Lista de Exercícios 2

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Nome: Raiana Roberta Corrêa
Matrícula: 17203781
Disciplina: Processamento de Materiais Poliméricos
Lista de exercícios 2
1) Cite as etapas do processo de extrusão, descrevendo resumidamente a função de cada 
uma delas.
Alimentação da extrusora: o polímero em forma de pó, grânulos ou pellets, é colocado na 
extrusora através do funil.
Homogeneização e transporte: ao chegar na rosca o polímero é cisalhado e aquecido para 
ser homogeneizado e plastificado.
Conformação: após ser plastificado, o polímero no estado líquido viscoso escoa até a matriz 
onde será conformado.
Resfriamento: após a conformação, o polímero é resfriado e cortado.
2) Em relação ao transporte de sólidos gravitacional responda:
a) Quais tipos de fluxo podem ocorrer? Explique cada um deles.
Fluxo em massa: nesse fluxo não há regiões de estagnação do material polimérico.
Fluxo em tubo: forma-se um canal de fluxo dentro do material polimérico, onde o material 
próximo às paredes está em regime estacionário (velocidade = 0).
b) Quais problemas de fluxo podem ocorrer em cada um?
Fluxo em massa: nesse fluxo pode ocorrer o chamado arqueamento (“arching”), ou seja, 
não há fluxo do material polimérico. O material pode ficar acumulado na garganta do funil e 
não conseguir escoar, causando entupimento.
Fluxo em tubo: nesse fluxo pode ocorrer o que chamamos de encanamento (“piping”). Os 
pellets, por exemplo, que estão próximos à parede adquirem velocidade zero, e ocorre 
apenas o fluxo de material no meio desses pellets. Isso é um problema, pois desejamos um 
fluxo em massa. 
3) O que é “plugflow”, em que situação ocorre e de que forma ocorre?
O “plugflow” é fenômeno que ocorre quando todas as partículas, pellets ou grânulos se 
movem com a mesma velocidade dentro da extrusora. Quando ocorre a geração suficiente 
de pressão, o canal da rosca (espaço entre os filetes) fica totalmente preenchido de material 
polimérico. Essas partículas, pellets ou grânulos compactados formam o que chamamos de 
leito sólido. A velocidade relativa do material polimérico é a mesma, isto é, todo o leito 
sólido se movimenta com a mesma velocidade. Se o canal da rosca está completamente 
preenchido pelo leito sólido temos o chamado “plugflow”, ou seja, o transporte por arrasto 
do material polimérico.
4) Quando o material cai na rosca e não preenche completamente o canal, surge um 
transporte chamado ARQUIMEDIANO. Explique o que significa.
O transporte Arquimediano ocorre quando a rosca não está gerando pressão o suficiente 
para a formação do leito sólido, ou seja, quando a rosca não está em uma velocidade 
adequada, ou quando não ocorre a entrada suficiente de material polimérico para o 
preenchimento total do canal da rosca (espaço entre os filetes).
5) Cite parâmetros que influenciam no transporte de sólidos por arrasto, explicando como é 
esta influência.
-Densidade aparente dos sólidos: o transporte de sólidos irá ocorrer de forma mais eficaz se 
os pellets de material polimérico forem do mesmo tamanho, ou seja, se tiverem mesma 
forma geométrica.
-Geometria da rosca e do cilindro: a profundidade, geometria dos sulcos e o comprimento 
das zonas geométricas da rosca se alteram conforme o material polimérico que será 
extrudado, e isso influencia na plastificação, na taxa de cisalhamento e na uniformidade de 
vazão do material polimérico. As paredes do cilindro devem possuir uma rugosidade grande 
para garantir atrito com o material polimérico para que ele passe para o estado líquido 
viscoso. Entre o cilindro e a rosca deve haver uma folga para que as ferramentas não 
tenham atrito entre si, resultando em desgaste.
-Velocidade da rosca: a rosca precisa funcionar em uma velocidade que possibilite a 
geração de pressão o suficiente para o leito sólido escoar.
-Coeficiente de fricção no cilindro e na rosca: o atrito entre o cilindro e o polímero deve ser 
maximizado, por isso que a superfície do cilindro precisa ter uma rugosidade grande para 
garantir um alto coeficiente de fricção. A maximização do atrito entre o cilindro e o polímero 
irá assegurar uma maior taxa de transporte de sólido. O atrito entre a rosca e o leio sólido 
precisa ser minimizado para que o material escoe.
-Gradiente de pressão na seção de alimentação: possui relação com a velocidade da rosca 
e com a quantidade de sólido que irá entrar dentro da rosca pelo funil de alimentação. A 
alimentação da extrusora e a velocidade da rosca precisa ser adequada para que ocorra a 
total plastificação do material polimérico.
6) Quais as principais zonas de uma rosca de extrusão? Explique a função de cada uma no 
processo de extrusão.
Zona de alimentação: é a zona onde acontece o transporte do polímero sólido através de 
um funil de alimentação, para a zona de compressão. Nesta zona, a rosca possui canais 
mais profundos, pois não é necessária uma pressão elevada, visto que o material se 
encontra no estado sólido. A taxa de cisalhamento é baixa, o polímero é aquecido porém 
ainda não inicia a sua planificação.
Zona de compressão: ocorre a passagem do material do estado sólido para o estado líquido 
viscoso. Nesta zona a profundidade dos canais da rosca é reduzido linearmente 
acarretando em um aumento de pressão no material. Ao ser empurrado para frente, o 
material é plastificado através do atrito do material com as paredes do cilindro e do 
aquecimento das resistências externas. Com isso o material polimérico irá escoar.
Zona de dosagem: ocorre a mistura e homogeneização do polímero e seus aditivos. Nesta 
região o material se encontra completamente no estado líquido viscoso e é preparado para 
alimentar a matriz de forma uniforme.
7) Descreva como ocorre a plastificação de um polímero dentro de uma extrusora.
A plastificação do polímero dentro da extrusora ocorre progressivamente, conforme a 
passagem do polímero pela rosca. O atrito entre as paredes do cilindro e o material 
polimérico juntamente com o aquecimento das paredes do cilindro gerado pelas resistências 
térmicas faz com que ocorra a plastificação do material. Quando ocorre o preenchimento 
total dos canais na rosca começa a aparecer um pequeno filete de polímero no estado 
líquido viscoso no leito sólido, ou seja, temos o início da coexistência de sólido e líquido. 
Esse filete possui um fluxo em sentido contrário ao escoamento do leito sólido, que faz com 
que ocorra o acúmulo de material líquido atrás do leito sólido, formando um reservatório de 
fundido. Esse reservatório de fundido irá gerar pressão para fazer com que o leito sólido 
escoe para frente até que se transforme em líquido.
8) Descreva como é o perfil de velocidades do polímero plastificado
O perfil de velocidades do polímero plastificado é resultante do fluxo de arraste juntamente 
com o fluxo de contrapressão. O fluxo de arraste é caracterizado pelo atrito maximizado nas 
paredes do cilindro e pelo atrito minimizado na rosca, que gera o escoamento do material 
polimérico na direção e sentido da matriz. O fluxo de contrapressão ocorre no sentido 
contrário a direção da matriz devido aos canais da matriz serem menores que os canais da 
rosca e também porque temos as placas filtros que são utilizadas para filtrar impurezas e 
gerar essa contrapressão. Com isso, parte do material polimérico irá retornar para a rosca 
gerando um fluxo de contrapressão e também certa turbulência. Ao se encontrarem (fluxo 
de arraste + fluxo de contrapressão) formam um perfil de velocidades do polímero escoando 
na parte final da extrusora, onde este material polimérico se encontra no estado líquido 
viscoso.
9) O que é o ponto ideal de operação de uma extrusora? Como se pode atingir esta 
condição e qual a sua importância na produção da extrusora? 
O ponto ideal de operação é o encontro entre as curvas de produção da extrusora e da 
matriz. Esse ponto ideal de operação é alcançado quando o fluxo e a ∆P da extrusora e da 
matriz são iguais. Para a produção da extrusora atingir essa condição devemos levar em 
conta a sua dimensão, a dimensão e geometriada rosca, a velocidade de rotação da rosca, 
a matriz e as propriedades reológicas do material, pois mediante isso teremos a máxima 
produtividade.
10) Ao trocar uma matriz de menor restrição ao fluxo para uma de maior restrição, o que 
ocorre com o ponto de operação? Explique e desenhe as respectivas curvas.
Ao trocar uma matriz de menor restrição para uma de maior restrição ao fluxo o ponto de 
operação se deslocará, pois o fluxo passa a ser menor e a pressão necessária para ocorrer 
o fluxo passa a ser maior também devido à limitação que a matriz impõe no sistema. A 
vazão será menor também. 
11) Ao mudar a temperatura da matriz o que ocorre com o fluxo de saída do material? 
Explique e desenhe uma curva característica para uma baixa temperatura e para uma alta 
temperatura. 
Ao elevarmos a temperatura da matriz o material polimérico escoa mais facilmente, pois sua 
viscosidade diminui, ou seja, as macromoléculas ganham mais mobilidade para escoar, e 
então a velocidade de saída da matriz aumenta. Devemos levar em consideração o tipo de 
polímero extrudado para que não ocorra a sua degradação devido ao superaquecimento, e 
também devemos considerar que temperaturas muito elevadas diminuem muito a 
viscosidade do polímero e isso pode impedir a conformação deseja. Em temperaturas muito 
baixas, o escoamento é dificultado.
12) Considerando a equação de fluxo de uma extrusora: 
a) Esboce as curvas de Q x P para uma rosca operando a 90 rpm e a mesma rosca 
operando a 70 rpm.
b) O que ocorre com o fluxo do material se a temperatura da zona de dosagem for 
aumentada? 
Com o aumento de temperatura na zona de dosagem teremos uma melhor 
homogeneização da massa polimérica, porém se a temperatura for muito elevada ela pode 
levar a degradação do polímero. Esse aumento de temperatura também irá provocar um 
aumento de pressão que fará com que a velocidade de fluxo aumente, proporcionando um 
fluxo muito turbulento que irá prejudicar a entrada do material polimérico na matriz. Como o 
material polimérico estará saindo de uma região ampla para uma região estreita pode haver 
o que chamamos de fratura do fundido, que acontece devido a essa instabilidade no fluxo.
13) O que é e porque ocorre o inchamento do extrudado?
O inchamento do extrudado é caracterizado pela expansão de material polimérico ao sair da 
matriz da extrusora devido às propriedades viscoelásticas do polímero fundido. Esse 
fenômeno é resultado do relaxamento das cadeias poliméricas ao saírem da matriz após um 
longo período de tensão, ou seja, ocorre uma recuperação parcial de deformação elástica e 
então as macromoléculas retornam para a conformação de novelo aleatório.
14) O que é e porque ocorre a fratura do fundido? 
A fratura do fundido é um efeito viscoelástico que ocorre quando a massa polimérica passa 
de regiões mais amplas ou largas para regiões mais estreitas, ocorre uma elevação de 
energia nesse local de convergência que pode ser muito alta e o polímero não tem tempo 
para responder e se deformar viscosamente, ou seja, o material é muito tensionado. Dessa 
maneira, ocorre uma deformação em forma de fratura, sem o deslizamento das camadas da 
massa polimérica.
15) Quais são os principais objetivos em um projeto de uma rosca de extrusão? 
A rosca deve ser projetada para promover com máxima eficiência o transporte de sólido, 
garantindo um fluxo contínuo e uniforme, e também a total plastificação e homogeneização 
do material polimérico. A rosca deve ter geometria adequada conforme o polímero que 
deseja-se extrudar e também deve ser feita de aços que garantam a alta resistência 
mecânica, alta resistência à corrosão e a minimização do seu coeficiente de atrito, para 
máxima produtividade.
16) Quais as vantagens da extrusão dupla rosca no processamento de termoplásticos? 
As vantagens da extrusão de dupla rosca são: maior eficiência de homogeneização, que 
contribui para uma efetiva plastificação evitando o superaquecimento do material polimérico 
(degradação); possui uma taxa de cisalhamento maior, pois permite a inserção de 
elementos geométricos de acordo com as necessidades exigidas; maior eficiência no 
transporte de material polimérico e maior produtividade.
17) Cite e explique, ao menos, dois diferentes processos de extrusão e dê exemplos de 
produtos obtidos por esses processos.
Extrusão de filmes tubulares: após a mistura ocorre a alimentação da matriz tubular. 
Quando o material começa a sair ocorre uma expansão na forma de uma bolha por meio de 
um fluxo de ar soprado, reduzindo sua espessura e aumentando a sua largura. Em seguida 
o filme é resfriado com jatos de ar controlados. Após isso ocorre o fechamento do filme por 
meio de rolos de pressão e tração. Por fim, o material é bobinado. Esse tipo de extrusão é 
ideal para sacolas plásticas, sacos de lixo.
Revestimento de cabos: é utilizado para revestir fios telefônicos, fios elétricos, etc. O 
polímero alimenta a matriz em um sentido e o fio metálico entra em contato com o polímero 
amolecido em uma velocidade controlada até cobrir o fio com espessura desejada. Em 
seguida, o fio recoberto é resfriado em banho de água e posteriormente é bobinado.
Referências
MANRICH, Silvio. Processamento de Termoplásticos: rosca única, extrusão e matrizes, 
injeção e moldes. 2. ed. São Paulo: Artliber Editora, 2013. 485 p.