Lista de Exercícios 2

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Universidade Federal de Santa Catarina 
Centro Blumenau 
Curso de Engenharia de Materiais 
Disciplina: Processamento de Materiais Poliméricos 
Professor: Johnny De Nardi Martins 
Acadêmica: Kaoma Betega 
 
 
Lista de Exercícios 2 – Extrusão de Termoplásticos 
 
1. Cite as etapas do processo de extrusão, descrevendo resumidamente a função 
de cada uma delas. 
 O processo de extrusão é inicialmente realizado utilizando polímeros sólidos 
(partículas, flocos ou pós), que é aquecido e posteriormente plastificado/fundido. Depois 
disso, o material é continuamente pressionado até a matriz. 
 Mais detalhadamente, a extrusora é alimentada com material granular, que, 
devido à gravidade, cai na rosca que o transporta para o cilindro aquecido. Nesta fase, o 
material passa por três áreas: alimentação, compressão e dosagem. Na zona de 
alimentação, o objetivo é aquecer o material próximo ao seu ponto de fusão e, em 
seguida, transportá-lo para a próxima zona. Visando a zona de compressão, o sulco da 
rosca é gradativamente reduzido, comprimindo o material à parede do cilindro e 
promovendo sua plastificação. Na área de dosagem, os materiais são misturados e o fluxo 
é mantido pela pressão gerada. 
 Ao final do processo, o material é pressionado sobre uma tela de aço que retira as 
impurezas. Em seguida, é movido para a matriz, onde será obtida a forma do produto 
final. A partir desta etapa, o processo poderá tomar diferentes direções dependendo do 
produto a ser fabricado. 
2. Em relação ao transporte de sólidos gravitacional responda: 
a. Quais tipos de fluxo podem ocorrer? Explique cada um deles. 
- Fluxo de massa: não há área estagnada no material, ou seja, fluxo contínuo, sem 
interrupções. 
- Fluxo de tubo: formando um canal de fluxo no material. Nesse fluxo, o material próximo 
à parede não ganha velocidade, mas fica parado no funil. 
b. Quais problemas de fluxo podem ocorrer em cada um? 
 O fluxo de massa apresenta um problema de arqueamento, que ocorre quando um 
arco estável é formado por uma certa parte de um corpo rígido logo acima do orifício de 
descarga. Já o fluxo em tubo apresenta o problema de encanamento, quando a direção do 
fluxo dos sólidos é oposta à direção do fluxo, o fluxo do tubo causará problemas na 
tubulação. 
3. O que é “plugflow”, em que situação ocorre e de que forma ocorre? 
O plugflow é o transporte irregular por arrasto que ocorre quando o espaço entre 
os filetes é totalmente preenchido com pallets. Quando pressão suficiente é gerada, o canal 
da rosca será completamente preenchido com o material de polímero sólido, de modo que 
tudo se mova uniformemente. 
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 é um transporte menos estacionário que o plugflow 
que ocorre quando não há pressão suficiente para formar o leito sólido. Esse tipo de 
transporte permite que o processo prossiga, mas prejudica toda a etapa de extrusão. Em 
outras palavras, esse fenômeno ocorre quando não há pressão ou material suficiente para 
formar completamente um leito sólido. 
5. Cite parâmetros que influenciam no transporte de sólidos por arrasto, 
explicando como é esta influência. 
 Para transportar corretamente os sólidos por meio do arrasto, a força de atrito que 
atua no cilindro deve ser maximizada e, por outro lado, a força de atrito que atua na rosca 
deve ser minimizada. Ou seja, o atrito entre o material e a rosca deve ser o menor, e o 
atrito entre os cilindros deve ser o maior. Geralmente, o atrito pode ser controlado 
projetando a rosca e o material a ser revestido (como níquel e cromo altamente polidos) 
para minimizar o atrito. Por outro lado, o cilindro deve ter uma superfície rugosa para 
maximizar o atrito aplicado. Este atrito no cilindro permite movimento e fluxo. 
6. Quais as principais zonas de uma rosca de extrusão? Explique a função de 
cada uma no processo de extrusão. 
 As principais zonas funcionais da rosca de extrusão são as zonas de transporte de 
sólidos, zona de plastificação e zona de transporte de fundido. A zona de transporte de 
sólidos na rosca é conduzida através do arrasto. Na zona de plastificação o polímero 
começa a plastificar por atrito e pelo calor das resistências (aquecimento elétrico). Neste 
processo há a existência de material sólido e fundido simultaneamente. Na zona de 
transporte de fundido ocorre a mistura do material, homogeneização da temperatura e 
composição da massa plastificada, com o avanço contínuo do material devido a rotação 
da rosca. 
7. Descreva como ocorre a plastificação de um polímero dentro de uma 
extrusora. 
 A plastificação durante a extrusão ocorre de duas maneiras: Energia transferida 
por dissipação viscosa – obtida por atrito/fricção/cisalhamento na interface sólida, que 
converte a energia mecânica em energia térmica. Energia transferida por condução de 
calor – obtida a partir da resistência pelo aquecimento da parede do cilindro. 
8. Descreva como é o perfil de velocidades do polímero plastificado. 
 
 O fluxo de arraste possui este comportamento pois esta sendo pressionado contra 
as placas. O fluxo de contra-pressão apresenta uma velocidade menor na regioes das 
paredes, onde o atrito é menor. 
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 de operação ideal da extrusora é a interseção entre as curvas de produção 
da extrusora e da matriz. Quando a pressão no cabeçote é 0, o fluxo máximo é permitido 
neste ponto. 
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. 
 Quando esta alteração é feita e o limite de fluxo é aumentado, a curva 
característica da extrusora mudará de ângulo. Desta forma, o ponto de operação ideal se 
aproximará do eixo Y, conforme mostrado na figura abaixo: 
 
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. 
 O aumento da temperatura requer uma maior velocidade de extrusão. Quanto 
maior for a taxa de alimentação, maior será a transferência de calor do material 
polimérico para a extrusora, aumentando assim o fluxo de saída do material. Baixar a 
temperatura para um nível mais baixo é o oposto. No entanto, um aumento na 
temperatura pode causar problemas como rachaduras na superfície. 
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? 
 O aumento do RPM da rosca afeta diretamente o fluxo de avanço, aumentando, 
assim, a produção. Portanto, seriam duas linhas paralelas começando com diferentes 
valores de produção. 
13. O que é e porque ocorre o inchamento do extrudado? 
 O inchamento do extrudado é a expansão do material à medida que sai da matriz, 
o que ocorre devido à natureza viscoelástica do polímero fundido. Isso se deve ao fato de 
que as cadeias poliméricas relaxam e saem da matriz após um longo período de aplicação 
de tensão. 
14. O que é e porque ocorre a fratura do fundido? 
 É quando o fundido se rompe. Ocorre porque acima da tensão de cisalhamento 
crítica, o fluxo do polímero começa a se romper, criando um fluxo muito turbulento, o 
que causa muita tensão. O controle geométrico pode ser usado para evitar esse fenômeno. 
15. Quais são os principais objetivos em um projeto de uma rosca de extrusão? 
 O objetivo principal do projeto de rosca é obter a maior resistência mecânica 
possível, gerando assim maior produtividade e qualidade do material plastificado, o que 
está diretamenterelacionado à uniformidade do composto. Roscas com elementos de 
mistura têm por objetivo melhorar a uniformidade da composição em seu processo, 
enquanto roscas duplas têm por objetivo reduzir / preparar a blenda polimérica. 
16. Quais as vantagens da extrusão dupla rosca no processamento de 
termoplásticos? 
 A extrusora de dois parafusos (rosca dupla) tem a capacidade de misturar 
materiais de forma eficaz, evitando assim o superaquecimento (degradação) do polímero. 
Essa rosca é mais indicada para um maior grau de homogeneização com os aditivos 
utilizados. 
17. Cite e explique, ao menos, dois diferentes processos de extrusão e dê 
exemplos de produtos obtidos por esses processos. 
- Extrusão de Pallets e Filamentos – nesse processo, é utilizada uma matriz com 
múltiplos poros, para que o espaguete seja formado e resfriado pelo líquido. 
- Extrusão de Perfis (Perfis Tubulares) - a produção de tubos é realizada através de 
extrusoras monorosca e/ou rosca dupla, sendo utilizado principalmente materiais como 
PVC e Poliolefinas.