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Tema 4. Extrusión. 4.1. Transporte de sólidos. 4.1.1 Transporte de sólidos en la tolva Flujo en masa, por gravedad. 4.1. Transporte de sólidos. 4.1.1 Transporte de sólidos en la tolva Diseño de la tolva Características del material Densidad aparente Compresibilidad

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Presentation Transcript
slide1

Tema 4. Extrusión

4.1. Transporte de sólidos

4.1.1 Transporte de sólidos en la tolva

Flujo en masa, por gravedad

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4.1. Transporte de sólidos

  • 4.1.1 Transporte de sólidos en la tolva
  • Diseño de la tolva
  • Características del material
  • Densidad aparente
  • Compresibilidad
  • Coeficiente de fricción
  • DTP

No muy baja (60% dreal)

Bajo

Bajo

Uniforme

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4.1. Transporte de sólidos

4.1.2. Transporte de sólidos en el cilindro

Flujo inducido por arrastre

De acuerdo con Darnell y Mol la fuerza de fricción en la superficie del cilindro genera el movimiento de la masa hacia adelante, mientras que la fuerza de fricción sobre el tornillo es la fuerza retardante.

Para favorecer el flujo del sólido interesa

-Coeficiente de fricción alto con el cilindro

-Coeficiente de fricción bajo con el tornillo

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Tema 4. Extrusión

4.1. Transporte de sólidos

Empleando cilindros estriados

4.1.2. Transporte de sólidos en el cilindro

¿Cómo conseguir un coeficiente de fricción alto entre el material y el cilindro?

Disminuyendo la temperatura del cilindro

Ventajas

Mayor caudal para una presión dada

Mayor estabilidad del caudal

Desventajas

Mayor consumo

Fusión prematura y degradación

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Con un diseño adecuado del tornillo

Adecuado

Defectuoso

Adecuado

Defectuoso

Adecuado

Defectuoso

4.1. Transporte de sólidos

4.1.2. Transporte de sólidos en el cilindro

¿Cómo conseguir un coeficiente de fricción bajo entre material y tornillo?

Aumentando la temperatura del tornillo

Utilizando tornillos con recubrimientos

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Tema 4. Extrusión

4.2. Fusión

Mecanismo de fusión

1. Formación de la película fundida

2. Creación de un gradiente de velocidades entre la película fundida y la capa sólida

3. La película fundida es barrida por el vuelo que avanza

4. Se crea un pozo de fundido que comprime a la capa sólida

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Tema 4. Extrusión

4.2. Fusión

Efecto de T

Longitud de fusión: es la longitud del tornillo desde que comienza la fusión hasta que termina

¿Cómo mejorar el proceso de fusión?

Aporte de calor: - por conducción desde el cilindro

- por fricción (disipación viscosa)

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Tema 4. Extrusión

4.2. Fusión

Efecto de la configuración del tornillo sobre la velocidad de fusión

- Ángulo de vuelo

- Número de vuelos

- Holgura cilindro-tornillo

- Profundidad del canal

90º

20-30º

múltiple

Sólo si la fusión es limitante

mínima

mínima

mínima

disminución progresiva

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Tema 4. Extrusión

4.3. Transporte del fundido

Si consideramos flujo en una dirección

Flujo de arrastre

Flujo de presión

Flujo de pérdidas

Se puede despreciar

Flujo total

Q = QD + QP + Qpérdidas

Hay flujo en dos direcciones (Z y X)

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Tema 4. Extrusión

4.3. Transporte del fundido

Boquilla cerrada

Boquilla abierta

Restricción

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Tema 4. Extrusión

4.3. Transporte del fundido

  • Hay parte del polímero que se encuentra cerca del centro del canal avanza sólo en la dirección Z o sólo en la X.
  • Las diferentes capas no se mezclan y las zonas interiores sufren altas cizallas.
  • El polímero que se encuentra en las capas centrales no tiene oportunidad de disipar el calor.

Perfil de temperatura

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Tema 4. Extrusión

4.4. Mezclado

  • Funciones de la sección de mezclado
  • Provocar una caída de presión mínima
  • Evitar zonas muertas
  • Barrer la superficie del cilindro completamente
  • Ser fáciles de instalar
  • Tener un precio razonable

Mezclador de agujas

Son sencillos, económicos y fáciles de instalar

Suponen una restricción al flujo, solo consiguen orientación moderada y pueden crear volúmenes muertos

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Tema 4. Extrusión

4.4. Mezclado

Mezclador de anillo

Sencillo, económico, fácil de instalar y consigue someter al material a elevadas cizallas

Supone una restricción al flujo, y puede crear volúmenes muertos

Mezclador de vuelos desiguales

Proporciona buena reorientación y tiene capacidad de bombeo

Son más complejos y costosos de instalar y limpiar

Mezclador de vuelos secundarios

Proporciona buena reorientación y tiene capacidad de bombeo

Son más complejos y costosos de instalar y limpiar

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Tema 4. Extrusión

4.5. Desgasificado

Sólo se emplean en procesos en los que podría quedar retenido gas

Son tornillo con un orificio de venteo y 2 secciones, las zonas de transición y dosificado se encuentran duplicadas

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Tema 4. Extrusión

4.6. Conformado

Conforme el material sale por la boquilla se producen cambios de tamaño y forma

Tensionado: Como consecuencia de los equipos de recogida

Reducción de tamaño y posible cambio de forma

Relajación: Como consecuencia del cese de tensiones

Aumento de tamaño y posible cambio de forma

Enfriamiento: Debido a la cristalización y contracción térmica

Aumento de tamaño y posible cambio de forma

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Tema 4. Extrusión

5. Modelado de la zona de dosificado

  • Consideraciones previas:
  • El canal del tornillo se considera de sección rectangular
  • El canal del tornillo se encuentra “desenrollado”
  • El cilindro es una superficie plana que se mueve sobre el canal del tornillo
  • Se considera que el fundido tiene un comportamiento Newtoniano
  • Se considera el fundido de plástico como un fluido incompresible
  • Se supone que el proceso es continuo y que se ha alcanzado régimen estacionario
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Tema 4. Extrusión

5. Modelado de la zona de dosificado

Ecuaciones de velocidad

Balance de cantidad de movimiento

Puesto que w>>h

Integrando

Condiciones de contorno

y = 0 v = 0

y = h v = V

Sustituyendo

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Tema 4. Extrusión

5. Modelado de la zona de dosificado

Ecuaciones de velocidad

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Tema 4. Extrusión

5. Modelado de la zona de dosificado

L

Z

Ecuaciones para el caudal

w = p D senq

vz = V cosq = p D N cosq

vx = V senq = p D N senq

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Tema 4. Extrusión

5. Modelado de la zona de dosificado

Ecuaciones para el caudal

Recta operativa de un tornillo

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Tema 4. Extrusión

5. Modelado de la zona de dosificado

Efecto de las variables

Geometría del tornillo, L, h, D, 

  • Al aumentar la longitud del tornillo disminuye el flujo de presión
  • Al aumentar la profundidad del canal aumenta el flujo de arrastre (h) y el de presión (h3)
  • Al aumentar el diámetro del tornillo aumenta el flujo de arrastre (D2) y el de presión (D)
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Tema 4. Extrusión

5. Modelado de la zona de dosificado

Efecto de las variables

Tipo de material, h, y condiciones de operación, N y T

  • Al aumentar la viscosidad del material disminuye el flujo de presión
  • Al aumentar el número de revoluciones aumentan el flujo de arrastre y el flujo de presión
  • Al aumentar la temperatura disminuye la viscosidad y por tanto aumenta el flujo de presión
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Tema 4. Extrusión

5. Modelado de la zona de dosificado

Efecto de la boquilla

En las boquillas solo hay flujo de presión en la dirección de salida del material, como consecuencia de la diferencia de presión entre la entrada a la boquilla y la salida

  • Boquilla plana de dimensiones: altura h, anchura w y longitud L

Recta operativa de una boquilla

  • Boquilla circular sencilla de radio R y longitud L
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Tema 4. Extrusión

5. Modelado de la zona de dosificado

Puntos operativos de una extrusora

Recta operativa de un tornillo

Recta operativa de la boquilla