Tudo o que você sempre quis saber sobre resfriamento por extrusão

Alan Griff | 12 de janeiro de 2023

A coluna de extrusão deste mês está quase fria, apropriada para janeiro. Muitas vezes na extrusão é frio e úmido, o que é ainda mais apropriado este ano.

Para que um termoplástico amoleça o suficiente para ser extrudado, ele precisa ser aquecido – o termo no termoplástico. Antes de prosseguir, vamos esclarecer duas coisas.

Primeiro,calor é uma forma de energia , para que possa ser contado e medido. A energia tem muitas formas, mas não aparece nem desaparece. Sem mágica. Pode ser medido em calorias – o calor que eleva um grama de água a 1°C. É uma quantidade minúscula, por isso é comum usar letras maiúsculas – Calorias (Cal) ou Calorias (Kal ou Kcal) para representar 1.000 calorias pequenas. Se você usar joules: 4,2 joules = 1 caloria.

Os números são conhecidos há muito tempo, mas às vezes são ignorados ou evitados quando a contagem não é bem-vinda. O mesmo vale para quem não quer contar as calorias dos alimentos, o que não é científico, mas permite outros prazeres da alimentação, como o sabor e a “liberdade” de seguir o impulso e a imagem, como: “Se é verde, faz bem. ”

Nós, cientistas, também podemos desfrutar da comida, mesmo se contarmos as calorias: 9 Kcal/grama de gorduras ou óleos e 4 Kcal/grama de proteínas e hidratos de carbono (amido, açúcares), se digeridos e disponíveis. Sim, as gorduras são nutrientes como fontes de energia e as proteínas são iguais aos amidos e açúcares, mas a imagem pública diz o contrário. Água – 80% para carne e variável em vegetais – também é boa para você, mas não é uma fonte de energia. Então, não conta. A internet e os rótulos dos alimentos estão cheios dessas informações, mas lembre-se que é por grama, então quanto você come é importante. Cerca de 30 gramas = uma onça e 454 gramas = 1 libra, então não deixe que os gramas o impeçam.

O segundo item a ser esclarecido éescalas de temperatura . Precisamos falar C e F e, se tivermos um medidor ou ponto de dados, saber quais são as unidades. É fácil: 5°C = 9°F e 0°C é 32°F (a água congela em gelo, as mesmas moléculas, mas com estrutura organizada). Fahrenheit (F) inventou o termômetro em 1717, mas Celsius (C) baseou a escala no congelamento e ebulição da água no litoral da Suécia, assim como no nível do mar nos EUA (varia com a altitude, mas ele não sabia disso).

De volta aos plásticos. Para entender o resfriamento, devemos entender o aquecimento. Não existe frio – resfriamento significa remoção de energia. São necessários cerca de 138 Kcal (0,16 kWhr) para aquecer 2,2 lb (1 quilograma) de polietileno de baixa densidade (LDPE) de uma temperatura ambiente de 73°F (25°C) até uma temperatura de extrusão de 410°F (210°C). ). Isso equivale a cerca de 0,61 Kcal por libra. Esses números são ideais, mas no mundo real há perdas reais; se não tiver outras informações, presumo que seja necessário o dobro disso. Geralmente ainda é pouco para se preocupar com custos, mas não com superaquecimento.

A maior parte dessa energia vem do motor à medida que ele supera o atrito para mover o parafuso para frente no derretimento pegajoso. Alguns vêm de aquecedores de matrizes e também de aquecedores de barril para plásticos de alta temperatura, como PET e nylons. Esses números incluem tanto o aumento da temperatura quanto a quebra da cristalinidade, que fica em torno de 40% para o LDPE.

É difícil encontrar esses dados mesmo na internet. Eu uso Rao & O'Brien (Hanser, 1998), e os cientistas de polímeros conhecerão outras fontes, mas os extrusores não se preocupam muito com isso, pois a maioria das máquinas pode adicionar calor mais do que suficiente. Porém, isso leva a um mal-entendido comum de que a maior parte do calor vem dos aquecedores de barril, porque essas são as temperaturas que regulamos tanto com os aquecedores quanto com o resfriamento a ar ou água.

Mas a proeminência do calor do barril é verdadeira apenas para máquinas muito pequenas, ou quaisquer máquinas que funcionem lentamente, algumas de revestimento por extrusão, algumas gêmeas e polímeros de alta temperatura, como observado acima. Aquecedores são necessários para a inicialização e úteis para manter as coisas estáveis, mas geralmente não são uma importante fonte de calor. A temperatura do cano traseiro é crítica por outro motivo: ela controla o deslizamento do pellet nas paredes do cano na(s) primeira(s) zona(s) e, assim, controla a taxa de entrada/saída.

Extrusoras de barril ranhurado são um caso especial importante, frequentemente usadas para PE de alta densidade (HD). Se você tiver um, saiba mais sobre como funciona. A primeira zona é resfriada com água para evitar que grude e derreta. Também com barris simples pode haver resfriamento para evitar aderência nas passagens de entrada de alimentação, mas a menos que haja ranhuras, isso raramente é controlado de perto.