Revisión de la literatura sobre el diseño de extrusoras de doble tornillo

Conceptos

Figura 1. Diagrama esquemático de la extrusora de doble tornillo.

La extrusora de doble tornillo se compone de los siguientes componentes: tolva, cilindro, control de temperatura y velocidad de tornillo variable, motor eléctrico y matrices reemplazables para producir productos con diferentes tamaños y formas. El diagrama esquemático de una extrusora de doble tornillo se ilustra en la figura 1.

Antecedentes (ordenados cronológicamente)

El desarrollo histórico de la extrusora de doble tornillo contrarrotativo

Resumir: Schneider^[1]Repasó históricamente el progreso de la evolución de la extrusora de doble tornillo contrarrotativo, que fue desarrollada originalmente a principios de la década de 1950 por Anton y Wilhelm Anger, quienes construyeron una extrusora de doble tornillo con una longitud de 12 * D superando el problema de unir tuberías. mediante plástico. Después de dos décadas de avances en la tecnología de extrusoras de doble tornillo, las dos empresas más activas, Thyssen y Rheinstahl, se fusionaron en 1972 y Thyssen Plastik Maschinen (TPM) comenzó su trabajo desarrollando un nuevo modelo paralelo de serie de extrusoras de doble tornillo en 1976 con Diámetros de tornillo de 50, 60, 85, 107, 130 y 160 mm. Para resolver el problema de la seguridad, se desarrollaron modelos paralelos con ajuste de las fuerzas radiales y axiales y extrusoras cónicas de doble tornillo que tenían ventajas de diseño para dar forma al accionamiento del distribuidor. El primer modelo fue diseñado por Anger (AGM) en 1964, que se denominó tornillos cónicos simples. Krauss-Maffei introdujo un tornillo cónico doble en 1974, en el que la profundidad del vuelo disminuye constantemente desde la sección de alimentación a la sección de medición y, en consecuencia, la tasa de salida aumentará. Un poco más tarde, Krauss-Maffei propuso una extrusora de tornillos múltiples en 1974, que era adecuada para producir tubos grandes con tasas de producción aproximadas que oscilaban entre 800 y 1000 kg/h. Algunos diseños de tornillos múltiples se inventaron combinando dos pares de tornillos como uno solo. Los diámetros de tornillo más pequeños proporcionan un mayor porcentaje de superficie de rendimiento, lo que permite la entrada de una gran energía calentada desde el exterior. Los diseños del acelerador se desarrollaron para proporcionar una mejor compresión del material además del aporte de calor y energía de corte.

Fabricación de una extrusora de tornillo básica para fabricar filamentos de impresoras 3D

Resumir: Arvind et al. ^[2]fabricó una extrusora de tornillo básica para la fabricación de filamentos de impresoras 3D, que es una parte vital de la industria de la impresión 3D. El transportador de tornillo, el tren de transmisión, la unidad de alimentación, el sistema de calefacción, la fundición y el cabezal de extrusión son componentes esenciales de cualquier extrusora de tornillo. Nuestro enfoque para elegir las propiedades óptimas de la extrusora de tornillo diseñada se basó en una entrevista con expertos industriales y una revisión de la literatura. Luego, la metodología se organizó en cinco pasos que incluyeron la recopilación de datos, la selección de parámetros, la determinación de restricciones, la adquisición de materiales y el dibujo. En la etapa de dibujo, se utilizó Autodesk Inventor para ensamblar varios componentes del extrusor de tornillo como un diseño completo. Eventualmente, El diseño final de la extrusora se fabricó y probó para garantizar que la extrusora de tornillo pueda funcionar correctamente para obtener filamento plástico a través de la boquilla. Para lograr una buena extrusión, se realizaron cálculos de expansión tanto del acero dulce como del acero inoxidable durante su utilización en la estructura del extrusor de tornillo.

Para fabricar la varilla roscada se utiliza acero de medio carbono EN-8 (Euro Standard-8), que tiene un paso constante de 40 mm y un diámetro del centro de cambio de 20 a 32 mm. La rosca del tornillo tiene un diámetro exterior de 37,8 mm. El ángulo de la hélice es de 18 y el ancho de la rosca es de 4 mm. Se utiliza una sola varilla de acero al carbono medio EN8 (Euro Standard 8) para fabricar la varilla roscada (acero sin alear que se entrega mediante estirado en frío). Se montó un bloque cilíndrico de acero para troqueles en un torno equipado con un plato de cuatro mordazas. La masa de acero del troquel se alineó con el centro del eje del torno para garantizar la concentricidad del material antes y durante todo el proceso de mecanizado. La boquilla está construida de latón y está unida al cabezal de extrusión. La pieza de latón se obtuvo con un diámetro estándar de 25,4 mm y luego se sometió a varios procedimientos de mecanizado. La prueba inicial, Se realizaron observaciones y análisis para examinar la extrusora de tornillo fabricada, y a partir de estas observaciones exactas se reconoció el calentamiento de la tolva y la temperatura más baja en la región de la boquilla. La extrusora de tornillo fabricada se sometió a pruebas, observaciones y análisis preliminares, que revelaron que la tolva se estaba calentando cada vez más, así como la temperatura más baja en la región de la boquilla. Entonces, se aplicó la modificación final a la extrusora de tornillo fabricada para lograr un diámetro de filamentos adecuado. lo que reveló que la tolva se estaba calentando cada vez más, así como la temperatura más baja en la región de la boquilla. Entonces, se aplicó la modificación final a la extrusora de tornillo fabricada para lograr un diámetro de filamentos adecuado. lo que reveló que la tolva se estaba calentando cada vez más, así como la temperatura más baja en la región de la boquilla. Entonces, se aplicó la modificación final a la extrusora de tornillo fabricada para lograr un diámetro de filamentos adecuado.

SOBRE EL DISEÑO Y TECNOLOGÍA DE EXTRUSORAS DE DOBLE TORNILLO COROTATIVO

Resumir: Justino Netto y Silveira^[3] propusieron una técnica de procedimiento metódico para co-rotar segmentos de extrusora de doble tornillo que proporciona información valiosa para diseñar un cabezal de impresión intercambiable en Fabricación Aditiva. Sus resultados mostraron que los tornillos pueden girar correctamente sin fallas y el material se transfiere según lo previsto hacia la matriz. Su método se basa en el diseño de una microextrusora de doble husillo destinada a procesar pequeños volúmenes de material en polvo (alrededor de 100 g) según Pahl et al. ,^[4]El cual el proceso de diseño incluye el dimensionamiento viene después de los pasos de recopilación de información y diseño conceptual. Después de las garantías de la configuración del modelo estándar, se finalizaron los aspectos del diseño que incluyen dimensiones y tolerancias, procedimientos de fabricación y precios.

Nota 1: Para aumentar la velocidad de manera constante a lo largo del canal de flujo, se deben considerar aspectos fundamentales durante el diseño de la matriz para evitar puntos muertos; por lo tanto, el parámetro de resistencia al flujo ( K _p ) se calculó mediante la Ecuación 13 en su artículo.

Nota 2: Sus hallazgos mostraron que el enfoque de diseño desarrollado es apropiado para utilizarlo como mini extrusora de compuestos de polímeros y cabezal de impresión 3D.

Impresión de alimentos basada en extrusión para el diseño digitalizado de alimentos y el control nutricional

Resumir: Sun et al. ^[5] revisó los trabajos publicados en el contexto de la " impresión de alimentos mediante técnicas de extrusión".Al tener menor tiempo de producción y menor costo, se encuentra un creciente interés en diseñar impresoras con estructuras Delta o Polar. Aunque la precisión de la impresión es importante para una fabricación uniforme y repetible, suele ser menos exigente en la impresión de alimentos que en la impresión de plástico o la impresión médica. En varias impresoras de alimentos diseñadas, se utilizan tres mecanismos de extrusión que incluyen jeringa, presión de aire y tornillo. La unidad de extrusión basada en jeringa consta de una jeringa para almacenar suministros de alimentación y un motor paso a paso para impulsar la operación de extrusión. Una bomba neumática y un cartucho de alimentos encapsulados comprenden un dispositivo de extrusión accionado por presión de aire, en el que la bomba neumática empuja el material dentro del cartucho de alimentos encapsulados fuera de la boquilla.

Un estudio comparativo entre impresoras 3D de alimentos con jeringa y con tornillo mediante simulación computacional

Guo et al. ^[6]organizó una investigación computacional para estudiar la diferencia entre las impresoras 3D de alimentos basadas en jeringas y con tornillos, dos de las cuales utilizaban principalmente 3D basado en extrusión en la industria alimentaria. En este estudio se analizaron los modelos de dinámica de fluidos computacional (CFD) para evaluar y comparar las características de los fluidos de dos tipos de impresión 3D. Además, se realizó una evaluación experimental de la impresión 3D para comparar dos impresoras 3D de alimentos diferentes. Las simulaciones CFD se llevaron a cabo utilizando el software informático COMSOL Multiphysics, que es un programa informático basado en FEM disponible comercialmente. La maquinaria giratoria y las características de flujo laminar del módulo CFD se utilizaron en este estudio para abordar las características del fluido dentro de la impresión 3D por extrusión basada en tornillos y el hardware de impresión 3D por extrusión basado en jeringas, respectivamente. La tinta para impresión 3D se elaboraba a partir de puré de patatas. Durante todo el experimento, la temperatura se mantuvo constante en 26 grados centígrados. El fluido se consideró como un fluido monofásico incompresible con una interfaz de flujo laminar.

Nota: Una investigación de modelo simulado reveló que la impresora 3D de alimentos mediante tornillo tenía una característica de fluido complicada, con algunos reflujos descubiertos en el espacio entre las paredes y los tramos del tornillo en el tubo de extrusión. La impresora 3D de alimentos basada en jeringas, por otro lado, parecía tener características de fluido más básicas que podían cambiarse fácilmente. Además, la impresión 3D experimental sugirió que las impresoras 3D de alimentos con base de tornillo no eran apropiadas para extruir tintas viscosas. El estudio actual proporciona datos para la selección de una estrategia de impresión adecuada, una base teórica y una guía especializada para la investigación avanzada de impresión 3D y el diseño de impresoras modernas.

Diseño axiomático y variantes de solución aplicadas a un cabezal de impresión 3D modular basado en extrusión de material.

Resumir: Porpíglio et al. ^[7] diseñaron un procedimiento integrado basado en el método de variantes de solución y el método axiomático que se aplicó a un cabezal de impresión 3D modular. El método de variantes de solución se determina dedicando un número positivo entre 0 y 1 para cualquier criterio según su importancia. Al evaluar el marco de transmisión de una cabeza de doble tornillo vertical conectada a una impresora 3D de prueba, el método propuesto se probó en un entorno real. escenario del problema mundial. La impresora 3D del estudio de caso utilizó polvo como materia prima en pequeñas cantidades (alrededor de 200 g)^[8]para experimentos de impresión 4D, que contiene definición de mezclas de compuestos y polímeros, así como generación de filamentos. Su hallazgo demostró que el par de engranajes helicoidales era la mejor opción para impulsar la estructura (se obtuvo un valor más alto de la variación de la solución de evaluación). En cuanto al instrumento de sincronización con ejes (tornillos gemelos correlacionales), se eligió mediante variación de la solución de evaluación una estructura con un engranaje de sincronización que conecta las dos extrusoras, lo que indicó que los valores ponderados totales aumentaron a 7,55. Los hallazgos se complementaron con listas de reangularidad y semangularidad, que arrojaron valores de 0,838 y 0,500, respectivamente, lo que confirma la elección del par de engranajes helicoidales combinados como marco impulsor con un alto grado de flexibilidad de diseño.

Diseño de seguridad y simulación numérica de extrusora de doble husillo para materiales energéticos

Resumir: Ji et al. ^[9] crearon una extrusora de doble tornillo para materiales energéticos proporcionando condiciones seguras. En este trabajo, se incluyó una simulación numérica precisa basada en el enfoque de elementos finitos para predecir el momento explosivo de materiales energéticos en barriles de doble tornillo con varias configuraciones de ventilación de presión. Las especificaciones geométricas de los elementos roscados son las siguientes: el diámetro externo del tornillo es de 50,4 mm, su distancia entre centros es de 40,8 mm, su diámetro exterior y su cilindro están separados por un espacio de 0,5 mm y sus pasos son de 50 mm y 75 mm, respectivamente. Además, se utilizó el modelo de Bird-Carreau para caracterizar las propiedades de flujo del corredor. ^[10]Se diseñó un cañón específico para resistir ondas explosivas, para lo cual se consideraron dos orificios de alivio de presión en el modelo de cañón. Sus resultados mostraron que la parte superior del tramo de tornillo y la zona de entrecruzamiento tienen la mayor presión y velocidad de corte durante la fabricación de materiales energéticos mediante extrusoras de doble tornillo. Por lo tanto, es más probable que se produzcan accidentes de explosión y detonación en estos puntos. La presión dentro del cañón dividido horizontalmente es visiblemente menor que en un diseño de cañón normal. Se muestra que la presión secundaria desaparece y la deformación del cañón se reduce considerablemente.

Análisis de estructura y diseño de optimización del tornillo extrusor de alambre FDM

Resumir: Li et al. ^[11]propuso un diseño optimizado de tornillo extrusor de alambre de modelado por deposición fundida (FDM), que es una de las tecnologías de impresión 3D más utilizadas en el mundo. En esta investigación se aplicó el software de elementos finitos ANSYS para predecir los parámetros de flujo en el tornillo extrusor. El método de prueba ortogonal se utilizó para investigar los efectos del paso del tornillo, la profundidad del tornillo, el ancho de la ranura del tornillo, el ancho del borde del tornillo y la longitud de la sección de medición sobre el campo de velocidad, el campo de presión, el campo de temperatura y la velocidad de corte. Además, se utilizó el software SolidWorks para generar el modelo 3D del tornillo y durante la simulación se utilizó material ABS con propiedades específicas. Finalmente, se examinó la efectividad del modelo sugerido para cada parámetro utilizando el software Minitab versión 17. Después de determinar el ideal de los factores, el tornillo optimizado fue examinado y validado. Sus resultados mostraron que la extrusora de alambre propuesta puede funcionar con eficiencia cuando el paso del tornillo, la profundidad de la ranura del tornillo, el ancho del borde del tornillo y la longitud de la sección de medición son de 15 mm, 1,3 mm, 1,5 mm y 85 mm, respectivamente. El tornillo optimizado puede mejorar la eficiencia de fusión del material ABS.

Análisis DEM de la distribución del tiempo de residencia durante la granulación de doble tornillo.

Resumir: Zheng et al. ^[12] estudiaron el proceso de granulación de doble tornillo (TSG) utilizando un método de elementos discretos (DEM). En este estudio, se utilizó una base de unidad de procesador de gráficos (GPU) para desarrollar el DEM para obtener información tanto macroscópica como microscópica. Los movimientos de traslación y rotación de cada partícula en DEM están determinados por la segunda ley de Newton. Radio del tornillo (R_s ), distancia de la línea central (C_l), el espacio entre dos tornillos (s), el espacio entre el cilindro interior y el tornillo (b) y el número de canales paralelos (e) son las características geométricas principales. Los dos tornillos son ortogonales. Inicialmente, las geometrías del granulador de doble tornillo se generaron utilizando un software de diseño asistido por computadora (CAD) y se guardaron como un archivo de formato de estereolitografía estándar (STL) para su posterior procesamiento. Luego, el archivo STL se cargó en BlazeDEM-GPU, donde se creó el modelo DEM para el granulador de doble tornillo. Para evaluar el rendimiento del sistema, la distribución del tiempo de residencia (RTD) se determinó mediante la velocidad del tornillo, la configuración del tornillo y los parámetros del material. La función de distribución del tiempo de residencia (curvas E) mostró una dispersión reducida para un tamaño de partícula más grande y una velocidad de tornillo más alta, lo que significa que las partículas tuvieron un tiempo de residencia considerable en el granulador de doble tornillo. Finalmente, sus hallazgos demostraron que DEM puede presentar una base confiable para modelar granulaciones de doble tornillo. Sin embargo, en trabajos futuros se deben examinar los efectos de la disposición de los tornillos y los parámetros de formulación (como la forma de las partículas y la adición de aglutinante líquido) sobre el comportamiento de granulación de los tornillos gemelos.

Optimización de perfiles de tornillos para el procesamiento de extrusión de alimentos con doble tornillo mediante algoritmos genéticos y redes neuronales

Resumir: Kowalski et al. ^[13]desarrolló un método novedoso para optimizar el proceso de diseño del perfil de tornillo utilizando una combinación de un modelo de algoritmo genético y una función de aptitud de red neuronal. En las condiciones necesarias se consideraron las características específicas de los perfiles de tornillos para diversos productos objetivo. Se predijeron cantidades versátiles para un rendimiento óptimo de extrusión de alimentos de doble tornillo, incluida la presión, el par del motor, la energía mecánica específica (SME), la relación de expansión (ER), la absorción de agua (WAI) y la solubilidad en agua (WSI). En este estudio, se utilizó harina de trigo cerosa de primavera roja dura (var. Sagitario), que se obtiene del Laboratorio de Calidad de Trigo Occidental del USDA (Pullman, WA, EE. UU.). La harina contenía 14,1 por ciento de proteína (porcentaje seco), que se hidrató a 4 ℃ en una mezcladora para alcanzar el contenido de humedad especificado. Se utilizó examen colorimétrico con una solución de yodo para verificar la falta de amilosa. El proceso de extrusión se llevó a cabo con una extrusora de doble tornillo co-rotativo de 20 mm de diámetro (Modelo TSE 20/40, CW Brabender Instruments Inc., South Hackensack, Nueva Jersey, EE. UU.). La extrusora se condujo con una relación L/D de 20:1 y cuatro zonas separadas de temperatura regulada. Tanto un modelo de algoritmo genético como un modelo de red neuronal se realizaron utilizando MATLAB (R2015b, MathWorks, Inc., Natick, MA, EE. UU.). Para la presión, el par motor y las respuestas del proceso SME, los modelos de redes neuronales demostraron una alta R 1 relación L/D y cuatro zonas separadas de temperatura regulada. Tanto un modelo de algoritmo genético como un modelo de red neuronal se realizaron utilizando MATLAB (R2015b, MathWorks, Inc., Natick, MA, EE. UU.). Para la presión, el par motor y las respuestas del proceso SME, los modelos de redes neuronales demostraron una alta R 1 relación L/D y cuatro zonas separadas de temperatura regulada. Tanto un modelo de algoritmo genético como un modelo de red neuronal se realizaron utilizando MATLAB (R2015b, MathWorks, Inc., Natick, MA, EE. UU.). Para la presión, el par motor y las respuestas del proceso SME, los modelos de redes neuronales demostraron una alta R² (>0,979), pero las respuestas al producto ER (0,935), WSI (0,900) y WAI (0,847) demostraron valores de R ^{2 significativamente más bajos.}Se generaron cinco productos objetivo diferentes en cinco ensayos independientes utilizando el modelo de algoritmo genético. Entre los ensayos 1, 3, 4 y 5 con dos desviaciones estándar, el ensayo dos tuvo una expansión un poco mayor de lo previsto. Para los ensayos 1, 2 y 4, el índice de absorción de agua estuvo dentro de dos desviaciones estándar. Para los ensayos 1, 3, 4 y 5, el índice de solubilidad en agua estuvo dentro de dos desviaciones estándar. La variación prevista fue especialmente significativa en WAI, que tiene un rango de variabilidad más amplio. Finalmente, sus hallazgos mostraron que el método propuesto tiene suficiente eficiencia para predecir las características óptimas del diseño del perfil del tornillo para proporcionar un mejor proceso de extrusión.

Diseño y fabricación de máquinas extrusoras para reciclaje de plásticos.

Resumir: Kumar et al. ^[14]construyó un sistema de extrusión para producir filamentos a partir de plásticos reciclables, que es una parte vital del diseño de impresoras 3D. En este trabajo se construyó una máquina de expulsión para generar fibra de impresión 3D a partir de pellets de botellas de PET. El diseño final fue una máquina de bajo costo y alto rendimiento que tritura, disuelve y mezcla botellas de agua de plástico de tereftalato de polietileno después de expulsarlas como fibra homogénea. El procedimiento principal del sistema de extrusión diseñado contiene un tornillo que transfiere bolitas de plástico reciclables desde un soporte a través de un punto de calentamiento en una línea de metal donde el plástico se licua mediante una alta temperatura térmica. Luego, los gránulos de plástico licuados se mueven hacia el tornillo desde el soporte para comprimirlos a través de un pico hacia el final de la línea para enmarcar una fibra. El proceso de extrusión tiene cinco etapas individuales que incluyen la instalación de la boquilla del extrusor, la fijación de la temperatura del material, la tolva de alimentación, el filamento guía y la medición del diámetro del filamento, en las que la temperatura puede cambiar para lograr distintos tamaños de filamento. El proceso de diseño se realizó en siete fases que incluyeron barril, tolva, boquilla, varilla roscada, cuchilla trituradora, fundición de la trituradora y ensamblaje de extrusión. Sus resultados demostraron que se puede lograr un resultado óptimo fijando los rangos de temperatura entre 230 y 250 °C y que se puede lograr una tasa de alta eficiencia disminuyendo la conducción de calor. Con una mayor separación entre el contenedor y la zona cálida, se podrá incluir un mayor volumen de plásticos, permitiendo que el extrusor descargue más fibra sin riesgo de bloquear el delta de la línea de calentamiento. tolva de alimentación, guía del filamento y medición del diámetro del filamento, en el que la temperatura puede cambiar para lograr distintos tamaños de filamento. El proceso de diseño se realizó en siete fases que incluyeron barril, tolva, boquilla, varilla roscada, cuchilla trituradora, fundición de la trituradora y ensamblaje de extrusión. Sus resultados demostraron que se puede lograr un resultado óptimo fijando los rangos de temperatura entre 230 y 250 °C y que se puede lograr una tasa de alta eficiencia disminuyendo la conducción de calor. Con una mayor separación entre el contenedor y la zona cálida, se podrá incluir un mayor volumen de plásticos, permitiendo que el extrusor descargue más fibra sin riesgo de bloquear el delta de la línea de calentamiento. tolva de alimentación, guía del filamento y medición del diámetro del filamento, en el que la temperatura puede cambiar para lograr distintos tamaños de filamento. El proceso de diseño se realizó en siete fases que incluyeron barril, tolva, boquilla, varilla roscada, cuchilla trituradora, fundición de la trituradora y ensamblaje de extrusión. Sus resultados demostraron que se puede lograr un resultado óptimo fijando los rangos de temperatura entre 230 y 250 °C y que se puede lograr una tasa de alta eficiencia disminuyendo la conducción de calor. Con una mayor separación entre el contenedor y la zona cálida, se podrá incluir un mayor volumen de plásticos, permitiendo que el extrusor descargue más fibra sin riesgo de bloquear el delta de la línea de calentamiento. El proceso de diseño se realizó en siete fases que incluyeron barril, tolva, boquilla, varilla roscada, cuchilla trituradora, fundición de la trituradora y ensamblaje de extrusión. Sus resultados demostraron que se puede lograr un resultado óptimo fijando los rangos de temperatura entre 230 y 250 °C y que se puede lograr una tasa de alta eficiencia disminuyendo la conducción de calor. Con una mayor separación entre el contenedor y la zona cálida, se podrá incluir un mayor volumen de plásticos, permitiendo que el extrusor descargue más fibra sin riesgo de bloquear el delta de la línea de calentamiento. El proceso de diseño se realizó en siete fases que incluyeron barril, tolva, boquilla, varilla roscada, cuchilla trituradora, fundición de la trituradora y ensamblaje de extrusión. Sus resultados demostraron que se puede lograr un resultado óptimo fijando los rangos de temperatura entre 230 y 250 °C y que se puede lograr una tasa de alta eficiencia disminuyendo la conducción de calor. Con una mayor separación entre el contenedor y la zona cálida, se podrá incluir un mayor volumen de plásticos, permitiendo que el extrusor descargue más fibra sin riesgo de bloquear el delta de la línea de calentamiento. Sus resultados demostraron que se puede lograr un resultado óptimo fijando los rangos de temperatura entre 230 y 250 °C y que se puede lograr una tasa de alta eficiencia disminuyendo la conducción de calor. Con una mayor separación entre el contenedor y la zona cálida, se podrá incluir un mayor volumen de plásticos, permitiendo que el extrusor descargue más fibra sin riesgo de bloquear el delta de la línea de calentamiento. Sus resultados demostraron que se puede lograr un resultado óptimo fijando los rangos de temperatura entre 230 y 250 °C y que se puede lograr una tasa de alta eficiencia disminuyendo la conducción de calor. Con una mayor separación entre el contenedor y la zona cálida, se podrá incluir un mayor volumen de plásticos, permitiendo que el extrusor descargue más fibra sin riesgo de bloquear el delta de la línea de calentamiento.

Diseño de estructuras para mejorar los atributos característicos de análogos de carne vegetal extruida.

Resumir: Sun et al. ^[15]desarrolló un diseño de estructura para mejorar la calidad de análogos de carne de origen vegetal similares a las carnes animales reales. En este estudio, se utilizó tecnología de extrusión de alta humedad para evaluar formulaciones y optimizar las condiciones de extrusión, y se explicó el vínculo entre estructura y formulación/procesamiento. Se investigó la importancia de importantes componentes estructurales como proteínas, polisacáridos y sus mezclas en la producción de estructuras fibrosas en análogos de la carne. Luego, se exploró la influencia de la temperatura del barril, el diseño del dado de enfriamiento y el nivel de humedad del alimento para lograr una calidad análoga a la carne. Sus hallazgos demostraron que la extrusión con alto contenido de humedad es un método de procesamiento realista y rentable para producir análogos de carne de origen vegetal. Además,

Monitoreo óptico en línea del rendimiento de mezcla en extrusoras de doble tornillo co-rotativas

Resumir: Bernardo et al. ^[dieciséis]sugirió un método de monitoreo óptico en línea para evaluar el rendimiento de mezcla global de extrusoras de doble tornillo co-rotativo considerando varias geometrías. La tecnología propuesta se basa en la dispersión y el retardo de la luz causados por partículas de fase dispersa, que pueden usarse para obtener información sobre el número de partículas (como turbidez) y su forma (como forma de birrefringencia). Luego, en varios puntos axiales a lo largo de tres bloques de amasado separados y bajo diversas velocidades de tornillo, se formaron curvas de distribución del tiempo de residencia (RTD). Los parámetros K (una constante en la curva de pulso vinculada al área bajo una curva RTD) y la varianza de las curvas RTD se utilizaron para representar índices de mezcla dispersivos y distributivos. Se demuestra que K es un indicador preciso de la mezcla dispersiva, mientras que la varianza se puede utilizar para evaluar la mezcla distributiva. Los resultados de los experimentos indicaron que estos índices de mezcla son sensibles a cambios en las circunstancias de procesamiento y reflejan el comportamiento previsto de cada geometría de bloque de amasado.

Avances tecnológicos clave del procesamiento de extrusión

Resumir: Emin^[17]Estudió los últimos avances tecnológicos del procesamiento de extrusión que tienen un lugar valioso en las industrias alimentarias debido a su flexibilidad para utilizar diversas materias primas para producir productos alimenticios adaptables. Los estudios sobre este proceso se dividen principalmente en dos secciones esenciales, incluido el tornillo y la matriz, que se ocupan de la materia prima extruida y de dar la forma y textura deseada a los productos. Pasadas estas dos secciones, un producto estará listo para ser consumido por los clientes. Para garantizar la calidad de los productos diseñados, se realizaron algunos análisis que incluyen las propiedades de reacción y las propiedades reológicas. En el análisis de las propiedades de la reacción, no solo se consideran las interacciones moleculares, sino también algunos factores que incluyen la temperatura, el tiempo, el esfuerzo cortante, los componentes, la proporción de mezcla y el contenido de agua. En las propiedades reológicas, se examinan las propiedades de mezcla, el perfil de tensiones térmicas y mecánicas en la sección del tornillo, o la expansión y texturización en la sección de la matriz. El análisis de las condiciones de procesamiento es otro paso crítico que incluye el análisis del perfil de tensión térmica, el perfil de tensión termomecánico y el análisis de las características de mezcla. Para el primer análisis (perfil de estrés térmico), es muy importante recopilar cierta información sobre la temperatura del material y su tiempo de residencia. Para este último (perfil de tensiones termomecánicas y características de mezcla), se realiza un análisis numérico principalmente mediante el método de elementos finitos (FEM) utilizando el código FEM ANSYS POLFLOW para obtener información esencial sobre el perfil de tensiones termomecánicas y las características de mezcla.

Diseño

Diseño 1

Resumir: Este procedimiento de diseño fue utilizado por Sobowale et al. ^[18]^[19] para fabricar una extrusora de doble tornillo. La extrusora fue diseñada para resolver todos los problemas mencionados en la construcción de una extrusora de doble tornillo realizada por Senanayake y Clarke^[20] y Yamsaengsung y Noomuang . ^[21]En este trabajo, se investigó el rendimiento de la extrusora diseñada utilizando varios instrumentos, incluida la harina de cocoyam, la variación del contenido de humedad del alimento (FMC) y la velocidad del tornillo (SS). Se analizaron varios factores, como la relación de expansión, el tiempo de residencia (RT), el rendimiento y la eficiencia funcional para garantizar que todas las piezas de la extrusora estén ensambladas adecuadamente y funcionen correctamente con alta eficiencia. La extrusora construida funcionó admirablemente y los productos se expandieron bastante bien. Excepto por la decoloración del extruido de cocoyam a temperaturas elevadas, que resultó en un producto indeseable, no hubo problemas graves durante la operación. Esto finalmente influyó en la temperatura del barril y el FMC utilizado, y se sugiere que la extrusión en frío es más apropiada para el extruido de cocoyam.

Cálculos

Los cálculos de diseño se realizaron con base en el trabajo de Senanayake y Clarke, ^[20] Harold et al. , ^[22] Khurmi y Gupta, ^[23] Singh y Heldman, ^[24] y Sobowale et al. obras. ^[25]^[26]^[19]Los diversos parámetros de una extrusora de doble tornillo diseñada se enumeran en la Tabla I. Se definieron valores esenciales y se obtuvieron otros valores con menos importancia durante los cálculos de diseño. Estos parámetros son fundamentales para satisfacer los objetivos de diseñar una extrusora de doble tornillo adecuada en términos de productos extruidos comerciales, de producción en masa y precisos. Por lo tanto, se debe considerar cuidadosamente la definición de los valores de los parámetros y la relación entre ellos durante el diseño de la extrusora de doble tornillo.

Tabla II-Parámetros de diseño en ^[18]^[19]
Parámetro	Símbolo	Unidad	Suposiciones	Número de fórmula
Longitud del cañón	LB _{_}	milímetros	-	(1)
Longitud del tornillo	l	milímetros	1898, la relación L/D es 25/1	(1)
Diámetro del tornillo	D	milímetros	65, la relación L/D es 25/1	(1)
Altura del haz	Ymáx	milímetros	-	(2)
Diámetro inicial del círculo primitivo	Correos	milímetros	-	(2)
Espesor de la viga	b	milímetros	-	(2)
Longitud de la cara de la viga	I	milímetros	-	(2)
Consumo total de energía	punto	kilovatios	-	(3)
Porción del consumo de energía para disipación viscosa.	PD	kilovatios	-	(3)
Diámetro de velocidad	Enfermedad venérea	milímetros	-	(3)
Diferencia de presión	ΔP	norte-mm ^-2	-	(3)
Poder del tornillo número	Notario público	rpm	-	(4)
Densidad de extruido	ρ	kg/ ^m3	-	(4)
Velocidad del tornillo	norte	rpm	-	(4)
Relación de velocidad	nº	rpm	-	(5)
Diámetro de la polea conducida	D2	milímetros	73,5	(5)
Diametro de la polea motriz	D1	milímetros	-	(5)
Velocidad de la polea motriz	N1	rpm	-	(6)
Velocidad de la polea conducida	N2	rpm	-	(6)
Longitud del cañón	Bl _{_}	milímetros	-	(7)
Ancho de vuelo	ε	milímetros	5.6	(8)
Autorización de vuelo radial	δf	milímetros	0,2	(9)
Diámetro interno del cilindro extrusor	Db	milímetros	65.2	(15)
Ángulo de hélice en el raíz del tornillo	θs	grado	-	(10)
Ángulo de hélice en la raíz del perno.	θb	grado	-	(10)
Ancho del canal en el raíz del tornillo	Ws	milímetros	-	(11)
Ancho del canal en el raíz del perno	Wb	milímetros	-	(11)
Peso de la polea	wp	norte	14.715	(12)
masa de la polea	MP	kg	1.501	(12)
Volumen de la tolva	V	metros ³	4.125 × 10 ³	(13)
Cambio en el radio del eje	Δr	milímetros	-	(13)
Altura del eje	h	milímetros	-	(13)
Diameter of the shaft	Ds	mm	24	(14)
Permissible shear stress of the shaft (torque)	T	Nm	4.95	(14)
Mass flow rate	m	kg/hr	50	(15)
Channel depth of metering	Hm	mm	2.72	(15)
Specific gravity	G	no unit	-	(15)
Dynamic bearing capacity of thrust Bearing	Creq	kN	15.14	(16)
Factor for sense of rotation	fd	no unit	-	(16)
Thrust pressure from the extruder	Fax	kN	15.14	(16)
Bearing life duration	Lf	hr	-	(16)

Design 2

Summarize: Justino Netto and Silveira^[27] designed a 3D Printer head (Fig. 2) by applying twin-screw extrusion concept, in which both approaches of in-process multi material mixing and direct deposition of the product simultaneously were organized for the proper creation of 3D objects. Their methodology were established based on Kohlgrüber book on designing Co-rotating twin-screw extruder.^[28] To evaluate the correctness of the formalized procedure, a real-scale print head of ABS was produced by using a 3D printer. Prototyping experiment revealed that manufacturing small screw elements is challenging albeit it is feasible. Also, their findings revealed that alternative procedures must be arranged for more compacting the transmission system. Moreover, the utilized framework might be used in other projects that deal with small-scale designing and provide helpful a systematic approach to clearly define the influence factors on designing 3D print heads.

Fig.2. 3D printer head platform based on twin screw extrusion

Table II showed the parameters of designing a three-dimensional print head based on twin-screw extrusion that was proposed by Netto and Silveira.^[27] Similar works in the literature ignore reporting this valuable information. In this work, a systematic approach to aspects of the designing procedure was reported precisely to provide a complete guideline for future works. Moreover, the analytical models of this work are very useful to adapt the decision-making process in other small-scale extruders in similar works.

Table II-Design parameters in Justino Netto and Silveira^[27] study
Parameter	Symbol	Unit	Assumptions	Number of Formula
External diameter	D_E	mm	12.0	(1)
Centerline distance	A	mm	10.2	(1)
Number of threads	Z		2	(1)
The screw pitch	P	mm	18, 12, 6	(6)
Clearance between the screws	s	mm	0.2	-
Flank angle of the offset profile	F_W1	deg	70.44, 69.31, 66.89	-
Flank angle of the fully wiped profile	F_W0	deg	63.6	-
Tip angle of the offset profile	K_W1	deg	12.69, 14.95, 19.78	-
Tip angle of the fully wiped profile	K_W0	deg	26.4	-
The reduced external diameter	D_A	mm	11.8	(3)
The reduced internal diameter	D_K	mm	8.2	-
The internal diameter	D_I	mm	8.4	-
The intended low rotation speed of the screws	N	rpm	10	(3)
The minimal diameter of the shafts	ds	mm	5.5	(2)
The stipulated driving torque	M_D	N.m	10	(2)
The permissible stress	τ_adm	MPa	689.6	(2)
Clearance	σ	mm	0.2	(3)
The length of the screw	L	mm	120	(5)
The free cross section area between the screws and the barrel	A_free	mm²	74.4	(6)
Orifice diameter	d₀	mm	2.38	(7)
The wall shear rate		s^-1	43.5	(7)
The length of the die	L_die	mm	12.5	(8)
Dimensionless parameter for flow resistance	K_p	No unit	3.8 × 10⁴	(8)
The circumscribed diameter of the hexagonal shafts	d_s	mm	5.5	(10)
The effective length of the shafts	L_eff	mm	240	(10)
The compressive load	F_app	mm	155	-
Pressure drop at the die	Δp	MPa	1.37	(8)

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Keywords	extruder, waste-to-food
Authors	Seyyed Ali Sadat
License	CC-BY-SA-4.0
Affiliations	Western University, FAST
Language	English (en)
Translations	Chinese, Czech, Thai, Korean, Tamil
Impact	746
Suggestions	Add a main image, Write a lead section
Created	January 9, 2022 by Seyyed Ali Sadat
Modified	June 9, 2023 by Felipe Schenone
Cite as	Seyyed Ali Sadat (2022-2023). "Revisión de la literatura sobre el diseño de extrusoras de doble tornillo" . Apropedia . Consultado el 16 de septiembre de 2023 .
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