¿Cuánto L/D realmente necesita?

Al igual que la selección del tamaño del extrusor y la combinación de la unidad, la L/D debe evaluarse cuidadosamente.

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A principios de la década de los sesenta, las extrusoras generalmente tenían una relación longitud / diámetro (L/D) de 20:1 y una máquina con una relación L/D de 24:1 se consideraba larga. Desde entonces, las extrusoras se han vuelto más largas y las relaciones desde 30:1 hasta 36:1 se han convertido en el "estándar" de la industria. Algunas extrusoras incluso superan relaciones de 40: 1 para fines especiales, como venteo doble, compounding o procesamiento a alta velocidad.

¿Qué beneficios proporciona la longitud adicional?  Principalmente, una mayor producción y una homogeneización mejorada.

Dado que la sección de alimentación mantiene aproximadamente la misma longitud, independiente de la relación L/D, el resto del tornillo se dedica a la fusión y bombeo. Cuanto más profundos sean los canales del tornillo o cuanto mayor sea la capacidad específica (lb / rpm), se necesitará una mayor longitud para completar la fusión y desarrollar la presión necesaria para empujar el polímero a través del cabezal.  A medida que los diseñadores alcanzaron estos límites, las extrusoras se construyeron más largas para cumplir con estos nuevos requisitos.

Sin embargo, existen límites reales para aumentar la productividad a medida que aumenta la relación L/D.  Por lo general, estos límites se deben a la incapacidad de la sección de alimentación para entregar más polímero. En los tornillos de menor diámetro, ese límite a menudo está determinado por la resistencia del tornillo. En los tornillos pequeños, solo se pueden profundizar los canales de tornillo hasta el punto donde una sobrecarga en el tornillo generaría una falla o ruptura en el mismo.  En extrusoras más grandes, la eficiencia de la alimentación disminuye a medida que los canales se hacen más profundos hasta que no haya un aumento adicional en la producción.

Los tornillos de dos etapas se benefician más con el aumento de la relación L/D, porque se consumen entre 4 y 6 diámetros en el área de venteo, lo que contribuye muy poco a la fusión o la presurización. Para la mayoría de las aplicaciones, se necesitará un tornillo de dos etapas con L/D de 30: 1 para que coincida con la salida de un tornillo de una sola etapa con L/D de 24: 1 (consulte la ilustración adjunta).

¿Hay alguna desventaja asociada con extrusoras más largas?  Algunos polímeros se derriten mucho más fácil y más rápido que otros. Además, algunos procesos suelen tener presiones bajas en la cabeza, mientras que otros tienen presiones de descarga mucho más altas. La viscosidad inherente difiere mucho entre los polímeros, y algunos se cizallan significativamente mientras que otros no (es decir, son más "newtonianos"). Como resultado, el rendimiento del tornillo se optimiza en una variedad de L/D en lugar de en una L/D estándar.

Un tornillo que es demasiado largo para la situación general de procesamiento en realidad puede limitar la producción. La limitación generalmente se muestra como una temperatura de fusión excesivamente alta que puede causar la descomposición del polímero, el cambio de color, la pérdida de eficacia de los aditivos y la formación de deposiciones, esto por nombrar algunos problemas.  Para un polímero que se funde fácilmente, la longitud de fusión ideal debería de ser más corta, ya que las transiciones excesivamente largas pueden reducir la velocidad de fusión. Lo mismo es cierto para el desarrollo de presión, debido a que las bombas de fusión ampliamente utilizadas reducen en gran medida la necesidad de secciones de dosificación largas para manejar la presión de descarga.

Como resultado, la tendencia a comprar extrusoras con una relación L/D más larga, en realidad puede penalizar el rendimiento general. Los procesadores simplemente tienen que vivir con esta realidad porque nunca saben lo que van a procesar el próximo año y una extrusora más larga tiene más flexibilidad inherente que una más corta. Pero si tiene un proceso dedicado, puede haber límites autoimpuestos con una extrusora que sea demasiado larga.

Al igual que la selección del tamaño del extrusor y la combinación de la unidad, la relación L/D debe evaluarse cuidadosamente. Todos quieren la mayor capacidad o salida posible de sus extrusoras, pero si el material sale demasiado caliente o demasiado degradado, entonces el enfoque singular en la velocidad está reduciendo la capacidad del extrusor. Los datos como la difusividad, los coeficientes de la ley de potencia, los puntos de fusión, la presión, la viscosidad y la cristalinidad deberían formar parte del proceso de evaluación.