4.1. Transporte de sólidos

1. Tema 4. Extrusión 4.1. Transporte de sólidos 4.1.1 Transporte de sólidos en la tolva Flujo en masa, por gravedad

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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)

8. 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

9. 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)

10. Tema 4. Extrusión 4.3. Transporte del fundido Boquilla cerrada Boquilla abierta Restricción

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. Tema 4. Extrusión 5. Modelado de la zona de dosificado Ecuaciones de velocidad

19. 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

20. Tema 4. Extrusión 5. Modelado de la zona de dosificado Ecuaciones para el caudal Recta operativa de un tornillo

21. 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)

22. 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

23. 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

24. 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