Compreendendo os tipos de fluxo em uma extrusora

As extrusões de matriz são usadas em diferentes indústrias de manufatura, pois ajudam a transformar materiais por meio de uma matriz. É essencial estar ciente dos tipos de fluxo dentro de uma extrusora para melhorar a qualidade geral de um produto e a eficiência das operações. Este artigo descreve os padrões básicos de fluxo observados durante as operações de extrusão, incluindo o fluxo de plugue, o fluxo de cisalhamento e o fluxo alongado. Todos esses fluxos têm propriedades diferentes que governam o fluxo dos materiais, bem como os produtos da extrusão. No nosso caso, como mencionado anteriormente, o objetivo é examinar o fluxo com perspectivas que incentivem os profissionais a aprimorar suas técnicas de intrusão e entender como cada tipo de fluxo impacta o processo de extrusão.

O que é Extrusão, e por que isso é importante?

Use a extrusão para produzir diferentes peças de fabricação com formas de seção transversal constantes idênticas usando uma matriz e aplicando fluxos viscosos e newtonianos. Este método permite a fabricação de tubos, filmes, revestimento de fios e outras formas complexas, pois é conhecido por extrudar seções longas de qualidade uniforme de forma consistente. Os méritos da extrusão são, por exemplo, a capacidade de processar uma ampla variedade de materiais como metais, polímeros e cerâmicas, bem como a alta produtividade e o baixo desperdício que o processo produz. É essencial entender extrusão porque esse entendimento possibilita que as empresas melhorem suas operações, alterem as propriedades dos materiais e expandam suas possibilidades de design para produzir diversos itens para muitos setores diferentes.

Definindo Extrusão na fabricação

Extrusão na indústria é um processo no qual uma forma de matriz é usada para criar objetos com um perfil transversal constante, forçando materiais através da matriz. O processo começa com o aquecimento do material a um estado flexível e, em seguida, empurrando o material através de uma abertura especialmente moldada conhecida como matriz usando alta pressão. As fontes de informação na indústria indicam que a extrusão é um dos itens diários de equipamento de processo usado porque pode fabricar uma seção transversal de perfis complexos que são de espessura igual e encontram usos em quase todas as indústrias, de automóveis a construção. Ela tem grandes benefícios, como a capacidade de trabalhar com quase todos os materiais, especialmente metais e polímeros, sendo adequada para produção em massa e tendo um excelente rendimento de material. Assim, é favorecida para a fabricação de componentes simples e complexos.

O papel do Extrusora no Processo de Extrusão

A extrusora é um dos elementos mais essenciais do processo de extrusão e opera como um dispositivo que transforma uma matéria-prima em um produto acabado. Um mecanismo de cilindro e parafuso faz parte dele, o que ajuda a empurrar e mudar o formato do material. O MATERIAL entra em suas extrusoras, e esse material é aquecido, e conforme o parafuso gira, ele aplica pressão e move o material ao longo do cilindro. Essa pressão, combinada com o calor, faz com que o material derreta e se torne maleável. Posteriormente, o parafuso move o material através de uma matriz, onde é moldado no perfil desejado. Essas máquinas são chamadas de extrusoras, capazes de produzir a mesma qualidade e precisão dos itens já feitos, permitindo a forma mais eficiente e eficaz de produção.

Aplicações de Extrusão na indústria

O processo de extrusão é amplamente utilizado em várias indústrias devido à sua universalidade e praticidade. Na indústria da construção, é usado para fazer esquadrias de janelas de alumínio e PVC, portas e outros acessórios de construção devido à sua capacidade de produzir seções transversais longas e uniformes. A indústria automotiva usa a extrusão na produção de componentes de motor, armações e painéis onde a resistência e o peso são de alta importância. Na indústria alimentícia, no entanto, a extrusão é usada na fabricação de lanches, massas e até mesmo alimentos para animais de estimação, aproveitando o recurso de processamento para misturar diferentes elementos e criar formas. Essas aplicações mostram o quão benéfica e o quanto a extrusão pode ser variada em muitos campos, como a remanufatura, que de outra forma auxilia na inovação de novos processos de síntese industrial.

Como é que um Extrusora de parafuso Função?

Compreendendo o Parafuso Extrusor

O parafuso extrusor facilita o movimento e a compressão de polímeros durante o processo de extrusão e é encaixado através do cilindro. O design do extrusor de parafuso pode ser dividido em três segmentos: a seção de alimentação onde a matéria-prima entra, uma seção de compressão onde fusão e pressão substanciais são alcançadas, e uma seção de medição que fornece uma taxa de fluxo e pressão constantes. A eficiência com que a fusão e a mistura ocorrem depende de vários parâmetros geométricos do parafuso, como seu comprimento, diâmetro e passo. Além disso, a turbulência é frequentemente reduzida, e a homogeneidade, bem como a qualidade do produto, é melhorada pela incorporação de dispositivos especiais de mistura ou barreiras nos designs de parafuso mais recentes. Devido à rotação do parafuso, o material é movido através do cilindro, e a temperatura e a pressão também são mantidas, o que aumenta a confiabilidade do extrusor para diferentes aplicações de extrusão.

O Fluxo no Parafuso: Um olhar mais atento

Abordei o problema referente ao fluxo no parafuso de uma extrusora de parafuso estudando a deformação do material inteiramente conforme ele se move ao longo da extrusora. Em essência, o fluxo é o resultado do material sendo mobilizado e da pressão bombeada sobre ele conforme o parafuso gira. Ele pode ser visualizado em três regiões distintas: as zonas de alimentação, compressão e medição. O material é alimentado na máquina e é comprimido na zona de alimentação; o material é derretido e misturado em uma forma líquida na zona de compressão; e na zona de medição, a saída é limitada para manter o fluxo estável. O fluxo de material é crucial para extrusoras, pois os requisitos específicos do produto devem otimizá-lo e, para realizar essa otimização, a geometria do parafuso e o fluxo de material devem estar bem sincronizados. Minha avaliação dos fatores que afetam o desempenho da geometria do parafuso, acredito, consolidará ainda mais a geometria do parafuso como um fator contribuinte no controle fino dos aprimoramentos de fluxo que são eficientes para mecanismos de extrusão.

O Direção do fluxo e seu impacto

Uma análise de fluxo abrangente em uma extrusora de parafuso abrange tanto a rotação do parafuso quanto a configuração do conjunto de cilindro estacionário. Da análise completa que realizei da literatura disponível, estou confiante de que é a direção da obliquidade da hélice do parafuso que domina a direção do fluxo. Devido a essa configuração, o material é empurrado para frente e, ao mesmo tempo, pressionado contra as paredes do cilindro. Esses parâmetros definem a direção do fluxo e são fatores críticos na eficiência operacional efetiva dos sistemas de extrusão e na qualidade da saída. Os fatores de dinâmica de fluxo influenciam muito a qualidade e o rendimento dos materiais produzidos, afirmando que a precisão na configuração de parafuso escolhida é crítica para melhorar a qualidade da extrusão. Os dados sobre o comportamento do fluxo destacam a importância de entender e controlar esses comportamentos de fluxo para melhorar e manter o desempenho dos processos e dos produtos finais.

Explorando o diferente Tipos de fluxo em um Extrusora

Características de Fluxo laminar em Extrusão

Com o componente de fusão da extrusão, o fluxo laminar tem um padrão de entrada de bacia de expansão ou um padrão ordenado onde as camadas de fluido deslizam umas sobre as outras com apenas algum gradiente. Esta categoria de fluxo é caracterizada por um baixo número de Reynolds, o que significa um fluxo em estado estacionário predominantemente encontrado em fluidos espessos. Na extrusão de parafuso, o fluxo laminar é benéfico porque promove o processamento eficaz do material, o que reduz falhas e melhora a qualidade do produto final. A operação do fluxo laminar permite a distribuição uniforme do material e auxilia na regulação próxima dos processos de fusão e extrusão para obter uma fusão uniforme do material. Portanto, é crucial entender como manter o fluxo laminar, pois é essencial na otimização dos processos de extrusão e na definição das propriedades do material.

A Natureza de Fluxo de vazamento em Extrusão de parafuso

O fluxo de vazamento na extrusão de parafuso é um padrão de fluxo secundário que é experimentado quando uma porção do material toma uma rota diferente da que não era pretendida. Este é principalmente o caso quando o material é espremido entre as pontas do voo e a parede do cilindro ou quando é pressionado entre a raiz do parafuso e o cilindro. Este fluxo é frequentemente não uniforme e pode afetar o processo geral de extrusão, afetando a qualidade do produto, particularmente sob condições de fluxo turbulento. O fluxo de vazamento tem sido considerado um fluxo parasita porque afeta a eficiência volumétrica da extrusora, o que torna possível que a entrada de energia seja aumentada para obter o mesmo nível de saída. Dito isto, o fluxo de vazamento tem que ser adequadamente gerenciado para atingir melhores características de extrusão, uma vez que é uma fonte potencial de materiais de extrusão inconsistentes. O fluxo de vazamento na extrusão de parafuso é o resultado de uma certa interação de componentes do sistema; essas interações diminuem a eficiência do processo de fusão por extrusão e devem ser eliminadas para melhorar as características de desempenho do sistema.

Como Fluxo de cisalhamento Influencia o Processo de Extrusão

O processo de extrusão é afetado pelo fluxo de cisalhamento, pois afeta a viscosidade de um material extrudado. Quando o material é extrudado através do equipamento, as forças de cisalhamento ajudam a orientar as cadeias de polímero, o que, por sua vez, ajuda a diminuir a viscosidade e, portanto, melhora o fluxo através da matriz. É essencial considerar a forma e a qualidade da superfície do formato extrudado. Além disso, o fluxo de cisalhamento auxilia no aquecimento do material para que a fusão se torne mais uniforme, o que, por sua vez, melhora a qualidade do processo de extrusão. Por outro lado, o cisalhamento excessivo leva à perda de propriedades do material, criando defeitos como linhas de matriz ou imperfeições de superfície. Portanto, há uma necessidade de gerenciar o fluxo de cisalhamento de forma eficaz para um melhor processo de extrusão e saída.

Quais fatores afetam Fluxo na Extrusora?

O papel de Viscosidade em Comportamento do fluxo

Determinar o comportamento do fluxo em uma extrusora depende em grande parte da viscosidade. O fluxo é deformação e é o principal fator de controle da viscosidade. O fluxo de materiais de maior viscosidade é mais difícil, o que pode limitar a velocidade de extrusão e aumentar a força que deve estar disponível para extrudá-los. Materiais de menor viscosidade serão menos difíceis de fluir e atingirão velocidades mais altas, resultando em uma extrusão que consome menos energia. O grau de viscosidade não apenas influencia o consumo de energia específico durante o processo de extrusão, mas também afeta a uniformidade do padrão do material e a qualidade do produto formado. Portanto, é necessário manter o controle da viscosidade para evitar a degradação da qualidade pela extrusão excessiva.

Impacto de Velocidade do parafuso sobre Taxa de fluxo

A velocidade do parafuso em uma extrusora é um dos parâmetros operacionais significativos que afetam a vazão volumétrica do material que está sendo extrudado. Foi observado que um aumento na velocidade do parafuso tende a aumentar a vazão, pois mais materiais são alimentados na extrusora dentro de um período de tempo específico. Os principais sites atuais dizem que essa relação existe devido ao envolvimento de forças mecânicas que causam maior cisalhamento e melhor mistura, o que, na verdade, auxilia na manutenção de uma determinada vazão. Sabe-se que quando altas velocidades ambientais de vedação do eixo são usadas, o atrito dentro do material acumula calor, então se ele atinge um nível de alta temperatura, ele começa a soltar o que estiver presente. Existe a possibilidade de degradação e problemas de qualidade. É por esse motivo que a velocidade do parafuso precisa ser ajustada adequadamente para que a eficiência do batimento esteja alinhada com a concisão da qualidade dos resultados extrudados. Os atributos da velocidade do parafuso realmente ajudam a ajustar as características da interação entre o material, os componentes mecânicos e seus movimentos na extrusora para que os materiais sejam processados adequadamente no fluxo.

Efeito de Gradiente de pressão sobre Características do fluxo

A pressão dentro de uma extrusora funciona como uma pressão dentro de um cilindro. A maioria das fontes no campo afirma que isso se traduz através da borda para um fluxo viscoso, fortalecendo assim a característica de desenvolvimento do fluxo. Um gradiente de pressão mais alto simplesmente move o material através das aberturas da matriz mais rapidamente. O resultado aparente deve ser uma melhoria na regularidade do fluxo e possivelmente uma melhora na taxa de produção geral. No entanto, uma consistência de fluxo que exibe overshooting e se acomoda sobre o alvo pode resultar em alterações de forma durante a extrusão devido à dinâmica do material causada por velocidade extremamente baixa ou alta na cavidade da matriz. Um gradiente de pressão suave, por outro lado, pode reduzir as taxas de fluxo, criando assim zonas mortas que afetarão a produção no final. Portanto, o gradiente de pressão deve ser tal que haja inibição de fluxo reduzida e qualidade considerável da saída da extrusora. Deve haver algumas medições que garantam que a pressão não entre mais em conflito com as outras condições de extrusão, incluindo temperatura e velocidade de rotação do parafuso.

Comparando Parafuso Único e Extrusora de parafuso duplo

Vantagens de Extrusora de parafuso duplo

Devido à natureza única da extrusora de dupla rosca, ela tem vários benefícios em comparação com a extrusora de rosca única em termos de eficiência na formulação de formulações complexas. Para começar, sua mistura leva à melhoria na consistência da mistura de ingredientes e aditivos e, portanto, é de qualidade superior à da rosca única. Este é especialmente o caso em indústrias onde a uniformidade na produção de várias propriedades de materiais é necessária e é aplicada na fabricação de plásticos e alimentos, entre outros itens. O segundo fator é o controle aprimorado que as extrusoras de dupla rosca exibem na descarga do produto porque maior força de cisalhamento e materiais viscotrópicos são usados sem danos ao produto. Elas também promovem um ciclo contínuo de operação, o que melhora a qualidade e a quantidade da saída obtida ao reduzir o tempo necessário para fabricar os produtos. Finalmente, um design modular torna conveniente variar os recursos do fator de processamento para atender aos requisitos da produção e dos materiais específicos. Todos esses aspectos aumentam a versatilidade e a durabilidade da extrusora de dupla rosca, tornando-a ideal para uso em várias indústrias.

Exclusivo Regimes de fluxo em Extrusora de parafuso duplo co-rotativo

Os sistemas de geminação que consistem em extrusoras de parafuso duplo corrotativas têm padrões de fluxo distintos, que são essenciais para maximizar a eficiência do processo e a qualidade do item produzido. Esses regimes de fluxo incluem fluxo de arrasto, fluxo de pressão e fluxo de vazamento. O fluxo de arrasto resulta da rotação dos parafusos que avançam os materiais, enquanto o fluxo de pressão é a resistência ao fluxo na extrusora, que se opõe ao fluxo de arrasto. O fluxo de vazamento é encontrado nas lacunas entre a escultura do parafuso e do cilindro, onde a rotação leva ao refluxo do material, o que melhora a mistura. Na vanguarda da tecnologia de extrusão, as extrusoras de parafuso duplo operam em conjunto com configurações de parafuso sofisticadas para abranger um espectro de processamento de material, mecanofusão, mistura de zona, ventilação e emulsificação dispersiva de massa. Há uma ligação proporcional entre a taxa de fluxo e a saída volumétrica. No caso em que o material tem um grau de índice de fusão aumentado, isso causa uma redução perceptível na produção e aumenta o acúmulo do material que flui entre o parafuso e o cilindro. Além disso, o controle rigoroso e a precisão permitem que os fabricantes de aditivos criem componentes que se adaptam a aplicações em polímeros, alimentos e produtos farmacêuticos.

Diferenças críticas em Campo de fluxo Entre os dois tipos

A área de trabalho para extrusoras de parafuso duplo corrotativas e contrarrotativas tem características de fluxo específicas e diferenças de desempenho. O caso de conjuntos corrotativos apresenta forças de cisalhamento de pele que são autolimpantes devido ao engrenamento próximo dos dois parafusos, permitindo assim a mistura adequada e o empurrão do material através da matriz. No caso de uma extrusora de parafuso único, isso se traduz em características de transferência de energia aprimoradas, pois tanto o calor quanto a energia mecânica são mais bem dispersos por todo o material que busca o processamento. Em contraste, as extrusoras de parafuso duplo contrarrotativas têm seus parafusos girando em direções opostas, o que aplica uma alta força de rasgo; no entanto, isso é adequado para certos materiais de baixo calor, pois há uma chance de danos. Além disso, essa configuração limita a capacidade de (auto)limpeza, o que pode causar espaço morto adicional. Portanto, a decisão de um ou outro é determinada principalmente pelos requisitos e propriedades particulares do material e pelas condições de processamento, onde os tipos corrotativos são razoáveis para operações que exigem mistura e aquecimento quase uniformes, enquanto os tipos contrarrotativos são usados onde o cisalhamento e a temperatura devem ser cuidadosamente regulados.

Fontes de referência

Extrusão

Viscosidade

Tensão de cisalhamento

Extrusora de Laboratório

Perguntas frequentes (FAQ)

P: Quais são os tipos de fluxos existentes em uma extrusora?

R: Em uma extrusora, os fluxos predominantes incluem fluxo de arrasto, fluxo de pressão e uma combinação de fluxo de arrasto e pressão. Esses fluxos são uma função dos projetos de parafuso, viscosidade do polímero e geometria do canal de fluxo.

P: Como a rotação do parafuso afeta o fluxo do polímero?

A: Em uma extrusora de parafuso único, a rotação do parafuso fornece fluxo de arrasto que empurra o polímero fundido para frente. Esse movimento rotacional afeta a taxa de cisalhamento e o estresse do polímero, alterando, portanto, a viscosidade e o comportamento do fluxo do material do polímero.

P: Qual é o papel do fluxo não newtoniano na otimização da extrusão de polímeros?

R: O fluxo não newtoniano é importante porque o fluxo da maioria dos polímeros é não newtoniano, ou seja, a viscosidade dependente do cisalhamento muda com a taxa de cisalhamento durante o histórico de temperatura da operação. É essencial conhecer esse comportamento para obter as melhores operações de extrusão para manter a consistência do fluxo de fusão do polímero em cenários de fluxo newtoniano normal e não padrão.

P: De que maneira o fluxo em função do polímero se funde parcialmente com o design de um parafuso em uma extrusora?

R: A taxa de cisalhamento, pressão e perda por atrito em uma extrusora giram em torno de certas características do parafuso. Portanto, pode-se dizer que o design do parafuso, especialmente a geometria dos voos do parafuso e dos canais do parafuso, está relacionado ao fluxo do polímero. O deslizamento potencial do polímero fundido entre os elementos do parafuso pode ser evitado usando designs específicos do parafuso, que são destinados a polímeros particulares.

P: Por que precisamos de pressão de bombeamento no processo de extrusão?

R: Conforme o material se move através de uma extrusora, o perfil de temperatura tende a mudar tanto no lado sólido quanto no fundido. Esse empurrão forma o que é chamado de fluxo de sobrepressão para extrusão de polímero. Ele permite que o polímero fundido geral seja depositado dentro da matriz em uma camada uniforme. Se características de extrusão perfeitas forem desejadas, deve haver um equilíbrio entre o arrasto e o fluxo de pressão.

P: Se as características de fluxo dos fluidos forem analisadas, especificamente aquelas dos fluidos multifásicos, isso é significativo no campo dos plásticos?

R: Agora, o conhecimento da inclusão e exclusão do fluxo de fluidos em relação às formas de líquidos newtonianos e não newtonianos deve ser empregado em esforços direcionados ao refinamento do processo de extrusão e ao aprimoramento da precisão do produto, minimizando o desperdício. Por sua vez, atingir uma compreensão fluente facilitará o controle de como o polímero flui e automatizará a mudança nos parâmetros.

P: Como se pode dizer que as técnicas analíticas auxiliam na compreensão do fluxo dentro das extrusoras?

A: Técnicas analíticas abrangem até mesmo equações simples sobre velocidade e alguns parâmetros básicos adimensionais, como o número de Reynolds, que oferecem uma ideia do fluxo. Esses métodos auxiliam na modelagem de regimes de fluxo complexos e no design de processos de extrusão mais eficientes.

P: Que tipo de relação a taxa de cisalhamento e o fluxo de fusão do polímero teriam se alguém os definisse de forma mais ou menos ampla?

A: A taxa de cisalhamento em relação à velocidade do parafuso e à geometria do parafuso produz vários graus de fluxo de polímero fundido devido a mudanças na viscosidade. Em fluidos não newtonianos, aumentar a taxa de cisalhamento diminui a viscosidade, o que ajuda a garantir melhor fluxo dentro dos canais do parafuso.

P: Qual o papel das condições de fluxo, como temperatura ou pressão, durante a extrusão envolvendo fluidos não newtonianos?

R: Outras condições de fluxo, como temperatura, pressão ou taxa de cisalhamento, podem alterar a viscosidade e a deformação de fluidos não newtonianos. Modificar esses parâmetros é essencial para gerenciar o fluxo e, portanto, as características resultantes do produto durante o processo de extrusão.