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.
Resultado
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Vazão de arraste da extrusora
A vazão de arraste (drag flow) é o mecanismo principal de bombeamento de uma extrusora monorrosca, Q_d = ½·π²·D²·N·H·sen(φ)·cos(φ), a partir do diâmetro do barril D, da rotação da rosca N, da profundidade do canal na zona de dosagem H e do ângulo de hélice φ. O fundido é arrastado para frente pelo movimento relativo entre a rosca, que gira, e o barril, que fica parado — exatamente como um parafuso empurraria uma porca impedida de girar. Esse arraste viscoso é proporcional à rotação 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 que a resistência do cabeçote e da matriz empurra de volta canal acima). O equilíbrio entre arraste e pressão define o ponto de operação da extrusora na sua curva característica, e a vazão de arraste é a base do projeto e do dimensionamento de roscas — o processo que produz tubos, perfis, filmes, chapas, fios e os próprios pellets que alimentam quase toda a transformação de plástico do mundo. Informe o diâmetro, a rotação, a profundidade do canal e o ângulo de hélice.
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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.
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 L/D da Rosca (Injetora)
Calcula a razão L/D (comprimento/diâmetro) da rosca de uma injetora ou extrusora, dividindo o comprimento útil pelo diâmetro. É um parâmetro central do projeto da plastificação: roscas longas (L/D 20–24) dão melhor mistura e homogeneização do fundido; curtas (L/D < 18) plastificam menos, mas são mais robustas. Define a qualidade da fusão e a capacidade de processar diferentes materiais. Informe o comprimento e o diâmetro da rosca.
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