Funzionamento Estrusore

[alien_queen]

salve,

devo preparare una relazione universitaria avente ad oggetto un sistema industriale automatizzato, ed ho proposto al docendo lo studio di un estrusore per materiali termoplastici, cosa che è stata ritenuta interessante dallo stesso.

Ho cercato del materiale in rete ed ho anche provato a contattare delle organizzazioni che progettano e realizzano questi macchinari (senza molto successo al momento).

Avrei bisogno di recuperare abbastanza informazioni da essere in grado di descrivere dettagliattamente il funzionamento del macchinario e poterlo suddividere in blocchi funzionali da analizzare singolarmente.

Il mio scopo non è solo quello di descriverlo testualmente, la relazione deve riguardare l'aspetto del controllo plc, e quindi devo evidenziare le variabili da tenere sotto controllo e gli aspetti eventualmente critici nel sistema per poi realizzare diagrammi con i linguaggi di programmazione industriale dello standard IEC 61131-3.

Fin ora ho trovato articoli che descrivono in generale il funzionamento di un generico estrusore senza entrare nei dettagli strutturali, per il momento so che uno estrusore è costituito dai seguenti elementi:

- dispositivo di alimentazione: tramoggia

- cilindro con all'interno alloggiata una vite (io studierò gli estrusori monoviti)

- filtro per rimuovere le impurità del fuso

- parte terminale dell'estrusore cioè la testa di estrusione

- resistenze che provvedono a riscaldare il cilindro

se qualcuno riesce a fornirmi ulteriori dettagli strutturali mi farebbe un grande favore.

Per quel che riguarda invece il controllo sono riuscita a individure i seguenti aspetti:

- temperatura e pressione nella testa di estrusione che influiscono sulla portata volumetrica ottenibile a fine processo

- velocità di rotazione della vite

- pressione in corrispondenza del filtro (se la pressione è troppo elevata a causa di intassamento il sistema si fermerebbe)

in sostanza da quello che ho capito è importante controllare la pressione (influenzata dalla velocità di rotazione della vite) e la temperatura (dipendente dalle resistenze che scaldano il cilindro), in quanto da una relazione analitica tra queste si può determinare la portata volumetrica ottenibile.

Ho letto un articolo che parlava di test fatti al riguardo, questi però prevvedevano di insererire vari sensori di pressione e temperatura in diversi punti del cilindro per accertarsi che la temperatura e pressioni raggiunte nella testa stessero in determinati range prestabiliti.

Non so però in una realtà industriale come si proceda per tenere sotto controllo questi parametri.

Ce qualche aspetto rilevante che mi è sfuggito e che invece dovrebbe essere tenuto in considerazione per quel che riguarda il controllo?

Se qualcuno vorrà fornirmi informazioni al riguardo gli sarà molto grata. al momento trovo molte informazioni generiche mentre io dovrei riuscire a padroneggiare l'argomento per poter fare una relazione completa. Portate paziensa non ho neanche mai visto dal vivo un estrusore.

grazie in anticipo a tutti.

[Adelino Rossi]

Per quanto è della mia esperienza di 10 anni fa,

dire estrusore di materiale termoplastico è un termine decisamente generico.

Devi definire il prodotto finale per poter risalire al tipo di estrusore e di impianto connesso.

Un estrusore è uno dei componenti che formano l'impianto

Alcuni tipi di estrusore o estrusione che ricordo:

Estrusione di materiale termoplastico per ottenere del film da 14 a 22 microm da uno a 4 strati.

2 estrusori monovite in cascata e due o tre estrusori satelliti.

Estrusione di film di polistirolo per termostampaggi, un solo estrusore monovite.

Estrusore per materiale di recupero tipo monovite a grande profilo.

Estrusore per polipropilene per grandi spessori.

Scelto lo scopo dovresti cercare di sviluppare con pazienza lo schema di processo con raffigurati i vari componenti.

esempio.

stoccaggio materie prime plastiche

Verifica dei metalli, essicamento e dosaggio dei componenti.

Invio all'estrusore pronto in termoregolazione Riscalda raffredda e in velocità.

Tubazioni in uscita dall'estrusore in termoregolazione a zone.

Testa di estrusione in termoregolazione e pronta.

testa di estrusione in regolazione di temperatura, pressione e spessore.

Il resto dipende dal tipo di prodotto che si vuole ottenere e può essere semplice o molto molto complicato.

Direi che dovresti iniziare con il definire i tuoi limiti operativi.

[FabrizioVA]

Per tua fortuna i monoviti sono quelli piu' semplici.

Le variabili sono comunque piu' di quelle che hai indicato: l'output di un qualsiasi estrusore dipende, dando per scontato che la temperatura del suo cilindro/vite/ testa rientrino nel range corretto del materiale plastico/elastomerico da lavorarsi, essenzialmente dalla velocita' di rotazione della vite, dalla sua geometria, dal fatto che abbia alimentazione forzata o libera (per gravita' "a bocca piena o con dosatore volumetrico/gravimetrico) e dal come sia fatta la zona di alimentazione nel cilindro stesso (alimentazione con cilindro liscio o con scanalature).

Ogni estrusore poi in base al materiale che sia destinato a lavorare ha un suo rapporto L/D (rapporto tra la lunghezza utile e il diametro vite) che lo caratterizza (varia da circa 10 a oltre 36).

Questo e' in dipendenza della sensibilita' al calore del materiale , del grado di omogeneita' della colorazione/additivazione) che si volesse ottenere, della gradualita' nella plastificazione etc etc ( qui si entra nella reologia dei materiali).

In genere oltre alle resistenze ci sono anche dei ventilatori per termoregolare ogni zona in cui e' suddiviso il cilindro di plastificazione, per riuscire a mantenere i set points di temp. entro delle oscillazioni ristrette. L'ampiezza delle zone puo' essere costante (esempio un cilindro lungo 2 mt diviso in 4 zone da 50 cm ciascuna) o variabile in funzione alla geometria della vite interna che nella forma piu' semplice ha filetto singolo a passo costante e nocciolo conico ma potrebbe avere anche filetti a piu' principi sono in certe zone, filetti con travaso (viti a barriera "Maillefer"), zone con miscelatori di vario tipo, zone di degasaggio per l'espulsione di gas che si vadano formando, zone per l'immissione di additivi .....

La pressione e' in conseguenza delle resistenze che il melt (materiale fuso) incontra nella sua via verso il prodotto semilavorato, quindi varia in base alle varie strozzature dei passaggi interni alla testa (chiamata in genere filiera) , a quelle nel filtro (non sempre c'e') etc. Si usa controllare la pressione in testa all'estrusore per motivi di sicurezzae funzionali, eventualmente con doppio trasduttore a monte e valle delle pompe per melt quando si usassero, per mantenere costante il flusso del melt verso calandre ed altri dispositivi a valle. In questo caso si ha un sistema controllato in anello chiuso e la velocita' del drive dell'estrusore variera' di conseguenza ai segnali ricevuti dal sistema di controllo a cui i trasduttori sono interfacciati (e qui entra un PID per evitare brusche variazioni etc etc).

Il controllo di temperatura si puo' ottenere usando termoregolatori "stand alone" oppure tramite il plc che controlla l'intera macchina/linea ma tieni presente che parte del riscaldamento viene dato dalla frizione meccanica della vite sui granuli del materiale immesso e questa quota di energia e' molto significativa, tanto che a volte certe zone di termoregolazione restano

a regime senza alimentare le resistenze.

Il monovite e' una macchina che anche se non puo' essere assimilata ad una pompa e' usata nelle applicazioni in cui serva una buona capacita' di pressione (in testa superano anche i 500 bar) .

Per avere un'idea della portata generata da una certa vite devi conoscerne la sua geometria : per esempio se avessi una vite DE 100 mm con un nocciolo iniziale di 80 mm avresti che i granuli ( o polvere ?) avrebbe un vano d'ingresso relativo alla corona circolare con sez. radiale di 10 mm, man mano che si vada verso la testa questa corona si va riducendo causa l'aumento del D del nocciolo che fa si che il materiale andando ad aderire al cilindro passi allo stato di melt gradualmente. Devi quindi presupporre una certa dimensione del vano iniziale e conoscere anche il rapporto di massa apparente (mi pare si chiami cosi') del materiale : se granulo a fronte per esempio di una massa volumica di 0,9 kg/dmc avrai che la massa effettiva in alimentazione e' molto inferiore causa l'aria negli interstizi tra i granuli, man mano che il melt si forma massa apparente e volumica andranno a coincidere (salvo che i termini siano corretti...).

Scusa la lungaggine, torno ai miei estrusori, ho un libro della Battenfeld che parla di estrusori e geometrie viti (specie biviti corotanti e controrotanti), probabile abbiano fatto una collana sul genere e forse siano quindi in vendita.

Gefran, TDE Macno, MOOG Microset e Mitsubishi producono sistemi di controllo dedicati anche al mondo dell'estrusione mat. plastiche / elastomeri . Se cerchi info sui trasduttori di pressione per melt li costruiscono principalmente Dynisco e Gefran.

Se vuoi vagare per siti di costruttori di estrusori : Bandera, Bausano, Tecnova, Battenfeld, Cincinnati, Theyson, Werner & Pfeiderer, Amut, Berstorff, .......

Credo che potresti forse ottenere qualcosa di utile per il tuo studio consultando : http://www.cesap.com/

Scusa se ti avessi confuso le idee ma e' un argomento vasto, auguroni, ciao

[alien_queen]

grazie a tutti e due per le risposte, le idee non me le sono confuse, sapevo che la macchina in se può sembrare banale ma che in realtà ci sono tante di quelle cose da prendere in esame da rendere il controllo molto complesso.

Ora ho inquadrato un pò meglio i vari aspetti che devo considerare, e continuerò a vagare nel web per approfondimenti.

Ho scelto di trattare un estrusore monovite perché è il più semplice, non ho scelto uno specifico modello, stavo leggendo articoli generici che parlano di estrusori che lavorano con granuli di PE,PP,PVC.

Se non pretendo troppo potreste indicarmi un modello che secondo voi è interessante da studiare? infatti da quello che ho capito un estrusore può presentare o meno delle pompe interne, può presentare un meccanismo di degasaggio, può avere o meno un filtro (con tanto di cambiafiltro automatico o manuale), il diametro la lunghezza e la forma della vite può variare a seconda della lavorazioni da fare.

Visto che io non sono competente in questo ambito sono lieta di raccogliere suggerimenti. Per me va benissimo uno estrusore che lavora dei granuli senza necessità di aggiungere coloranti od addittivi vari.

Un altra cosa, Fabrizio mi potresti dire il titolo del libro che stai consultando in questo periodo, provo a procurarmelo. Se hai in mente altri titoli ben venga.

grazie ancora di tutto, intanto cerco informazioni in base alle dritte che mi hai dato.

[del_user_56966]

Qualche estrusore lo anche montato, tra le varie cosette... ...

in particolare partendo dalla produzione del componente, fino allo stoccaggio a percorso automatico nei silos

ma essendo addetto alla strumentazione di campo verso il DCS, non sono entrato a fondo nel funzionamento della macchina

comunque se ti serve documentazione cerca "estrusori+werner" sono quelli che ho trattato e sono dei bei prodotti!

se inoltre ti serve qualche foto...

http://www.serviceindustria.it/agenziarici...cato_140405.pdf

Complimenti per il nome... non mi è nuovo!...