Extrusoras Tipo Fuso

 

Uma extrusora do tipo fuso ou parafuso é constituída essencialmente por um corpo cilíndrico, dentro do qual se encontra um fuso, parafuso ou sem-fim o qual, animado do movimento de rotação, força o material que é alimentado numa das suas extremidades (a sua retaguarda) a passar através de uma fieira; esta confere ao material a forma da secção pretendida (o extrudido). A fieira está instalada na parte anterior da máquina, normalmente chamada a cabeça ou cabeçal da extrusora. O fuso, como se disse, está animado de um movimento de rotação, movimento que lhe é comunicado, através de um sistema de engrenagens, por um conjunto motor-redutor (Figura 3).

Fig. 3 – Extrusora de alimentação a frio: Componentes principais
(cortesia do Exmo. Sr. Eng.º Francesc Vilella, KCM, S.L., Espanha)

A fim de regular as condições de extrusão quanto a temperatura, o corpo cilíndrico, o fuso ou parafuso e a cabeça são geralmente ocos, o que permite a circulação de fluidos para aquecimento ou para arrefecimento. Assim, o material que é alimentado à extrusora, no seu percurso no interior da extrusora, sofre elevações ou reduções na sua temperatura, por contacto com as paredes das várias zonas da extrusora. Com o aquecimento do composto de borracha, ocorre como que um amolecimento ou plastificação; contudo, esta plastificação ocorre também, em grande extensão, pelo atrito entre o composto de borracha em movimento e as partes fixas da extrusora e pelas acções de corte provocadas pelo fuso. A extrusora pode ser alimentada com o composto de borracha previamente aquecido e plastificado em misturadores abertos (misturadores de rolos, cilindros ou moinhos); neste caso, a única função da extrusora será a de fazer passar o composto de borracha da fieira, para obtenção do extrudido.

Este tipo de extrusoras são vulgarmente conhecidas por extrusoras de alimentação a quente. Apresentam, como característica principal, uma relação entre o comprimento do fuso e o seu diâmetro compreendida entre 4 e 8. Sendo alimentadas a quente, este tipo de extrusoras consome menor energia, sendo necessário para o seu accionamento um motor de potência inferior.

Com a intenção de reduzir a mão-de-obra e de aumentar a produtividade dos equipamentos, foram desenvolvidas as extrusoras de alimentação a frio. Estas máquinas caracterizam-se por fusos muito mais compridos, com configuração mais complexa, cuja função suplementar – para além a de conduzir o composto de borracha para a saída, é de aquecê-lo e de plastificá-lo. A relação entre o comprimento do fuso e o seu diâmetro varia geralmente entre 11 e 20. A energia consumida por este tipo de máquinas é necessariamente maior e, assim, terá de ser maior a potência do motor de accionamento. A velocidade de rotação do fuso das extrusoras de alimentação a frio é também variável; varia, geralmente, entre 20 e 100 rpm. As extrusoras de alimentação a frio podem apresentar ainda outras variantes:

  • Extrusoras com zona ou sem zona de desgasificação;
  • Extrusoras com ou sem pinos.

Extrusoras com zona de desgasificação
Nas extrusoras de alimentação a frio que dispõe de zona de desgasificação, os gases, humidade e componentes voláteis presentes no composto de borracha são eliminados com o auxílio de uma bomba de vácuo. Por este motivo, este tipo de extrusoras permite os processos de vulcanização a baixa pressão ou sem pressão, como é o caso da vulcanização em banho de sais (conhecido por LCM – Liquid Curing Media), da vulcanização com micro-ondas (também conhecido por UHF – Ultra High Fequency), da vulcanização em leito fluidizado, e da vulcanização em túnel de ar quente.

Os produtos extrudidos e vulcanizados por estas técnicas são de excelente qualidade e isentos de porosidade. O roscado do fuso na zona de desgaseificação tem uma concepção diferente e que facilita a remoção das substâncias gasosas indesejáveis.

Extrusoras com pinos
A tecnologia das extrusoras com pinos (embora destinadas à indústria alimentar) data do início do século XX. Contudo, a aplicação desta tecnologia em extrusoras para borracha foi desenvolvida em 1972 e deve-se aos alemães G. Menges e E. G. Harms, da empresa Uniroyal-Englebert, tendo sido registadas em várias patentes (Figura 4).

Fig. 4 – Extrusora com pinos de G. Menges e E.G. Harms.
Patente alemã, N.º 2235784, concedida em 1974

A partir desta data foram efectuados vários desenvolvimentos. Os primeiros pinos eram do tipo radial (Figura 4) e instalados, normalmente, em 8 a 10 planos radiais, cada um delas com 6 a 10 pinos, dependendo das dimensões da extrusora. Uma variante foi entretanto desenvolvida, com a criação de pinos radiais com comprimentos ajustáveis. A instalação dos pinos evoluiu posteriormente, a partir de 1993, para a uma instalação tangencial, tendo surgido diversas variantes (W. Baumgarten, da empresa alemã de matérias plásticas, Kleinewefers Kunststoffanlagen, GmbH) (Figura 5), culminando com a concepção tangencial mais moderna do Eng.º Ubaldo Colombo, da empresa Colmec (Itália) (Figura 6 e 7), em 2002. Neste caso, os pinos possuem também, no seu interior, canais de arrefecimento, o que permite uma regulação da temperatura. Esses canais são bem visíveis na Figura 6.

Fig. 5 – Extrusora com vários tipos de pinos tangenciais, de
W. Baumgarten. Patente US N.º 5324108, concedida em 1994
Fig. 6 – Extrusora com pinos tangenciais,
do Eng.º Ubaldo Colombo (Colmec SpA, Itália)
Patente US N.º 6814481, concedida em 2004
Fig. 7 – Extrusora com pinos tangenciais arrefecidos e bomba de engrenagens (1)
(cortesia de Colmec, SpA, Itália)

Um estudo realizado pela empresa Colmec, SpA mostra a vantagem da utilização de extrusoras com pinos e, particularmente, das extrusoras com pinos tangenciais (Figura 8).

Fig. 8 – Comparação dos débitos de extrusoras convencionais,
extrusoras com pinos radiais e extrusoras com pinos tangenciais
(cortesia de Colmec, SpA, Itália)

De um modo geral, podemos afirmar que as extrusoras com pinos apresentam várias vantagens sobre as extrusoras convencionais. A utilização de pino contribui para:

  • Uma maior facilidade na extrusão dos compostos de borracha, nomeadamente aqueles de viscosidade mais elevada;
  • Ganhos de produtividade, em relação às extrusoras convencionais com as mesmas características dimensionais (20 a 60%);
  • Uma maior uniformidade do composto de borracha (dispersão e plastificação);
  • Que o processo de extrusão ocorre a temperaturas mais baixas;
  • Obtenção de consumos energéticos mais baixos (Wh/kg de composto extrudido);
  • Facilitar a limpeza do fuso e da parede interior do corpo da extrusora.

Vamos agora abordar um tipo de extrusoras que surgiu mais recentemente, na continuidade do aperfeiçoamento deste tipo de equipamentos. São as extrusoras do tipo Pin Convert, também designadas por tecnologia MCTD (Multi Cut Transfermix Drossel), as quais têm sido particularmente úteis na preparação de componentes para o fabrico de pneus. Estas extrusoras caracterizam-se por uma relação entre o comprimento do fuso e o seu diâmetro de 8 a 10, um fuso do tipo Transfermix e a existência de uma fiada de pinos radialmente ajustáveis, colocada sensivelmente na parte anterior do fuso (Figura 9).

Fig. 9 – Extrusora do tipo “Pin Convert” (Esquemático)
Este tipo de equipamento, necessariamente mais compacto, é altamente eficaz no aquecimento de compostos de borracha alimentados a frio. A parte anterior do fuso é muito semelhante à das extrusoras convencionais de alimentação a frio e é normalmente equipada com um rolo de alimentação. A tecnologia CTM – Cavity Transfer Mixer (Transfermix) foi desenvolvida por Martin Dale, da empresa inglesa RAPRA Technology Ltd. A inovadora concepção deste tipo de equipamento teve, como objectivo inicial, a criação de um dispositivo complementar para extrusoras, que promovesse uma acção de mistura distributiva mais intensiva. Isto foi conseguido pela criação de espaços na parede da extrusora e no próprio fuso, como pode ser observado na Figura 9.