Que producción debería esperar?

Usted puede obtener una estimación aproximada de la producción potencial si se conoce la potencia de accionamiento de la máquina y las características térmicas de uno de los materiales que se estén corriendo.

Calcular la producción óptima para una extrusora de un solo tornillo puede tomar mucho tiempo, ya que implica los detalles específicos de la extrusora y numerosas características del polímero. Pero usted puede obtener una estimación aproximada de la producción potencial si se conoce la potencia de accionamiento de la máquina y las características térmicas de uno de los materiales que se estén ejecutando, combinado con la experiencia de un proceso similar.

Si una temperatura de fusión típica para el proceso y el calor específico del polímero son conocidos, conocer su primera estimación de producción puede ser bastante simple. En la mayoría de los casos, el cambio en la temperatura de entrada del polímero en el extrusor hasta la temperatura de salida del extrusor (ΔT) representa aproximadamente el 90% de la energía total convertida desde la rotación del tornillo para extrusoras de cilindro liso. Usar eso como la base para una estimación de producción. El otro 10% se consume en la alimentación de sólidos, la presurización, y las pérdidas mecánicas.

Usemos la extrusión de lamina de PEAD como una ilustración, donde el rango promedio de la temperatura de fusión es 400-450 °F. Si toma 425°F como una temperatura de fusión promedio, y el polímero entra en la extrusora a temperatura ambiente (75 °F), el cambio la temperatura es de 350 °F. Sabemos que el calor específico medio del polietileno de alta densidad es de 0.55 ° F. BTU/lb- Para 1000 lb / hr de producción, el requerimiento de energía se puede calcular como:

1.000 libras / hr x 350 °F x 0,55 BTU/lb-° F = 192,500 BTU / hr.
Convertir BTU a caballaje y saldrá:
192,500 BTU / hr x 0.000393 = 74.86 HP. 

Sin embargo, esto es sólo la energía para el calentamiento del polímero. Además del anteriormente mencionado 10% usado, hay pérdidas de energía en el reductor de engranajes, a los alrededores y en cualquier sistema de refrigeración de la extrusora. La magnitud de esas pérdidas es típicamente un 20-25% adicional en todos excepto las nuevas extrusoras. Así que teniendo en cuenta todos los factores, el tamaño del mando se debe aumentar en un 30-35% por encima de lo que es necesario para manejar sólo el calentamiento del polímero.

En el escenario anterior, 74,86 hp/0.65 = 115,2 HP sería suficiente potencia de accionamiento para girar el tornillo con plena carga del motor o capacidad. Sin embargo, usted necesitará un poco de energía de reserva para evitar llegar al límite actual, así que es mejor levantar esto en un 15-20% adicional, llevando el total a 115.2/0.80 = 144,0 HP. Este último ajuste es sólo para permitir la carga del motor a ser de aproximadamente el 80% de la plena carga a la velocidad completa. Usted puede ser capaz de reducir este margen y correr cerca a la plena carga, ya que los motores están diseñados para funcionar indefinidamente a plena carga.

Esto se puede descomponer a la siguiente fórmula para estimar conservadoramente la producción basándose en el HP disponible:

Disponible hp / (0.000748 x calor específico x ΔT) = producción (lb / hr)
Sustituyendo valores en la ecuación:
150 hp / (0,000748 x 0,55 BTU / lb x 350 ° F) = 1.041,7 libras / hr 

Utilice el aumento de la temperatura correcta y el calor específico. Procesos diferentes requieren diferentes temperaturas de fusión con el mismo polímero. El aumento de temperatura es de su experiencia en el proceso, los calores específicos están disponibles en Internet. Una publicación de Spirex, Plastificating Essentials, enumera algunos valores de calores específicos.

VALORES DE CALOR ESPECIFICO DE LAS RESINAS MAS COMUNES

ABS	0.34
PEBD	0.52
PEAD	0.55
PP	0.50
PET	0.40
NYLON 6	0.40
PC	0.30
PVC RIGIDO	0.25

El cálculo anterior es sólo la primera estimación de la producción potencial. El torque y L / D del tornillo también deben tenerse en cuenta para conseguir ese número final. El caballaje es la potencia disponible, pero la capacidad de torque es la medida de la potencia de giro que hace rotar el tornillo.

Torque (in.-lb) = (HP x 63025) / máximo rpm 

Esto afecta el desempeño porque la fuerza para girar el tornillo se reduce proporcionalmente a medida que aumenta la velocidad máxima de tornillo. El tornillo debe ser diseñado para una producción específica para que coincida con el torque disponible. Si el torque es bajo - es decir, la velocidad máxima del tornillo es alta - entonces la producción específica debe reducirse utilizando canales menos profundos de los tornillos. Conforme los canales se hacen menos profundas, la temperatura de fusión se incrementará hasta que ya no está dentro de la ventana de procesamiento. Como resultado, la potencia no es en sí misma una descripción completa de la potencia del extrusor.

Por último, determinar si la L / D es suficientemente larga para manejar los requisitos de la alimentación, fusión, y presurización a la velocidad determinada. Los efectos del torque y L / D requieren un diseño de tornillo inteligente con el fin de ser estimados correctamente. La fórmula que se basa en el calentamiento del polímero es sólo una estimación de la producción potencial.

Acerca del Autor
Jim Frankland es un ingeniero mecánico que ha estado involucrado en todos los tipos de proceso de extrusión por más de 40 años. Actualmente es presidente de Frankland Plástics Consulting, LLC. Contacto jim.frankland @ comcast.net o 651-9196 (724).

Plastics Technology
Noviembre 2012