EXTRUSION / TRANSPORTE

DOS CASOS EXTREMOS.

1.- EL MATERIAL SE ADHIERE ÚNICAMENTE AL TORNILLO Y SE DESLIZA SOBRE LA CAMISA. BAJO ESTAS CONDICIONES, EL TORNILLO Y EL MATERIAL SIMPLEMENTE

GIRARÍAN COMO UN CILINDRO SÓLIDO Y NO HABRÍA TRANSPORTE.

2.-EL MATERIAL RESISTE LA ROTACIÓN EN LA CAMISA (ALTA RESISTENCIA A LA ROTACION) Y SE DESLIZA SOBRE EL TORNILLO. AHORA TIENDE A SER

TRANSPORTADO AXIALMENTE COMO UN TORNILLO DE ARQUÍMEDES NORMAL DE CANAL PROFUNDO QUE SE USA PARA TRANSPORTAR SÓLIDOS.

PARA SER TRANSPORTADO HACIA ADELANTE, EL MATERIAL NO DEBE GIRAR JUNTO CON EL TORNILLO, O AL MENOS DEBE GIRAR A UNA MENOR VELOCIDAD QUE EL

TORNILLO. LA ÚNICA FUERZA QUE PUEDE EVITAR QUE EL MATERIAL DE VUELTAS JUNTO CON EL TORNILLO Y, POR TANTO, HACER QUE EL MATERIAL AVANCE A LO

LARGO DE LA CAMISA ES LA FUERZA DE ARRASTRE O FRICCIÓN ENTRE EL MATERIAL Y LA SUPERFICIE INTERNA DE LA CAMISA.

A MAYOR FRICCIÓN MENOR ROTACIÓN DEL MATERIAL JUNTO CON EL TORNILLO Y, POR LO TANTO, MÁS MOVIMIENTO HACIA ADELANTE.

EL CAUDAL SE HACE TANTO MAYOR CUANTO MAYOR SEA EL COEFICIENTE DE ROZAMIENTO DEL SÓLIDO CON LA CARCASA CON RESPECTO AL DEL SÓLIDO CON EL

EJE DEL TORNILLO. POR ELLO LAS CARCASAS DE LAS EXTRUSORAS EN ESTA SECCIÓN SUELEN RANURARSE SEGÚN LAS GENERATRICES DEL CILINDRO.

EXTRUSION

EN LA PRÁCTICA, HAY FRICCIÓN TANTO CON EL EJE DEL TORNILLO COMO CON LA CAMISA, Y ESTO CONDUCE AL MECANISMO DE TRANSPORTE PRINCIPAL, EL FLUJO POR ARRASTRE DEL MATERIAL FUNDIDO A LO LARGO DEL TORNILLO

COMO RESULTADO DE LAS FUERZAS DE FRICCIÓN, Y ES EL EQUIVALENTE AL ARRASTRE VISCOSO ENTRE LAS PLACAS ESTACIONARIA Y MÓVIL SEPARADAS

POR UN MEDIO VISCOSO. ESTO CONSTITUYE LA COMPONENTE DE TRANSPORTE DEL EXTRUSOR.

SE LE OPONE LA COMPONENTE DEL FLUJO DE PRESIÓN, PRODUCIDO POR EL GRADIENTE DE PRESIÓN QUE HAY A LO LARGO DEL EXTRUSOR. ESTE

GRADIENTE DE PRESIÓN SE OPONE AL FLUJO DE ARRASTRE. ES IMPORTANTE COMPRENDER QUE NO HAY FLUJO REAL RESULTANTE DEBIDO A LA PRESIÓN,

ÚNICAMENTE ES UNA OPOSICIÓN.

EL COMPONENTE FINAL EN EL MODELO DE FLUJO ES EL FLUJO DE FUGA. HAY UN ESPACIO FINITO ENTRE EL TORNILLO Y LA CAMISA A TRAVÉS DEL CUAL SE PUEDE FUGAR EL MATERIAL. ESTE ES TAMBIÉN UN FLUJO IMPULSADO POR EL GRADIENTE DE PRESIÓN QUE TAMBIÉN SE OPONE AL FLUJO DE ARRASTRE.

POR LO TANTO, EL FLUJO TOTAL ES EL BALANCE DE ESTOS COMPONENTES

FLUJO TOTAL = FLUJO DE ARRASTRE - FLUJO DE PRESIÓN - FLUJO DE FUGA.

EXTRUSION

Flujo de arrastre.

dQ Vdxdy dy

V VH

d

ydQ V dxdy

H

0 0

H T

d dy

Q V dxdyH

12d dQ THV de donde:

EXTRUSION

SUPOSICIONES:

• EL MATERIAL FUNDIDO SE COMPORTA COMO UN

FLUIDO NEWTONIANO, POR LO TANTO, LA

VISCOSIDAD ES LA MISMA EN TODOS LOS PUNTOS.

•EXISTE UN GRADIENTE DE VELOCIDAD QUE VA

DESDE CERO EN EL TORNILLO HASTA UN

VALOR MÁXIMO EN LA PARED DE LA CAMISA.

EXTRUSION

12d dQ THVSUSTITUYENDO ESTOS VALORES EN:

2 2 2 21 1cos 2

2 4dQ D HNsen D HNsen SE DEDUCE QUE EL FLUJO DE ARRASTRE DEPENDE

DE:

• DIÁMETRO DEL TORNILLO AL CUADRADO D2

• VELOCIDAD DEL TORNILLO N• PROFUNDIDAD DEL CANAL H• ÁNGULO DE HÉLICE Φ

EXTRUSION

TENSIONCORTANTE

EXTRUSION

3 2

12pDH sen dP

QdL

SE DEDUCE QUE EL FLUJO DE PRESIÓN DEPENDE DE:

- TERCERA POTENCIA DE LA PROFUNDIDAD DEL CANAL

-DIAMETRO DEL TORNILO- ANGULO DE LA HELICE- EL GRADIENTE DE PRESIÓN- LA VISCOSIDAD DEL FLUIDO

EXTRUSION / FLUJO DE FUGA

cose

cos

D

EL FLUJO DE FUGA TIENE LUGAR ENTRE LA PARTE SUPERIOR DE

LOS REBORDES DEL TORNILLO Y LA CAMISA COMO RESULTADO

DE LA PRESIÓN DE RETROCESO.

ESTE TIPO DE FLUJO PUEDE SER ANALIZADO COMO UN FLUJO DE

PRESIÓN ENTRE PLANOS PARALELOS CON:

UNA SEPARACIÓN

UNA ANCHURA

UNA LONGITUD

El flujo de fuga normalmente es pequeño en comparación con el flujo de arrastre y el flujo de presión y, por tanto, para la mayoría de los casos prácticos reales puede

despreciarse al calcular el flujo total.

Únicamente tiene significado práctico en máquinas desgastadas en las cuales se vuelve grande el espacio libre que hay entre el tornillo y la camisa.

EXTRUSION

REALIZANDO LAS SIGUIENTES SUSTITUCIONES EN LA EXPRESIÓN

3112p

dPQ TH

dz

EXTRUSION

DESARROLLO DEL TORNILLO

El flujo de fuga ocurre debido a la presión diferencial, P, existente a través de una sección tal como la CD. El incremento de presión desde

A hasta B viene dado por:

ABdP

P DtagdL

SI EL INCREMENTO DE PRESIÓN ES LINEAL, ENTONCES LA

PRESIÓN DIFERENCIAL QUE ACTÚA EN C

PERPENDICULARMENTE HACIA A, A TRAVÉS DE LOS REBORDES

SERÁ PROPORCIONAL A LA RELACIÓN:

22 cos1

cos

cos senD

senDtagD

AB

BCAB

AB

AC

P

P

AB

2cosdP

P DtagdL

2 2 3

12LD dP

Q tage dL

3112 cos cosL

P DQ

e

EXTRUSION

2 21

3 2 22

1 cos 62

12MAX

D NHsen C N NDLP P

CDH sen H tagL

2 21

1cos

2MAXQ Q D HNsen C N

Curva característica de un extrusor.

1 2 4

TP P

Q C N C C

PARA UNA LÍNEA CARACTERÍSTICA ESCARPADA, EL SISTEMA ES SENSIBLE A CAMBIOS DE PRESIÓN, UN PEQUEÑO INCREMENTO EN LA PRESIÓN FRONTAL

DISMINUYE ABRUPTAMENTE LA PRODUCCIÓN. PARA UNA LÍNEA CARACTERÍSTICA PLANA, LA PRODUCCIÓN NO SE MODIFICA DE MANERA MARCADA SI CAMBIA LA

PRESIÓN

EL PUNTO DE OPERACIÓN DE UNA MÁQUINA DE EXTRUSIÓN DEPENDE TANTO DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL TORNILLO COMO DEL DADO, LAS CUALES SON OPUESTAS.

ASÍ, EL TORNILLO TIENE UNA CAPACIDAD (CAUDAL DE SALIDA) ALTA SI LA PRESIÓN A LA SALIDA ES BAJA, MIENTRAS QUE, LA CAPACIDAD DEL DADO AUMENTA AL

HACERLO LA PRESIÓN A SU ENTRADA, QUE SE CORRESPONDE CON LA DE SALIDA DEL TORNILLO.

EFICIENCIA VOLUMÉTRICA DEL EXTRUSOR.

LA SALIDA IDEAL DEL TORNILLO SE OBTIENE CUANDO EL MATERIAL PLÁSTICO SE MUEVE A LO LARGO DEL TORNILLO EN LA DIRECCIÓN AXIAL

SIN QUE EXISTA ROTACIÓN.

EN ESTE CASO, LA VELOCIDAD AXIAL, Va, DEL MATERIAL ES:

( )( )aV Paso de la hélice Velocidad del tornillo Dtag N

( )( ) cosIDEAL d

DNtagQ V Sección transversal del reborde del tornillo DHtag

sen2 2

IDEALQ D HNtag 21cos

2MAX

VIDEAL

QE

Q

ad

V DNtagV

sen sen

2 21cos

2MAXQ D HNsen

EXTRUSION

Ecuaciones características del dado.

Características del extrusor y del dado. Punto de operación.

43 22 21

cos2 12 8 D

DH sen P R PQ D Hsen

L L

2

4 3 2

2 cos

2 2

OP

D

D NHsenP

R DH senL L

EXTRUSION

En la práctica se usan diferentes acoplamientos de tornillo y dado. Los puntos de intersección muestran que al usar un dado abierto, se obtendrían los mejores

resultados con un tornillo de canal profundo, mientras que si se utiliza un dado restringido, lo mejor sería un canal de poca profundidad.

Diferentes acoplamientos de líneas características de tornillo y dado.

3P

Q C

1 2 4

TP P

Q C N C C

2 21

1cos

2C D Hsen

3 2

2 12DH sen

CL

1 2 4

TP P

Q C N C C