Una forma sencilla de evaluar los husillos de extrusión

Si bien hay muchos parámetros que influyen en el diseño de los husillos, los procesadores generalmente no tienen acceso a ellos. Entonces, en lugar de eso, intente calcular el flujo de arrastre para ver si su husillo está funcionando correctamente.

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El diseño de los husillos de extrusión puede incluir una cantidad casi infinita de datos cuando se consideran todas las propiedades del polímero, los requisitos de rendimiento y los detalles del sistema de extrusión. La mayoría de los procesadores no tienen la mayoría de esta información a la mano o no saben cómo aplicarla para determinar si el husillo tiene el rendimiento óptimo.

Como resultado, prevalecen muchos conceptos erróneos utilizados en la industria y los husillos continúan incorporándose en diseños que no son los óptimos. Entonces, ¿cómo saber si sus husillos funcionan correctamente? Una de las evaluaciones más útiles es el cálculo del flujo de arrastre. El flujo de arrastre es simplemente la mitad del volumen de una vuelta de la sección de dosificación por segundo a una velocidad de rotación específica. Este valor es multiplicado por un factor de conversión de unidades y la gravedad específica de la masa fundida para obtener una aproximación muy precisa de la salida en lb / hora sin presión en la cabeza.

El cálculo fue desarrollado y verificado a principios de la década de 1950, principalmente por investigadores de Western Electric, de la siguiente manera:

1/2 π2 D2HN(sinѲ)(cosѲ) = pulg.3/seg

La ecuación se puede hacer un poco más precisa agregando un factor de forma, que representa la relación de ancho a profundidad del canal del husillo. El factor de forma compensa los efectos de borde de los filetes y la forma del canal. Para la mayoría de los husillos, un factor de forma para la sección de dosificación de 0.95 funciona bien. Se tiene entonces:

0.95 (0.5) π2 D2HN(sinѲ)(cosѲ) = pulg.3/seg

Además, un gran porcentaje de husillos de extrusión utilizan un paso estándar (paso igual al diámetro del husillo) en la sección de dosificación, debido a que representa la mejor combinación de rendimiento general en la mayoría de los casos. Esto simplifica el término (sinѲ) (cosѲ) a 0.289.

Adicional, (π2) se puede simplificar a 9.87 y N está en revoluciones / seg, por lo que al agregar 1/60, las rpm del husillo se pueden sustituir directamente:

(0.95) (0.5) (9.87) (0.289)(1/60) D2HN = pulg.3/seg

0.02258 (D2HN)= pulg.3/seg

En donde:

  • D = Diámetro del husillo
  • H = Profundidad del canal
  • N = Rpm del husillo

Entonces, como una primera evaluación del desempeño del husillo en pulg3 / seg, lo único que debe saber es la profundidad del canal en la sección de dosificación. Se supone que conoce el diámetro del husillo y las rpm del husillo.

Dado que la salida está en pulg3 / seg, se debe convertir a lb / hr para ser comparativo. Si multiplicas por 130 obtienes lb / hr. Pero como los husillos de extrusión son dispositivos volumétricos, la salida debe corregirse con la gravedad específica de la masa fundida (no la gravedad específica del sólido) multiplicando por ese número. Las gravedades específicas de masa fundida están disponibles en Internet para todos los polímeros comunes. En ese momento, tendrá una salida estimada sin presión de cabeza en función de la profundidad del canal de medición.

A bajas presiones de la cabeza (<2000 psi), este es un número bastante preciso en la mayoría de los casos. A presiones más altas, o con un polímero de muy baja viscosidad, puede ser necesario un segundo cálculo para corregir la pérdida en la salida debido a la presión de la cabeza.

Es importante señalar que este cálculo es para un husillo de una sola etapa. Para un husillo con venteos de dos etapas (o más), la profundidad del canal para el cálculo es la primera sección de dosificación y es una estimación muy precisa porque la primera sección de dosificación no tiene presión de cabeza si el venteo está abierto.

Entonces, ¿qué pasa si la salida es significativamente diferente del cálculo? Hay una gran cantidad de cosas que pueden causar una reducción en la salida, pero requieren más información, más cálculos y serán descritos en otros artículos. La causa más común de que la salida real en la zona de dosificación caiga por debajo de la salida teórica es una capacidad insuficiente en la alimentación. Otra causa menos común es una disminución en el flujo de masa fundida debido a obstrucción con polímero sólido.

Hay síntomas externos que pueden llevar a conclusiones bastante firmes sobre estos temas sin mucho conocimiento en el diseño de husillos. Otra causa es un diseño en el que las secciones de alimentación, fusión y dosificación no están equilibradas, o si hay algún mezclador restrictivo u otro dispositivo que afecte la salida. Pero eso requiere un dibujo del husillo y un análisis completo por parte de alguien con experiencia en diseño de husillos.

El cálculo anterior se aproxima a lo que debería ser la salida e indica si es necesaria una investigación adicional. A pesar de todas las variables involucradas en el diseño del husillo, el flujo de arrastre en la sección de dosificación es un muy buen indicador del resultado esperado. Para un buen balance del husillo, la mayoría de los diseños se basan en la sección de dosificación.
 

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