Co-rotación de bloques de amasado de extrusiones de tornillo gemelo (1)

Las extrusoras gemelas co-rotas totalmente intermedias generalmente se operan en un modo alimentado por hambre. Esto significa que el rendimiento se rige por una unidad de dosificación externa que alimenta el material a la zona de admisión. Como consecuencia, las grandes proporciones de los tornillos se llenan parcialmente (Rauwendaal.2014). Sin embargo, se encuentran regiones completamente llenas en zonas de consumo de presión, como elementos de adhesión posterior, bloques de amasado y la matriz de extrusión ubicada en la punta del tornillo. Para garantizar el procesamiento continuo, también se encuentran regiones completamente llenas, antes de las zonas de consumo de presión que proporcionan suficiente presión que obliga al material a través de la extrusora.

El modelado de la extrusión de bucle gemelas co-rotación se centra principalmente en las regiones completamente llenas. El parámetro más crítico es el VDRAG de capacidad de flujo de arrastre de los elementos de tornillo respectivos. Si la velocidad de flujo V es más alta que la capacidad de flujo de arrastre, la sección extrusora se llenará completamente y consumirá presión. Si el rendimiento es más bajo que la capacidad de flujo de arrastre, la sección extrusora se llenará parcialmente o se encuentra justo antes de una sección que consume presión y, por lo tanto, se llenará por completo. Erdmenger (1964) presentó la primera discusión fundamental de los mecanismos de flujo en el extrusor de tornillo gemelo co-rotativo completo. Denson y Hwang (1980) proporcionaron relaciones lineales de presión de rendimiento para elementos de transmisión completamente llenos de un flujo newtoniano, que fue mejorado por varios autores (por ejemplo, Szydlowski y White, 1987a; Booy, 1980; Sporkmann y Schöppner, 2019).


Los estudios presentados anteriormente se limitan a los elementos de transmisión, mientras que los bloques de amasado han alcanzado considerablemente menos atención. Sin embargo, son responsables de derretirse, dispersar y homogeneizar los ingredientes y, por lo tanto, construir el corazón de un extrusor de doble tornillo co-rotativo. Uno de los primeros análisis mecanicistas fue presentado por Eise et al. (1983). Más tarde, se han desarrollado varios enfoques diferentes para predecir la relación de presión de rendimiento de los discos de amasado (Szydlowski et al., 1987b; Potente et al., 1999, 2001). Todos estos modelos enfrentan varios problemas, como el uso de una representación de placa plana del canal de flujo, ignorando el flujo en la región entrelazada y la simplificación de los elementos de transmisión de blocksas de amasado, que se han abordado realizando experimentos especiales de caracterización de tornillos (Eitzlmayr et al, 2013; Kohlgrüber, 2020). Además, las simulaciones de flujo tridimensional (Lewandowski y Wilczynski, 2017; Bauer et al., 2021; Stritzinger et al., 2021) son una herramienta poderosa que ofrece información profunda sobre los patrones de flujo complejos.

En este trabajo, analizamos la capacidad de flujo de arrastre del flujo de fusión de polímero a través de bloques de amasado, y presentamos un enfoque híbrido que produce un modelo de regresión simbólica generalizada adimensional. Este nuevo modelo por primera vez permite predecir analíticamente la capacidad de flujo de arrastre teniendo en cuenta la geometría tridimensional completa sin la necesidad de simplificaciones geométricas. Un esquema de nuestro procedimiento de trabajo se da en la Fig. 2. Primero, analizamos el problema y las ecuaciones de gobierno. Luego aplicamos la teoría de la similitud que identifica los parámetros de influencia adimensional característica, que construyen la base para el estudio tridimensional de elementos finitos impulsado por paramétricamente. Finalmente, desarrollamos un modelo de regresión simbólica utilizando los datos simulados como entrada.