Comprender los tipos de flujo en una extrusora

Las extrusiones de matrices se utilizan en diferentes industrias manufactureras, ya que ayudan a transformar materiales a través de una matriz. Es esencial conocer los tipos de flujo dentro de una extrusora para mejorar la calidad general de un producto y la eficiencia de las operaciones. Este artículo describe los patrones de flujo básicos observados durante las operaciones de extrusión, incluido el flujo de tapón, el flujo de corte y el flujo de elongación. Todos estos flujos tienen diferentes propiedades que rigen el flujo de los materiales, así como los productos de la extrusión. En nuestro caso, como se mencionó anteriormente, el objetivo es examinar el flujo con perspectivas que alentarán a los profesionales a perfeccionar sus técnicas de intrusión y comprender cómo cada tipo de flujo afecta el flujo. proceso de extrusión.

Qué es Extrusión, ¿Y por qué es importante?

Utilice la extrusión para producir diferentes piezas de fabricación con formas de sección transversal constantes idénticas utilizando un troquel y aplicando flujos viscosos y newtonianos. Este método permite la fabricación de tubos, películas, revestimiento de cables y otras formas complejas, ya que se sabe que extruye secciones largas de calidad uniforme de manera constante. Las ventajas de la extrusión son, por ejemplo, la capacidad de procesar una amplia variedad de materiales como metales, polímeros y cerámicas, así como la alta productividad y el bajo desperdicio que produce el proceso. Es esencial comprender la extrusión porque esta comprensión permite a las empresas mejorar sus operaciones, cambiar las propiedades de los materiales y ampliar sus posibilidades de diseño para producir diversos artículos para muchas industrias diferentes.

Definiendo Extrusión En fabricación

La extrusión en la industria es un proceso en el que se utiliza una forma de matriz para crear objetos con un perfil de sección transversal constante forzando el paso de materiales a través de la matriz. El proceso comienza calentando el material hasta que alcanza un estado maleable y luego empujándolo a través de una abertura con una forma especial conocida como matriz utilizando alta presión. Las fuentes de información en la industria indican que la extrusión es uno de los elementos de uso cotidiano de los equipos de proceso porque puede fabricar una sección transversal de perfiles complejos que tienen el mismo espesor y se utiliza en casi todas las industrias, desde la automotriz hasta la construcción. Tiene grandes beneficios, como la capacidad de trabajar con casi todos los materiales, especialmente metales y polímeros, ser adecuada para la producción en masa y tener un excelente rendimiento del material. Por lo tanto, es la favorita para la fabricación de componentes simples y complejos.

El papel de la extrusora en el Proceso de extrusión

La extrusora es uno de los elementos más esenciales del proceso de extrusión y funciona como un dispositivo que transforma una materia prima en un producto terminado. Un mecanismo de barril y tornillo es parte de ella que ayuda a empujar y cambiar la forma del material. El MATERIAL entra en sus extrusoras y este material se calienta, y a medida que el tornillo gira, aplica presión y mueve el material a lo largo del barril. Esta presión, combinada con el calor, hace que el material se funda y se vuelva maleable. Posteriormente, el tornillo mueve el material a través de una matriz, donde se le da la forma deseada. Estas máquinas se llaman extrusoras, capaces de producir la misma calidad y precisión que los artículos fabricados hasta ahora, lo que permite la forma más eficiente y eficaz de producción.

Aplicaciones de Extrusión En la industria

El proceso de extrusión se utiliza ampliamente en diversas industrias debido a su universalidad y practicidad. En la industria de la construcción, se utiliza para fabricar marcos de ventanas, puertas y otros accesorios de construcción de aluminio y PVC debido a su capacidad para producir secciones transversales largas y uniformes. La industria automotriz utiliza la extrusión para producir componentes de motores, marcos y paneles donde la resistencia y el peso son de gran importancia. En la industria alimentaria, sin embargo, la extrusión se utiliza para hacer bocadillos, pastas e incluso alimentos para mascotas, aprovechando la característica de procesamiento para mezclar diferentes elementos y crear formas. Estas aplicaciones muestran cuán beneficiosa y cuánto se puede variar la extrusión en muchos campos, como la remanufactura, que de otro modo ayuda a innovar en nuevos procesos de síntesis industrial.

¿Cómo funciona un Extrusora de tornillo ¿Función?

Entendiendo el Tornillo extrusor

El tornillo de la extrusora facilita el movimiento y la compresión de los polímeros durante el proceso de extrusión y se coloca a través del cilindro. El diseño de la extrusora de tornillo se puede dividir en tres segmentos: la sección de alimentación donde entra la materia prima, una sección de compresión donde se logra una fusión y presión sustanciales, y una sección de dosificación que proporciona un caudal y una presión constantes. La eficiencia con la que se produce la fusión y la mezcla depende de varios parámetros geométricos del tornillo, como su longitud, diámetro y paso. Además de esto, la turbulencia a menudo se reduce y la homogeneidad, así como la calidad del producto, se mejora mediante la incorporación de dispositivos de mezcla especiales o barreras en los diseños de tornillo más recientes. Debido a la rotación del tornillo, el material se mueve a través del cilindro y también se mantienen la temperatura y la presión, lo que aumenta la confiabilidad de la extrusora para diferentes aplicaciones de extrusión.

El Flujo en el tornillo:Una mirada más cercana

Abordé el problema del flujo en el tornillo de una extrusora de tornillo estudiando la deformación del material en su totalidad a medida que se mueve a lo largo de la extrusora. En esencia, el flujo es el resultado de la movilización del material y la presión que se le aplica a medida que el tornillo gira. Se puede visualizar en tres regiones distintas: las zonas de alimentación, compresión y dosificación. El material se introduce en la máquina y se comprime en la zona de alimentación; el material se funde y se mezcla hasta formar un líquido en la zona de compresión; y en la zona de dosificación, la salida se limita para mantener el flujo constante. El flujo de material es crucial para las extrusoras, ya que los requisitos específicos del producto deben optimizarlo y, para lograr esta optimización, la geometría del tornillo y el flujo de material deben estar bien sincronizados. Creo que mi evaluación de los factores que afectan el rendimiento de la geometría del tornillo consolidará aún más la geometría del tornillo como un factor que contribuye al control preciso de las mejoras del flujo que son eficientes para los mecanismos de extrusión.

El Dirección del flujo y su impacto

Un análisis de flujo completo en una extrusora de tornillo abarca tanto la rotación del tornillo como la configuración del conjunto de cilindro estacionario. A partir del análisis exhaustivo que he realizado de la literatura disponible, estoy seguro de que es la dirección de oblicuidad de la hélice del tornillo la que domina la dirección del flujo. Debido a esta configuración, el material se empuja hacia adelante y, al mismo tiempo, se presiona contra las paredes del cilindro. Estos parámetros definen la dirección del flujo y son factores críticos en la eficiencia operativa efectiva de los sistemas de extrusión y la calidad de salida. Los factores de dinámica de flujo influyen en gran medida en la calidad y el rendimiento de los materiales producidos, lo que confirma que la precisión en la configuración de tornillo elegida es fundamental para mejorar la calidad de la extrusión. Los datos sobre el comportamiento del flujo resaltan la importancia de comprender y controlar estos comportamientos de flujo para mejorar y mantener el rendimiento de los procesos y los productos finales.

Explorando lo diferente Tipos de flujo En un extrusora

Características de Flujo laminar en Extrusión

En el caso del componente de fusión de la extrusión, el flujo laminar tiene un patrón de expansión de entrada en cuenca o un patrón ordenado en el que las capas de fluido se deslizan unas sobre otras con solo un gradiente. Esta categoría de flujo se caracteriza por un número de Reynolds bajo, lo que significa un flujo en estado estable que se encuentra predominantemente en fluidos espesos. En la extrusión de tornillo, el flujo laminar es beneficioso porque promueve un procesamiento eficaz del material, lo que reduce los fallos y mejora la calidad del producto final. El funcionamiento del flujo laminar permite la distribución uniforme del material y ayuda a regular de cerca los procesos de fusión y extrusión para obtener una fusión uniforme del material. Por lo tanto, es fundamental comprender cómo mantener el flujo laminar, ya que es esencial para optimizar los procesos de extrusión y establecer las propiedades del material.

La naturaleza de Flujo de fuga en Extrusión de tornillo

El flujo de fugas en la extrusión de tornillo es un patrón de flujo secundario que se experimenta cuando una parte del material toma una ruta diferente a la prevista. Esto ocurre principalmente cuando el material se comprime entre las puntas de las paletas y la pared del cilindro o cuando se presiona entre la raíz del tornillo y el cilindro. Este flujo a menudo no es uniforme y puede afectar el proceso de extrusión general, afectando la calidad del producto, particularmente en condiciones de flujo turbulento. El flujo de fugas se ha considerado un flujo parásito porque afecta la eficiencia volumétrica de la extrusora, lo que hace posible que se aumente la entrada de potencia para obtener el mismo nivel de salida. Dicho esto, el flujo de fugas debe gestionarse adecuadamente para lograr mejores características de extrusión, ya que es una fuente potencial de materiales de extrusión inconsistentes. El flujo de fugas en la extrusión de tornillo es el resultado de una determinada interacción de los componentes del sistema; estas interacciones disminuyen la eficiencia del proceso de fusión de la extrusión y deben eliminarse para mejorar las características de rendimiento del sistema.

Cómo Flujo de corte Influye en la Proceso de extrusión

El proceso de extrusión se ve afectado por el flujo de cizallamiento, ya que afecta la viscosidad de un material extruido. Cuando el material se extruye a través del equipo, las fuerzas de cizallamiento ayudan a orientar las cadenas de polímero, lo que, a su vez, ayuda a disminuir la viscosidad y, por lo tanto, mejora el flujo a través del molde. Es esencial considerar la forma y la calidad de la superficie de la forma extruida. Además, el flujo de cizallamiento ayuda a calentar el material para que la fusión sea más uniforme, lo que a su vez mejora la calidad del proceso de extrusión. Por otro lado, el cizallamiento excesivo conduce a la pérdida de propiedades del material, creando defectos como líneas de molde o imperfecciones de la superficie. Por lo tanto, existe la necesidad de gestionar el flujo de cizallamiento de manera eficaz para un mejor proceso de extrusión y un mejor resultado.

¿Qué factores afectan? Flujo en la extrusora?

El papel de Viscosidad en Comportamiento de flujo

La determinación del comportamiento del flujo en una extrusora depende en gran medida de la viscosidad. El flujo es deformación y es el principal factor de control de la viscosidad. El flujo de materiales de mayor viscosidad es más difícil, lo que puede limitar la velocidad de extrusión y aumentar la fuerza que debe estar disponible para extruirlos. Los materiales de menor viscosidad serán menos difíciles de fluir y alcanzarán velocidades más altas, lo que dará como resultado una extrusión que consume menos energía. El grado de viscosidad no solo influye en el consumo de energía particular durante el proceso de extrusión, sino que también afecta la uniformidad del patrón del material y la calidad del producto formado. Por lo tanto, es necesario mantener el control de la viscosidad para evitar la degradación de la calidad por la sobreextrusión.

Impacto de Velocidad del tornillo en Caudal

La velocidad del tornillo en una extrusora es uno de los parámetros operativos importantes que afectan el caudal volumétrico del material que se extruye. Se ha observado que un aumento en la velocidad del tornillo tiende a aumentar el caudal, ya que se introducen más materiales en la extrusora dentro de un período de tiempo específico. Los principales sitios web actuales dicen que esta relación existe debido a la participación de fuerzas mecánicas que provocan un mayor cizallamiento y una mejor mezcla, lo que, en efecto, ayuda a mantener un caudal determinado. Se sabe que cuando se utilizan altas velocidades ambientales de sellado del eje, la fricción dentro del material acumula calor, por lo que si alcanza un nivel alto de temperatura, comienza a aflojar lo que esté presente. Existe la posibilidad de degradación y problemas de calidad. Es por esta razón que la velocidad del tornillo debe ajustarse adecuadamente para que la eficiencia de la compresión esté alineada con la precisión de calidad de los resultados extruidos. Los atributos de la velocidad del tornillo de hecho ayudan a ajustar las características de la interacción entre el material, los componentes mecánicos y sus movimientos en la extrusora para que los materiales se procesen correctamente.

Efecto de Gradiente de presión en Características de flujo

La presión dentro de una extrusora funciona como una presión dentro de un cilindro. La mayoría de las fuentes en el campo afirman que esto se traduce a través del borde a un flujo viscoso, fortaleciendo así la característica de desarrollo del flujo. Un gradiente de presión más alto simplemente mueve el material a través de las aberturas de la matriz más rápidamente. El resultado aparente debería ser una mejora en la regularidad del flujo y posiblemente un aumento en la tasa de rendimiento general. Sin embargo, una consistencia del flujo que muestra un exceso y se asienta sobre el objetivo puede resultar en alteraciones de forma durante la extrusión debido a la dinámica del material causada por una velocidad extremadamente baja o alta en la cavidad de la matriz. Un gradiente de presión leve, por otro lado, puede reducir las tasas de flujo, creando así zonas muertas que afectarán el rendimiento al final. Por lo tanto, el gradiente de presión debe ser tal que haya una inhibición de flujo reducida y una calidad considerable del resultado de la extrusora. Debe haber algunas mediciones que garanticen que la presión ya no entre en conflicto con las otras condiciones de extrusión, incluida la temperatura y la velocidad de rotación del tornillo.

Comparando Un solo tornillo y Extrusora de doble tornillo

Ventajas de Extrusora de doble tornillo

Debido a la naturaleza única de la extrusora de doble tornillo, tiene varias ventajas en comparación con la extrusora de un solo tornillo en términos de su eficiencia en la formulación de formulaciones complejas. Para empezar, su mezcla conduce a una mejora en la consistencia de la mezcla de ingredientes y aditivos y, por lo tanto, es de una calidad superior a la de la extrusora de un solo tornillo. Esto es especialmente así en las industrias en las que se requiere uniformidad en la producción de diversas propiedades de los materiales y se aplica en la fabricación de plásticos y alimentos, entre otros artículos. El segundo factor es el control mejorado que muestran las extrusoras de doble tornillo en la descarga del producto porque se utilizan una mayor fuerza de corte y materiales viscotrópicos sin dañar el producto. También promueven un ciclo continuo de operación, lo que mejora la calidad y la cantidad de la salida obtenida al reducir el tiempo necesario para fabricar los productos. Finalmente, un diseño modular hace que sea conveniente variar las características del factor de procesamiento para cumplir con los requisitos de la producción y los materiales particulares. Todos estos aspectos se suman a la versatilidad y durabilidad de la extrusora de doble tornillo, lo que la hace ideal para su uso en varias industrias.

Único Regímenes de flujo en Extrusora de doble husillo co-rotativo

Los sistemas de hermanamiento que consisten en extrusoras de doble husillo que giran en el mismo sentido tienen patrones de flujo distintos, que son fundamentales para maximizar la eficiencia del proceso y la calidad del producto producido. Estos regímenes de flujo incluyen flujo de arrastre, flujo de presión y flujo de fuga. El flujo de arrastre resulta de la rotación de los husillos que hacen avanzar los materiales, mientras que el flujo de presión es la resistencia al flujo en la extrusora, que se opone al flujo de arrastre. El flujo de fuga se encuentra en los espacios entre la escultura del husillo y el cilindro, por lo que la rotación conduce al reflujo de material, lo que mejora la mezcla. A la vanguardia de la tecnología de extrusión, las extrusoras de doble husillo funcionan junto con sofisticadas configuraciones de husillo para abarcar un espectro de procesamiento de materiales, mecanofusión, mezcla por zonas, ventilación y emulsificación dispersiva de masa. Existe un vínculo proporcional entre el caudal y la salida volumétrica. En el caso en que el material tenga un mayor grado de índice de fusión, esto provoca una reducción notable en la producción y aumenta la acumulación del material que fluye entre el husillo y el cilindro. Además, el control estricto y la precisión permiten a los fabricantes de aditivos crear componentes que se adaptan a aplicaciones en los sectores de polímeros, alimentos y productos farmacéuticos.

Diferencias críticas en Campo de flujo Entre los dos tipos

El área de trabajo de las extrusoras de doble husillo co-rotativas y contra-rotativas tiene características de flujo específicas y diferencias de rendimiento. El caso de las co-rotativas establece fuerzas de corte superficial que se auto-limpian debido al engrane estrecho de los dos husillos, lo que permite una mezcla adecuada y el empuje del material a través de la matriz. En el caso de una extrusora de un solo husillo, esto se traduce en características de transferencia de energía mejoradas ya que tanto el calor como la energía mecánica se dispersan de manera más óptima en todo el material que se está procesando. Por el contrario, las extrusoras de doble husillo contra-rotativas tienen sus husillos girando en direcciones opuestas, lo que aplica una alta fuerza de desgarro; sin embargo, esto es adecuado para ciertos materiales de baja temperatura ya que existe la posibilidad de daños. Además, esta configuración limita la capacidad de (auto)limpieza, lo que puede causar espacio muerto adicional. Por lo tanto, la decisión de uno u otro está determinada principalmente por los requisitos y propiedades particulares del material y las condiciones de procesamiento, donde los tipos co-rotativos son razonables para operaciones que requieren una mezcla y calentamiento casi uniformes, mientras que los tipos contra-rotativos se utilizan donde el corte y la temperatura deben regularse cuidadosamente.

Fuentes de referencia

Extrusión

Viscosidad

Esfuerzo cortante

Extrusora de laboratorio

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuáles son los tipos de flujos que existen en una extrusora?

R: En una extrusora, los flujos predominantes incluyen flujo de arrastre, flujo de presión y una combinación de flujo de arrastre y presión. Estos flujos son una función del diseño de los tornillos, la viscosidad del polímero y la geometría del canal de flujo.

P: ¿Cómo afecta el giro del tornillo al flujo del polímero?

R: En una extrusora de un solo tornillo, la rotación del tornillo genera un flujo de arrastre que empuja el polímero fundido hacia adelante. Este movimiento de rotación afecta la velocidad de corte y la tensión del polímero, alterando así la viscosidad y el comportamiento de flujo del material polimérico.

P: ¿Cuál es el papel del flujo no newtoniano en la optimización de la extrusión de polímeros?

A: El flujo no newtoniano es importante porque el flujo de la mayoría de los polímeros no es newtoniano, es decir, la viscosidad depende del esfuerzo cortante y cambia con la velocidad de esfuerzo cortante durante el historial de temperatura de la operación. Es esencial conocer dicho comportamiento para lograr las mejores operaciones de extrusión y mantener la consistencia del flujo de fusión del polímero en escenarios de flujo newtoniano normales y no estándar.

P: ¿De qué manera el flujo como función del polímero se fusiona parcialmente con el diseño de un tornillo en una extrusora?

R: La velocidad de corte, la presión y la pérdida por fricción en una extrusora giran en torno a determinadas características del tornillo. Por lo tanto, se puede decir que el diseño del tornillo, especialmente la geometría de las aletas y los canales del tornillo, se relaciona con el flujo del polímero. El posible deslizamiento del polímero fundido entre los elementos del tornillo se puede evitar utilizando diseños específicos del tornillo, que están pensados para polímeros particulares.

P: ¿Por qué necesitamos presión de bombeo en el proceso de extrusión?

R: A medida que el material se desplaza a través de una extrusora, el perfil de temperatura tiende a cambiar tanto en el lado sólido como en el lado fundido. Este empuje forma lo que se denomina un flujo de sobrepresión para la extrusión de polímeros. Permite que la masa fundida general del polímero se deposite dentro de la matriz en una capa uniforme. Si se desean características de extrusión perfectas, debe haber un equilibrio entre el arrastre y el flujo de presión.

P: Si se analizan las características de flujo de los fluidos, específicamente las de los fluidos multifásicos, ¿es significativo en el campo de los plásticos?

R: Ahora bien, el conocimiento de la inclusión y exclusión del flujo de fluidos en relación con las formas líquidas newtonianas y no newtonianas se debe emplear en esfuerzos dirigidos a refinar el proceso de extrusión y mejorar la precisión del producto, al tiempo que se minimiza el desperdicio. A su vez, lograr una comprensión fluida facilitará el control de cómo fluye el polímero y automatizará el cambio de parámetros.

P: ¿Cómo se puede decir que las técnicas analíticas ayudan a comprender el flujo dentro de las extrusoras?

R: Las técnicas analíticas abarcan incluso ecuaciones simples relativas a la velocidad y algunos parámetros básicos adimensionales, como el número de Reynolds, que ofrecen una idea del flujo. Estos métodos ayudan a modelar regímenes de flujo complejos y a diseñar procesos de extrusión más eficientes.

P: ¿Qué tipo de relación tendrían la velocidad de corte y el flujo de fusión del polímero si uno tuviera que definirlo de manera más o menos amplia?

A: La velocidad de corte en relación con la velocidad y la geometría del tornillo produce distintos grados de flujo de polímero fundido debido a los cambios en la viscosidad. En fluidos no newtonianos, el aumento de la velocidad de corte disminuye la viscosidad, lo que ayuda a garantizar un mejor flujo dentro de los canales del tornillo.

P: ¿Qué papel jugarían las condiciones de flujo como la temperatura o la presión durante la extrusión que involucra fluidos no newtonianos?

R: Otras condiciones de flujo, como la temperatura, la presión o la velocidad de corte, podrían alterar la viscosidad y la deformación de los fluidos no newtonianos. La modificación de estos parámetros es fundamental para gestionar el flujo y, por lo tanto, las características resultantes del producto durante el proceso de extrusión.