Cap6 2Extrusion








Proceso de Extrusión industria del plástico.













David Valenzuela Albornoz
Profesor: Alfredo Alamos
Ramo: Procesos de manufactura.








Extrusion


Descripción de una extrusora de husillo único:


















También existen extrusoras de dos husillos y otras configuraciones. Zonas por las que pasa el material:




















1. Tolva (hopper). Puede disponerde sistema de calefacción y/o secado para materiales hisgroscópicos.

2. Zona de alimentación (feed zone): husillo cilíndrico. Se produce el transporte del material y se precalienta por el rozamiento entre granos.

3. Zona de compresión o plastificación (compression zone): husillo troncocónico. La altura de los filetes del husillo se reduce progresivamente para compactar el material y expulsarel aire atrapado hacia la zona de alimentación.

4. Zona de dosificación o bombeo (metering zone): husillo cilíndrico.

5. Plato rompedor (breaker plate): placas perforadas + tamices metálicos.

6. Boquilla o hilera (die): contiene torpedo para perfiles huecos.
















El cilindro puede contener venteos para eliminar los productos gaseosos.

Típicamente: ~10 -1000 kg/h. Velocidad: ~50– 150 rpm. Consumo: 0,1 – 0,2 kwh/kg.

Regulación de la temperatura: con resistencias y/o circuitos de aceite.

Superficie interna del cilindro resistente a la corrosión y la abrasión: acero nitrurado o alto contenido en Cr.

Hay dos tipos de extrusoras de dos husillos:

o Giro de los husillos en sentido contrario: mezcla esencialmente en la zona central del ocho. Menor calentamiento.Apropiadas para PVC.

o Giro en el mismo sentido. Mayor cizalla y calentamiento. Apropiadas para poliolefinas.


Principios de funcionamiento de las extrusoras monousillo: zona de bombeo

• Modelo para el flujo en la zona de bombeo:

o Análisis del canal entre los filetes del husillo:
















o Análisis del flujo en el canal entre los filetes del husillo (modelo de Placas Paralelas):

a) Flujode arrastre: fluido newtoniano sobre un sistema de referencia que se mueve con el husillo (en el cálculo: husillo fijo y cilindro rotando con velocidad angular constante).



























VZ =Vcosϕ




Q A =
VZ WhD
=
πDNWh Dcosϕ
,
con N en r.p.m.




120



2






b) Flujo opuesto por diferencia de presión:

Q P =
Wh D
3
∆p
,
con N en r.p.m.


12η

ZD










c) Flujoresultante:








Q D =Q A −Q P =
πDNWh D cos ϕ
− Wh D 3
∆p = K 1 N −
K2
∆p


120


η




12 η
ZD



Q D =K 1 N − K2
∆p





η






















Perfil de velocidades (válido para fluido newtoniano):

v

(y) =
y
V
−
(h
D
− y2 ) dp


S













h D
Z



2η dz











Velocidad de deformación en la pared del cilindro:

dv z
=
VZ
h D ∆p

πDNcosϕ

h D ∆p


&



−

=

−


(*!)














γ W =dy



2 η Z D

60h D

2η ZD




y →hD

h D








Generalmente, ϕ=17,7º, ya que:

o Para ese valor el paso ∏ coincide con el diámetro D.

o En las zonas de alimentación y plastificación, el husillo trabaja transportando sólidos y para esa función el ángulo óptimo es ~17-20º.

Efectos térmicos de la zona de compresión. Plastificación

• Proceso de plastificación en la zona decompresión: o Se produce disminución progresiva de h.

o Los mayores esfuerzos de rozamiento y cortantes se producen cerca de la superficie interna del cilindro (mayor gradiente de velocidades).

o Plastificación por aumento de temperatura




















Modelo de Tadmor. Sin tener en cuenta reducción de h.









































o Velocidad del sólido en el canal:

VSZ = m& ρsWh

o Velocidad relativa entre sólido y cilindro (teorema del coseno):

Vrel =(V2 + VSZ 2 − 2V∙VSZ cosϕ)1/2

o Balance de masa:














VX































δ






































































VS


























x














ρ

xv

dz = ρ


VX
δdz






































S


S



m 2













o Balance de...