BR102012032465B1

BR102012032465B1 - rotor de seis asas aplicado em máquina misturadora para processamento de polímeros e máquina misturadora

Info

Publication number: BR102012032465B1
Application number: BR102012032465-2A
Authority: BR
Inventors: Cláudio João Colombo
Original assignee: Mecanica Bonfanti S.A.
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2021-01-05
Also published as: BR102012032465A2

Abstract

ROTOR DE SEIS ASAS APLICADO EM MÁQUINA MISTURADORA PARA PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E MÁQUINA MISTURADORA. O rotor (R) compreende um cilindro tubular (20) tendo um primeiro e um segundo extremo (20a, 20b) e incorporando, em uma superficie ciliindrica externa, asas longas (22), em desenvolvimento helicoidal, o..cupando entre 65% e 80% da extensão longitudinal do cubo tubular (20), a partir do primeiro extremo (20a), e asas curtas (23), em desenvolvimento helicoidal, oposto e defasado em relação ao das asas longas (23), e ocupando entre 20% a 35% da extensão longitudinal do cilindro tubular (20), a partir do segundo extremo (20b). A máquina misturadora inclui uma câmara de mistura (11) com um par de cavidades (11a, 11b), cada uma acomodando um rotor (R), com seu cilindro tubular (20) tendo as asas longas (22) e as asas curtas (23) em posição invertida em relação às mesmas asas do outro rotor (R).

Description

Campo da invenção

[001] Refere-se a presente invenção a uma construção de rotor de seis asas para máquinas misturadoras de bateladas de produtos diversos, tais como polímeros, ditas máquinas apresentando dois rotores, contra-rotativos e tendo seis asas tangenciais não engrenadas entre si. Os rotores da invenção provêm mistura dispersiva e distributiva melhorada de compostos no misturador de bateladas. A invenção diz respeito também a uma máquina misturadora para processamento de polímeros em batelada, empregando os dois novos rotores da invenção.

Antecedentes da invenção

[002] As máquinas misturadoras de polímeros em batelada, de alta intensidade e conhecidas da técnica, apresentam uma câmara de mistura conformada para acomodar dois rotores paralelos, horizontais, acionados em sentidos contrários e providos de asas que operam com certo afastamento entre si e em relação às paredes da câmara de mistura. A batelada de compostos a serem misturados em uma massa homogênea é superiormente alimentada dentro da câmara de mistura através de uma moega de alimentação e, geralmente, conduzida forçadamente para baixo, em direção à região definida entre os rotores, por um pistão hidráulico ou pneumático, disposto no interior da moega de alimentação. A face inferior do pistão, quando avançada para baixo durante a alimentação da batelada, fecha uma porção superior da câmara de mistura.

[003] A mistura homogênea, produzida pela atuação dos rotores, é removida da câmara de mistura através de uma abertura de descarga inferior, a qual, após a retirada de uma batelada de mistura homogeneizada, é fechada para que a câmara de mistura possa receber a próxima batelada de compostos a serem misturados.

[004] Atualmente, as máquinas misturadoras utilizadas na produção de polímeros em geral, tais como borracha para indústria de pneus e artefatos de borracha, são dotadas de rotores com duas ou quatro asas, sendo que nestas construções, as máquinas misturam os compostos com um grau de dispersão e distribuição que atende a maioria das empresas fabricantes de pneus e/ou artefatos de borracha.

[005] Algumas máquinas misturadoras de batelada são projetadas com rotores não engrenados, e outras têm rotores engrenados. Rotores engrenados devem sempre ser acionados na mesma velocidade rotacional em relacionamento sincronizado; rotores não engrenados podem ser acionados na mesma velocidade rotacional ou em velocidades rotacionais diferentes para prover diferentes efeitos de mistura e homogeneidade.

[006] Os documentos US1200070, US3610585, US4744668, US4384543 e US6494607 descrevem máquinas misturadoras de batelada tendo rotores não engrenados, como aqueles objeto da presente invenção.

[007] Entretanto, nessas conhecidas soluções que utilizam rotores não engrenados, cada rotor apresenta duas ou quatro asas longitudinais, geralmente em disposição helicoidal. A atuação conjunta das asas longitudinais dos rotores produz uma mistura e uma homogeneização de alta intensidade, pela interação cooperativa de seus efeitos dinâmicos, a seguir descritos.

[008] Os conhecidos rotores não engrenados (tangenciais), de até quatro asas, promovem mistura primariamente micro- dispersiva (intensiva) devido às forças de cisalhamento intensivas geradas pelos rotores na câmara de mistura. Nestas construções, as altas forças de cisalhamento rapidamente rompem aglomerados na batelada de materiais a serem misturados. Os rotores não engrenados também têm as propriedades de prover altos fatores de enchimento, curtos tempos de alimentação e descarga e excelentes características de mistura dispersiva. Entretanto, tais rotores não engrenados não provêem mistura distributiva (extensiva) com adequada homogeneidade da mistura. Além disso, os rotores não engrenados destas construções geralmente transferem uma indesejável elevada temperatura ao material a ser misturado.

[009] As construções conhecidas de máquinas misturadoras empregando rotores engrenados têm melhores características de transferência térmica e melhor controle térmico sobre a batelada em mistura. Além disso, tais construções produzem altas deformações longitudinais na região de cunha descendente entre os dois rotores, produzindo boa divisão de corrente de materiais em mistura e, portanto, boa mistura distributiva.

[010] Entretanto, o uso de rotores engrenados apresenta os inconvenientes de exigir sincronismo em sua operação, e potências instaladas mais elevadas para uma máquina misturadora de mesmo volume de mistura.

[011] Em contraste, nas máquinas misturadoras empregando rotores não engrenados, é produzida uma divisão suave de corrente de materiais em mistura na região de cunha descendente e, portanto, não é geralmente produzida uma mistura distributiva equivalente àquela obtida com os rotores engrenados.

[012] Existe, portanto, interesse em se prover rotores não engrenados, para uso em máquinas misturadoras de batelada apresentando mecanismos de acionamento relativamente simples e de baixo custo, mas que produzam, simultaneamente, boa mistura dispersiva e boa mistura distributiva no processamento da batelada de compostos a serem misturados.

Sumário da invenção

[013] Assim, é um objetivo da presente invenção prover uma construção de rotor de seis asas, para aplicação em uma máquina misturadora de batelada e apresentando suas asas definidas e distribuídas ao longo do corpo do rotor, de modo a proverem melhores, dispersão, diluição e homogeneização da mistura da batelada de compostos alimentados à máquina misturadora.

[014] Outro objetivo da presente invenção é prover um rotor do tipo acima citado e que permita um bom controle da temperatura do processo, evitando transferência térmica indevida para o produto sendo misturado.

[015] Um objetivo específico da presente invenção é prover um rotor tal como acima citado e que, quando aplicado, especificamente na área de processamento de polímeros, permita promover uma mistura com maior grau de dispersão e distribuição dos compostos que constituem o polímero.

[016] Um objetivo adicional é prover uma máquina misturadora de batelada que apresente eficiência melhorada quanto à dispersão, à diluição e à homogeneização da mistura a ser produzida, sem provocar, no material em processamento, danos devidos a descontrole da temperatura na câmara de mistura e a perda de material inadequadamente processado.

[017] A invenção provê um novo projeto de rotor de seis asas no qual algumas asas provêm mistura primariamente dispersiva e outras asas provêm mistura primariamente distributiva na batelada.

[018] Outro aspecto da invenção é a capacidade para eliminar essencialmente qualquer área de estagnação possível dentro da câmara de mistura, através do projeto de asas dos rotores na câmara de mistura.

[019] Um aspecto adicional da invenção diz respeito à capacidade da máquina misturadora, formada pelo par de rotores, permitir a obtenção de diferentes intensidades de mistura, em função da geometria dos novos rotores, e ainda do emprego de outros parâmetros usuais, tal como velocidade de rotores.

[020] O rotor de seis asas não engrenado da invenção, a ser descrito adiante, é do tipo que compreende um cilindro tubular de rotor apresentando um primeiro e um segundo extremo, opostos entre si e que incorporam, cada um, uma extensão de eixo tubular aberta para o interior do cilindro tubular.

[021] De acordo com a invenção, o cilindro tubular de rotor incorpora, em uma superfície cilíndrica externa, uma pluralidade de asas longas, em desenvolvimento helicoidal, igualmente distanciadas entre si e ocupando entre 65% e 80% da extensão longitudinal do cilindro tubular, a partir do primeiro extremo, e uma pluralidade asas curtas, em desenvolvimento helicoidal oposto e defasado em relação ao das asas longas, igualmente distanciadas entre si e ocupando entre 20% a 35% da extensão longitudinal do cilindro tubular, a partir do segundo extremo oposto ao primeiro.

[022] De acordo com uma possível concretização da presente invenção, as asas longas apresentam, ao longo de sua extensão longitudinal, diferentes trechos, preferivelmente três, cada um apresentando uma altura radial distinta da dos demais trechos, cada trecho apresentando uma altura radial e uma extensão axial preferivelmente constantes e sendo provido, em cada asa longa, de acordo com um arranjo sequencial distinto daquele das outras asas longas.

[023] O rotor de seis asas da presente invenção é utilizado em uma máquina misturadora de bateladas, para processamento de polímeros, em máquinas para a indústria de borracha e outros produtos que exijam uma mistura homogênea de diferentes materiais, provendo uma melhor dispersão e distribuição dos compostos durante o processo de mistura.

[024] A invenção provê ainda uma máquina misturadora de batelada, incluindo uma câmara de mistura com um par de cavidades, cada uma acomodando um rotor tal como acima definido, sendo cada rotor construído e disposto com seu cilindro tubular apresentando as asas longas e as asas curtas em posição invertida em relação às mesmas asas do outro rotor que rotaciona em sentido contrário.

Descrição resumida dos desenhos

[025] A presente invenção será descrita com base nos desenhos anexos, dados a título exemplificativo, mas não limitativo e nos quais:

[026] A figura 1 representa, esquematicamente, uma vista em corte transversal de uma máquina misturadora de batelada que opera com um par de rotores construídos de acordo com a presente invenção;

[027] A figura 2 representa, esquematicamente, uma vista em corte horizontal ampliado e tomado ao longo da linha II-II na figura 1;

[028] A figura 3 é uma vista em planta superior de um dos rotores construídos de acordo com a presente invenção;

[029] A figura 4 representa uma vista extrema do rotor em questão, dita vista tendo sido tomada na direção da seta IV- IV na figura 3;

[030] A figura 5 representa uma vista em corte transversal do rotor, tomado segundo a linha V-V na figura 3; e

[031] A figura 6 representa uma vista em perspectiva de um par de rotores dispostos lado a lado, na posição relativa na qual operam na câmara de mistura.

Descrição detalhada da invenção

[032] A presente invenção será descrita considerando uma máquina misturadora 10, de alta intensidade e do tipo de batelada, tal como genericamente ilustrado nas figuras 1 e 2.

[033] A máquina misturadora 10 compreende uma câmara de mistura 11 na qual é alojado um par de rotores R, com asas e não engrenados, cada um apresentando um cilindro tubular 20 com extremos opostos 20a, 20b, que incorporam, cada um, um respectivo colar anelar 21 e uma extensão de eixo tubular 30 aberta para o interior do cilindro tubular 20, através do respectivo colar anelar 21, e apoiado em mancais, na estrutura (não ilustrada) da máquina misturadora 10. O cilindro tubular 20 incorpora, em sua superfície cilíndrica externa, uma pluralidade de asas longas 22 e de asas curtas 23.

[034] De acordo com a forma de concretização da invenção ilustrada nos desenhos, o cilindro tubular 20 incorpora três asas longas 22, em desenvolvimento helicoidal, igualmente distanciadas entre si e ocupando entre 65% e 80% da extensão longitudinal do cilindro tubular 20, a partir de um primeiro extremo 20a desse último, e três asas curtas 23, também em desenvolvimento helicoidal, mas oposto e defasado em relação ao das três asas longas 22, igualmente distanciadas entre si e ocupando entre 20% a 35% da extensão longitudinal do cilindro tubular 20, a partir de seu segundo extremo 20b.

[035] De acordo com uma forma preferida de realização da invenção, as três asas longas 22 apresentam, ao longo de sua extensão longitudinal, diferentes trechos 22a, 22b, 22c, cada um apresentando uma altura radial distinta da dos demais trechos, cada trecho apresentando uma altura radial e uma extensão axial preferivelmente constantes e sendo provido, em cada asa longa 22, de acordo com um arranjo sequencial distinto daquele das outras asas longas 22.

[036] As três asas longas 22 apresentam uma seção transversal derivada de um mesmo padrão trapezoidal, com a base maior coincidente com a superfície cilíndrica do cilindro tubular 20 e com a base menor definida em função da altura radial de cada trecho 22a, 22b, 22c, de cada asa longa 22.

[037] Na configuração ilustrada, as três asas curtas 23 também apresentam alturas radiais distintas entre si, definindo bordas longitudinais 23a, 23b, 23c, com diferentes larguras, em razão do fato de referidas asas curtas 23 apresentarem uma seção transversal derivada de um mesmo padrão trapezoidal, com base maior coincidente com a superfície cilíndrica do cubo tubular 20 e com a base menor definida em função da altura radial de cada asa curta 23.

[038] Um par de rotores R com a construção acima descrita é montado no interior da câmara misturadora 11 da máquina misturadora 10, conforme ilustrado nas figuras 1 e 2 e ainda segundo a disposição melhor ilustrada na figura 6.

[039] Como pode ser observado, os dois rotores R são construídos e dispostos de modo que seus cilindros tubulares 20 apresentam as asas longas 22 e as asas curtas 23 em posição invertida em relação às mesmas asas do outro rotor R. Em outras palavras, os dois rotores R são montados com o primeiro extremo do cilindro tubular 20 de um ficando transversalmente alinhado com o segundo extremo do cilindro tubular 20 do outro rotor R.

[040] Os rotores R são rotativamente acionados em sentidos opostos entre si, com a região definida entre os dois rotores R formando uma região de passagem descendente do material em processo de mistura.

[041] Os rotores R são rotativamente acionados por um mecanismo de acionamento, não ilustrado e que pode apresentado diferentes configurações convencionais, não sendo sua definição relevante à presente invenção. O mecanismo de acionamento pode incluir meios de controle de velocidade para variar a velocidade de rotação de um ou de ambos os rotores, como desejado, dependendo dos ingredientes particulares na câmara de mistura 11, de sua temperatura e de seu estado viscoso, e da taxa desejada de potência de mistura a ser fornecida pelos rotores.

[042] A câmara de mistura 11 apresenta um par de cavidades de câmara 11a, 11b, cada uma apresentando formato parcialmente cilíndrico, com os contornos circulares sendo mutuamente secantes, com cada cavidade de câmara 11a, 11b, alojando um respectivo rotor R. As cavidades de câmara 11a, 11b são posicionadas geralmente na horizontal, com a região mediana superior da câmara de mistura 11 sendo provida de uma abertura 13 a ser fechada por um meio bloqueador, tal como um pilão hidráulico ou pneumático, não ilustrado, para permitir a alimentação do material na região de passagem descendente, definida entre os dois rotores R.

[043] O produto misturado e homogeneizado é descarregado por uma abertura de descarga 15, normalmente fechada por uma porta 16.

[044] Em função do fato de cada asa longa 22 ser definida por diferentes trechos 22a, 22b e 22c, cada um apresentando uma altura radial distinta daquela dos demais trechos e ainda do fato de as asas curtas 23 apresentarem alturas radiais distintas entre si, os diferentes trechos 22a, 22b, 22c das asas longas 22 e as asas curtas 23 definem diferentes folgas radiais entre cada rotor R e uma confrontante parede interna da respectiva cavidade de mistura 11a, 11b.

[045] Cada folga radial entre as asas e a respectiva cavidade de mistura apresenta uma função diferenciada durante a mistura, ou seja, a folga menor promove uma maior tensão de cisalhamento ao composto, com consequente melhor dispersão. A folga media promove uma menor tensão de cisalhamento e um alongamento maior ao produto em mistura, provendo uma melhor distribuição ao composto, ao passo que a folga maior apresenta uma tensão de cisalhamento menor, porém uma movimentação maior do produto, melhorando a propriedade do misturador de retirar calor do composto, com consequente melhor capacidade de refrigeração do conjunto e, ao mesmo tempo, resultando em um composto mais homogêneo, devido à maior movimentação do composto dentro da câmara de mistura 11, resultando em melhor grau de distribuição e homogeneidade e conduzindo a uma melhor qualidade no polímero resultante, com melhor dispersão, distribuição e homogeneidade de seus compostos.

[046] Os rotores R apresentam uma passagem longitudinal 24 em suas extensões de eixo 30, mantida em comunicação com uma câmara interna 25 do cilindro tubular 20, ditas passagens longitudinais 24 e câmara interna 25 permitindo a passagem de um fluido refrigerante, geralmente água, para controle da temperatura do composto em mistura.

Claims

1. Rotor de seis asas aplicado em máquina misturadora para processamento de polímeros, dito rotor (R) compreendendo um cilindro tubular (20) apresentando um primeiro e um segundo extremo (20a, 20b), opostos entre si e que incorporam, cada um, uma extensão de eixo tubular (30) aberta para o interior do cilindro tubular (20), sendo o rotor (R) caracterizado pelo fato de o cilindro tubular (20) incorporar, em uma superfície cilíndrica externa, três asas longas (22), em desenvolvimento helicoidal, igualmente distanciadas entre si e ocupando entre 65% e 80% da extensão longitudinal do cilindro tubular (20), a partir do primeiro extremo (20a), e três asas curtas (23), em desenvolvimento helicoidal, oposto e defasado em relação ao das três asas longas (23), igualmente distanciadas entre si e ocupando entre 20% a 35% da extensão longitudinal do cilindro tubular (20), a partir do segundo extremo (20b), sendo que as asas longas (22) apresenta, ao longo de sua extensão longitudinal, diferentes trechos (22a, 22b, 22c), cada um apresentando uma altura radial distinta da dos demais trechos, cada trecho (22a, 22b, 22c) de cada asa longa (22) apresentando pelo menos um dos parâmetros definidos pela altura radial e pela extensão axial, com valor constante, sendo cada trecho (22a, 22b, 22c) provido, em cada asa longa (22), segundo um arranjo sequencial distinto daquele das outras asas longas (22).

2. Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de as asas curtas (23) apresentarem alturas radiais distintas entre si, definindo bordas longitudinais (23a, 23b, 23c), com diferentes larguras.

3. Rotor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2,caracterizado pelo fato de as asas longas (22) e de as asas curtas (23) apresentarem uma seção transversal derivada de um mesmo respectivo padrão trapezoidal, com a base maior coincidente com a superfície cilíndrica do cilindro tubular (20) e com a base menor definida em função da altura radial de cada trecho (22a, 22b, 22c), de cada asa longa (22) e da altura radial de cada asa curta (23).

4. Máquina misturadora, para processamento de polímeros, incluindo uma câmara de mistura (11) com um par de cavidades (11a, 11b), cada uma acomodando um rotor (R) tal como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, dita máquina sendo caracterizada pelo fato de cada rotor (R) ser construído e disposto com seu cilindro tubular (20) apresentando as asas longas (22) e as asas curtas (23) em posição invertida em relação às mesmas asas do outro rotor (R).

5. Máquina, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de os diferentes trechos (22a, 22b, 22c) das asas longas (22) e de as asas curtas (23) definirem diferentes folgas radiais entre cada rotor (R) e uma confrontante parede interna da respectiva cavidade de mistura (11a, 11b).