Granulador de plástico: tipos, funcionamento e guia de seleção

Como funcionam os granuladores de plástico: tipos, componentes e guia de seleção para compradores

Todos os anos, milhões de toneladas de resíduos plásticos são geradas como subprodutos industriais ou resíduos pós-consumo. A transformação destes resíduos numa matéria-prima valiosa passa pelo granulador de plástico. Esta máquina está no centro de qualquer linha de reciclagem e é um dos equipamentos de reciclagem mais importantes: transforma polímeros fundidos ou resíduos triturados em grânulos uniformes, prontos a reutilizar em processos de injeção, sopro e produção de filme. Este guia explica o funcionamento dos sistemas de granulação, compara as três principais tecnologias de corte, aborda os aspetos de controlo do processo e apresenta um guia prático para selecionar o equipamento de granulação adequado à sua operação de reciclagem.

O que é um granulador de plástico?

Um granulador de plástico é um equipamento que recebe polímeros termoplásticos ou resíduos de plástico triturados e os transforma em pequenos grânulos uniformes (normalmente com 2-5 mm de diâmetro). Estas pequenas esferas de plástico, também chamadas pérolas ou grânulos, seguem depois para equipamentos a jusante, como máquinas de injeção ou de moldagem por sopro, ou para uma matriz de extrusão de filme. Independentemente do método de corte, o processo de granulação segue os mesmos princípios. Normalmente, os plásticos são alimentados numa extrusora e submetidos a um processo termomecânico até fundirem; depois, são transportados através de um sistema de mudança de filtro. Em seguida, o polímero fundido passa por uma matriz com vários orifícios, que podem chegar às centenas, é cortado em pedaços do tamanho de grânulos, seco, arrefecido e transportado por um sistema de transporte até um silo de grânulos. Cada etapa influencia a qualidade dos grânulos, incluindo a forma, o tamanho e o teor de humidade. A granulação é relevante para a reciclagem porque a U.S. EPA refere que a reciclagem de plásticos pode poupar até 50% da energia necessária para produzir resina virgem. Quando os resíduos plásticos reciclados são granulados segundo normas como as diretrizes da APR (que estipulam um teor de humidade inferior a 0,5%, conforme descrito na ASTM D6980), os grânulos resultantes substituem matéria-prima virgem em muitas aplicações. Normalmente, o consumo de energia na reciclagem de PP situa-se entre 1 e 4 kWh/kg à capacidade de projeto, tendo em conta que a potência e a eficiência do motor, bem como o poder calorífico dos resíduos, influenciam os resultados. Para os transformadores de plástico que pretendem comprar plástico reciclado, o grau de formação dos grânulos determina se é possível recorrer aos processos convencionais sem alterações. Se os grânulos se desfizerem nas tremonhas de alimentação ou apresentarem características inconsistentes no produto final, a causa pode estar em granuladores de plástico cujas especificações de caudal, tamanho dos grânulos, humidade residual e densidade aparente não foram adequadamente definidas.

Como transforma um granulador de plástico os resíduos em grânulos?

O processo é composto por seis etapas. 1) Os resíduos de plástico separados são triturados e introduzidos na tremonha da extrusora por um doseador. 2) O cilindro da extrusora é aquecido acima do ponto de fusão do polímero, enquanto o fuso da extrusora gera pressão. 3) O polímero passa por um sistema de mudança de filtro que remove detritos e partículas estranhas. 4) O material é então forçado a atravessar uma placa de matriz com orifícios perfurados na face, formando filamentos. 5) Um sistema de granulação, instalado junto à face da matriz ou a alguns metros desta, corta os filamentos em grânulos. 6) Os grânulos são arrefecidos ou temperados num banho de água, num anel de água ou numa câmara pressurizada. Em seguida, são transportados pneumaticamente para a unidade de secagem, num secador centrífugo. Depois de secos, seguem por transporte pneumático até ao armazenamento. A transformação completa demora 3-45 segundos, consoante o tipo de sistema.

Filamento, sistema subaquático ou anel de água: comparação de três sistemas de granulação

As três principais técnicas de granulação fazem essencialmente o mesmo: cortam o polímero quente em grânulos. No entanto, diferem na localização e no método de corte, o que influencia tudo, desde a forma dos grânulos e o teor de humidade até ao investimento de capital e ao tempo de trabalho necessário ao operador. A granulação por filamento é a forma mais antiga e conhecida de granulação. Uma placa de matriz forma filamentos contínuos de resina fundida, que passam pelo banho de água; uma faca de ar seca a superfície e, em seguida, os filamentos entram no cortador, onde lâminas rotativas os cortam em grânulos cilíndricos. Os compostos com carga são processados com mais facilidade do que com a tecnologia de corte na face da matriz, porque os filamentos já estão sólidos antes do corte. No sistema UWP, o corte ocorre sob a face da matriz, dentro de uma cavidade cheia de água. O material fundido sai da placa da matriz e é cortado por lâminas rotativas assim que sai, formando grânulos esféricos. A água transporta depois os grânulos até um secador centrífugo. Uma vantagem específica deste processo é o corte e o arrefecimento «instantâneos» num ambiente fechado, com humidade residual mínima (< 0.05%) e sem partículas de poeira em suspensão no ar. A granulação por anel de água funciona de forma semelhante ao corte na face da matriz: a face é cortada, mas em vez de o corte ocorrer numa câmara de água pressurizada, utiliza-se um anel de água rotativo. Os grânulos são projetados para fora do anel rotativo, para dentro da água, e depois são secos, formando grânulos lenticulares (em forma de lente). Este sistema é mais adequado para poliolefinas como o polietileno (PE) e o PP. Tenha em conta a janela entre a fusão e o corte: como mostra o gráfico acima, independentemente da tecnologia utilizada, tem de existir um intervalo de tempo específico entre a saída do polímero da matriz e o impacto da lâmina no polímero. Se o intervalo entre a matriz e a lâmina for demasiado curto, o material fundido estará demasiado quente e, em vez de formar grânulos arredondados, produzirá grânulos em forma de roda-gigante, conhecidos na indústria como «duplos». Se o intervalo entre a matriz e a lâmina for demasiado longo, formam-se fraturas, partículas finas e filamentos. O controlo desta janela, através da temperatura da água e da matriz e da velocidade do cortador, é uma variável com grande influência na qualidade dos grânulos.

Como funciona a granulação subaquática?

Na granulação subaquática, o polímero fundido é extrudido através de uma placa de matriz aquecida diretamente para uma câmara de água pressurizada. Uma cabeça de corte rotativa com várias lâminas — o bloco de corte — fica encostada à face da placa da matriz, para que cada filamento de material fundido seja cortado no instante em que sai. O banho de água interno arrefece bruscamente as gotas e transforma-as em esferas em poucas décimas de segundo. A suspensão de grânulos e água é bombeada continuamente para um secador centrífugo, que separa os grânulos da água de processo em menos de 10 segundos (o polímero nunca entra em contacto com o ar). A água de processo passa por um filtro e por um sistema de controlo da temperatura antes de entrar num circuito fechado de recirculação. Como o corte ocorre debaixo de água, num ambiente selado, não há poeiras, exposição dos operadores a fumos ou emissões, nem incorporação de materiais externos no fluxo de produto.

«A granulação subaquática funciona num sistema fechado, sem contacto com o ar. Não existe risco de gases, emissão de poeiras ou contaminação do produto.» — John Bell, Reduction Engineering Scheer, num artigo da Plastics Technology

Saiba mais sobre sistemas de granulação com fuso único ou compare-os com um sistema de granulação com compactação.

Principais componentes de uma máquina de granulação

A fiabilidade de todo o sistema de granulação depende do desempenho de cada componente. Siga as ligações para conhecer as respetivas funções. Extrusora (de fuso único ou de fuso duplo): A extrusora é o elemento central do granulador e cria o fluxo de material fundido. É responsável por fundir, transportar e comprimir o material. As extrusoras de fuso único usadas na reciclagem têm uma relação L/D entre 28:1 e 36:1. As unidades de fuso duplo são geralmente utilizadas na composição de misturas. Placa da matriz: A placa da matriz dá ao grânulo a forma pretendida. Os tamanhos habituais das placas variam entre 200 e 800 orifícios, com diâmetros de 2.5 a 4 mm. Otimize a qualidade do produto ajustando o padrão dos orifícios de alimentação, o comprimento da zona cilíndrica e o ângulo de conicidade. Sistema de corte: O sistema de corte é composto por um cortador rotativo a jusante, instalado na face da matriz, ou por um cortador rotativo na própria face da matriz. Os componentes mecânicos cortam a 3 000+ rotações por minuto. A qualidade das lâminas pode ser avaliada pelo uso de aço para ferramentas, Stellite ou carboneto de tungsténio, sobretudo no processamento de polímeros com cargas abrasivas. As lâminas desgastadas provocam filamentos e partículas finas indesejados. Sistema de arrefecimento: Um banho de água (filamento), uma câmara de água pressurizada ou um anel de água extraem calor de formas diferentes. A temperatura da água de processo tem de se manter dentro de um intervalo estreito; caso contrário, formam-se grânulos duplos ou os filamentos começam a fraturar. Secador centrífugo: Após o corte e o arrefecimento inicial, os grânulos são submetidos a uma rotação rápida num secador especial para remover o excesso de água de processo à superfície. Apenas um secador centrífugo bem concebido consegue remover a humidade residual de 0,05% dos grânulos produzidos por UWP. Bomba de material fundido e sistema de mudança de filtro: A bomba de engrenagens é instalada imediatamente após a extrusão do material fundido para manter uma pressão constante na face da matriz ou no granulador. Um sistema de mudança de filtro instalado antes da placa da matriz remove contaminantes como papel, metal e polímero não fundido, que poderiam causar problemas na matriz. Nas máquinas mais recentes, a desmontagem do cortador pode ser feita em menos de 2 minutos com acessos sem ferramentas, como o que se vê na imagem. A substituição rápida das lâminas proporciona uma redução significativa do tempo de paragem. O tempo de inatividade para substituir lâminas aproxima-se de zero. Lista de verificação da inspeção de colocação em serviço:

1. Alinhamento da placa da matriz — verifique a concentricidade com o cubo do cortador
2. A folga entre as lâminas pode ser verificada com um apalpa-folgas antes de ajustar as lâminas às especificações do fabricante original.
3. Temperatura da água de processo — confirme que está dentro de ±2°C do valor pretendido
4. O estado dos rolos de alimentação é avaliado pela presença de sulcos longos de desgaste (sistemas de filamento).
5. A calibração do sistema de controlo compara as leituras digitais da temperatura do termopar e do sensor de velocidade com as leituras de um termómetro portátil e de um tacómetro.

Quer comparar diferentes modelos de granulador? Aqui pode consultar o caudal, a configuração da matriz e a potência de acionamento de toda a nossa gama.

Compatibilidade dos materiais: que plásticos podem ser granulados?

Nem todos os sistemas de granulação são compatíveis com todos os materiais plásticos. A temperatura de fusão, a viscosidade, o teor de carga e a sensibilidade à água influenciam a seleção do método de corte. Segue-se uma tabela com os tipos de resina mais comuns e as tecnologias utilizadas nos granuladores. Todos os valores das propriedades térmicas baseiam-se na ASTM D4000. A especificação da APR para PE reciclado define uma humidade residual inferior a 0,5% em peso, segundo a ASTM D6980. Os sistemas de filamento e de anel de água conseguem cumprir este requisito quando o material é devidamente seco. As aplicações de composição — produção de concentrado de corantes, concentrados com carga mineral e misturas de polímeros — combinam frequentemente uma extrusora de fuso duplo co-rotativo com corte UWP ou por filamento. As extrusoras de fuso duplo permitem uma mistura dispersiva e distributiva adequada, enquanto o método de granulação é escolhido em função da forma desejada dos grânulos e dos requisitos de caudal. A granulação UWP é amplamente utilizada na produção de grandes volumes de concentrado de corantes, uma vez que os grânulos esféricos fluem eficazmente nos sistemas de mistura gravimétrica. Consulte as páginas da máquina de granulação de HDPE, do granulador para reciclagem de PET e da máquina de granulação de filme plástico para obter informações específicas sobre os equipamentos.

Como transformar plástico em grânulos?

A granulação de resíduos plásticos envolve sete etapas. Separe os resíduos recebidos por tipo de resina. Triture-os em fragmentos de plástico com um granulador ou triturador. Lave-os para remover etiquetas, cola, sujidade e resíduos do produto. Seque-os até um teor de humidade inferior a 0,5% (os polímeros sensíveis à água, como PET ou PA, degradam-se prematuramente por hidrólise). Carregue os fragmentos limpos e secos numa extrusora através de um compactador ou de uma tremonha de alimentação forçada. Um filtro reduz as pulsações; em seguida, o polímero fundido passa pelo conjunto de filtros e entra na cabeça da matriz. O sistema de corte na matriz forma os grânulos. Meça a distribuição dos tamanhos dos grânulos, a densidade aparente e o teor de humidade de acordo com as especificações do cliente ou com os valores do índice de fluidez segundo a ASTM D1238, para avaliar a qualidade.

Como escolher o granulador certo para a sua linha de reciclagem

A seleção de um granulador é uma decisão complexa, que envolve vários fatores. As quatro perguntas seguintes são um ponto de partida lógico para reduzir as opções antes de solicitar orçamentos. Método de seleção de granulador em 4 perguntas:

1. Que material vai processar? Esta pergunta elimina rapidamente as opções inadequadas. Os resíduos de filme fibroso têm de passar por um compactador a montante. O PET tem de passar por um cristalizador e um secador. Os compostos com elevada carga precisam de uma placa da matriz resistente à abrasão. Se processar vários materiais fundidos, comece pelo que apresenta o pior desempenho.
2. Qual é o caudal necessário? Este valor ajuda a dimensionar a unidade. Abaixo de 500 kg/hr, trata-se de uma unidade pequena ou média (filamento ou anel de água). Entre 500 e 1500 kg/hr, a unidade é de dimensão média e as três tecnologias são bastante comparáveis. Acima de 1500kg/hr, o sistema UWP destaca-se pela eficiência e automação.
3. Que forma devem ter os grânulos no produto final? Os transformadores por injeção utilizam geralmente grânulos esféricos (UWP) ou cilíndricos (filamento). Os granuladores de filme costumam aceitar grânulos lenticulares (anel de água). Confirme os requisitos com os clientes ou compradores antes de especificar o equipamento.
4. Qual é o orçamento de investimento? Os sistemas de filamento de entrada custam pouco menos de $50 000. Os sistemas de anel de água de gama média e os granuladores automáticos de filamento custam entre $50 000 e $150,000. Os sistemas UWP de grande capacidade custam mais de $150,000. Tenha em conta que o custo total de propriedade pode ser inferior com UWP, uma vez que exige um investimento inicial mais elevado, mas reduz bastante os custos de mão de obra e elimina os custos de controlo de poeiras.

Caso real: Uma empresa de reciclagem de plásticos que processava 800 kg/hr de filme de HDPE pós-consumo instalou um granulador compacto com compactação e corte na face da matriz por anel de água. O compactador resolveu o problema da baixa densidade aparente do filme (que flutua e cria pontes nas tremonhas convencionais), enquanto o anel de água produziu grânulos lenticulares uniformes com um investimento inicial significativamente inferior ao de um sistema UWP equivalente. O sistema amortizou-se em 14 meses. Utilize esta ferramenta de dimensionamento de granuladores: introduza o material para obter recomendações de modelos de acordo com o caudal pretendido. Também pode consultar as opções de linhas integradas, que incluem extrusora, matriz, arrefecimento, secagem, transporte e outros componentes, além do granulador.

Problemas comuns dos granuladores e como evitá-los

Mesmo com as melhores especificações, os equipamentos de granulação produzem material defeituoso quando os parâmetros se desviam dos valores definidos. Seguem-se os cinco problemas de granulação mais comuns, as respetivas causas principais e soluções práticas, baseadas numa vasta experiência no terreno e em guias de resolução de problemas.

Quais são os problemas mais comuns dos granuladores?

Os 5 defeitos mais comuns na granulação incluem grânulos de tamanho fora das especificações, caudas ou filamentos nas extremidades dos grânulos, vazios de retração que formam cavidades, grânulos duplos que se fundem e obstruções nos orifícios da matriz que limitam a produção. As medidas preventivas comprovadas incluem 3 controlos do processo: o equilíbrio entre a temperatura do material fundido e a do meio de arrefecimento, a folga entre as lâminas e o seu fio, e a limpeza da matéria-prima. A manutenção preventiva, como a verificação das lâminas a cada oito horas, a limpeza da placa da matriz em cada turno e o registo da temperatura da água aquecida, ajuda a eliminar potenciais problemas antes de gerarem desperdício. Nota de experiência no processamento: os hidrocarbonetos voláteis ou os reflexos de gases libertados por aditivos detetados por sensores em linha podem ser interpretados como humidade residual. Se o secador estiver a funcionar normalmente e as leituras de humidade subirem, faça um ensaio de perda por ignição, ou LOI, para distinguir as situações. Isto acontece frequentemente no processamento de PP pós-consumo com resíduos e aditivos de qualidade alimentar.

Perguntas frequentes

Que máquina transforma plástico em grânulos?

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Uma máquina de granulação de plásticos (também chamada granulador, entre outros nomes) transforma materiais em suspensão ou termoplásticos em grânulos uniformes. Existem 3 tipos comuns, que produzem grânulos com formas diferentes e respondem a necessidades de produção distintas.

É rentável granullar plástico reciclado?

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Sim. O material reciclado pode geralmente ser vendido por 40-70% dos preços da resina virgem, e a EPA concluiu que a sua produção consome até 50% menos energia. A rentabilidade varia consoante o custo da matéria-prima, a qualidade dos grânulos e a procura do mercado em regiões específicas do país. Os grânulos de HDPE e polipropileno pós-consumo podem proporcionar as margens mais elevadas, graças à forte procura nos mercados de moldagem por injeção e de película. As instalações que utilizam sucata industrial pré-selecionada costumam atingir o ponto de equilíbrio ao fim de um ano a um ano e meio.

Qual é a diferença entre uma máquina de granulação e um granulador?

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Os granuladores produzem fragmentos de plástico por trituração. Depois, estes podem ser transformados em grânulos uniformes numa máquina de granulação, que aquece e reformula o material com uma placa de matriz e uma extrusora.

Quanto custa uma máquina de granulação de plásticos?

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Os preços vão de $20 000 para máquinas de granulação de filamento extrudido de gama baixa até $150 000+ para sistemas subaquáticos de elevada capacidade. Uma linha de granulação completa — extrusora, matriz, arrefecimento e secagem — custa, em média, $50 000-$250 000, consoante a produção e os controlos automatizados. Consulte a nossa análise completa dos custos em Custo de uma linha de granulação de plásticos: quanto vai realmente pagar.

Que capacidade de produção pode ter uma máquina de granulação?

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A capacidade de produção varia consoante o tipo de máquina: as máquinas de granulação de filamento extrudido processam 100-2 000 kg/h, os sistemas de anel de água 200-1 500 kg/h e as máquinas de granulação subaquática 500+ kg/h. Na prática, a capacidade depende da viscosidade do material, do índice de fluidez do fundido, do desenho da placa da matriz e da geometria do fuso da extrusora. Materiais mais viscosos, como PP com carga, são processados mais lentamente do que a resina pura, reduzindo a produção em 15-25%.

As máquinas de granulação de plástico são seguras de operar?

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As máquinas de granulação atuais cumprem as normas CE, UL e CSA. A segurança é assegurada por proteções em torno das câmaras de corte, paragens de emergência, portas de acesso com interbloqueio e alimentação automática das facas, que o operador não pode ajustar durante o funcionamento. O principal risco de segurança são as temperaturas elevadas na zona da placa da matriz (250C+ para plásticos de engenharia) e as peças rotativas. A manutenção, incluindo o aperto correto das contra-facas, previne falhas mecânicas que poderiam projetar peças.