SEQUÊNCIAS DE PRODUÇÃO

EXTRUSÃO

PRODUZ PERFIS CONTÍNUOS COM SEÇÃO TRANSVERSAL SIMPLES OU COMPLEXA

DESENHO ESQUEMÁTICO DE UMA EXTRUSORA

EXEMPLOS DE

EXTRUSORAS

POLIMÉRICAS

EXEMPLOS DE EXTRUSORAS POLIMÉRICAS

TROCA DO FILTRO DA EXTRUSORA

EXEMPLOS DE PRODUTOS EXTRUDADOS

PRODUÇÃO DE GRANULADOS PARA INJEÇÃO

CORTE SECO

CORTE APÓS BANHO DE RESFRIAMENTO

PRODUÇÃO DE TUBOS CORRUGADOS

ALIMENTAÇÃO DO FUNIL EXTRUSORA E CORRUGADOR CORRUGADOR

FERRAMENTAS DE CORRUGAR ENTRADA DO CORRUGADOR INÍCIO DO PROCESSO

PRODUÇÃO DE

TUBOS RÍGIDOS

berço de resfriamento do produto

extrudado

extrusora

equipamento de arraste do

produto extrudado

equipamento de corte do produto

extrudado

berço de resfriamento do produto

extrudado

matriz

calibrador

saída do tubo da matriz

e entrada no calibrador

Análise do escoamento

- Inicialmente um filme de material fundido se forma na parede do cilindro.

- Como o parafuso se move, seus filetes raspam este filme movimentando o polímero fundido que

se mistura com o polímero ainda sólido, trocando calor e homogeneizando a massa polimérica.

Aderência do material polimérico

1o Caso: o material adere completamente ao parafuso e “tudo” gira como um cilindro sólido,

resultando em vazão zero, e é claro numa situação indesejável.

2o Caso: o material não gira (desliza sobre o parafuso), resultando apenas em movimento axial.

Esta é a situação ideal.

A situação real está entre estes dois limites.

Aspectos térmicos

Em extrusoras de grande vazão, o material passa tão rápido dentro do cilindro que calor suficiente

para a fusão é gerado pela ação cisalhante no polímero e os aquecedores não são necessários.

Em alguns casos, resfriadores para o cilindro e para o parafuso são usados.

O estado térmico numa extrusora pode ser comparado com dois estados termodinâmicos ideais.

Adiabático: não há troca termica externa e todo o calor gerado pelo trabalho no polímero aquece

os novos grãos.

Isotérmico: a temperatura é constante requerendo aquecimento ou resfriamento no cilindro para

compensar variações de temperatura.

A situação real é intermediária e a região de fusão praticamente opera como isotérmica.

dx.dy.VdQ

H

yVdV

T

0

H

0

dx.dy.H

y.VdQd

Vd.H.T2

1Qd

cos.N.D.Vd

cosetan.D.T

HcosN.D.etan.D.2

1Qd

2

cos.sen.H.N.D.2

1Qd

22

A

D C

y

dy

B

V

H

O

Vd placa móvel

placa estacionária

z

y

dx = elemento largura

T = largura do canal

EXTRUSÃO

VAZÃO DE ARRASTE

Para o elemento ABCD, a vazão volumétrica é dada por:

Assumindo um gradiente linear de velocidade V, tem-se:

Substituindo V e integrando na seção do canal, tem-se a vazão de arraste:

Esta equação pode ser ajustada para o arraste causado pelo movimento entre o parafuso e o cilindro.

Com a geometria do parafuso:

0

dx.dydz.z

PP1F

dx.dy.P2F dx.dz.d3F

3F22F1F

ddydz

dP

2

1

0

y2

0

ddydz

dP

2

1 dz

dPy

dy

dV..

dy

dV

dz

dPy

y

2H

V

0

dy.ydz

dP1dV

8

H

2

y

dz

dP1V

22

A

D C F1

dy B

H

baixa pressão alta pressão

z

y dx = elemento largura

T = largura do canal

F3

F3

F2 y

CONTRA VAZÃO DE PRESSÃO

Sobre o elemento ABCD, as forças são:

Para escoamento em regime estacionário, as forças estarão em equilíbrio. Portanto:

Substituindo-se as equações chega-se a:

Integrando-se: Obtem-se a tensão

Para fluidos Newtonianos a tensão cisalhante é relacionada com a viscosidade e a taxa de cisalhamento pela equação:

Substituindo-se na equação anterior:

Integrando, obtem-se:

2H

0

22

P dy8

H

2

yT.

dz

dP12Q

3

P H.T.dz

dP

12

1Q

dL

dP.

12

senDHQ

23

P

sen.dL

dP

dz

dP

dz

dLsen

cos.tanDT

dy.T.VdQ

0dL

dPtan

e12

DQ

322

F

CONTRA VAZÃO DE PRESSÃO

A vazão volumétrica é dada por:

Integrando, obtem-se a contra vazão de pressão

Esta equação pode ser ajustada para a geometria do parafuso e cilindro usando-se as seguintes substituições:

considerando-se e pequeno

senΦ = cat oposto / Hip

CONTRA VAZÃO DE FUGA QF OU VAZAMENTO PELA FOLGA δ DO PARAFUSO E CILINDRO

Com um procedimento semelhante chega-se a: se δ for pequeno

dL

dP.

12

senDHcos.sen.H.N.D.

2

1Q

2322

axbY

L

P

dL

dP

cos.sen.H.N.D.2

1QQ

22

max

0Q

L

P.

12

senDHcos.sen.H.N.D.

2

123

22

tanH

.N.L.D.6PP

2maxpressão

vazão

Pmax

Qmax

N1 N2 > N1

0 0

VAZÃO TOTAL

A vazão volumétrica total é dada por:

Para a maioria das aplicações práticas:

1) despreza-se a contra vazão de fuga;

2) considera-se linear a variação da pressão no comprimento do parafuso

DIAGRAMA DA MÁQUINA

Serão analisadas duas situações:

1) Vazão livre = não há matriz no final do parafuso.

Sendo P=0, tem-se:

2) Vazão zero = saída da extrusora bloqueada.

Veja que a vazão é grande se

a pressão na saída for pequena

P.KQ

d

4

L..8

R.K

R

d

3

d

L..12

H.TK

T

Hd

d

3

d

L..12

H.Dm.K

Hd

Dm

DIAGRAMA DA MATRIZ

Deve-se combinar a extrusora com a matriz que conforma o produto extrudado.

Para fluidos Newtonianos, a vazão de uma matriz é dada por :

Sendo:

1) Para uma matriz capilar

2) Para uma matriz retangular

3) Para uma matriz anelar

( y = a.x )

Ld = comprimento da matriz

pressão

vazão

0

Q = K.P

0

A vazão de saída da extrusora é a vazão de entrada da matriz,

e a vazão de saída da matriz aumenta com a pressão da

entrada.

DIAGRAMA DO PROCESSO

Combinando-se a extrusora com a matriz, tem-se:

Onde: Qop e Pop são, respectivamente, a vazão de operação e a pressão de operação.

pressão

vazão

Pmax

Qmax

N1 N2 > N1

0

Q = K.P

Pop

Qop

0

ponto de operação

senDT Vd.H.T2

1Qd cos.N.D.Vd

mm76,477,17sen50T

s/cm3,14s/mm142947,17cos60/100504,276,472

1Qd

33

sen.H.T.L

P

12

1Q

3

P

s/cm67,110120012

7,17sen0024,004776,01020Q

3636

P

s/cm6,1267,13,14QQdQ3

PT

Exercício 1

Numa extrusora:

a viscosidade do material polimérico é 200 N.s / m2

a distância entre o corpo do parafuso e a parede do cilindro é de 2,4 mm, folga zero,

o diâmetro do parafuso é de 50 mm, gira a 100 rpm e tem comprimento de 1000 mm,

o ângulo da rosca do parafuso é de 17,7o,

a pressão varia linearmente de zero, na entrada de material até 20 MPa na entrada da matriz.

Determine:

(a) a vazão de arraste,

(b) a contravazão de pressão,

(c) a vazão total.

Solução:

e

onde

(b)

(c)

(a)

Exercício 2

Ache o ponto de operação da extrusora do exercício 1, quando esta for combinada com uma matriz anelar com

comprimento de 150 mm para a extrusão de um tubo com diâmetro médio de 20 mm e espessura de parede de 1,2 mm.

Verifique o efeito sobre a pressão de operação e sobre a vazão de operação se a viscosidade do material modificar-se

para 400 N.s / m2.

Solução

s/cm3,147,17cos.7,17sen.24,0).60/100.(5.2

1cos.sen.H.N.D.

2

1Q

32222

max

MPa9,1707,17tan.4,2

10.200).60/100.(1000.50..6

tanH

.N.L.D.6P

2

6

2200max

s.N/mm6,3011501020012

2,120

L..12

H.Dm.K

5

6

3

d

3

d

200

P.KQ

MPa8,341P 400max s.N/mm8,150K5

400

K(400) K(200)

Pmax(400)

[MPa]

Q [cm³/s]

Pontos de Operação Lidos no Gráfico: veja que a vazão de produção se mantem.

η = 200 N.s/m² P = 37,8 MPa Q = 11,2 cm³ / s = 0,672 dm³ / min

η = 400 N.s/m² P = 74,3 MPa Q = 11,2 cm³ / s = 0,672 dm³ / min

VARIÁVEIS DO PROCESSO

VAZÃO DE OPERAÇÃO (Qop)

AJUSTE DO TRACIONADOR

CAPACIDADE DE RESFRIAMENTO

ESTIRAMENTO DO PRODUTO EXTRUDADO

VISCOSIDADE (η)

TEMPERATURA DAS

ZONAS DO CILINDRO

VARIANDO-SE TEMPERATURA E/OU VISCOSIDADE

MODIFICA A VAZÃO DE OPERAÇÃO

DIMENSIONAL DO PRODUTO

VELOCIDADE DE ROTAÇÃO

DO PARAFUSO (N)