SEQUÊNCIAS DE PRODUÇÃO

Transcrição

1 SEQUÊNCIAS DE PRODUÇÃO

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3 EXTRUSÃO PRODUZ PERFIS CONTÍNUOS COM SEÇÃO TRANSVERSAL SIMPLES OU COMPLEXA DESENHO ESQUEMÁTICO DE UMA EXTRUSORA

4 EXEMPLOS DE EXTRUSORAS POLIMÉRICAS

5 EXEMPLOS DE EXTRUSORAS POLIMÉRICAS

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10 TROCA DO FILTRO DA EXTRUSORA

11 EXEMPLOS DE PRODUTOS EXTRUDADOS

12 PRODUÇÃO DE GRANULADOS PARA INJEÇÃO CORTE SECO CORTE APÓS BANHO DE RESFRIAMENTO

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23 PRODUÇÃO DE TUBOS CORRUGADOS ALIMENTAÇÃO DO FUNIL EXTRUSORA E CORRUGADOR CORRUGADOR FERRAMENTAS DE CORRUGAR ENTRADA DO CORRUGADOR INÍCIO DO PROCESSO

24 PRODUÇÃO DE TUBOS RÍGIDOS

25 extrusora berço de resfriamento do produto extrudado

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27 equipamento de arraste do produto extrudado equipamento de corte do produto extrudado

28 berço de resfriamento do produto extrudado

29 matriz calibrador

30 saída do tubo da matriz e entrada no calibrador

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34 Análise do escoamento - Inicialmente um filme de material fundido se forma na parede do cilindro. - Como o parafuso se move, seus filetes raspam este filme movimentando o polímero fundido que se mistura com o polímero ainda sólido, trocando calor e homogeneizando a massa polimérica. Aderência do material polimérico 1 o Caso: o material adere completamente ao parafuso e tudo gira como um cilindro sólido, resultando em vazão zero, e é claro numa situação indesejável. o Caso: o material não gira (desliza sobre o parafuso), resultando apenas em movimento axial. Esta é a situação ideal. A situação real está entre estes dois limites. Aspectos térmicos Em extrusoras de grande vazão, o material passa tão rápido dentro do cilindro que calor suficiente para a fusão é gerado pela ação cisalhante no polímero e os aquecedores não são necessários. Em alguns casos, resfriadores para o cilindro e para o parafuso são usados. O estado térmico numa extrusora pode ser comparado com dois estados termodinâmicos ideais. Adiabático: não há troca termica externa e todo o calor gerado pelo trabalho no polímero aquece os novos grãos. Isotérmico: a temperatura é constante requerendo aquecimento ou resfriamento no cilindro para compensar variações de temperatura. A situação real é intermediária e a região de fusão praticamente opera como isotérmica.

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36 EXTRUSÃO VAZÃO DE ARRASTE H Vd placa móvel V D C dy A B y O z y dx = elemento largura T = largura do canal 1 Qd T.H.Vd Vd.D.N. cos T.D.tan e Qd cos 1 placa estacionária Para o elemento ABCD, a vazão volumétrica é dada por: Assumindo um gradiente linear de velocidade V, tem-se:.d. tan e.d.n cos H dq V.dy.dx V Vd Substituindo V e integrando na seção do canal, tem-se a vazão de arraste: y H Qd T H 0 0 Vd.y H Esta equação pode ser ajustada para o arraste causado pelo movimento entre o parafuso e o cilindro. Com a geometria do parafuso: 0.dy.dx Qd 1.D.N.H.sen. cos

37 CONTRA VAZÃO DE PRESSÃO alta pressão baixa pressão Sobre o elemento ABCD, as forças são: F1 P P.dz dy.dx z F 1 dp dz P.dy. dx dy d y dp Integrando-se: dy d Obtem-se a tensão dv.. dy 0 0 F1 F3 d.dz. dx dp 1 dz y dz D A F3 C F B F3 Para escoamento em regime estacionário, as forças estarão em equilíbrio. Portanto: Substituindo-se as equações chega-se a: H dy dp y dz dv dy z y F1 dx = elemento largura T = largura do canal F F3 Para fluidos Newtonianos a tensão cisalhante é relacionada com a viscosidade e a taxa de cisalhamento pela equação: Substituindo-se na equação anterior: y Integrando, obtem-se: V 0 dv 1 dp dz y H y.dy V 1 dp dz y H 8

38 CONTRA VAZÃO DE PRESSÃO A vazão volumétrica é dada por: Q P 1 dp 1 dz.t. H dq V.T.dy Integrando, obtem-se a contra vazão de pressão 3 Q P H 0 1 dp dz y.t H 8 dy Esta equação pode ser ajustada para a geometria do parafuso e cilindro usando-se as seguintes substituições: T Dtan.cos sen dp dz dl dz dp.sen dl considerando-se e pequeno senφ = cat oposto / Hip Q P 3 DH sen 1 dp. dl CONTRA VAZÃO DE FUGA Q F OU VAZAMENTO PELA FOLGA δ DO PARAFUSO E CILINDRO Com um procedimento semelhante chega-se a: Q F D 1e 3 tan dp dl 0 se δ for pequeno

39 VAZÃO TOTAL A vazão volumétrica total é dada por: Q Para a maioria das aplicações práticas: 1) despreza-se a contra vazão de fuga; ) considera-se linear a variação da pressão no comprimento do parafuso DIAGRAMA DA MÁQUINA 1.D 3 DH sen.n.h.sen.cos 1 Y b ax dp dl P L dp. dl Serão analisadas duas situações: 1) Vazão livre = não há matriz no final do parafuso. Sendo P=0, tem-se: Q 1 Q.D max 1.D.N.H.sen.cos.N.H.sen. cos ) Vazão zero = saída da extrusora bloqueada. Q 0 3 DH sen 1 6.D.L.N. P Pmax H tan P. L vazão Q max 0 0 Veja que a vazão é grande se a pressão na saída for pequena N 1 N > N 1 P max pressão

40 DIAGRAMA DA MATRIZ Deve-se combinar a extrusora com a matriz que conforma o produto extrudado. Para fluidos Newtonianos, a vazão de uma matriz é dada por : Q K.P ( y = a.x ) Sendo: 1) Para uma matriz capilar K 4.R 8..L d R ) Para uma matriz retangular K T.H 3 d 1..L d T Hd Hd 3) Para uma matriz anelar K.Dm.H 1..L 3 d d Dm vazão Q = K.P Ld = comprimento da matriz 0 0 pressão A vazão de saída da extrusora é a vazão de entrada da matriz, e a vazão de saída da matriz aumenta com a pressão da entrada.

41 DIAGRAMA DO PROCESSO Combinando-se a extrusora com a matriz, tem-se: vazão Q = K.P Q max ponto de operação Q op N 1 N > N P op P max pressão Onde: Qop e Pop são, respectivamente, a vazão de operação e a pressão de operação.

42 Exercício 1 Numa extrusora: a viscosidade do material polimérico é 00 N.s / m a distância entre o corpo do parafuso e a parede do cilindro é de,4 mm, folga zero, o diâmetro do parafuso é de 50 mm, gira a 100 rpm e tem comprimento de 1000 mm, o ângulo da rosca do parafuso é de 17,7 o, a pressão varia linearmente de zero, na entrada de material até 0 MPa na entrada da matriz. Determine: (a) a vazão de arraste, (b) a contravazão de pressão, (c) a vazão total. Solução: (a) T Dsen 1 e Qd T.H. Vd onde Vd.D.N. cos T 50sen17,7 47,76mm Qd 1 47,76, / 60 cos17,7 1494mm / s 14,3cm / s (b) Q P 1 1 P L.T.H 3. sen Q P , , sen17, ,67cm 3 / s (c) Q T Qd Q P 14,3 1,67 1,6cm 3 / s

43 Exercício Ache o ponto de operação da extrusora do exercício 1, quando esta for combinada com uma matriz anelar com comprimento de 150 mm para a extrusão de um tubo com diâmetro médio de 0 mm e espessura de parede de 1, mm. Verifique o efeito sobre a pressão de operação e sobre a vazão de operação se a viscosidade do material modificar-se para 400 N.s / m. Solução Q max 1.D.N.H.sen.cos 1.5.(100 / 60).0,4.sen17,7.cos 17,7 14,3cm 3 / s 6.D.L.N (100/ 60) H tan,4.tan17,7 Pmax ,9MPa K 3 3.Dm.Hd 0 1, L d ,6mm 5 / N.s Q K.P P max 341,8MPa K 150,8mm / N. s 400

44 K(00) K(400) Q [cm³/s] P max (400) [MPa] Pontos de Operação Lidos no Gráfico: veja que a vazão de produção se mantem. η = 00 N.s/m² P = 37,8 MPa Q = 11, cm³ / s = 0,67 dm³ / min η = 400 N.s/m² P = 74,3 MPa Q = 11, cm³ / s = 0,67 dm³ / min

45 VARIÁVEIS DO PROCESSO VELOCIDADE DE ROTAÇÃO DO PARAFUSO (N) VAZÃO DE OPERAÇÃO (Qop) CAPACIDADE DE RESFRIAMENTO AJUSTE DO TRACIONADOR ESTIRAMENTO DO PRODUTO EXTRUDADO DIMENSIONAL DO PRODUTO TEMPERATURA DAS ZONAS DO CILINDRO VISCOSIDADE (η) VARIANDO-SE TEMPERATURA E/OU VISCOSIDADE MODIFICA A VAZÃO DE OPERAÇÃO