Optimizar el par del tornillo extrusor aumenta la eficiencia de la producción

El cálculo preciso del par de torsión del husillo de la extrusora representa un factor crítico para garantizar una producción eficiente y, al mismo tiempo, prolongar la vida útil del equipo. Tanto un par de torsión insuficiente, que conduce a una reducción del rendimiento, como un par de torsión excesivo, que provoca el desgaste del equipo, presentan desafíos importantes en las operaciones de extrusión.

El par de torsión del husillo de la extrusora influye directamente en la calidad de la plasticización del material, la velocidad de extrusión y las características del producto final. Un par de torsión insuficiente da como resultado una plasticización incompleta del material, lo que se manifiesta en acabados superficiales rugosos e inestabilidad dimensional. Por el contrario, un par de torsión excesivo corre el riesgo de sobrecargar el husillo, dañar el motor y provocar posibles incidentes de seguridad.

La fórmula de cálculo estándar para extrusoras de un solo husillo es:

Donde:

• T = Par de torsión de salida (N·m)
• P = Potencia del motor (kW)
• 9550 = Coeficiente de conversión
• n = Velocidad máxima del husillo (rpm)
• 1.05 = Coeficiente de pérdida de energía de la caja de cambios (aproximadamente 5%)

Esta fórmula establece la relación teórica entre la potencia del motor y la velocidad del husillo, teniendo en cuenta las pérdidas de eficiencia de la caja de cambios. Una mayor potencia del motor combinada con una menor velocidad del husillo produce un mayor par de torsión de salida.

Las extrusoras de doble husillo requieren cálculos modificados debido a la distribución de la potencia entre dos husillos:

La división adicional por dos tiene en cuenta la distribución del par de torsión entre los husillos paralelos, proporcionando el valor del par de torsión por husillo en lugar del par de torsión combinado del sistema.

Estos cálculos teóricos suelen producir valores ligeramente superiores al par de torsión operativo real. La práctica de ingeniería a menudo implica el cálculo inverso del par de torsión requerido para determinar la potencia del motor necesaria, con selecciones de motores estándar que suelen superar los requisitos calculados para garantizar una capacidad de par suficiente.

Considere una extrusora de un solo husillo con una potencia de motor de 55 kW que funciona a una velocidad máxima del husillo de 100 rpm:

Esta capacidad teórica de par de torsión de 5000 N·m sirve como base para la optimización del proceso, con los parámetros operativos reales ajustados de acuerdo con las propiedades del material y las especificaciones del producto.

Más allá de la potencia del motor y la velocidad del husillo, múltiples variables afectan los requisitos de par de torsión operativo:

• Propiedades del material: Los coeficientes de viscosidad y fricción varían significativamente entre los materiales
• Geometría del husillo: Elementos de diseño que incluyen la profundidad del canal y la configuración del paso
• Perfil de temperatura: Parámetros de calentamiento que afectan la viscosidad del material
• Resistencia de la matriz: Geometría del canal de flujo y restricciones dimensionales
• Eficiencia de la lubricación: Reducción de la fricción entre los componentes móviles

La gestión eficaz del par de torsión implica varios enfoques clave:

• Selección precisa de la potencia del motor que coincida con los requisitos del proceso
• Diseños de husillos avanzados que mejoran la eficiencia de la plasticización
• Sistemas de control de temperatura precisos
• Geometrías de matriz optimizadas que reducen la resistencia al flujo
• Programas integrales de mantenimiento de la lubricación

Dominar los cálculos del par de torsión de la extrusora y comprender los factores influyentes permite a los fabricantes lograr una producción estable y eficiente, al tiempo que maximizan la vida útil del equipo y la calidad del producto.