extrusão 2

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Extrusão – Princípios de Funcionamento
1) Taxa de Compressão (RC)
-Descrição da rosca de acordo com a taxa de compressão 
(baixa ou alta taxa de compressão).
RC = hi / hf
RC = 2 – corresponde a baixa taxa de compressão
RC = 4 – corresponde a alta taxa de compressão
Exemplo???
2) Alimentação da rosca
- grânulos ou pó.
- Granulometria parecida (uso de reciclado,cargas, 
masterbaches ou outros aditivos, blendas, etc)...
- Problemas mais comuns:
� material parar na goela
� os grânulos podem ficar agarrados na rosca 
(goela) impedindo a entrada de material. 
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Roscas refrigeradas à água
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2) Alimentação da rosca
3) Homogeneização e Plastificação
Fusão
Resistências elétricas
Cisalhamento
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Rotação da Rosca ???
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4) Mistura
� Função do processo de extrusão
� Refluxo – 50% de material é empurrado para frente.
� Maior grau de mistura pode ser obtido aumentando a 
pressão no fim da rosca (perto do cabeçote):
- Matriz com alta resistência ao fluxo
- Aumento de telas
- Roscas especiais
�Uso:
- compostos e blendas
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Roscas especiais (misturadores e cisalhadores
intensivos):
- ajudam o processo de homogeneização e plastificação
- alterações na zona de controle de vazão: elementos de 
mistura.
- elementos de mistura tem a função de bloquear o fluxo, 
aquecer ainda mais o material e aumentar o tempo de 
residência no barril. 
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A) Rosca com elemento de cisalhamento intensivo 
tipo anel
- Garante a fusão total da massa polimérica
- Estabiliza o fluxo na zona de controle de vazão
- Baixa produtividade
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B) Rosca com filetes duplos – roscas com barreira
- Roscas que separam o líquido do sólido (Vantagem?)
- Folga (escape) do filete secundário é maior para o 
líquido passar
- Cisalhamento crescente sobre o sólido (h decrescente) 
e cisalhamento decrescente sobre o líquido (h crescente)
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C) Rosca com barreira e elementos de alto cisalhamento
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Comparações entre roscas convencionais e roscas 
com barreira
Vantagens:
- Processo de fusão melhor e mais estável
- Menores pressões
- Maiores vazões
- Menor temperatura no cilindro
Desvantagens:
-Custo
- maior desgaste
- Configuração 
limita o uso de 
alguns polímeros
Extrusão – Princípios de Funcionamento
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PP com e sem lubrificante externo
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Elementos de 
mistura
Distributivos e dispersivos
Distribuição
Boa Má
Dispersão
Boa Má
Extrusão – Princípios de Funcionamento
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A) Elementos Dispersivo
- Capacidade de fragmentar um aditivos em pedaços 
pequenos
- Homogeneização sob altas γ
- Importante em extrusão de espessuras muito finas 
Ex: fibras e filmes.
- Exemplos: barreira na forma de anel, elemento Maddock, 
elemento tipo Egan
Misturador dispersivo de Maddock
-Todo o material tem que fluir pelo canal de saída, assim o 
material é forçado sobre a chaveta divisória, aumentando a 
mistura dispersiva. A desvantagem deste misturador é que 
ele aumenta a pressão na saída da rosca. Além disso, a 
geometria favorece pts de estagnação.
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B) Elementos Distributivos
- capacidade de distribuir um aditivo ou a massa polimérica
- Normalmente são utilizados para a confecção de 
composto
- Descontinuidade do perfil de canal da rosca
- Exemplos: pinos, baixo relevo, abacaxi, dulmage, etc.
Misturador de Dulmage (Dow Química)
Misturador tipo abacaxi (Rapra)
5) Bombeamento do fundido
-Fluxo de Arraste
- Vazão:
η
β
α
PNQ .−=
Q é a vazão (mL/s ou L/s), α e β são constantes que 
dependem da geometria da rosca, N é a velocidade de 
rotação da rosca (rpm), P é a pressão (psi).
dz
dPbhhbDNQ
η
θpi
122
.cos. 3
−=
Extrusão – Princípios de Funcionamento
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6) Pressão no Cabeçote
→ Dentro do cabeçote existe caminhos para que o 
material percorra até chegar a matriz. A rosca ao girar 
manda material para dentro do cabeçote e, como o 
cabeçote não pode inchar gera uma pressão no material.
Pressão no cabeçote ↔ Fluxo de pressão
Maior para menor P
Empurrando o material 
para a matriz (P=0)
Dificulta o 
bombeamento de 
material da rosca 
para o cabeçote
Pcabeçote > P na ponta da rosca 
REFLUXO
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Refluxo
positivo Maior homogeneização
negativo ↓vazão↓produtividade
altas pressões
Telas fina ou crivos 
com furos peq.
Viscosidade e geometria 
da rosca na ponta
↓ viscosidade ↑ refluxo
↑ h ↑ refluxo
↑folga entre rosca e barril 
↑ refluxo
Extrusão – processo contínuo:
Q extrusora = Q matriz
Q arraste – Q refluxo = Q matriz
Q arraste = αN
Onde α é a constante de arraste da rosca e N 
é a rotação.
↑ o passo da rosca
↑ o Ø da rosca
↑ a profundidade de 
canal
↑ o ângulo da hélice
↑ α
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Pontos de operação de uma extrusora:
Ponto onde as equações tem solução
dz
dPbhbhDNQ
η
θpi
122
cos 3
−=
η
βα PNQ −=
Constante geométrica da rosca
η
M
M
PKQ ∆=
ηη
βα MMT PKPNQQ ∆=−==
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Exige muita potência da máquina
Baixa produtividade
Pressão 
muito baixa
Pressão 
muito alta
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Influência da peseudoplasticidade do polímero 
na vazão
1) Por que com o 
aumento da pressão 
no cabeçote ocorre 
uma diminuição na 
vazão da extrusora e 
um aumento na 
vazão da matriz? 
2) Suponha que você esteja trabalhando com 50 rpm e com uma 
matriz estreita. Como você faria para conseguir um aumento de 60% 
na vazão do processo. Qual seria a P no cabeçote e a Q da 
extrusora?
3) O que ocorreria caso você utilizasse uma matriz larga? Quais 
seriam os valores de P e Q? Explique.
0 1000 2000 3000 4000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
V
a
z
ã
o
Pressão no cabeçote
50 rpm
80 rpm
matriz larga
matriz estreit
Variáveis básicas que afetam o processo de 
extrusão
1) Temperatura das resistências elétricas
O calor fornecido para a plastificação advém da 
condução de calor (resistências elétrica - 40%) e 
atrito (cisalhamento – 60%).
Facilitar o processamento, aumentar a 
produtividade. Porém pode ocorrer risco de 
degradação. 
Variáveis básicas que afetam o processo de 
extrusão
2) Velocidade de rotação da rosca
Aumentando-se a velocidade de rotação da rosca, 
geralmente aumenta-se o cisalhamento, a 
temperatura, a fluidez e portanto, a produtividade ou 
em casos extremos pode-se degradar o polímero.
Variáveis básicas que afetam o processo de 
extrusão
3) Influência da geometria da rosca:
a) Roscas com zona de compressão longas
- ↑ tempo de residência 
- ↑ convivência sólido/líquido
- fluxo desigual na região de compressão
- cisalhamento baixo devido à baixa compressividade
- baixo poder de mistura
b) Roscas com zona de compressão curtas
- ↑ cisalhamento devido à ↑ compressividade→ aq. localizado, 
principalmente para situações onde a viscosidade é alta.
c) Roscas cuja profundidade h é cte decrescente
- Ideal para materiais sensíveis a temperatura.
↓ h (zona de dosagem) ⇒ ↓ vazão, ↑ γ, ↑ T ⇒ ↑
mistura↑ h (zona de dosagem) ⇒ ↑ P do sistema, ↑ Q
d) ↑ L/D⇒ ↑ tempo de residência, ↑ γ, ↑mistura.
Variáveis básicas que afetam o processo de 
extrusão
3) Pressão no cabeçote 
O aumento na pressão do cabeçote causa um 
aumento no retorno do material para a zona de 
controle de vazão (filetes rasos) aumentando o 
cisalhamento. 
maior homogeneização
Crivos com poucos 
ou pequenos furos
Maior quantidade ou 
telas mais estreitas
Variáveis básicas que afetam o processo de 
extrusão
Variáveis básicas que afetam o processo de 
extrusão
D) Características do polímero e dimensionamento de matrizes
Exemplo: Considere um linha de extrusão de tubos e 
canos
Ao sair da matriz o tubo passa por um 
sistema de calibração ao mesmo tempo em 
que é resfriado em uma banheira com água, 
sendo posteriormente puxado. 
D) Características do polímero e dimensionamento de matrizes
Ao sair da matriz o tubo passa por um sistema de 
calibração ao mesmo tempo em que é resfriado em 
uma banheira com água, sendo posteriormente 
puxado. 
Variáveis básicas que afetam o processo de 
extrusão
Variáveis básicas que afetam o processo de 
extrusão
Possíveis alterações:
- Centragem do dispositivo
- Inchamento do extrudado
- Estiramento: o que pode levar a um aumento na resistência 
mecânica, porém a um aumento das tensões internas. 
- Contração térmica: cada material possui um valor típico de 
contração. Além disso o resfriamento pode alterar esses 
valores.