Razão de Compressão da Rosca
Calcula a razão de compressão de uma rosca de extrusão, RC = H_alimentação ÷ H_dosagem, a partir da profundidade do canal na zona de alimentação H_alimentação e na zona de dosagem H_dosagem. Uma rosca de extrusão tem três zonas: a de alimentação (canal profundo, que recebe os grânulos sólidos), a de compressão (transição, canal afilando) e a de dosagem (canal raso, que homogeneíza e bombeia o fundido). A razão de compressão é quanto o canal afina da entrada para a saída — tipicamente entre 2:1 e 4:1. Essa compressão é essencial: ao reduzir o volume do canal, ela compacta os grânulos, expulsa o ar aprisionado entre eles (que precisa voltar pela alimentação, não seguir adiante) e gera o cisalhamento e a pressão que fundem o polímero por aquecimento viscoso (além do calor do barril). A razão de compressão correta depende do polímero: materiais que fundem com grande redução de volume e amorfos pedem razões diferentes dos semicristalinos. Razão inadequada causa fusão incompleta, bombeamento de ar, instabilidade de vazão (surging) ou degradação. É um dos parâmetros que definem se uma rosca serve para um dado material. Informe as profundidades do canal na alimentação e na dosagem.
Resultado
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Razão de compressão da rosca
A razão de compressão de uma rosca de extrusão é RC = H_alimentação ÷ H_dosagem, a razão entre a profundidade do canal na zona de alimentação (que recebe os grânulos sólidos) e na zona de dosagem (que homogeneíza e bombeia o fundido). Uma rosca tem três zonas: alimentação (canal profundo), compressão (transição, canal afilando) e dosagem (canal raso). A razão de compressão — quanto o canal afina da entrada à saída, tipicamente entre 2:1 e 4:1 — é essencial: ao reduzir o volume do canal, ela compacta os grânulos, expulsa o ar aprisionado entre eles (que precisa retornar pela alimentação, não seguir adiante) e gera o cisalhamento e a pressão que fundem o polímero por aquecimento viscoso, complementando o calor do barril. A razão correta depende do polímero: materiais que fundem com grande redução de volume e os amorfos pedem razões diferentes dos semicristalinos. Uma razão inadequada causa fusão incompleta, bombeamento de ar, instabilidade de vazão (surging) ou degradação térmica — por isso a razão de compressão é um dos parâmetros que definem se uma rosca serve para um dado material. Informe as profundidades do canal na alimentação e na dosagem.
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Taxa de Cisalhamento no Canal da Rosca
Calcula a taxa de cisalhamento média no canal de uma rosca de extrusão, γ̇ = (π·D·N) ÷ H, a partir do diâmetro do barril D (m), da rotação da rosca N (rev/s) e da profundidade do canal H (m). A taxa de cisalhamento é o gradiente de velocidade que o polímero fundido sofre entre a superfície da rosca (que se move) e o barril (parado), e é um parâmetro central no processamento de plásticos por uma razão fundamental: os polímeros fundidos são fluidos NÃO newtonianos pseudoplásticos, cuja viscosidade DIMINUI com o aumento da taxa de cisalhamento (shear thinning). Conhecer a taxa de cisalhamento permite estimar a viscosidade real do material no equipamento (usando a lei das potências) e, com ela, a pressão, a potência e o aquecimento viscoso. Taxas de cisalhamento muito altas podem degradar o polímero (quebra de cadeias por cisalhamento e calor); muito baixas, deixar a fusão incompleta. Cada polímero tem uma faixa adequada. Esta taxa, no canal da rosca, é distinta da taxa de cisalhamento na matriz (muito mais alta, no estreitamento de saída). É um dos cálculos básicos da reologia de processamento. Informe o diâmetro, a rotação e a profundidade do canal.
Razão de Estiramento (Draw-Down)
Calcula a razão de estiramento (draw-down ratio, DDR) de um extrudado, DDR = (D_matriz ÷ D_produto)², a partir do diâmetro do orifício da matriz D_matriz e do diâmetro final do produto D_produto, na forma da razão entre as áreas das seções. Após sair da matriz, o extrudado (um fio, um tubo, um filamento) é frequentemente PUXADO e estirado por um sistema de tração (haul-off) a uma velocidade maior que a de saída, reduzindo sua seção até a dimensão final desejada. A razão de estiramento é quanto a área da seção é reduzida nesse processo. O estiramento não só dá a dimensão final, mas ORIENTA as cadeias moleculares na direção do puxamento, o que pode aumentar significativamente a resistência mecânica do produto naquela direção (princípio usado em fibras, fitas e filmes orientados, muito mais resistentes que o material não orientado). A razão de estiramento, combinada com o inchamento da matriz, determina a relação entre o tamanho do orifício e o produto final. Há limites: estiramento excessivo pode romper o extrudado ou causar defeitos. É um parâmetro-chave na produção de fibras, monofilamentos, tubos de pequeno diâmetro e revestimento de fios. Informe o diâmetro da matriz e o diâmetro do produto final.
Vazão de Arraste da Extrusora
Calcula a vazão de arraste (drag flow) de uma extrusora monorrosca, Q_d = ½·π²·D²·N·H·sen(φ)·cos(φ), a partir do diâmetro do barril D (m), da rotação da rosca N (rev/s), da profundidade do canal na zona de dosagem H (m) e do ângulo de hélice φ (graus). A vazão de arraste é o mecanismo principal de bombeamento de uma extrusora: o material fundido é arrastado para frente pelo movimento relativo entre a rosca girando e o barril fixo, como um parafuso empurrando uma porca que não pode girar. Esse arraste viscoso é proporcional à rotação da rosca e à geometria do canal, e seria a vazão máxima teórica se não houvesse contrapressão. Na prática, a vazão líquida é a vazão de arraste MENOS a vazão de pressão (o refluxo causado pela resistência do cabeçote e da matriz, que empurra o material de volta). O equilíbrio entre arraste e pressão define o ponto de operação da extrusora na sua curva característica. A vazão de arraste é a base do projeto e do dimensionamento de roscas de extrusão, processo que produz tubos, perfis, filmes, chapas, fios e a matéria-prima (pellets) de praticamente todo o plástico transformado no mundo. Informe o diâmetro, a rotação, a profundidade do canal e o ângulo de hélice.
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