Optimización del rendimiento del extrusor Clave de sinergia del motorgearbox

¿Alguna vez se ha enfrentado a cuellos de botella de eficiencia en su línea de extrusión?A veces incluso se arriesga a sobrecalentarse.El rendimiento de una extrusora de un solo tornillo depende en gran medida del funcionamiento coordinado de su "corazón" - el motor - y de su "cerebro" - la caja de cambios.Mientras que los fabricantes de equipos originales (OEM) calibran estos componentes durante el diseño, el poder final de toma de decisiones, junto con la economía a largo plazo de la línea de producción, está en sus manos.

Por qué es importante que el motor y la caja de cambios coincidan

Una configuración óptima del motor-caja de cambios asegura que la extrusora funcione a aproximadamente el 70% de la carga de la corriente del motor y aproximadamente el 70% de la velocidad máxima del tornillo en la salida objetivo.Esta instalación no sólo se adapta a futuros aumentos de capacidad, sino que también permite el procesamiento de resinas de alta viscosidad al tiempo que se minimiza el gasto inicial de capitalPor el contrario, un dimensionamiento inadecuado puede obstaculizar permanentemente la capacidad de producción en la fase de la extrusora, ya sea restringida por la velocidad máxima del tornillo o la corriente del motor.Los cuellos de botella de la producción deben ocurrir en procesos más costosos o más difíciles como la refrigeración en lugar de en la propia extrusora.

Este análisis se centra en determinar la velocidad máxima de los tornillos en función de las especificaciones del motor, las relaciones de reducción de la caja de cambios y los sistemas de poleas (cuando se usen).Los requisitos de potencia del motor deben determinarse de acuerdo con las necesidades específicas de la aplicación..

Expertos OEM vs. Decisión final del comprador

Si bien los fabricantes de equipos originales tienen una amplia experiencia en aplicaciones de extrusión para dimensionar con precisión motores y cajas de cambios, los compradores deben evaluar críticamente estas especificaciones.Muchos extrusores bien configurados han demostrado una alineación perfecta con los requisitos de la aplicaciónLos diseños realmente optimizados deberían incorporar aproximadamente un 20% de capacidad adicional para el crecimiento futuro.

Sin embargo, la experiencia de la industria ha revelado numerosos casos en los que las extrusoras estaban equipadas con configuraciones de caja de engranajes de motor no óptima.Esto ocurre cuando el equipo diseñado para aplicaciones específicas se reutiliza para diferentes requisitos de par y velocidad.En ocasiones, los equipos nuevos también pueden presentar especificaciones incorrectas de la caja de cambios del motor.

Estudios de casos: Desafíos de velocidad y temperatura en todas las aplicaciones

Las aplicaciones de extrusión presentan características muy diferentes en función de las temperaturas de descarga.y profundidades de canal de medición varían significativamente entre las aplicacionesEl control de la temperatura depende principalmente de la profundidad del canal de medición, la velocidad del tornillo y la viscosidad de la resina.

En la producción de películas fundidas, las temperaturas de descarga suelen alcanzar los 250 °C. Para una extrusora de 100 mm de diámetro,Esto se logra utilizando tornillos con aproximadamente 6 mm de profundidad del canal de medición que funcionan a aproximadamente 100 rpmLa configuración del motor-caja de cambios (incluidas las poleas cuando se utilicen) debe permitir velocidades máximas de tornillo de alrededor de 120 rpm.

El revestimiento por extrusión, por el contrario, requiere temperaturas de descarga de hasta 300 °C, con velocidades de tornillo cercanas a 220 rpm y profundidades de canal de medición de alrededor de 3 mm.Una combinación motor-caja de cambios diseñada para la producción de películas fundidas sería inadecuada para aplicaciones de recubrimiento, ya que la velocidad máxima de los tornillos de 120 rpm limitaría la potencia a aproximadamente la mitad de los requisitos.Las velocidades de tornillo más bajas pueden tener dificultades para alcanzar temperaturas de descarga de 300 °C incluso con canales de medición de 3 mm.

Comprender las relaciones entre potencia, par y velocidad

La física básica dicta que la potencia de rotación es igual al par multiplicado por la velocidad, siendo la corriente del motor proporcional al par.

¿Dónde?Prepresenta la potencia suministrada al tornillo (hp),P máximoes la potencia del motor de la placa de identificación (hp),A. Nose observa la corriente del motor durante la extrusión (amperios),Un máximoes la corriente del motor de la placa de matrícula a plena carga,RPM y velocidades la velocidad de funcionamiento del tornillo, yRPM máximoes la velocidad máxima alcanzable del tornillo (velocidad de referencia).

Esta relación muestra claramente que si la velocidad máxima del tornillo de una extrusora es de 200 rpm pero funciona a 100 rpm, la potencia máxima entregada al tornillo es sólo la mitad de la capacidad del motor.La velocidad máxima del tornillo se calculará dividiendo la velocidad máxima del motor por la relación de reducción de la caja de cambios y cualquier relación de accionamiento de la polea.El par máximo disponible depende de la potencia del motor combinada con los efectos de reducción de la caja de cambios y de la polea.

Desafíos prácticos y casos de optimización

En un caso, una caja de engranajes de recubrimiento fue reutilizada para la producción de películas fundidas.mientras que la producción de película fundida requería sólo alrededor de 95 rpmEsto limitó severamente el par disponible, con una corriente del motor que alcanzaba el 98% del máximo durante el funcionamiento.Mientras que el diseño final logró un rendimiento aceptable, las temperaturas de descarga se mantuvieron por encima de lo ideal.

Por lo general, los diseñadores de tornillos aumentan la profundidad del canal de medición para reducir la temperatura de descarga. Sin embargo, los canales más profundos aumentan la velocidad específica, lo que requiere más corriente del motor.con el motor ya cerca de su capacidad, la reducción de la temperatura mediante el diseño de tornillos se hizo imposible.

En otro ejemplo se examinaron las extrusoras de película fundida reutilizadas para aplicaciones de recubrimiento.~ 250 °C para la película fundida en PE frente a 300 °C para el recubrimientoEstas extrusoras reutilizadas tenían velocidades máximas de tornillo de sólo 70 rpm con cargas de motor al 45% de su capacidad.Esta configuración podría satisfacer los requisitos de temperatura más altos con salidas reducidas, pero la capacidad de producción sacrificada.

Las líneas de hojas de espuma en tándem presentan desafíos adicionales para el tamaño de la caja de cambios y el motor.generalmente se descarga a 235 °C para el poliestireno (PS) - demasiado caliente para la espumaciónLa extrusora de enfriamiento (normalmente de mayor diámetro) reduce la temperatura de fusión a unos 140 °C, operando a velocidades muy lentas con canales de tornillo profundo.

Una línea de espuma tándem de nuevo diseño utilizó inicialmente un tornillo de barril ranurado convencional en la extrusora de enfriamiento, que funcionaba a 18.2 rpm con una combinación motor-caja de cambios de 150 CV que proporciona una velocidad máxima de tornillo de 20 rpmEsta configuración no logró reducir constantemente la temperatura de fusión, produciendo productos de espuma inutilizables.

Posteriormente se diseñó un tornillo de alto rendimiento, que operaba a velocidades específicas más altas que requerían solo 11,5 rpm para mantener la salida.sólo alrededor del 58% de la potencia del motor podría ser entregado al tornillo, lo que hace que la combinación original motor-caja de cambios sea inadecuada.

Accesorios de correa: soluciones flexibles para el ajuste de velocidad y par

Los sistemas de transmisión por cinta entre los motores y las cajas de cambios ofrecen flexibilidad para ajustar el par de tornillo o la velocidad máxima.sustitución de poleas para alcanzar una velocidad máxima de tornillo de 15 rpm permitió que el 77% de la potencia del motor alcanzara el tornilloSin embargo, tales modificaciones aumentan el par en los ejes de entrada y salida, lo que podría reducir la vida útil de la caja de cambios.Consulte siempre a los fabricantes de equipos originales antes de realizar modificaciones de la transmisión por cinta para garantizar la integridad y la seguridad de la caja de cambios.

Conclusión: Diseñar para la flexibilidad futura

Al comprar o actualizar los sistemas de extrusión, siempre incorpore flexibilidad de diseño para acomodar futuros aumentos de capacidad, diferentes resinas y optimizaciones de procesos.Muchas de estas actualizaciones requerirán mayores velocidades de tornillo y/o parLas combinaciones de engranajes y motores adecuadamente especificadas proporcionarán las reservas necesarias para satisfacer estos requisitos en evolución, asegurando que su línea de extrusión permanezca productiva en los próximos años.