Misión (casi) imposible: Estimar la temperatura del fundido en la extrusion

Los procesadores de extrusión a menudo piden a los diseñadores de tornillos estimar la producción y la temperatura del fundido de un nuevo diseño en trabajo. La producción proyectada de un nuevo tornillo generalmente se puede estimar con bastante precisión. la estimación de la temperatura del fundido, sin embargo, es otra historia.

Los procesadores de extrusión a menudo piden a los diseñadores de tornillos estimar la producción y la temperatura del fundido de un nuevo diseño en trabajo. Ambas piezas de información son importantes para el éxito del nuevo diseño. La producción prevista de un nuevo tornillo generalmente se puede estimar con bastante precisión usando una cantidad limitada de información suministrada por el comprador.

La estimación de la temperatura del fundido, sin embargo, es otra historia. Es mucho más complicado de determinar y por lo general sólo se puede aproximar con base en la comparación de tornillos de similar diseño procesando el mismo polímero. El problema de estimar con precisión la temperatura del fundido no está relacionado con el tornillo, sino a la falta de información sobre la extrusora en la que se va a instalar el tornillo.

Recordemos este principio: El tornillo no es un sistema completo de procesamiento. Este interactúa con el resto de la extrusora, y a menos que se recoja una gran cantidad de datos sobre la extrusora exacta en cuestión, las estimaciones de temperatura del fundido son sólo eso - estimaciones.

La temperatura del fundido variará dependiendo de una larga lista de variables. Algunos de estos son: desgaste del cilindro; presión final de la extrusora, posición del calentador, capacidad de calefacción y refrigeración de los calentadores del cilindro, material / espesor del forro del cilindro, la posición de la termocupla, controladores de temperatura, propiedades térmicas, físicas y de partícula del polímero, la velocidad del tornillo, enfriamiento de garganta de alimentación y tornillo , precisión de la estimación de producción, la alineación, la temperatura del polímero entrante, y ambiente operativo.

El extrusor es un dispositivo térmico complejo que toma la energía del mando del motor y la convierte en calor para fundir el polímero a través de una combinación de la fricción, disipación viscosa, y calor conducido. Se requieren cantidades adicionales más pequeñas de energía para el transporte de los sólidos y el fundido. La energía entrado al sistema a través de los calentadores del cilindro es generalmente una fuente menor en comparación con la del mando del motor. La potencia se pierde a través de las partes del sistema de refrigeración, el medio ambiente, y a través de las pérdidas mecánicas en el mando y el reductor de engranajes. Esto se representa en la ilustración siguiente.

El mando del motor es la principal fuente de energía para la máquina de extrusión. La potencia se pierde a través de las partes del sistema de refrigeración, el medio ambiente y las pérdidas mecánicas en el mando y el reductor de engranajes. Contabilizar todo este movimiento de energía es casi imposible sin los datos de prueba de la extrusora en cuestión. Y sin los datos, es imposible calcular con precisión la temperatura del fundido.

Contabilizar este movimiento de energía es casi imposible sin los datos de prueba de la extrusora en cuestión. Y es imposible calcular con precisión la temperatura del fundido sin estos datos.

Mas aun, la temperatura de salida y del fundido varían con las fluctuaciones en el polímero y la presión al final del extrusor cabeza. Siempre hay al menos algún error introducido en el cálculo de la producción debido a las variaciones en el polímero, las cuales afectan a la presión final y la temperatura del fundido. Los polímeros pueden variar considerablemente entre los proveedores, incluso con la misma especificación general. La presión final se convierte en una variable que es un "catch 22" (Una situación en la cual una salida o situación deseada es imposible de obtener debido a una serie de reglas o condiciones inherentemente ilógicas). Incluso si tu has registrado los datos de la presión final a una producción específica de una corrida anterior, no cuentes con que sea la misma otra vez. La presión final variará con cualquier diferencia en la temperatura del fundido.

La geometría de los pelets o el uso de material molido variará la tasa de producción, lo que afecta la temperatura del fundido. Además, el molido puede tener cambios sustanciales en la reología comparado con la resina virgen. Por lo tanto, incluso para estimar una temperatura de fundido precisa se requiere datos sobre el polímero específico siendo extruído, incluyendo cualquier material molido. Sólo calculando donde se inicia la fusión en un extrusor particular, es difícil sin datos sustanciales de prueba. Naturalmente, que la información es necesaria para siquiera comenzar un cálculo de la temperatura final del fundido.

Los diseñadores pueden utilizar herramientas para realizar cálculos más precisos de temperatura del fundido. Solo tener en cuenta que un análisis de este tipo puede costar más que el tornillo. Es mejor suministrar a los diseñadores de tornillo con el diseño del tornillo actual y las condiciones completas de operación de manera que ellos puedan hacer estimados más precisos. Al modelar el desempeño del tornillo actual, un diseñador experimentado puede factorizar muchas de las variables sin recoger todos los datos.

Jim Frankland
Plastics Technology - Agosto 2012