Sin ttulo de diapositiva

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Técnicas de Medición y equipos de precisión
Reología de Polímeros
Diciembre de 2001
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• La inyección es el principal método de
  fabricación con plásticos
• Termoplásticos polímeros que se vuelven
  plásticos tras un aporte de calor suficiente.

• Fundamento

introducir un polímero fundido en un molde
cerrado y frío, donde solidifica para dar el
producto
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• En los polímeros no podemos asegurar que la
  viscosidad de una determinada muestra de material
  va a coincidir con lo esperado por datos
  obtenidos de tablas ?aparato que determine las
  viscosidades

• Esfuerzo de corte

• Velocidad de corte (Shear-Rate)

• Parámetros proporcionales

segundos Pascal (Pas)
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Viscosidades de algunos sustancias
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• La relación entre esfuerzo cortante y velocidad
  de corte (Shear-Rate) no es lineal

?
Comportamiento no Newtoniano
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Reograma Viscosidad aparente Velocidad de
corte
Sirve para caracterizar polimeros
Para obtenerlo hay que medir la viscosidad en una
amplia gama de velocidades de corte.
Reómetro
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Los aparatos de medida de viscosidades

• capaces de generar una determinada velocidad de
  corte
• medir el esfuerzo cortante que se origina

Viscosímetro Genera una única velocidad de corte
y mide el esfuerzo cortante. Solo sirve para
fluidos Newtonianos.
Reómetro Genera suficientes velocidades de corte
para elaborar un reograma. Uso con
pseudoplásticos
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• Tipos de Reómetros
• Reómetro Placa-cono , placas paralelas
• Reómetro Cilíndrico
• Reómetro Capilar

Con cada uno se obtiene la viscosidad aparente en
un rango de velocidades de corte.
Se necesitan al menos dos para obtener un
reograma completo
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Reómetro de Placa-cono y de placas paralelas
El fundido se encuentra entre una placa fija y
otra que gira a una velocidad angular constante,
?.
? ?/?, ? el ángulo del cono
? 3M / 2?Rc3 , Rc radio de la parte cilíndrica
viscosidad
Calcula ? para velocidades de corte de entre 10-3
y 1 s-1
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Reómetro cilíndrico
Proporciona al material un flujo rotacional en el
espacio intersticial de dos cilindros
concéntricos que giran a diferente velocidad
(normalmente uno fijo y otro móvil).
Esfuerzo necesario Velocidades de giro
viscosidad
Velocidad de corte entre 0.004 y 4000 s-1
Incertidumbre entorno al 0.5 del campo de
medida.
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Reómetro Capilar
Cilindro con calentamiento en cuyo extremo existe
un pequeño dado capilar a través del cual se
extruye el plástico fundido.
Medida de presion Velocidad de corte
viscosidad
Velocidad de corte entre 1 y 105 s-1
La incertidumbre depende del modelo y sobre todo
de la utilización del capilar adecuado.
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Forma de aplicación de los esfuerzos
Rango de velocidades de corte
Maquina Inyectora
Reómetro capilar
En ambas maquinas se cumplen las mismas
ecuaciones referentes al paso de un fluido en
canales cilíndricos.
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Para canales cilíndricos de longitud L, radio del
canal R, caída de presión P y caudal Q, se
tiene
Esfuerzo de corte en la pared cilíndrica
Velocidad de corte en la pared
Viscosidad aparente ecuación de Poiseuille
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Método de medición
  Se hace bajar el pistón a velocidad constante
forzando al plástico fundido a pasar a través del
capilar y se mide la fuerza que es necesario
aplicar al pistón. También se mide la presión.
Medida de la presión
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Ensayo
Se realiza dando los valores de la velocidad del
pistón que se deseen, la temperatura a la que se
quiere realizar el ensayo y la variacion de
presion que toleramos. Tras esto el Reómetro
comenzará con el ensayo calentando hasta la
temperatura deseada, cuando llegue irá a la
primera velocidad demandada. Una vez alcanzada
esperará a que se estabilice la presión (que se
mantenga dentro del margen que se le ha
prefijado) y almacenará este valor para mostrarlo
como resultado.A continuación el pistón acelerará
hasta la siguiente velocidad y realizará la misma
operación y así hasta que termine en la última
velocidad demandada.
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Sustituyendo el caudal Q en la ecuación de
Poiseuille se obtiene la viscosidad
con
R radio del capilar L longitud del capilar r
radio del pistón P presión medida por el
sensor de presión V pistón velocidad de bajada
del pistón (constante)
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Partes mecánicas del reómetro capilar
1 Encoder Óptico 2 Polea Grande 3 Tornillo 4
Columna Fija 5 Columna Móvil 6 Placa Superior
22 Motor Paso a Paso 23 Polea Pequeña 24
Correa de Transmisión
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Partes mecánicas del reómetro ( II )
7 Mordaza para el Pistón 8 Pistón 9 Resistencia
Calefactora 10 Termopar Temperatura 11
Resistencia Calefactora 2 12 Transductor de
Presión 13 Termopar Temperatura 14 Resistencia
Calefactora 3
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Partes mecánicas del reómetro ( III )
15 Tuerca de Apriete del Capilar 16 Capilar
17 Filamento extruido 18 Camisa 19 Polímero
Fundido 20 Aislamiento Térmico 21 Placa
Inferior
20
Comportamiento mecánico del grupo motor
Comportamiento mecánico
tornillo
de potencia
El motor imprime el giro al tornillo por medio de
una transmisión reductora.
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Transductor

• sensor piezoeléctrico
• alojado en el interior de la camisa
• superficie está mecanizada

Nuestro modelo es un KISTLER tipo 6171B

• 3,6 mm diametro
• Para más de 2000 bar

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Datos técnicos

• sensibilidad variable con la temperatura
• variando en menos de un 0.5
• presiones de 0 a 2000bar.

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Transductor
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(No Transcript)
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Amplificador de Presión

• la señal del transductor debe ser amplificada
• el amplificador pasa la medida de presión tomada
  a voltios
• de esta manera puede ser leída por la tarjeta
  del PC
• KISTLER tipo 5039A332
• saca el valor amplificado de la presión entre 0
  y 10V

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Amplificador de Presión

• Rango de medida I de 5000... 50000

• Salida 10V, 4 ... 20mA

• Alimentación 18 ... 36V

• Data sheet 11.5039

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Medida de Presión
sensor
amplificador
tarjeta PC
Programa PC
Análisis de los Datos
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Capilar

• orificio de salida en la extrusión del polímero
  fundido
• se conocen con precisión el diámetro y la
  longitud
• se pueda hallar exactamente el valor de
  Shear-Rate en función del caudal que lo atraviesa

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Reguladores de Temperatura y Termopares

• Reguladores de temperatura se encargan de llevar
  el polímero a la temperatura deseada DIGITEK
  (Micro PID-3)

• Termopares miden la temperatura dentro de la
  cámara

• Tipo J
• rango de medida entre 210 y 1200ºC
• sensibilidad es de 1.7 µV/ºC
• precisión de 1ºC

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Resistencias Calefactoras

• aportan calor a la cámara de extrusión

Rresistencia de anillo
Resistencia de abrazadera
Resistencia de abrazadera
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Reómetros comerciales
Brookfield Engineering - Products
Porpoise Intelligent Rheometer Rheology Testing
Polymer Extrusion
HAAKE  Superior Quality Rheometers
REOLOGICA Instruments AB - Rheology, Viscometry