep.

[45] Speight, J., “Handbook of Industrial Hydrocarbon processes”, Gulf Professional Publishing, UK, pp 109 (2011).

[46] Rao, S. N., O'Brien, T. K., “Design data for plastics engineers”, Hanser Gardner Publications, Inc, USA, pp 161, 171 (1998).

[47] Malloy, A. R., “Plastic part design for injection molding: an introduction”, Hanser Gardner Publications, Inc, USA, pp 63 (1994).

[48] Greener, J., Wimberger-Friedl, R., “Precision injection molding: process, materials, and applications”, Hanser Gardner Publications, Inc, USA, pp. 311 (2006).

99

APÉNDICE

APÉNDICE A: Soplado de envases con resina virgen, cavidades 19, 20 y 21.

Tabla A.1. Medidas de peso realizadas a los envases.

Cavidad Muestra 19 20 21

Peso ± 0,01 (g)

Especificación 50 ± 2

1 49,73 50,03 50,24

2 50,79 50,09 50,62

3 50,66 50,02 49,71

4 49,49 49,29 48,56

5 49,70 49,33 49,88

Promedio 50,1 49,8 49,8

Desv. Estándar 0,6 0,4 0,8

Tabla A.2. Conjunto de dimensiones de base medidas en los envases.

Alt. (mm) Largo (mm) Ancho (mm) H cuerpo (mm) H corona (mm) diám. rosca (mm) diám. precinto (mm)

Especificación C 223,6 ± 2,2 108 ± 1,1 59,5 ± 0,6 204,5 19,1 ± 0,2 39,4 ± 0,3 41,5 ± 0,15

19

223,81 106,15 61,40 204,91 18,90 39,15 41,60 223,75 106,15 61,55 204,84 18,91 39,10 41,75 223,80 106,20 61,65 205,00 18,80 39,00 41,70 223,96 106,40 61,35 205,13 18,83 38,85 41,75 223,83 106,30 60,95 205,10 18,74 38,90 41,70

P 223,83 106,2 61,4 205,0 18,83 39,0 41,70 D 0,08 0,1 0,3 0,1 0,07 0,1 0,06

20

223,70 106,15 60,60 204,96 18,74 38,40 41,55 223,79 106,20 60,70 204,81 18,99 38,60 41,45 223,78 106,40 60,35 204,77 19,01 38,65 41,55 223,74 106,20 61,10 205,03 18,71 38,55 41,50 223,67 106,45 60,55 204,98 18,69 38,40 41,40

P 223,73 106,3 60,7 204,9 18,8 38,5 41,49 D 0,05 0,1 0,3 0,1 0,2 0,1 0,07

21

224,22 106,50 60,95 204,84 19,38 38,50 41,25 224,55 106,20 59,85 205,12 19,43 38,40 41,30 224,33 106,10 60,4 204,97 19,37 38,30 41,20 224,14 106,35 60,8 204,99 19,15 38,40 41,15 224,05 106,30 60 204,77 19,28 38,30 41,45

P 224,3 106,3 60,4 204,9 19,3 38,38 41,3 D 0,2 0,2 0,5 0,1 0,1 0,08 0,1

100

Tabla A.3. Datos de Estabilidad Dimensional en resina virgen, cavidades 19, 20 y 21. Hora 0 24 48 72

Largo (mm)

Ancho (mm)

Alt. (mm)

Largo (mm)

Ancho (mm)

Largo (mm)

Ancho (mm)

Largo (mm)

Ancho (mm)

Alt. (mm)

Cav/Esp

# 108 ± 1,1 59,5 ± 0,6 223,6 ±

2,2 108 ± 1,1 59,5 ± 0,6 108 ± 1,1 59,5 ± 0,6 108 ± 1,1 59,5 ± 0,6 223,6 ± 2,2

19

1 107,65 59,40 223,67 106,20 60,70 106,60 60,75 106,60 61,10 223,81 2 106,70 61,50 223,48 106,65 61,60 106,70 62,00 106,35 61,35 223,75 3 107,00 61,10 223,76 106,45 61,40 106,90 61,70 106,60 61,55 223,80 P 107,1 61 223,6 106,4 61,2 106,7 61,5 106,5 61,3 223,78 D 0,5 1 0,1 0,2 0,5 0,2 0,7 0,1 0,2 0,03

20

1 107,00 59,95 223,62 106,10 61,15 106,65 60,50 106,00 60,10 223,70 2 107,10 59,85 223,55 106,50 61,20 106,30 60,50 106,40 60,60 223,79 3 106,20 59,20 223,74 106,55 60,25 106,70 60,80 106,70 60,60 223,78 P 106,8 59,7 223,6 106,4 60,9 106,6 60,6 106,4 60,4 223,8 D 0,5 0,4 0,1 0,2 0,5 0,2 0,2 0,4 0,3 0,1

21

1 107,20 58,60 224,25 107,10 60,55 106,55 60,60 106,50 60,30 224,22 2 106,65 58,60 224,63 106,80 59,75 106,90 58,75 106,40 59,50 224,55 3 108,40 59,70 224,21 106,70 60,45 106,55 59,70 106,85 59,80 224,33 P 107,4 59,0 224,4 106,9 60,3 106,7 59,7 106,6 59,9 224,4 D 0,9 0,6 0,2 0,2 0,4 0,2 0,9 0,2 0,4 0,2

Figura A.1. Estudio de Estabilidad Dimensional en cavidades 19, 20 y 21 (Altura total), resina sin pigmento.

101

Tabla A.4. Promedios de altura total (Estabilidad Dimensional) en resina virgen, cavidades 19, 20 y 21.

Cavidad t (h) Altura (mm) Desv. Est. 19 0 223,6 0,1

72 223,78 0,03 20 0 223,6 0,1

72 223,8 0,1 21 0 224,4 0,2

72 224,4 0,2

Tabla A.5. Promedios de ancho de la base (Estabilidad Dimensional) en resina virgen, cavidades 19, 20 y 21.

Cavidad t (h) Ancho (mm) Desv. Est.

19

0 61 1

24 61,2 0,5

48 61,5 0,7

72 61,3 0,2

20

0 59,7 0,4

24 60,9 0,5

48 60,6 0,2

72 60,4 0,3

21

0 59 0,6

24 60,3 0,4

48 59,7 0,9

72 59,9 0,4

Tabla A.6. Promedios de largo de la base (Estabilidad Dimensional) en resina virgen, cavidades 19, 20 y 21.

Cavidad t (h) Largo (mm) Desv. Est.

19

0 107,1 0,5

24 106,4 0,2

48 106,7 0,2

72 106,5 0,1

20

0 106,8 0,5

24 106,4 0,2

48 106,6 0,2

72 106,4 0,4

21

0 107,4 0,9

24 106,9 0,2

48 106,7 0,2

72 106,6 0,2

102

Tabla A.7. Medidas completas de espesores de esquinas inferiores en resina virgen, cavidades 19, 20 y 21.

Esquinas Inferiores

Especificación: mín 0,30 ± 0,01 (mm)

Cav Muestra Lado Visor Lado Op. Visor

19

1 0,39 0,37 0,33 0,43

2 0,37 0,38 0,34 0,37

3 0,35 0,35 0,31 0,37

4 0,33 0,37 0,34 0,37

5 0,39 0,34 0,29 0,34

Promedio 0,37 0,36 0,32 0,38

Desv. Est. 0,03 0,02 0,02 0,03

20

1 0,48 0,28 0,26 0,44

2 0,45 0,26 0,22 0,41

3 0,48 0,29 0,28 0,36

4 0,44 0,25 0,21 0,37

5 0,44 0,23 0,22 0,37

Promedio 0,458 0,262 0,238 0,39

Desv. Est. 0,02 0,02 0,03 0,03

21

1 0,24 0,44 0,38 0,31

2 0,28 0,52 0,39 0,22

3 0,29 0,46 0,40 0,27

4 0,24 0,41 0,32 0,14

5 0,21 0,41 0,36 0,21

Promedio 0,252 0,448 0,37 0,23

Desv. Est. 0,03 0,05 0,03 0,06

103

Tabla A.8. Medidas completas de espesores en corte A-A y B-B en resina virgen, cavidades 19, 20 y 21.

Tabla A.9. Perfil de espesores en resina virgen, cavidades 19, 20 y 21.

Cavidad Muestra

B

C

D E

(±0,01 mm) Frente Dorso Frente Dorso Frente Dorso Frente Dorso

19

1 0,62 0,61 0,91 0,88 1,14 1,07 0,82 0,84 2 0,64 0,60 0,93 0,88 1,16 1,12 0,83 0,79 3 0,54 0,51 0,8 0,73 1,00 0,94 0,7,0 0,65

Promedio 0,60 0,57 0,88 0,83 1,10 1,04 0,78 0,76

Desv. Est. 0,05 0,06 0,07 0,09 0,09 0,09 0,07 0,10

20

1 0,44 0,72 0,69 0,69 0,82 0,74 0,78 0,48 2 0,41 0,70 0,67 0,67 0,76 0,72 0,76 0,46 3 0,48 0,76 0,76 0,76 0,87 0,82 0,79 0,51

Promedio 0,44 0,73 0,71 0,71 0,82 0,76 0,78 0,48

Desv. Est. 0,04 0,03 0,05 0,05 0,06 0,05 0,02 0,03

21

1 0,80 0,45 0,70 0,69 0,74 0,84 0,45 0,89 2 0,79 0,44 0,70 0,71 0,73 0,80 0,47 0,89 3 0,81 0,47 0,68 0,69 0,75 0,82 0,49 0,90

Promedio 0,80 0,45 0,69 0,70 0,74 0,82 0,47 0,89

Desv. Est. 0,01 0,02 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,01

Corte A-A Corte B-B

Esquinas Centro lados Centro caras Centro

Espec. Mín 0,45 mm ± 0,01 (mm) 0,70 mm ± 0,01 (mm) 0,50 ± 0,01 (mm) 0,60 ± 0,01 (mm) C M Lado Visor Lado Op. Visor Lado

Visor Lado Op.

Visor Frontal Dorsal Lado

Visor Cara

dorsal

19

1 0,54 0,49 0,67 0,97 0,74 0,97 1,43 1,38 0,71 0,48 2 0,5 0,51 0,66 0,78 0,77 1,02 1,43 1,4 0,74 0,49 3 0,41 0,42 0,54 0,62 0,68 0,82 1,25 1,19 0,70 0,51 4 0,43 0,43 0,53 0,53 0,69 0,9 1,26 1,21 0,72 0,51 5 0,42 0,43 0,53 0,67 0,69 0,8 1,23 1,11 0,71 0,54

Prom 0,46 0,46 0,59 0,7 0,71 0,90 1,32 1,26 0,72 0,51

Desv. 0,06 0,04 0,07 0,2 0,04 0,09 0,10 0,13 0,02 0,02

20

1 0,66 0,31 0,39 0,39 0,41 1,11 1,15 1,03 0,99 0,73 2 0,62 0,28 0,38 0,91 0,84 1,10 1,12 0,97 0,91 0,74 3 0,68 0,35 0,46 0,82 1,01 1,16 1,22 1,12 0,99 0,72 4 0,69 0,31 0,42 0,79 0,84 1,07 1,12 0,93 0,9 0,71 5 0,6 0,28 0,4 0,98 0,85 1,08 1,12 0,86 0,9 0,71

Prom 0,65 0,31 0,41 0,8 0,8 1,10 1,14 0,1 0,94 0,72

Desv. 0,04 0,03 0,03 0,2 0,2 0,04 0,04 0,1 0,05 0,01

21

1 0,40 0,71 0,86 0,86 1,03 1,09 1,05 1,03 1,08 0,90 2 0,37 0,73 0,84 0,33 1,01 1,06 1,03 1,00 1,05 0,44 3 0,43 0,71 0,84 0,37 1,01 1,10 1,03 1,03 1,02 0,45 4 0,31 0,65 0,74 0,75 0,98 0,97 1 0,91 0,98 0,37 5 0,36 0,71 0,83 0,34 0,97 1,06 1,02 0,99 0,99 0,41

Prom 0,38 0,70 0,82 0,53 1,00 1,06 1,03 0,99 1,02 0,5

Desv. 0,05 0,03 0,05 0,25 0,02 0,05 0,02 0,05 0,04 0,2

104

Tabla A.10. Capacidad total de envases resina virgen, cavidades 19, 20 y 21.

Cav.

Muestra

Masa con agua

1060 ± 0,1 (g)

19

1 1091,0

2 1092,5

3 1095,5

Promedio

1093

Desv. Est.

2

20

1 1094,7

2 1098,8

3 1098,7

Promedio

1097

Desv. Est.

2

21

1 1103,9

2 1098,3

3 1099,0

Promedio

1100

Desv. Est.

3

Tabla A.11. Resistencia al impacto de envases resina virgen, cavidades 19, 20 y 21.

Cav.

Muestra

Posición

Vertical de pie Diagonal de fondo Diagonal de boca

19

1 NF NF NF

2 NF NF NF

3 NF NF NF

Resultado Aprobado Aprobado Aprobado

Observaciones En 3era caída desprende tapa

20

1 NF NF NF

2 NF NF NF

3 NF NF NF

Resultado Aprobado Aprobado Aprobado

21

1 NF NF NF

2 NF NF F

3 NF F F

Resultado Aprobado No Aprobado No Aprobado

105

Apéndice B: Cálculo del porcentaje de contracción para las dimensiones de base de

los envases.

El porcentaje de contracción se calculó haciendo uso de la ecuación 1:

Ec (1).

Donde lf es la dimensión final de la pieza y

li es la dimensión inicial de la pieza.

Ejemplo de cálculo: usando (1) para la cavidad 20, dimensión de altura en resina virgen,

cavidades 19, 20 y 21 (valores tomados de Tabla A.4) se tiene:

= 0,01%

En todas las menciones de porcentajes de contracción realizadas en la sección de resultados y

discusiones, se realizó un procedimiento análogo al anterior para el cálculo.

106

Apéndice C: Conjunto de espesores medidos en las pruebas con las distintas

ovalidades de boquilla.

Tabla C.1. Espesores de corte A-A con los distintos tipos de ovalidades de boquilla evaluadas.

Tipo de prueba

CAVIDAD

Radio (mm)

Esquinas laterales Min. 0,45 mm Centro de las caras

Lado visor Lado liso Frente y Dorso Min. 0, 50 mm

Laterales Min. 0,70 mm

Resina sin MB

19 0,05 0,46 ± 0,06 0,46 ± 0,04 0,59 ± 0,07 0,71 ± 0,17 1,32 ±

0,10

1,26 ±

0,13

0,71 ±

0,04

0,90 ±

0,09

20 0,20 0,65 ± 0,04 0,31 ± 0,03 0,41 ± 0,03 0,78 ± 0,23 1,15 ±

0,04

0,98 ±

0,10

0,79 ±

0,22

1,10 ±

0,04

21 0,20 0,37 ± 0,05 0,70 ± 0,03 0,82 ± 0,05 0,53 ± 0,25 1,03 ± 0,20

0,99 ± 0,05

1,00 ±

0,02

1,06 ±

0,05

Resina con MB

color plata

16 0,05 0,46 ± 0,03 0,49 ± 0,02 0,59 ± 0,03 0,56 ± 0,06 1,15

± 0,04

1,18 ±

0,04

0,76 ±

0,04

0,85 ±

0,03

17 0,20 0,6 ± 0,2 0,6 ± 0,2 0,7 ± 0,2 0,6 ± 0,2 1,01

± 0,02

0,96 ±

0,05

1,08 ±

0,06

1,14 ±

0,01

18 0,075 0,47 ± 0,03 0,51 ± 0,06 0,46 ± 0,08 0,44 ± 0,02 1,25

± 0,03

1,2 ± 0,1 0,82

± 0,02

0,71 ±

0,02

19 0,05 0,46 ± 0,03 0,47 ± 0,02 0,69 ± 0,01 0,73 ± 0,04 1,17 ±

0,01

1,16 ±

0,01

0,69 ±

0,06

0,98 ±

0,03

20 0,20 0,7 ± 0,2 0,5 ± 0,2 0,7 ± 0,2 0,7 ± 0,2 1,03 ±

0,02

1,00 ±

0,06

1,08 ±

0,04

1,20 ±

0,01

21 0,075 0,50 ± 0,02 0,51 ± 0,01 0,61 ± 0,03 0,51 ± 0,02 1,20 ± 0

1,19 ±

0,03

0,74 ±

0,04

0,80 ±

0,05

Resina con MB

color plata

17 0,20 0,60 ± 0,05 0,55 ± 0,04 0,36 ± 0,02 0,70 ± 0,05 1,04 ±

0,02

1,00 ±

0,06

1,22 ±

0,02

0,95 ±

0,04

20 0,20 0,51 ± 0,08 0,59 ± 0,06 0,5 ± 0,2 0,7 ± 0,2 1,03 ±

0,01

1,08 ±

0,03

1,09 ±

0,03

1,04 ±

0,02

Resina con MB

color plata

16 Tipo pétalo 0,63 ± 0,06 0,61 ± 0,06 0,66 ± 0,02 0,65 ± 0,02

0,71 ±

0,02

0,93 ±

0,06

0,73 ±

0,01

0,74 ±

0,01

17 0,20

rectificada

0,65 ± 0,06 0,68 ± 0,02 0,6 ± 0,1 0,6 ± 0,1 0,93 ±

0,05

1,04 ±

0,04

1,07 ±

0,07

0,89 ±

0,07

Resina con MB

color azul

16 Tipo pétalo 0,54 ± 0,08 0,52 ± 0,06 0,63 ± 0,1 0,62 ± 0,04

0,74 ±

0,04

0,93 ±

0,1

0,85 ±

0,07

0,77 ±

0,05

19 Tipo pétalo 0,55 ± 0,05 0,47 ± 0,09 0,7 ± 0,1 0,8 ± 0,1

0,61 ±

0,08

1,00 ±

0,06

0,66 ±

0,07

0,86 ±

0,05 Resina

con MB

color azul

19 Tipo pétalo 0,50 ± 0,03 0,54 ± 0,05 0,60 ± 0,04 0,47 ± 0,04

0,97 ±

0,03

1,01 ±

0,04

0,76 ±

0,04

0,70 ±

0,01

107

Tabla C.2. Espesores de corte B-B con los distintos tipos de ovalidades de boquilla evaluadas. TIPO DE PRUEBA Cavidad OVALIDAD Centro de las caras

Min. 0,60 mm

Lado visor Cara dorsal

Resina sin pigmento 19 R= 0,05mm 0,72 ± 0,02 0,51 ± 0,02

20 R= 0,20mm 0,94 ± 0,05 0,72 ± 0,01

21 R=0,20mm 1,02 ± 0,04 0,51 ± 0,22

Resina con pigmento color plata 16 R= 0,05mm 0,83 ± 0,01 0,65 ± 0,03

17 R= 0,20mm 1,1 ± 0,2 0,64 ± 0,08

18 R= 0,075mm 0,87 ± 0,05 0,66 ± 0,03

19 R= 0,05mm 0,78 ± 0,01 0,65 ± 0,02

20 R= 0,20mm 1,16 ± 0,03 0,68 ± 0,05

21 R= 0,075mm 0,85 ± 0,01 0,63 ± 0,05

Resina con pigmento color plata 17 R= 0,20mm 1,27 ± 0,02 0,69 ± 0,01

20 R= 0,20mm 1,23 ± 0,04 0,61 ± 0,08

Resina con pigmento color plata 16 Boquilla tipo pétalo 0,86 ± 0,02 0,78 ± 0,03

17 R= 0,20mm con ovalidad rectificada

1,15 ± 0,04 0,66 ± 0,02

Resina con pigmento color azul 16 Boquilla tipo pétalo 0,99 ± 0,07 0,88 ± 0,05

19 Boquilla tipo pétalo 0,81 ± 0,09 0,89 ± 0,05

Resina con pigmento color azul 19 Boquilla tipo pétalo 0,95 ± 0,03 0,61 ± 0,04

Apéndice D: Comparación de Estabilidad Dimensional de los envases en resina

virgen, color azul y color plata.

Figura D.1. Comparación de Estudio de Estabilidad Dimensional (Altura total) para resina virgen, color plata y color azul en cavidades homólogas 16 y 19.

108

Tabla D.1. Medidas de Dimensiones básicas para estudio de Estabilidad Dimensional en resina virgen y colores azul y plata (cavidades 16 y 19).

H 0 24 48 72

Largo

(mm)

Ancho

(mm)

Alt.

(mm)

Largo

(mm)

Ancho

(mm)

Largo

(mm)

Ancho

(mm)

Alt.

(mm)

Largo

(mm)

Ancho

(mm)

Especif.

108 ±

1,1

59,5 ±

0,6

223,6 ±

2,2

108 ±

1,1

59,5 ±

0,6

108 ±

1,1

59,5 ±

0,6

223,6 ±

2,2

108 ±

1,1

59,5 ±

0,6

C M

16

1 107,20 62,30 223,08 106,80 61,85 106,60 61,45 223,2 106,40 61,15

2 107,55 62,00 223,27 106,9 61,90 106,85 61,30 223,33 106,75 61,4

3 107,40 62,30 223,00 107,2 62,10 107,00 61,90 223,21 107,00 61,45

19

1 107,65 59,40 223,67 106,20 60,70 106,60 60,75 223,81 106,60 61,10

2 106,70 61,50 223,48 106,65 61,60 106,70 62,00 223,75 106,35 61,35

3 107,00 61,10 223,76 106,45 61,40 106,90 61,70 223,80 106,60 61,55

Sin

pigmento

P 107,3 61 223,4 106,7 61,6 106,8 61,5 223,5 106,6 61,3

D 0,4 1 0,3 0,4 0,5 0,2 0,5 0,3 0,2 0,2

16

1 107,20 61,60 222,92 107,20 61,75 106,95 61,55 223,06 106,85 61,60

2 107,10 61,20 223,14 107,2 61,75 106,65 61,40 223,14 106,50 61,4

3 107,00 61,50 223,11 107,2 61,50 106,75 61,35 223,14 106,65 61,5

19

1 107,70 62 223,145 107,45 62,2 107,15 61,60 223,07 107,10 61,15

2 107,00 62,1 222,93 107,25 61,35 107,20 61,90 222,89 107,10 61,55

3 107,50 62,00 223,035 107,4 62,05 107,15 61,70 222,48 106,90 61,80

Plata P 107,3 61,7 223,0 107,3 61,8 107,0 61,6 223,0 106,9 61,5

D 0,3 0,4 0,1 0,1 0,3 0,2 0,2 0,3 0,2 0,2

16

1 107,90 59,70 222,62 107,90 59,60 107,65 59,20 222,36 107,60 59,15

2 107,85 59,40 222,70 107,65 59,35 107,65 59,20 222,37 107,40 59,2

3 107,45 60,40 222,67 107,1 60,25 107,00 59,65 222,38 106,95 59,6

19

1 107,70 59,95 222,58 107,55 59,85 107,45 59,30 222,27 107,45 59,30

2 108,35 59,70 222,62 107,80 59,4 107,70 59,20 222,34 107,70 59,15

3 108,15 59,85 222,44 107,85 59,85 107,8 59,75 222,15 107,7 59,45

Azul P 107,9 59,8 222,60 107,6 59,7 107,5 59,4 222,31 107,5 59,3

D 0,3 0,3 0,09 0,3 0,3 0,3 0,3 0,09 0,3 0,2

109

Tabla D.2. Valores promedio de ancho de la base en resina virgen y colores azul y plata (cavidades homólogas 16 y 19).

Material Tiempo (horas) Ancho (mm) Desv. Est.

Resina

sin

pigmento

0 61 1

24 61,6 0,5

48 61,5 0,5

72 61,3 0,2

Resina

con

pigmento

plata

0 61,7 0,4

24 61,8 0,3

48 61,6 0,2

72 61,5 0,2

Resina

con

pigmento

azul

0 59,8 0,3

24 59,7 0,3

48 59,4 0,3

72 59,3 0,2

Tabla D.3. Valores promedio de largo de la base en resina virgen y colores azul y plata (cavidades homólogas 16 y 19).

Material Tiempo (horas) Largo (mm) Desv. Est.

Resina

sin

pigmento

0 107,3 0,4

24 106,7 0,4

48 106,8 0,2

72 106,6 0,2

Resina

con

pigmento

plata

0 107,3 0,3

24 107,3 0,1

48 107 0,2

72 106,9 0,2

Resina

con

pigmento

azul

0 107,9 0,3

24 107,6 0,3

48 107,5 0,3

72 107,5 0,3

110

Apéndice E: Mediciones de dimensiones básicas realizadas antes y después de la

instalación de la bomba en cavidades 17 y 20 para envases color plata.

Tabla E.1. Comparación entre condición de enfriamiento 1 y 2 (antes y después de la instalación de la bomba).

Condición de enfriamiento 1

(sin la bomba)

Condición de enfriamiento 1

(con la bomba)

Cav Medida Alt. (mm)

223,6 ± 2,2 Largo (mm)

108 ± 1,1 Ancho (mm)

59,5 ± 0,6 Alt. (mm)

223,6 ± 2,2 Largo (mm)

108 ± 1,1 Ancho (mm)

59,5 ± 0,6

17

1 223,07 106,70 60,30 224,245 105,45 59,50 2 222,88 106,40 60,35 224,165 105,60 59,15 3 222,795 106,4 60,55 224,27 105,8 60,05

Promedio 222,9 106,5 60,4 224,23 105,6 59,6 Desv. Est. 0,1 0,2 0,1 0,05 0,2 0,5

20

1 223,17 107,10 59,05 224,21 105,90 60,05 2 223,05 107,10 59,45 223,82 106,45 60,25 3 223,095 107,30 60,75 223,71 106,60 59,85

Promedio 223,1 107,2 59,8 223,9 106,3 60,1 Desv. Est. 0,1 0,1 0,9 0,3 0,4 0,2

Promedio ambas cavidades 223,0 106,8 60,1 224,1 106,0 59,8

Desv. Est. 0,1 0,5 0,5 0,2 0,5 0,4

Apéndice F: Efecto del pigmento en las dimensiones básicas para la cavidad 16 y

boquilla tipo pétalo.

Tabla F.1. Efecto de la adición de pigmento en las dimensiones de base de los envases para la cavidad 16 y boquilla tipo pétalo.

Pigmento Plata Pigmento Azul

Alt. (mm) Largo

(mm)

Ancho (mm) Alt. (mm) Largo

(mm)

Ancho

(mm)

Especificación

223,6 ± 2,2 108 ± 1,1 59,5 ± 0,6 223,6 ± 2,2 108 ± 1,1 59,5 ± 0,6

Cavidad Muestra

16 1 223,74 106,10 59,75 222,36 107,60 59,15

2 223,31 106,30 59,75 222,37 107,40 59,2

3 223,47 106,35 59,5 222,38 106,95 59,6

Promedio 223,51 106,3 59,7 222,37 107,3 59,3

Desv. Est. 0,21 0,1 0,1 0,01 0,3 0,2

111

Apéndice G: Caracterización final de los envases.

Tabla G.1. Pesos de obtenidos en la caracterización final de los envases para la cavidad 16 y boquilla tipo pétalo.

Cavidad Muestra

Color Plata Color Azul

Peso ± 0,01 (g) Peso ± 0,01 (g)

50 ± 2 50 ± 2

16

1 50,24 54,81

2 50,25 55,01

3 50,4 54,02

4 50,14 51,82

5 50,45 51,13

Promedio 50,3 53,4

Desv. Est. 0,1 1,8

Tabla G.2. Dimensiones finales de altura de corona, diámetro de rosca y diámetro de rompreprecinto en la caracterización final de los envases para la cavidad 16 y boquilla tipo pétalo.

Color Plata Color Azul

H corona (mm) Diám. rosca (mm) Diám. precinto (mm) H corona

(mm)

Diám. rosca

(mm)

Diám. precinto

(mm)

Cavidad 19,1 ± 0,2 39,4 ± 0,3 41,5 ± 0,15 19,1 ± 0,2 39,4 ± 0,3 41,5 ± 0,15

16

18,84 38,95 41,85 18,85 38,40 41,3

18,64 39,00 41,65 18,77 38,50 41,35

18,80 39,00 41,75 18,80 38,50 41,15

18,33 38,55 41,25 18,82 38,80 41,65

18,43 38,55 41,35 18,65 38,95 41,85

Promedio 18,61 38,81 41,57 18,78 38,63 41,46

Desv. 0,22 0,24 0,26 0,08 0,23 0,28

112

APÉNDICE H: INYECCIÓN DE TAPAS PLATA.

Tabla H.1. Resultados de torque de tapado en la caracterización inicial de las tapas color plata.

Cavidades de Envases 16 17 18 19 20 21 Promedio Total

Cavidades de Tapas Conjunto Torque (24 ± 2 lb.pulg)

9 1 30,3 35,7 47,8 25,8 18,4 41,8

2 32 33,2 32,7 26,1 34,9 35

Promedio

31 34 40 26,0 27 38 33

Desv. Est.

1 2 11 0,2 12 5 8

10 1 32,6 36 29,7 29,7 26,2 31,3

2 31,4 37,8 34,6 27,5 28,2 33,7

Promedio

32,0 37 32 29 27 33 31,6

Desv. Est.

0,8 1 3 2 1 2 4

11 1 34,6 44,5 40,6 32,8 35,5 30

2 37,2 35,2 40,8 33,3 30,9 30,7

Promedio

36 40 40,7 33,1 33 30,4 36

Desv. Est.

2 7 0,1 0,4 3 0,5 4,5

12 1 38,5 48,8 41,5 32,8 32,2 38,9

2 38,9 50,1 31,4 35,5 34,7 36,8

Promedio

38,7 49,5 36 34 33 38 38

Desv. Est.

0,3 0,9 7 2 2 1 6

13 1 30,8 33,6 39 36,3 41 28,8

2 27,7 27,2 38,2 30,8 22,8 41,1

Promedio

29 30,4 38,6 34 32 35 33

Desv. Est.

2 5 0,6 4 13 9 6

14 1 31,2 28,1 26,6 28,9 30,2 27,9

2 42,4 33,8 26,9 26,9 29,9 31,6

Promedio

37 31 26,8 28 30,1 30 30

Desv. Est.

8 4 0,2 1 0,2 3 4,4

15 1 42,9 43,5 38,7 29,2 27,7 42

2 34,3 26,9 41,6 34,9 24 36,7

Promedio

39 35 40 32 26 39 35

Desv. Est.

6 12 2 4 3 4 7

16 1 30,3 25,7 37,4 27,6 22,7 23,7

2 32,8 25,5 44,6 34,2 27 30,1

Promedio

31,6 25,6 41 31 25 27 30,1

Desv. Est.

2 0,1 5 5 3 5 6

113

Tabla H.2. Peso de las tapas color azul luego de la instalación de la bomba. Tapas color azul

Cavidad Peso máximo (g) Promedio St Dev

9 4,47 4,47 0,01

10 4,47 4,44 0,02

11 4,39 4,38 0,01

12 4,46 4,45 0,01

13 4,44 4,43 0,01

14 4,56 4,54 0,01

15 4,52 4,51 0,01

16 4,52 4,51 0,01

Tabla H.3. Dimensiones básicas de las tapas color azul luego de la instalación de la bomba.

Tapas color azul

Cavidad Altura (mm)

21 ± 0,2

Diám. Externo (mm)

43 ± 0,2


38 ± 0,2

9 20,88 ± 0,01 43,09 ± 0,05 38,0 ± 0,1

10 21,1 ± 0,1 43,1 ± 0,1 38,07 ± 0,04

11 20,77 ± 0,03 43,1 ± 0,1 37,89 ± 0,06

12 20,85 ± 0,04 43,14 ± 0,07 37,92 ± 0,09

13 20,84 ± 0,02 43,07 ± 0,07 38,18 ± 0,03

14 20,96 ± 0,03 43,07 ± 0,07 38,06 ± 0,06

15 20,83 ± 0,01 43,10 ± 0,07 38,08 ± 0,08

16 20,84 ± 0,01 43,15 ± 0,08 38,01 ± 0,03

universidad simÓn bolÍvar

Documents