Determinación de puntos de funcionamiento en extrusoras y herramientas

Para poder valorar el efecto de las diferencias de viscosidad de forma realista en la producción, es indispensable conocer de forma precisa las condiciones del punto de funcionamiento. Además, la información sobre las condiciones de funcionamiento permite determinar el área de la ventana de medición para la comprobación. La magnitud determinante para el proceso es el coeficiente de cizallamiento. El coeficiente de cizallamiento se determina a partir de magnitudes de geometría y del caudal volumétrico. En el siguiente diagrama se representa una estimación como directriz para diferentes procesos y equipos de medición.

[Translate to Spanisch:] Schergeschwindigkeit - Mess- und Verarbeitungsbereiche

Ecuaciones simples para la determinación del coeficiente de cizallamiento

Un análisis detallado como estimación anterior en el diagrama proporciona un cálculo numérico del coeficiente de cizallamiento en el canal de flujo correspondiente del proceso, en función de la geometría y el caudal volumétrico. En este caso, los coeficientes de cizallamiento en los canales de flujo se pueden determinar una vez de forma compleja mediante programas de simulación, o bien ya se puede realizar una aproximación bastante buena con modelos sencillos. Este último método ofrece una posibilidad sencilla para determinar el coeficiente de cizallamiento o el rango de coeficientes de cizallamiento en el que se realiza la medición y que puede utilizarse para la elección de materiales efectiva para la comparación de la viscosidad de diferentes materiales con el correspondiente coeficiente de cizallamiento o el rango de coeficientes de cizallamiento del punto de funcionamiento.

Estos modelos sencillos son los siguientes:

Modelo de dos placas para hendiduras con una pared móvil

Boquilla de agujero redondo: Velocidad de cizalla aparente GAMap [s-1]

Boquilla ranurada: Velocidad de cizalla aparente GAMap [s-1]

Ejemplos de aplicación - Determinación del coeficiente de cizallamiento en el tornillo sin fin de la extrusora:

Para estimar el coeficiente de cizallamiento en el rango del tornillo sin fin de una extrusora se puede utilizar el modelo de dos placas.
La velocidad de la placa móvil v resulta del diámetro del tornillo sin fin y del número de revoluciones de la extrusora como

Y el coeficiente de cizallamiento resulta de

Ejemplo: Para una extrusora de 90 mm, el coeficiente de cizallamiento aparente resulta de una profundidad de paso de 4,5 mm en la zona cercana al cabezal y a 60 revoluciones por minuto:

Determinación del coeficiente de cizallamiento en una herramienta para tubos

La herramienta para tubos tiene la siguiente geometría:
La velocidad de línea de la extracción es de 25 m/min. A partir de la sección transversal del producto extruido y de la velocidad se obtiene el caudal volumétrico de:

Posteriormente, mediante esta información se pueden analizar correctamente las diferencias de material en el rango de coeficientes de cizallamiento en torno al punto de funcionamiento.

Si se conoce la longitud de un canal de masa fundida paralelo en una herramienta o un segmento de la herramienta, también se podrá realizar a partir de aquí una estimación aproximada de la presión de extrusión con la ayuda de la medición de la viscosidad, mediante la siguiente ecuación:

Cálculo del coeficiente de cizallamiento en un una herramienta de perfilado

[Translate to Spanisch:] Extrusionswerkzeug
[Translate to Spanisch:] Extrusionsprofil

La velocidad de línea v de la extracción es de 15 m/min
La herramienta se divide primero en segmentos ranurados. Para cada segmento se obtiene el caudal volumétrico de V = v * Hi * Bi respectivamente para el segmento i = 1 o 2.

Segmento 1:

Segmento 2:

Resumen

Como se ha mostrado mediante los cálculos sencillos, la observación simple ya permite realizar una estimación efectiva del punto de funcionamiento con las siguientes ventajas:

  • Determinación del rango de la velocidad de cizalla relevante para la medición
  • Evaluación de diferentes materiales de manera muy cercana al punto de funcionamiento en cuanto al nivel del viscosidad y a la evolución de la presión resultante en la herramienta
  • Estimación de la pérdida de presión en la herramienta con geometrías simples
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