4.1.1 Transporte de sólidos en la tolva Flujo en masa, por gravedad · 2016-05-31 · 4.1....

4.1. Transporte de sólidos

Flujo en masa Formación de puente

Ausencia de flujo

Flujo de embudo

V=0

4.1.1 Transporte de sólidos en la tolvaFlujo en masa, por gravedad

Tema 4. Extrusión


4.1.1 Transporte de sólidos en la tolvaDiseño de la tolva

Características del material Densidad aparente Compresibilidad Coeficiente de fricción DTP Uniforme

BajoBajoNo muy baja (60% dreal)

Vista superior Vista superior

Vista lateralVista lateral

Vista isométrica Vista isométrica

Tornillo Crammer


4.1.2. Transporte de sólidos en el cilindroFlujo inducido por arrastre

Para favorecer el flujo del sólido interesa

-Coeficiente de fricción alto con el cilindro

-Coeficiente de fricción bajo con el tornillo

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.

Tema 4. Extrusión4.1. Transporte de sólidos

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

Canal de refrigeración

Garganta de alimentación

Conexión ranurada Extrusora de canal estriado

Extrusora de canal liso

Presion

Prod

ucci

on

Empleando cilindros estriados

Ventajas

1. Mayor caudal para una presión dada

2. Mayor estabilidad del caudal

Desventajas

1. Mayor consumo

2. Fusión prematura y degradación


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

Con un diseño adecuado del tornillo

Número de vuelos Sencillo

Doble

Ángulo del vuelo Grande

Pequeño

Radio del flanco del vuelo

Grande

Pequeño

Adecuado Defectuoso

Adecuado Defectuoso

Adecuado Defectuoso

Utilizando tornillos con recubrimientos

Tema 4. Extrusión4.2. 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


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

Aporte de calor: - por conducción desde el cilindro- por fricción (disipación viscosa)

¿Cómo mejorar el proceso de fusión?Longitud de fusionLongitud de fusión

Temperatura del barril

Long

itud

de fu

sión

Efecto de T

Efecto de la configuración del tornillo sobre la velocidad de fusión


- Ángulo de vuelo

- Número de vuelos

- Holgura cilindro-tornillo

- Profundidad del canal

Long

itud

de fu

sión

Ángulo del vuelo

Vuelo sencillo

Vuelo doble

Vuelo triple

0 20 40 60 80

90º

múltiple

mínima

mínima

20-30º

Sólo si la fusión es limitante

mínima

disminución progresiva

Flujo de arrastre Flujo de presión Flujo de pérdidas

Tema 4. Extrusión4.3. Transporte del fundido

Dirección de avance



Flujo total

Q = QD + QP + Qpérdidas

Si consideramos flujo en una dirección

Hay flujo en dos direcciones (Z y X)

Se puede despreciar


Boquilla abierta Restricción Boquilla cerrada

a) b) c)


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

Mezclador de agujas

Tema 4. Extrusión4.4. 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

Orientación perimetral

Orientación axial

Son sencillos, económicos y fáciles de instalar

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

Tema 4. Extrusión4.4. Mezclado

Mezclador de anilloSencillo, económico, fácil de instalar y consigue someter al material a elevadas cizallasSupone una restricción al flujo, y puede crear volúmenes muertos

Mezclador de vuelos desigualesProporciona buena reorientación y tiene capacidad de bombeo

Son más complejos y costosos de instalar y limpiar

Proporciona buena reorientación y tiene capacidad de bombeoSon más complejos y costosos de instalar y limpiar

Mezclador de vuelos secundarios

Tema 4. Extrusión4.5. 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

Salida de volátiles

Orificio de venteo

Tornillo de dos secciones

Tema 4. Extrusión4.6. 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 tensionesAumento de tamaño y posible cambio de forma

Enfriamiento: Debido a la cristalización y contracción térmicaAumento de tamaño y posible cambio de forma

Tema 4. Extrusión5. 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


=

∂∂

+∂∂

dZdP

yx ηνν 12

2

2

2

Puesto que w>>h2

2

2

2

yx ∂∂

<<∂∂ νν

=

∂∂

dZdP

y ην 12

2

1CdZdPy

dyd

+

=

ην

21

2

2CyC

dZdPy

++

=

ηνIntegrando

y = 0 v = 0y = h v = V

Condiciones de contorno

−=

dZdPh

hVC

η21

02 =CSustituyendo

Ecuaciones de velocidadBalance de cantidad de movimiento


Ecuaciones de velocidad

+

−=

dZdPy

dZdPyh

hyV

ηην

22·· 2

−

+=dZdPhyy

hyV

ην

2)(·

ydZdPh

hV

dZdPy

−+

=

ηην

22

2




Ecuaciones para el caudal

∫ ∫ ∫

−

+==h h h

dydZdPhywydy

hwVydyvwQ

0 0 0 2)(··

η

vhwQ ··=

−=

dZdPwhwVhQ

η122

3

L

Z

θ

θ

sendLdZ

senZL

=

=

w = π D senθvz = V cosθ = π D N cosθvx = V senθ = π D N senθ

2·)·cos·(·

2·cos······

2

22 NhsenDNDhsenDwhV θθπθπθπ==

==

dldPsenDhsen

dldPsenDh

dZdPhw

ηθπθ

ηθπ

η 12···

12···

12· 2333

LPsenDhNhsenDQ

··12····

2·)··cos·(· 2322

ηθπθθπ ∆

−=

Recta operativa de un tornillo

Ecuaciones para el caudal

Q

∆P



Efecto de las variables

Geometría del tornillo, L, h, D, θ

LPsenDhNhsenDQ

··12····

2·)··cos·(· 2322

ηθπθθπ ∆

−=

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)


Efecto de las variables

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

LPsenDhNhsenDQ

··12····

2·)··cos·(· 2322

ηθπθθπ ∆

−=

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

Al aumentar la viscosidad del material disminuye el flujo de presión


Efecto de la boquilla

ηP

LwhQ ∆

=12

3

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

ηπ P

LRQ ∆

=8

4

Recta operativa de una boquilla

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

Boquilla circular sencilla de radio Ry longitud L

Recta operativa de un tornillo

Recta operativa de la boquilla

LPsenDhNhsenDQ

··12····

2·)··cos·(· 2322

ηθπθθπ ∆

−=

ηπ P

LRQ ∆

=8

4


Puntos operativos de una extrusora

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