Diseño de Equipo: Extrusor

3. Cuando un material termoplástico alimenta al extrusor, el husillo o
tornillo lo empuja hacia delante a lo largo del barril o cilindro,
donde se calienta y se transforma en fluido. Este fluido continúa y
al final se le hace pasar a través de un dado

4. Tolva:
Es el depósito de materia prima en donde se colocan los pellets
de material plástico para la alimentación continua del extrusor.

5. Tornillo:
Consiste en un cilindro largo rodeado por un
filete helicoidal. Es una de las partes más
importantes ya que contribuye a realizar las
funciones de transportar, calentar, fundir y
mezclar el material.
Cilindro:
Es un cilindro metálico que aloja al husillo, el
barril debe tener una compatibilidad y
resistencia al material que esté procesando

6. Cabezal:
Posee una oquilla que sirve para dar la conformación
final del material plástico al perfil deseado

7. Se realizarán los solo los cálculos del cilindro y el tornillo, puesto que
son las partes más importantes y las que intervienen en sí en la
transformación de la materia prima, debido a la fricción que se da
entre ambas.

8. Cálculos de Tornillo:

9. Paso 1: Se toma como base de cálculo el diámetro (D),
la mayoría de las extrusoras tienen diámetros
comprendidos entre 2 y 90 cm. Tomaremos como
una medida ideal para producir termoplásticos:
𝑫 = 𝟐𝟎 𝒄𝒎

10. Paso 2: Se procede a hallar la longitud del tornillo,
mediante la relación L/D, la relación típica L/D está
comprendida entre 16:1 a 32:1, pero esta relación se
en 3 partes, que siguen el siguiente modelo:

11. Entonces asumiremos para cada etapa:
𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =
𝐿
𝐷
= 6
𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 =
𝐿
𝐷
= 8
𝐷𝑜𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =
𝐿
𝐷
= 10
La relación L/D total es:
𝐿
𝐷
= 24
Entonces la longitud será:
𝐿 = 𝐷 ∗ 24 = 20 𝑐𝑚 ∗ 24
𝑳 = 𝟒𝟖𝟎 𝒄𝒎 ≈ 4.8 𝑚

12. Paso 3: Hallando la profundidad del canal (H), que es la
distancia perpendicular desde el tope hasta la superficie del
canal. Como se deduce del paso anterior, este valor va
disminuyendo conforme avance cada etapa (de H a h)

13. Siendo de interés las medidas de la etapa de alimentación y la de
dosificación:
 Alimentación: se debe cumplir que:
𝐻 = 0.25 𝑎 0.30 𝐷
Entonces asumimos un H:
𝐻 = 0.25 ∗ 𝐷
𝐻 = 0.25 ∗ 20 𝑐𝑚
𝑯 = 𝟓 𝒄𝒎
 Dosificación: se debe cumplir que:
ℎ = 0.05 𝑎 0.10 𝐷
Entonces asumimos un h:
ℎ = 0.06 ∗ 𝐷
ℎ = 0.06 ∗ 20 𝑐𝑚
𝒉 = 𝟏. 𝟐 𝒄𝒎

14. Paso 4: Hallando el ancho del canal (W), normalmente
para obtener termoplásticos se asemeja al diámetro.
𝑊 ≈ 𝐷
𝑾 = 𝟐𝟎 𝒄𝒎
Paso 5: Calculando el ángulo del filete del tornillo con
el vertical (𝜃)
𝜃 = 𝑇𝑎𝑛−1
𝑊
𝜋 ∗ 𝐷
Reemplazando datos:
𝜃 = 𝑇𝑎𝑛−1
20 𝑐𝑚
𝜋 ∗ 20 𝑐𝑚
= 𝑇𝑎𝑛−1 𝜋−1
𝜽 = 𝟏𝟕. 𝟕°

15. Paso 6: la holgura entre el cilindro y el filete (𝛿) es
mínima comparada con el resto de medidas, oscilando
entre:
𝛿 = (0.010 𝑐𝑚 𝑎 0.015 𝑐𝑚)
Asumiremos:
𝜹 = 𝟎. 𝟎𝟏𝟎 𝒄𝒎

16. Paso 7: Por último se halla el ancho del filete o espesor (𝑒)
La medida del ancho del filete está comprendida entre:
𝑒 = 0.08 𝑎 0.12 𝐷
Asumimos:
𝑒 = 0.10 ∗ 𝐷
𝑒 = 0.10 ∗ 20 𝑐𝑚
𝒆 = 𝟐 𝒄𝒎

17. Cálculos del Cilindro:
Paso 1: Hallando el diámetro interno 𝐷𝑖, el cual resulta de la
suma del diámetro del tornillo con la holgura:
𝐷𝑖 = 𝐷 + 𝛿
𝐷𝑖 = 20 𝑐𝑚 + 0.010 𝑐𝑚
𝑫𝒊 = 𝟐𝟎. 𝟎𝟏 𝒄𝒎

18. Paso 2: El diámetro externo 𝐷𝑒 , resulta de la suma del
diámetro interior más 2 veces el espesor.
𝐷𝑒 = 𝐷1 + (2 ∗ 𝑒 𝑐)
La experiencia en diseño de extrusor sugiere que el espesor
del cilindro (𝑒 𝑐) debe oscilar entre 0.2 y 0.3 veces el diámetro
interno. Asumiremos:
𝑒 𝑐 = 0.25 ∗ 𝐷𝑖
𝑒 𝑐 = 0.25 ∗ 20.01 𝑐𝑚
𝒆 𝒄 = 𝟓. 𝟎𝟎𝟐𝟓 𝒄𝒎
Entonces el diámetro externo será:
𝐷𝑒 = 20.01 𝑐𝑚 + 2 ∗ 5.0025 𝑐𝑚
𝑫 𝒆 = 𝟑𝟎. 𝟎𝟏𝟓 𝒄𝒎

19. Paso 3: Aparentemente es un cilindro hueco completo, pero
debe notarse que el extrusor posee una garganta de
alimentación, la cual obedece a las siguientes medidas:

20. Suele tener una longitud de 1.5 veces el diámetro interno del
cilindro y una anchura de 0.7 veces el mismo, y suele estar
desplazada del eje del tornillo para facilitar la caída del
material a la máquina.
Se conoce que:
𝐷𝑖 = 20.01 𝑐𝑚 ≈ 20 𝑐𝑚
 Longitud:
𝐿 = 1.5 ∗ 𝐷 = 1.5 ∗ 20 𝑐𝑚
𝑳 = 𝟑𝟎 𝒄𝒎
 Ancho:
𝐴 = 0.7 ∗ 𝐷 = 0.7 ∗ 20 𝑐𝑚
𝑨 = 𝟏𝟒 𝒄𝒎

21. Paso 4: Finalmente el volumen (V) del cilindro hueco se halla
como si estuviese completo, puesto que al fabricarlo se hará
completo también, solo que después se hará la abertura
necesaria para la garganta de alimentación.
Toma la siguiente forma:

22. Donde:
- ℎ es reemplazado por la longitud (L), la misma longitud del tornillo
- 𝑅 es el radio mayor, que será:
𝑅 =
𝐷𝑒
2
=
30.015 𝑐𝑚
2
= 15.0075 𝑐𝑚
- 𝑟 es el radio menor, que será:
𝑟 =
𝐷𝑖
2
=
20.01
2
= 10.005 𝑐𝑚
Reemplazando en: 𝑉 = 𝜋. 𝐿. (𝑅2
− 𝑟2
)
𝑉 = 𝜋 ∗ 480 𝑐𝑚 ∗ 15.0075 𝑐𝑚 2
− 10.005 𝑐𝑚 2
𝑽 = 𝟏𝟖𝟖𝟔𝟖𝟒. 𝟏𝟎𝟏𝟗 𝒄𝒎 𝟑
𝑽 ≈ 𝟎. 𝟏𝟗 𝒎 𝟑