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Type: Tese
Title: Análise de efeitos viscosos no escoamento de polipropileno em extrusoras
Author(s)/Inventor(s): Fialho, André Imenes Oliveira de Alencar
Advisor: Pinto, José Carlos Costa da Silva
Co-advisor: Castor Junior, Carlos Alberto
Abstract: O polipropileno (PP) é um polímero termoplástico com larga aplicação industrial, sendo a extrusão uma das formas mais comuns de processá-lo. Devido à alta viscosidade do PP, os esforços mecânicos associados à operação da extrusora são muito grandes, podendo causar erosão no parafuso e levar a uma parada da extrusora ou inviabilizando a operação. No presente trabalho foi ajustado um modelo reológico multivariável baseado no modelo Cross a partir de curvas de viscosidade de grades comerciais de PP. O modelo proposto foi incluído no software de Fluidodinâmica Computacional Polyflow (ANSYS) para avaliar os efeitos viscosos sobre o escoamento de PP em uma extrusora com auxílio de simulações computacionais. Concluiu-se que os efeitos térmicos envolvidos podem ser significativos durante o processo de extrusão. Além disso, a comparação dos resultados de simulação obtidos com dois grades que apresentavam massas molares distintas mostrou que a tensão de cisalhamento causada pelo grade com maior massa molar média é maior que a causada pelo grade com menor massa molar média e que os esforços viscosos são maiores na rosca do parafuso que no corpo cilíndrico. Esses resultados também foram confirmados pelo perfil de temperaturas obtido com base em modelagem matemática a parâmetros concentrados e permitem supor que o grade utilizado no processo de extrusão pode afetar o nível de desgaste do equipamento, maior na rosca do parafuso.
Abstract: Polypropylene (PP) is a thermoplastic polymer that finds many industrial applications, being extrusion one of the commonest processing techniques. Because of the high viscosity of the PP melt, very high mechanical stresses can be associated with the extruding operation. It can lead to an erosion in the screw and it may be necessary to carry out the maintenance of the screw or the operation may become infeasible. In the present work a multivariable rheological model based on the Cross equation was initially built and used to represent rheological curves of some comercial PP grades. Then, the proposed model was included in the Computational Fluid Dynamics software Polyflow (ANSYS) in order to evaluate the viscous effects associated with the PP flow in an extruder through simulations. It was concluded that thermal effects can be very significant during the PP extrusion process and that the shear stress profiles can be very sensitive to modification of the molar mass distributions of the analyzed PP grades. As a consequence, the viscous stresses are larger in the screw thread than in its cylindrical body. These results were also confirmed by the temperature profiles achieved through mathematical modeling considering lumped parameters and they suggest that both the operation conditions and the polymer grade can simultaneously affect the level of screw wear in the extruder, which is larger in the screw thread.
Keywords: Extrusão
Polyflow
Reologia
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Jul-2020
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Química

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