Aplicações
A extrusora é uma máquina industrial utilizada na transformação contínua de materiais termoplásticos, convertendo-os do estado sólido para o estado fundido e gerando um fluxo homogêneo de material plastificado. O processo de extrusão é aplicado em diversas etapas do ciclo de vida do plástico e da borracha, desde a polimerização até a produção de grânulos com características específicas por meio de mistura, passando pela conformação do produto final.
Necessidades:
Valorização dos dados de produção
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Controle do processo de extrusão
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Termorregulação
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Medição da temperatura de fusão
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Controle do Fluxo com Bomba de Engrenagem
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Dirty filter detection
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Necessidade:
Valorização dos dados de produção
Necessidade:
Controle do processo de extrusão
O processo de extrusão exige equilíbrio contínuo entre variáveis interdependentes: velocidade de rotação do parafuso, temperatura em diferentes zonas, pressão do polímero fundido e sincronização com atuadores auxiliares. O sistema de controle deve ser capaz de gerenciar receitas complexas, lidar com variações rápidas nos materiais, oferecer diagnóstico integrado e responder rapidamente em caso de desvios.
Solução:
A G Mation é a plataforma para controle completo, sincronizado e integrado do processo de extrusão. O núcleo do sistema é a CPU G Mation P6, acompanhada dos módulos remotos G3 com comunicação via barramento EtherCAT.
O controle térmico é realizado por controladores PID integrados, assim como a gestão dos acionamentos, dispensando o uso de gateways externos. A interface do usuário é gerenciada por um servidor web integrado e visualizada por meio dos painéis G Mation W55, que permitem a criação de telas de controle personalizadas.
Principais características da Plataforma:
- Modelos de aplicações pré-configurados e personalizáveis
- Tecnologia Docker para instalar aplicações como painéis de controle IoT, manutenção preditiva ou integração com sistemas MES e ERP
- Arquitetura aberta e preparada para edge computing
Necessidade:
Termorregulação
A consistência das propriedades de escoamento e a estabilidade dimensional do extrudado dependem de uma termorregulação precisa. É essencial manter a estabilidade térmica em todas as zonas de aquecimento, permitindo que o sistema reaja rapidamente a variações de carga térmica ou de processo. Isso evita defeitos como instabilidades superficiais, variações de espessura ou alterações na qualidade óptica do produto.
A tecnologia Gefran para o controle térmico das extrusoras baseia-se em relés de estado sólido, controladores PID e termopares:
- Cada resistência é gerida é gerenciada em malha fechada por meio de controle PID, integrado ao PLC ou operado por controladores dedicados, como o 1850, que permite manter a temperatura de fusão a ±0,5 °C do valor nominal, garantindo uma viscosidade constante e a ausência de defeitos superficiais ou dimensionais
- O relé de estado sólido GRP H, compacto e com dissipador integrado, assegura um controlo preciso da corrente até 120 A. A comunicação IO-Link permite reduzir as placas de I/O, graças à gestão integrada de comandos, alarmes e corrente absorvida
A solução é escalável e compatível com PID integrados nos PLC ou em módulos remotos. As funções de armazenamento de receitas e histórico de tendências suportam alterações rápidas na produção e melhoria contínua da qualidade.
Necessidade:
Medição da temperatura de fusão
A temperatura real do polímero fundido é um parâmetro crítico no processo de extrusão, pois influencia diretamente sua viscosidade e as características finais do produto, tanto mecânicas quanto ópticas. A medição feita em contato direto com a fusão, em vez de limitar-se à superfície do canhão de extrusão, oferece uma leitura mais fiel do estado real do material e representa uma vantagem significativa no controle das propriedades de escoamento.
A Gefran oferece sensores de temperatura especificamente concebidos com uma bainha protetora de aço inoxidável ou outros materiais compatíveis com o tipo de polímero (por exemplo, Hastelloy para polímeros corrosivos) para a medição direta da fusão, com duas tecnologias de termopar:
- Os tipos K (NiCr-NiAl) são os mais populares para extrusão: operam até 850 °C, oferecem uma resposta rápida e são adequados para a maioria dos polímeros técnicos.
- Os tipo J (Fe-CuNi) são indicados para temperaturas ligeiramente inferiores (até 400 °C) e para ambientes menos agressivos.
Os sensores TCM/TRM podem ser instalados de forma independente ou integrados em combinação com os sensores de pressão de fusão, em configuração compacta, para reduzir o espaço e simplificar a cablagem.
Necessidade:
Controle do Fluxo com Bomba de Engrenagem
Em aplicações específicas como tubos, chapas ou perfis técnicos, é essencial manter um fluxo constante do polímero fundido, independentemente das variações de pressão no parafuso. A bomba de engrenagem atua como elemento de estabilização entre a extrusora e a matriz. Seu funcionamento é regulado por controle em malha fechada, com base em leituras de pressão antes e depois da bomba. Isso permite o desacoplamento dinâmico entre o movimento do parafuso e a saída final do material.
Solução:
A Gefran utiliza dois sensores MELT de alta precisão, posicionados antes e depois da bomba, para regular a velocidade da bomba de engrenagem e manter estáveis a pressão e o fluxo do polímero fundido. Os sensores de pressão da série Melt Impact são ideais para ambientes críticos e integração em sistemas de segurança:
- Projetados com membrana reforçada, elemento sensível piezoresistivo e sem fluido de transmissão.
- Estabilidade térmica inferior à 1% FS entre 20 e 350 °C, ideais também para polímeros reciclados ou abrasivos.
- Certificação PLc e saída elétrica que aumentam a segurança e a confiabilidade, enquanto a ausência de fluido interno torna o sensor compatível com aplicações nos setores farmacêuticos e alimentício.
Necessidade:
Dirty filter detection
The filter protects the die from the impurities present in the molten polymer while also preventing the presence of contaminants in the product. However, this means that the filter tends to gradually become clogged, especially in recycling processes. Clogging increases upstream pressure and can compromise product quality or damage the line. The continuous measurement of the pressure before and after the filter can be used to calculate the pressure differential and activate alarms, guiding the operator to a manual intervention or starting automatic filter change systems.
Solução:
Gefran offers the Impact sensor for the precise and reliable monitoring of the pressure upstream and downstream of the filter, ideal for high temperatures (up to 350°C) and harsh environments such as the recycling and processing of loaded polymers.
Main features:
- Membrane that is up to 15 times thicker than traditional sensors, without internal transmission fluid, which directly transfers pressure to the sensitive silicon chip.
- High resistance to wear and dynamic shocks, thermal stability below 1% FS from 20°C to 350°C.
- IEPLc version with electrical output and PLc certification, for integration into safety control systems and configuration of certified alarms.
Operating Principle
O material plástico é introduzido por meio de um dosador, que realiza a dosagem precisa da matéria-prima.
No interior da extrusora encontra-se o canhão de extrusão, onde gira um parafuso, ou múltiplos, no caso das extrusoras de duplo parafuso, ue desempenha três funções fundamentais: transporte do material, fusão por efeito combinado de atrito e calor, e homogeneização do material fundido.
O parafuso é dividido em zonas funcionais (alimentação, compressão e dosagem), cada uma com geometrias otimizadas para modular a pressão, a temperatura e a viscosidade do material ao longo do processo.
O calor necessário à fusão é fornecido tanto por resistências elétricas externas ao canhão quanto pela energia mecânica gerada pelo esforço de cisalhamento interno à massa.
O processo segue receitas específicas, sequências predefinidas de materiais e parâmetros de processamento, adaptadas às características exigidas pelo produto final.
Por fim, o material plastificado é empurrado até a extremidade do canhão de extrusão, onde atravessa a cabeça de extrusão equipada com uma matriz perfilada, que confere ao fluxo plástico a forma desejada, como nas matrizes de extrusão para chapas planas ou na extrusão de filme soprada.
Requirements and Technology
O processo de extrusão exige controle centralizado e sincronizado de variáveis interdependentes, como velocidade do parafuso, temperatura e pressão de fusão, para garantir estabilidade do processo, propriedades de escoamento adequadas e eficiência operacional.
É essencial manter uma termorregulação precisa em cada zona de aquecimento para assegurar a viscosidade correta e reduzir defeitos superficiais ou dimensionais. A medição rigorosa da temperatura de fusão, por meio de transmissóres de imersão direta, é fundamental para representar com precisão as condições reais do material.
Além disso, o controle do fluxo por bomba de engrenagem e a detecção antecipada de filtros obstruídos contribuem para estabilizar o processo e evitar anomalias.
Outros fatores críticos no controle do processo incluem:
- Integração de lógicas de segurança certificadas
- Resistência dos componentes à materiais reciclados
- Monitoramento contínuo das propriedades de escoamento com reômetros
A Gefran oferece uma linha completa de plataformas de controle, sensores de pressão e temperatura de fusão, além de soluções modulares facilmente integráveis a qualquer instalação, garantindo eficiência, segurança e qualidade constante no processo de extrusão.
