4.1. Transporte de sólidos

Transcripción

1 4.1. Transporte de sólidos Transporte de sólidos en la tolva Flujo en masa, por gravedad V=0 Ausencia de flujo Flujo en masa Flujo de embudo Formación de puente

2 4.1. Transporte de sólidos Transporte de sólidos en la tolva Diseño de la tolva Vista superior Vista superior Tornillo Crammer Vista lateral Vista lateral Vista isométrica Vista isométrica Características del material Densidad aparente No muy baja (60% dreal) Compresibilidad Bajo Coeficiente de fricción Bajo DTP Uniforme

3 4.1. Transporte de sólidos 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 4.1. Transporte de sólidos Transporte de sólidos en el cilindro Cómo conseguir un coeficiente de fricción alto entre el material y el cilindro? Disminuyendo la temperatura del cilindro Empleando cilindros estriados Ventajas Conexión ranurada Garganta de alimentación 1. Mayor caudal para una presión dada. Mayor estabilidad del caudal Desventajas 1. Mayor consumo. Fusión prematura y degradación Canal de refrigeración Produccion Extrusora de canal estriado Extrusora de canal liso Presion

5 4.1. Transporte de sólidos 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 Con un diseño adecuado del tornillo Número de vuelos Sencillo Doble Adecuado Defectuoso Ángulo del vuelo Grande Pequeño Adecuado Defectuoso Radio del flanco del vuelo Adecuado Grande Pequeño Defectuoso

6 4.. Fusión Mecanismo de fusión 1. Formación de la película fundida. 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 4.. Fusión Longitud de fusión: es la longitud del tornillo desde que comienza la fusión hasta que termina Longitud de fusión fusion Cómo mejorar el proceso de fusión? Aporte de calor: - por conducción desde el cilindro - por fricción (disipación viscosa) Efecto de T Longitud de fusión Temperatura del barril

8 4.. Fusión Efecto de la configuración del tornillo sobre la velocidad de fusión - Ángulo de vuelo 90º 0-30º - Número de vuelos múltiple Sólo si la fusión es limitante Longitud de fusión Vuelo sencillo Vuelo doble Vuelo triple Ángulo del vuelo - Holgura cilindro-tornillo - Profundidad del canal mínima mínima mínima disminución progresiva

9 4.3. Transporte del fundido Si consideramos flujo en una dirección Flujo de arrastre Flujo de presión Flujo de pérdidas Dirección de avance Dirección de avance Se puede despreciar Flujo total Q = Q D + Q P + Q pérdidas Hay flujo en dos direcciones (Z y X) Dirección de avance

10 4.3. Transporte del fundido Boquilla abierta Restricción Boquilla cerrada a) b) c)

11 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 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 Orientación perimetral Orientación axial Suponen una restricción al flujo, solo consiguen orientación moderada y pueden crear volúmenes muertos

13 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 Mezclador de vuelos secundarios Proporciona buena reorientación y tiene capacidad de bombeo Son más complejos y costosos de instalar y limpiar Proporciona buena reorientación y tiene capacidad de bombeo Son más complejos y costosos de instalar y limpiar

14 4.5. Desgasificado Sólo se emplean en procesos en los que podría quedar retenido gas Salida de volátiles Orificio de venteo Tornillo de dos secciones Son tornillo con un orificio de venteo y secciones, las zonas de transición y dosificado se encuentran duplicadas

15 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 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 5. Modelado de la zona de dosificado Ecuaciones de velocidad Balance de cantidad de movimiento Puesto que w>>h ν ν 1 + = x y η ν ν << x y dp ν 1 = y η dp Integrando dν y = dy η Condiciones de contorno y = 0 v = 0 y = h v = V dp + C 1 C 1 = V h C = 0 y ν = η h η dp dp + C 1 y + C Sustituyendo

18 5. Modelado de la zona de dosificado Ecuaciones de velocidad ν = y η dp + V h h η dp y ν = V y h h y η dp + y η dp ν = V y h + y( y h) η dp Dirección de avance Dirección de avance

19 5. Modelado de la zona de dosificado Ecuaciones para el caudal Q = h h h wvy h Q = w h v wy( y h) η w v dy = dy Q = wvh 3 wh 1η dp dp dy L w = π D senθ v z = V cosθ = π D N cosθ v x = V senθ = π D N senθ Z L Z = senθ = dl senθ

20 Ecuaciones para el caudal Tema 4. Extrusión 5. Modelado de la zona de dosificado whv π D senθ h π D N cosθ π D ( senθ cosθ ) h N = = w h dp h π D senθ dp h π D sen θ dp = senθ = 1η 1η dl 1η dl Q = π D ( senθ cosθ ) h N h 3 π D sen θ P 1 η L Q Recta operativa de un tornillo P

21 5. Modelado de la zona de dosificado Efecto de las variables π D Q = ( senθ cosθ ) h N h 3 π D sen θ P 1 η L Geometría del tornillo, L, h, D, θ 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 (h 3 ) Al aumentar el diámetro del tornillo aumenta el flujo de arrastre (D ) y el de presión (D)

22 5. Modelado de la zona de dosificado Efecto de las variables π D Q = ( senθ cosθ ) h N Tipo de material, η, y condiciones de operación, N y T h 3 π D sen θ P 1 η L 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 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 Q 3 wh = 1 L P η Recta operativa de una boquilla Boquilla circular sencilla de radio R y longitud L Q 4 πr = 8 L P η

24 5. Modelado de la zona de dosificado Recta operativa de un tornillo Q π D = ( senθ cosθ ) h N h 3 π D sen θ P 1 η L Recta operativa de la boquilla Q 4 πr = 8 L P η Puntos operativos de una extrusora