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. 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.
SE DEDUCE QUE EL FLUJO DE ARRASTRE DEPENDE DE: EXTRUSION SUSTITUYENDO ESTOS VALORES EN: 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 TENSION CORTANTE
EXTRUSION
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 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 LONGITUD UNA ANCHURA 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
EXTRUSION 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: 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: DESARROLLO DEL TORNILLO
EXTRUSION
Curva característica de un extrusor. 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:
EXTRUSION
Ecuaciones características del dado.
Características del extrusor y del dado. Punto de operación.
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.