Relación longitud/diámetro
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Relación longitud/diámetro
A principios de la década de 1960, las extrusoras solían tener una relación longitud/diámetro de 20:1, y una máquina con una L/D de 24:1 se consideraba larga. Desde entonces, las extrusoras se han vuelto más largas, y la L/D de 30:1 a 36:1 se convirtió en el "estándar" de la industria. Algunas extrusoras incluso superan los 40:1 L/D para propósitos especiales como doble ventilación, compuestos o procesamiento de alta velocidad.
¿Qué beneficios proporciona la longitud adicional?
Principalmente aumento de la producción y mejora de la homogeneización. Dado que la sección de alimentación permanece aproximadamente con la misma longitud, independientemente de la L/D, el resto del tornillo se dedica a fundir y bombear. Cuanto más profundos sean los canales del tornillo, o cuanto mayor sea la salida específica (lb/rpm), más longitud necesitará para completar la fusión y desarrollar la presión necesaria para empujar el polímero fuera de la matriz. A medida que los diseñadores alcanzaron estos límites, las extrusoras se construyeron por más tiempo para manejar los requisitos económicos y bombear más y mejor producto. Sin embargo, existen límites reales para aumentar la producción a medida que aumenta L/D. Por lo general, estos límites se deben a la incapacidad de la sección de alimentación para entregar más polímero. En tornillos de diámetro más pequeño, ese límite a menudo está determinado por la fuerza del tornillo. En tornillos pequeños, solo puede profundizar hasta cierto punto en los canales de los tornillos antes de que el tornillo se apriete demasiado y falle. En extrusoras más grandes, la eficiencia de la alimentación disminuye a medida que los canales se hacen más profundos hasta que ya no aumenta la producción. Los tornillos de dos etapas se benefician más con el aumento de L/D porque se consumen alrededor de 4-6 D en el área de ventilación, lo que contribuye muy poco a la fusión o presurización. Para la mayoría de las aplicaciones, necesitará un tornillo de dos etapas 30:1 para igualar la salida de un tornillo de una etapa 24:1. Existen límites reales para aumentar la producción a medida que aumenta L/D.
¿Hay alguna desventaja asociada con las extrusoras más largas?
Algunos polímeros se derriten mucho más fácil y rápido que otros. Además, algunos procesos suelen tener presiones de cabeza bajas, mientras que otros tienen presiones de descarga mucho más altas. La viscosidad inherente difiere mucho entre los polímeros, y algunos se adelgazan 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 cualquier L/D estándar. Un tornillo demasiado largo para la situación de procesamiento general puede limitar la producción. La limitación generalmente aparece como una temperatura de fusión excesivamente alta que puede provocar la descomposición del polímero, el cambio de color, la pérdida de la eficacia de los aditivos y la formación de placas, por nombrar algunos problemas. Para un polímero que se funde fácilmente, la longitud de fusión idealmente debería ser más corta, ya que las transiciones excesivamente largas pueden reducir la velocidad de fusión. Lo mismo ocurre con el desarrollo de presión, ya que las bombas de fusión ampliamente utilizadas reducen en gran medida la necesidad de largas secciones de medición para manejar la presión de descarga. Un tornillo demasiado largo para la situación de procesamiento general puede limitar la producción. Como resultado, la tendencia a comprar extrusoras L/D cada vez más largas puede penalizar el rendimiento general. Es posible que las casas de extrusión personalizadas simplemente tengan que vivir con esta realidad porque nunca saben lo que estarán ejecutando 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 demasiado larga. Al igual que al seleccionar el tamaño de la extrusora y la combinación de accionamiento, la L/D debe evaluarse cuidadosamente. Todo el mundo quiere el resultado más utilizable de su extrusora, pero si el material sale demasiado caliente o demasiado degradado, entonces el enfoque singular en la tasa en realidad está reduciendo la capacidad de la extrusora. Los datos como la difusividad, los coeficientes de ley de potencia, los puntos de fusión, la presión de carga, la viscosidad y la cristalinidad deben formar parte del proceso de evaluación.
Relación L/D
Quizás la especificación más importante para el tornillo es la relación L/D. Esta es la relación de la longitud del tornillo (la longitud del vuelo) a su diámetro. Para los termoplásticos, esta relación será un mínimo de aproximadamente 20:1, por termoestables, elastómeros y LSR, la L/D es aproximadamente 14:1. Para tornillos de plastificación extendidos, la L/D puede ser 24:1. Esto se usa generalmente para termoplásticos con aditivos de color, especialmente con PP y PE. Esto permite una mejor mezcla del colorante. En máquinas de ciclo rápido con mayor capacidad, una relación L/D más alta también puede ser beneficiosa. También se ha encontrado que esta proporción mejora la fusión rendimiento con máquinas de fabricación de discos compactos. En general, los tornillos están diseñados con tres regiones distintas: (1) una sección de alimentación, (2) una región de transición de fusión (región de compresión 2) y (3) una sección de medición. El tamaño de estas regiones variará dependiendo de las características del material para el que fue diseñado. Un tornillo pasivo tiene baja cizalladura y compresión y actúa solo para fundir y transferir la fusión de un extremo al otro. Un tornillo estándar tiene regiones de mezcla de corte y compresión.