Muitas vezes, consideramos que o processo de #extrusão inicia-se nos filetes iniciais da rosca. Gostaria de convidá-lo a rever este conceito e olhar em primeiro lugar o #funil de alimentação. Variação de vazão durante a extrusão afetam a #espessura to produto final. Queda brusca da vazão, interrompem a produção e também implicam em #qualidade no produto final. Peletes que não conseguem escoar, podem ser uma fonte de #contaminação para o #processo. Contudo, não podemos inocentar o #design do funil de um processo de extrusão, por julgarmos ser um elemento simples num contexto complexo.
É preciso assegurar ainda, que ao longo de toda o range de operação da #extrusora, a vazão no final do funil, efeito da gravidade, é maior que vazão da extrusora em #rotação máxima.
Sistemas de alimentação.
Existem dois tipos de sistemas de alimentação:
Figura 01 - Starve feeding Figura 02 - Flood feeding
Flood feeding, imundação, quando a alimentação da rosca está sendo abastecida por completa pelos peletes.
"Starve feeding", afogamento ou estrangulamento, quando a alimentação de material tem abastecimento de peletes insuficiente para preencher a rosca.
Vamos focar na ilustração da figura 02. Por gravidade os peletes fluem para a entrada da #rosca, enquanto a rotação da rosca transportar esses materiais. algumas variáveis são importantes para respeitar o liberdade destes grãos em fluir.
A importância de não se ignorar o funil.
A densidade aparente do material polimérica, pode ajudar a antecipar se o material tem facilidade ou não em abastecer a rosca. Geralmente materiais com alto valor de densidade aparente, 0,7g/cm³ por exemplo, abastecem a rosca com facilidade. Outros materiais, com 0,3g/cm³, tem dificuldade e podem requerer com funil especial.
Outra condição importante é se garantir a baixa fricção entre os peletes e o funil (#fricção externa) e entre peletes (fricção interna). Ao projetar o design do funil, atentamos a alguns fatores que contribuem para facilitar o fluxo do material:
superfície interna do funil o mais polida possível.
o modelo e o ângulo do funil.
isolamento térmico.
grau de umidade.
eletricidade estática
forma e tamanho dos peletes.
Estes fatores citados acima provocam o efeito "bridging" e o "rat-holing". Esses mesmos problemas são bem conhecidos para industrias que manufaturam silos. O video a seguir ilustra e define bem o que são esses problema, e como resolver-los através do design do funil.
Impacto sobre a Potência do motor.
Para exemplificar e tornar a importância do funil sobre a zona de alimentação mais fácil de assimilar, vamos considerar um funil com 15" (aproximadamente 0,381m) e uma ângulo de 45°. Primeiro vamos entender a pressão gerada na base do funil. A figura 3 ilustra qual a pressão gerada por um material com densidade aparente de 545kg/m³, razão de compressibilidade de 0,286 e factor de fricção estático de 0,3.
Figura 3 - Ilustração de Funil com cálculo da pressão na base do diâmetro maior
O mecanismo de transporte na zona de alimentação é definida pelo fluido de arraste induzido. Quando a extrusora se encontra em um regime estável, a vazão mássica (G) também está estável ao longo de toda a geometria da rosca. Pode-se construir uma relação direta entre a densidade aparente, a fricção no funil e potência absorvida somente na zona de alimentação.
Neste caso para uma rosca de apenas 63,5mm de diâmetro e vazão de 67,1kg/h, a potência absorvida seria o equivalente a 56,7W.
Figura 04 - vazão de potência absorvida na zona de alimentação.
Discutimos em outros artigos sobre como calcular a vazão pela perspectiva da zona de homogeneização. No mesmo, falamos sobre cilindros com ranhura e lisos e seu impacto sobre a vazão da extrusora.
Conclusão
Sem entrar nos detalhes matemáticos, podemos concluir ao analisar as equações da figura 03, que existe uma forte influência da densidade aparente (ρb), da pressão na base do funil (P1), sobre a potência absorvida na zona de alimentação.
Materiais com alto índice de carga, como #PVC ou #HFFR, ou designs de rosca que ignoram o impacto da pressão gerada pelo funil, podem levar a problemas como:
variação de vazão ou sua queda repentina devido à falta de abastecimento contínuo da extrusora.
contaminação do processo pelo design inapropriado do funil, caracterizado por fenômenos como "#bridging" e "#ratholing".
Maior potência requirida do motor devido a geração de pressão provocada pela densidade aparente, a fricção estática do funil e a geometria da zona de alimentação.
Se voce quiser saber mais detalhes sobre este processo, consulte nossa datas de treinamento pelo site. PDCA EP Brasil apostilas e apresentações sobre Polímeros, Extrusão, (pdca-epbrasil.com)
Referencias Bibliográficas.
Zehev Tadmor and Costas G. Gogos, Principles of Polymer Processing, second edition, Wiley.
C. Rauwendaal, Polymer Extrusion, 5th ed., Carl Hanser, 2014
Kirk Cantor, Blown Film Extrusion, 3rd ed, Carl Hanser, 2019.
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