Diseño de una máquina para el proceso de moldeo por extrusión a partir de pellets de polietileno

Abstract

RESUMEN: Una extrusora de plástico es una máquina que consiste en la extrusión de materiales termoplásticos que al ser tratados bajo un proceso continuo de moldeo bajo condiciones de presión y temperatura definidas permite transformar los materiales en productos con una geometría en particular. Es usado en la creación de elementos que pueden tener una longitud indefinida, pero un diámetro constante como es el caso de los filamentos de impresión 3D, tubos o mangueras. El presente trabajo presenta el modelado 3D de una extrusora de plástico de tamaño medio, así como el diseño del control para la variable de temperatura y pruebas realizadas en tiempo real para validar su funcionalidad. En el primer capítulo se habla sobre la técnica de moldeo por extrusión, los diferentes tipos de extrusora que existen y los elementos que conforman a una extrusora de polímeros. Además, se presentan los diferentes termoplásticos usados en el moldeo por extrusión y sus características. Por último, se muestran algunas herramientas del software utilizado para el ensamblaje, análisis y modelado 3D. En el segundo capítulo se realizan los cálculos necesarios de los parámetros de diseño de los elementos que conforman a la extrusora y las consideraciones para su construcción. Para el tercer capítulo se realiza la selección de los elementos del equipo y los materiales adecuados a considerar. Además, se presenta el modelado 3D de las diferentes piezas mecánicas y el ensamble final de estas. Una vez validado el diseño mecánico, en el cuarto capítulo se hace la simulación de la extrusora mediante un análisis térmico transitorio en SolidWorks. De esta manera, se obtiene una curva de respuesta dependiente de la potencia de la banda calefactora que fundirá la materia prima a una temperatura establecida. Finalmente, se implementa una 9 acción de control y se sintoniza el lazo para mejorar los parámetros de desempeño de esta, esto se valida físicamente con una tarjeta de adquisición de datos y se anexan los diagramas de control y conexión de los elementos eléctricos y electrónicos. En el último capítulo se da un costo aproximado de materiales y manufactura de los elementos para la construcción del equipo.