Reología de Polímeros Técnicas de Medición y equipos de precisión

Presentación del tema: "Reología de Polímeros Técnicas de Medición y equipos de precisión"— Transcripción de la presentación:

1 Reología de Polímeros Técnicas de Medición y equipos de precisión
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros Técnicas de Medición y equipos de precisión Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Diciembre de 2001

2 La inyección es el principal método de fabricación con plásticos
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: La inyección es el principal método de fabricación con plásticos Termoplásticos :polímeros que se vuelven plásticos tras un aporte de calor suficiente. Fundamento: introducir un polímero fundido en un molde cerrado y frío, donde solidifica para dar el producto

3 segundos Pascal (Pas) Reología de Polímeros
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: En los polímeros no podemos asegurar que la viscosidad de una determinada muestra de material va a coincidir con lo esperado por datos obtenidos de tablas aparato que determine las viscosidades Esfuerzo de corte: d A F ΛL Lo Velocidad de corte (Shear-Rate) Parámetros proporcionales segundos Pascal (Pas)

4 Viscosidades de algunos sustancias
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Viscosidades de algunos sustancias

5  Comportamiento no Newtoniano Reología de Polímeros
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: La relación entre esfuerzo cortante y velocidad de corte (Shear-Rate) no es lineal  Comportamiento no Newtoniano Fluido newtoniano pseudoplástico dilatante Velocidad de corte γ Esfuerzo cortante τ Comportamiento más común entre los polímeros la viscosidad no es constante, sino que depende de la velocidad de corte viscosidad aparente (ηap)

6 Viscosidad aparente ηap
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Reograma : Viscosidad aparente – Velocidad de corte Fluido newtoniano pseudoplástico dilatante Velocidad de corte γ Viscosidad aparente ηap Sirve para caracterizar polimeros Para obtenerlo hay que medir la viscosidad en una amplia gama de velocidades de corte. Reómetro

7 Los aparatos de medida de viscosidades
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Los aparatos de medida de viscosidades capaces de generar una determinada velocidad de corte medir el esfuerzo cortante que se origina Viscosímetro: Genera una única velocidad de corte y mide el esfuerzo cortante. Solo sirve para fluidos Newtonianos. Reómetro: Genera suficientes velocidades de corte para elaborar un reograma. Uso con pseudoplásticos

8 Reómetro Placa-cono , placas paralelas Reómetro Cilíndrico
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Tipos de Reómetros: Reómetro Placa-cono , placas paralelas Reómetro Cilíndrico Reómetro Capilar Con cada uno se obtiene la viscosidad aparente en un rango de velocidades de corte. Se necesitan al menos dos para obtener un reograma completo

9 Reómetro de Placa-cono y de placas paralelas:
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Reómetro de Placa-cono y de placas paralelas: El fundido se encuentra entre una placa fija y otra que gira a una velocidad angular constante, .  = /,  el ángulo del cono  = 3M / 2Rc3 , Rc radio de la parte cilíndrica viscosidad Calcula  para velocidades de corte de entre 10-3 y 1 s-1

10 Esfuerzo necesario Velocidades de giro viscosidad
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Reómetro cilíndrico: Proporciona al material un flujo rotacional en el espacio intersticial de dos cilindros concéntricos que giran a diferente velocidad (normalmente uno fijo y otro móvil). Esfuerzo necesario Velocidades de giro viscosidad Velocidad de corte entre y 4000 s-1 Incertidumbre entorno al ±0.5% del campo de medida.

11 Velocidad de corte entre 1 y 105 s-1
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Reómetro Capilar Cilindro con calentamiento en cuyo extremo existe un pequeño dado capilar a través del cual se extruye el plástico fundido. Medida de presion Velocidad de corte viscosidad Velocidad de corte entre 1 y 105 s-1 La incertidumbre depende del modelo y sobre todo de la utilización del capilar adecuado.

12 Forma de aplicación de los esfuerzos Rango de velocidades de corte
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Forma de aplicación de los esfuerzos Rango de velocidades de corte Maquina Inyectora Reómetro capilar En ambas maquinas se cumplen las mismas ecuaciones referentes al paso de un fluido en canales cilíndricos.

13 Esfuerzo de corte en la pared cilíndrica:
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Para canales cilíndricos de longitud L, radio del canal R, caída de presión P y caudal Q, se tiene: Esfuerzo de corte en la pared cilíndrica: Velocidad de corte en la pared: Viscosidad aparente: “ecuación de Poiseuille”

14 Aplicación a las máquinas de Inyección
Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Método de medición:   Se hace bajar el pistón a velocidad constante forzando al plástico fundido a pasar a través del capilar y se mide la fuerza que es necesario aplicar al pistón. También se mide la presión. P Medida de la presión

15 Aplicación a las máquinas de Inyección
Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Ensayo: Se realiza dando los valores de la velocidad del pistón que se deseen, la temperatura a la que se quiere realizar el ensayo y la variacion de presion que toleramos. Tras esto el Reómetro comenzará con el ensayo calentando hasta la temperatura deseada, cuando llegue irá a la primera velocidad demandada. Una vez alcanzada esperará a que se estabilice la presión (que se mantenga dentro del margen que se le ha prefijado) y almacenará este valor para mostrarlo como resultado.A continuación el pistón acelerará hasta la siguiente velocidad y realizará la misma operación y así hasta que termine en la última velocidad demandada.

16 Aplicación a las máquinas de Inyección
Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Sustituyendo el caudal Q en la ecuación de Poiseuille se obtiene la viscosidad: con : R: radio del capilar; L: longitud del capilar; r: radio del pistón; P: presión medida por el sensor de presión; V pistón: velocidad de bajada del pistón (constante)

17 Partes mecánicas del reómetro capilar:
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Partes mecánicas del reómetro capilar: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 20 23 22 21 19 24 13 Grupo Motor Cámara de extrusión 1 Encoder Óptico 2 Polea Grande 3 Tornillo 4 Columna Fija 5 Columna Móvil 6 Placa Superior 22 Motor Paso a Paso 23 Polea Pequeña 24 Correa de Transmisión

18 Partes mecánicas del reómetro ( II ):
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Partes mecánicas del reómetro ( II ): 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 20 23 22 21 19 24 13 Grupo Motor Cámara de extrusión 7 Mordaza para el Pistón 8 Pistón 9 Resistencia Calefactora 10 Termopar Temperatura 11 Resistencia Calefactora 2 12 Transductor de Presión 13 Termopar Temperatura 14 Resistencia Calefactora 3

19 Partes mecánicas del reómetro ( III ):
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Partes mecánicas del reómetro ( III ): 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 20 23 22 21 19 24 13 Grupo Motor Cámara de extrusión 15 Tuerca de Apriete del Capilar 16 Capilar 17 Filamento extruido 18 Camisa 19 Polímero Fundido 20 Aislamiento Térmico 21 Placa Inferior

20 Comportamiento mecánico del grupo motor:
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Comportamiento mecánico del grupo motor: Comportamiento mecánico tornillo de potencia El motor imprime el giro al tornillo por medio de una transmisión reductora.

21 sensor piezoeléctrico alojado en el interior de la camisa
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Transductor sensor piezoeléctrico alojado en el interior de la camisa superficie está mecanizada Nuestro modelo es un KISTLER tipo 6171B 3,6 mm diametro Para más de 2000 bar

22 Datos técnicos Reología de Polímeros
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Datos técnicos sensibilidad variable con la temperatura variando en menos de un 0.5% presiones de 0 a 2000bar.

23 Transductor Reología de Polímeros
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Transductor

24 Reología de Polímeros Aplicación a las máquinas de Inyección Alumnos:
José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos:

25 Amplificador de Presión
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Amplificador de Presión la señal del transductor debe ser amplificada el amplificador pasa la medida de presión tomada a voltios de esta manera puede ser leída por la tarjeta del PC KISTLER tipo 5039A332 saca el valor amplificado de la presión entre 0 y +10V

26 Amplificador de Presión
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Amplificador de Presión Rango de medida I de ±5’ ±50’000 Salida ± 10V, mA Alimentación V Data sheet

27 Medida de Presión sensor amplificador tarjeta PC Programa PC
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Medida de Presión sensor amplificador tarjeta PC Programa PC Análisis de los Datos

28 Capilar Reología de Polímeros Aplicación a las máquinas de Inyección
José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Capilar orificio de salida en la extrusión del polímero fundido se conocen con precisión el diámetro y la longitud se pueda hallar exactamente el valor de Shear-Rate en función del caudal que lo atraviesa Orificio Junta de Teflón Ensanchamiento de la base

29 Reguladores de Temperatura y Termopares
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Reguladores de Temperatura y Termopares Reguladores de temperatura se encargan de llevar el polímero a la temperatura deseada DIGITEK (Micro PID-3) Termopares miden la temperatura dentro de la cámara Tipo J rango de medida entre –210 y 1200ºC sensibilidad es de 1.7 μV/ºC precisión de 1ºC

30 Resistencias Calefactoras
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Resistencias Calefactoras Borne A Borne B aportan calor a la cámara de extrusión Rresistencia de anillo Bornes Resistencia de abrazadera Bornes Resistencia de abrazadera

31 Reómetros comerciales
Aplicación a las máquinas de Inyección Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet Alumnos: Reómetros comerciales Brookfield Engineering - Products Porpoise Intelligent Rheometer Rheology Testing Polymer Extrusion HAAKE  Superior Quality Rheometers REOLOGICA Instruments AB - Rheology, Viscometry