Tipos de Extrusoras de Doble Tornillo

El extrusor de dos tornillos es una pieza de equipo importante utilizada en diversas industrias para mezclar, compilar y extruir materiales como plásticos, alimentos y farmacéuticos. La versatilidad del extrusor de dos tornillos lo convierte en un elemento esencial de la fabricación moderna. Sin embargo, no todos los extrusores son iguales; vienen en diferentes tipos, cada uno adecuado para necesidades específicas.

En este artículo, exploraremos los diferentes tipos de extrusoras de tornillo gemelo y sus capacidades únicas.

Categorizados por Configuración de Tornillos
Según la configuración de los tornillos, las extrusoras de tornillo gemelo se pueden clasificar en extrusoras de tornillo gemelo paralelo y extrusoras de tornillo gemelo cónico. En una extrusora de tornillo gemelo paralelo, los tornillos son paralelos entre sí a lo largo de su longitud. En las extrusoras de tornillo gemelo cónico, los tornillos son convergentes y el diámetro disminuye gradualmente desde el extremo de alimentación hasta el extremo del husillo.

extrusor de tornillo gemelo paralelo
Las extrusoras de tornillo gemelo paralelo tienen tornillos con el mismo diámetro a lo largo de su longitud. Se utilizan comúnmente para procesar poliolefinas (como PE y PP), nailon, PC, poliéster y otros materiales.

Ventajas
La adaptabilidad de la relación L/D sigue siendo una ventaja de los extrusores de tornillos gemelos paralelos. Se pueden ajustar para aumentar o disminuir la relación L/D en respuesta a cambios en las condiciones de moldeo, cumpliendo con los requisitos de la tecnología de procesamiento de plásticos. Esta flexibilidad amplía el rango de aplicaciones de los extrusores de tornillos gemelos paralelos, algo que es difícil de lograr con los extrusores de tornillos gemelos cónicos.

Desventajas:
Debido a la pequeña distancia entre centros de los dos tornillos y al espacio limitado disponible, los rodamientos radiales y de empuje que soportan los dos ejes de salida y las engranajes asociados enfrentan desafíos significativos en la caja de velocidades de un extrusor de tornillos gemelos paralelos.

A pesar de los esfuerzos de los diseñadores, sigue siendo difícil resolver los problemas reales de capacidad de carga limitada, módulo y diámetro pequeños de las engranajes, así como el diámetro reducido del extremo posterior de las dos tuercas, lo que provoca una evidente falta de capacidad torsional. El par de salida limitado y la drástica reducción en la capacidad de carga es un defecto destacado de los extrusoras de tornillo gemelo paralelo.

Extrusora de tornillo gemelo cónico
Las extrusoras de tornillo gemelo cónico tienen un diámetro más grande en el extremo de alimentación del tornillo y un diámetro más pequeño en el extremo de la matriz. Estas extrusoras se utilizan principalmente para procesar PVC y su diseño único está optimizado para requisitos específicos de materiales.

Ventajas
Los dos tornillos cónicos están dispuestos horizontalmente con sus ejes formando un ángulo al insertarse en el barril. Al aumentar gradualmente la distancia entre los ejes desde el extremo más estrecho hasta el más ancho, la caja de cambios puede acomodar una mayor distancia central entre los dos ejes de salida. Este arreglo proporciona suficiente espacio para montar engranajes, ejes de engranajes, rodamientos radiales y de empuje, lo que aumenta la eficiencia de transmisión.

Este diseño flexible permite la instalación de rodamientos radiales y de empuje más grandes con ejes dimensionados para soportar la transmisión de alto par. Como resultado, los extrusores de doble tornillo cónico ofrecen características significativas, incluyendo un alto par de operación y capacidad de carga, que los distinguen de los extrusores de doble tornillo paralelo.

Desventajas
La desventaja de los extrusores de doble tornillo cónico es su limitada adaptabilidad, ya que los tornillos tienen diferentes diámetros a lo largo de su longitud, lo que puede dificultar lograr un procesamiento uniforme del material. Además, su complejidad en el diseño y los posibles costos de construcción más altos son factores a considerar.

Similitudes entre los dos tipos
Ambos tienen mecanismos para la propulsión plástica forzada, buenas capacidades de mezcla y plastificación, y capacidades de deshidratación. Su adaptabilidad a materiales y procesos de moldeo de productos plásticos es esencialmente la misma.

Diferencias entre los dos tipos
● Diámetro: Los tornillos gemelos paralelos tienen el mismo diámetro, mientras que los tornillos gemelos cónicos tienen diferentes diámetros en los extremos pequeños y grandes.
● Distancia central: La distancia central entre los tornillos gemelos paralelos permanece igual, mientras que el eje de los tornillos gemelos cónicos forma un ángulo, lo que resulta en diferentes dimensiones de la distancia central a lo largo del eje.
● Relación L/D: La relación L/D de un tornillo gemelo paralelo es la proporción entre la longitud efectiva del tornillo y su diámetro exterior, mientras que la relación L/D de un tornillo gemelo cónico es la proporción entre la longitud efectiva del tornillo y el promedio de los diámetros de sus extremos grande y pequeño.

Se puede observar que la mayor diferencia entre un extrusor de tornillo gemelo paralelo y uno de tornillo gemelo cónico radica en la geometría del barril del tornillo, lo que conduce a varias diferencias estructurales y de rendimiento. Aunque estos dos tipos de extrusores tienen sus propias características, cada uno tiene sus propias ventajas.

Clasificación según la dirección de rotación del tornillo gemelo
Los extrusores de doble tornillo se clasifican en co-rotativos y contrarrotativos según la dirección de rotación del tornillo.

Extrusor de doble tornillo co-rotativo
Los extrusores de tornillos gemelos co-rotativos tienen dos tornillos que giran en la misma dirección. Estas máquinas son eficientes para mezclar y formular materiales. Con la capacidad de manejar una amplia gama de viscosidades y formulaciones, los extrusores co-rotativos son ideales para procesar mezclas de polímeros, masterbatches y aplicaciones de extrusión reactiva. Tienen excelentes características de auto-limpieza y transporte para asegurar que los aditivos estén uniformemente dispersos y distribuidos a lo largo del material.

Ventajas de los extrusores de tornillos gemelos co-rotativos:
● Mejora de la Mezcla: Los tornillos intermeshing y los elementos de tornillo personalizables permiten un control preciso de la intensidad y calidad de la mezcla, superando a los extrusores de tornillo único.
● Flexibilidad de Procesamiento: La alimentación por dosificación permite un control independiente del rendimiento, habilitando múltiples funciones de procesamiento en una sola máquina.
● Parámetros de Procesamiento Controlados: Una distribución estrecha del tiempo de residencia y un control preciso de la temperatura mejora los perfiles de esfuerzo-tiempo-temperatura para una calidad de producto consistente.
● Producción eficiente: El transporte volumétrico permite procesar una amplia gama de materiales con un mínimo de tiempo de inactividad.
● EFICIENCIA DE COSTOS: Alta flexibilidad y productividad para una amplia gama de productos finales con una calidad constante, mientras que el desgaste de las tuercas puede compensarse ajustando la velocidad de las tuercas.

Basándose en el comportamiento de encaje de las tuercas al rotar, los extrusores de doble tornillo corrotativos pueden clasificarse aún más en extrusores de doble tornillo corrotativos con encaje y extrusores de doble tornillo corrotativos sin encaje.

Extrusor de doble tornillo corrotativo con encaje
En un Extrusor de Doble tornillo Corotante con Enganche, los tornillos se bloquean o encajan entre sí mientras rotan, lo que aumenta la eficiencia en el procesamiento y transporte del material. Este diseño mejora la capacidad de mezcla distribuida del extrusor, facilitando una dispersión completa de aditivos y rellenos en la matriz polimérica.

Los extrusores intermitentes se utilizan típicamente en aplicaciones de compounding donde el control preciso de la distribución del tamaño de partícula y la uniformidad de la mezcla es crítico. Ofrecen una excelente escalabilidad y flexibilidad, permitiendo a los fabricantes personalizar el proceso de extrusión según los requisitos específicos del producto.

Extrusores de doble tornillo corotante sin enganche
Por otro lado, los tornillos de un extrusor de doble tornillo corrotativo no enmallado no se interconectan ni engranan al rotar. En su lugar, giran en una proximidad cercana sin engranarse, lo que permite un tipo diferente de procesamiento de materiales, a menudo para materiales frágiles o aplicaciones sensibles a la deformación, como el procesamiento de polímeros sensibles al calor, biomateriales y productos alimenticios. Los extrusores no engranantes proporcionan condiciones de procesamiento suave, mientras aún ofrecen capacidades eficientes de mezcla y compuesto.

Extrusoras de doble tornillo contrarrotativos
A diferencia de los extrusores corotativos, los extrusores bicornamentales tienen tornillos que giran en direcciones opuestas. Esta configuración genera un efecto significativo de amasado y cizallamiento en el material, lo que resulta en una mezcla y dispersión completas. Los extrusores bicornamentales destacan en aplicaciones que requieren un cizallamiento intensivo, como la desolvatización, la extrusión reactiva y la mezcla de materiales altamente cargados. Ofrecen un control preciso del tiempo de residencia y la tasa de cizallamiento, lo que los hace adecuados para condiciones de procesamiento exigentes.

Activación de extrusores bicornamentales inversos
En un extrusor de tornillos gemelos con engranaje, los dos tornillos están posicionados simétricamente pero giran en direcciones opuestas. Esta configuración evita que el material se mueva en forma de '∞', ya que la trayectoria helicoidal de un tornillo es bloqueada por el otro. En su lugar, durante el transporte de sólidos, el material avanza en una cavidad casi cerrada en forma de 'C'. Sin embargo, se mantiene un espacio entre el diámetro exterior de un tornillo y el diámetro raíz del otro tornillo para permitir que el material pase.

A medida que el material pasa a través de la brecha radial entre los dos tornillos, está sometido a un intenso corte, mezcla y compactación, lo que resulta en una plástica efectiva. Además, la relación de compresión puede lograrse disminuyendo gradualmente el paso del tornillo, lo que lo hace adecuado para procesar una amplia gama de productos.

Extrusor de tornillos gemelos contrarrotantes sin engranaje
Aunque se utiliza menos que el extrusor de enmallado, el extrusor bicornamental de tornillos gemelos contrarrotativos no enmallados funciona de manera diferente al extrusor de tornillo único, pero tiene similitudes en que confía en la fricción y la resistencia viscosa para transportar el material. Además del movimiento hacia la cabeza, el material puede exhibir patrones de flujo diferentes debido al gran espacio radial entre los dos tornillos, lo que puede causar fugas significativas.

Además, las posiciones relativas de las paletas de los tornillos pueden hacer que la presión del material en el lado de empuje de un tornillo sea mayor que en el lado de resistencia del otro tornillo, lo que provoca un flujo de material desde el lado de alta presión hacia el lado de resistencia del otro tornillo. La rotación impide el flujo del material en el punto A, lo que resulta en varios patrones de flujo que lo hacen adecuado para aplicaciones de mezcla, ventilación y desvulcanización.

Conclusión
Cada tipo de extrusora de doble tornillo ofrece beneficios y capacidades únicos para satisfacer las diferentes necesidades de procesamiento de una amplia gama de industrias. Comprender las diferencias entre estos tipos de extrusoras es crucial para seleccionar el equipo más adecuado para una aplicación específica.

Ya sea para lograr la máxima eficiencia en la mezcla, mantener la integridad del producto o mejorar la flexibilidad del proceso, la elección correcta de la extrusora de doble tornillo puede tener un impacto significativo en la calidad del producto, la productividad y el éxito general de la fabricación.