2 de abril de 2013

Los límites de la relación de compresión

No confíe sólo en este valor durante el proceso de diseño del tornillo.

Usted probablemente ha escuchado los términos 2:1, 3:1, y así sucesivamente en la descripción de los tornillos individuales. Estos números se refieren a la relación de compresión ( R/C) del tornillo, que es la relación de la profundidad de la alimentación a la profundidad de dosificación. La mayoría de la gente usa R/C como un método para seleccionar la profundidad apropiada de la alimentación del tornillo, pero esta impacta significativamente en la velocidad de fusión también.

Mientras que la R/C no debería pasarse por alto, hay una gran cantidad de otros parámetros a considerar al diseñar las secciones de alimentación y de fusión óptimas de un tornillo. La R/C no indica la profundidad del canal o longitud de la sección, solo la relación entre ellos. ¿Es de esperar un tornillo con profundidades de alimentación y de medición de 0,900 pulg y 0,300 pulg, respectivamente, funcione igual que uno del mismo tamaño, con profundidades de 0,450 pulg y 0,150 pulg? O se puede esperar de un tornillo con cinco aletas de alimentación funciones igual que uno con 10 aletas a la misma profundidad? ¿Qué pasa si hay un cambio de paso entre la sección de alimentación y la sección de dosificación? Estas configuraciones pueden todas tener una R/C de 3:1, pero con seguridad ellos funcionaran de manera diferente.

Las propiedades de alimentación son difíciles de cuantificar y medir, por lo que los diseñadores de tornillos necesariamente utilizan un enfoque en gran parte empírico al tomar decisiones. Sin embargo, los mejores diseñadores utilizan un número de relaciones empíricas relativas a las características de fricción del polímero individual junto con las características de las partículas de la aplicación individual, tales como densidad a granel, compactación y uniformidad.

Estas pueden variar según el polímero, fabricante de la resina, el uso de material reciclado, presencia de aditivos o cargas, y el diseño de la garganta de alimentación. Los diseñadores de tornillos no se basan en una sola relación fija como la R/C para cada polímero, sino una que varíe para adaptarse a tantas características de la materia prima y el diseño de la garganta de alimentación como puedan ser cuantificadas.

El otro aspecto de la R/C es que afecta el desempeño del fundido. Esto se debe a que la R/C no describe la tasa de compresión. Por ejemplo, una relación de R/C de 3:1 tendrá una tasa de compresión diferente si la sección de compresión es de cinco vueltas en lugar de 10. Polímeros diferentes - e incluso grados diferentes del mismo polímero - pueden requerir diferentes tasas de compresión con el fin de optimizar el fundido sin tener que suspender o romper el patrón de fusión.

La R/C por sí sola no proporciona esa información. Además, algunos polímeros experimentarán una reducción en la viscosidad más que otros en condiciones similares de cizallamiento. Esto puede requerir una profundidad diferente de dosificación para controlar la temperatura del fundido, aun cuando se haya alcanzado la R/C deseada para la capacidad de alimentación. Por lo tanto, la profundidad ideal de alimentación y dosificación rara vez se basan simplemente en la R/C.

Hoy en día muchos tornillos utilizan una sección de barrera, que elimina por completo la necesidad de cualquier relación entre la profundidad de alimentación y la profundidad de dosificación. Desde que el fundido se controla en la sección de barrera, la sección de dosificación puede ser diseñada para acomodar otros aspectos del proceso de extrusión, tales como la presión de cabeza, temperatura de fusión, y el mezclado, sin que afecte a la velocidad de alimentación o el desempeño del fundido.

El uso de R/C "estándares" para ciertos polímeros se ha traducido en muchos tornillos mal diseñados. La deficiencia esta generalmente en igualar la velocidad de fusión al polímero y a la producción. Una mala aproximación puede resultar en un alto desgaste del tornillo, variaciones de flujo, mala calidad del fundido y mal mezclado.

Jim Frankland, Presidente de Frankland Plastics Consulting, LLC
Plastics Technology
April 2013

Sobre el autor
Jim Frankland es un ingeniero mecánico que ha estado involucrado en todo tipo de procesamiento por extrusión durante más de 40 años. Actualmente es presidente de Frankland Plásticos Consulting, LLC. Contacto: jim.frankland @ comcast.net o (724) 651-9196

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