BRPI0409883B1 - “conjunto de matriz variável e método de secagem de material elastomérico sintético por vaporização rápida” - Google Patents

Description

“CONJUNTO DE MATRIZ VARIÁVEL E MÉTODO DE SECAGEM DE MATERIAL ELASTOMÉRICO SINTÉTICO POR VAPORIZAÇÃO RÁPIDA” CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção refere-se a elastômeros sintéticos e, mais especificamente, a métodos e aparelhos para secagem, isto é, remoção de umidade, dos elastômeros em causa.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0002] A tecnologia de extrusão-expansão é uma técnica de processamento que se apresenta em várias formas e remonta ao século XIX. A presente área de interesse refere-se aquela área de uma sequência de processamento de elastômeros (inclusive elastômeros sintéticos e naturais) onde o material de borracha foi combinado com água e agora a água tem ser removida. [0003] Nas configurações previamente adotadas, duas extrusoras em série tem sido empregadas para remover umidade da borracha; Genericamente, a primeira extrusora, também designada de extratora, comprime a borracha entre um par de elementos roscados casados. Esta parte do método é genericamente suscetível de reduzir o teor de umidade de cerca de 60% para cerca de 15%. [0004] Em seguida ao primeiro estágio do método de secagem pela extratora, o material de borracha é passado para uma segunda extrusora designada de uma expansora para secagem adicional. Esta segunda extrusora aumenta a pressão sobre e conseqüentemente a temperatura da borracha, assim criando um líquido super aquecido. Quando este líquido superaquecido é forçado através da extrusora, mais uma vez comumente pela utilização da tecnologia de acionamento por elementos roscados, o material é forçado através de matrizes ou telas filtrantes na extremidade do elemento roscado onde a umidade ou matéria volátil, é objeto de secagem por vaporização rápida. [0005] O método de secagem por vaporização rápida corresponde a uma rápida mudança em estado de líquido para vapor quando o material de borracha superaquecido passa através da matriz ou tela filtro e bruscamente retorna à pressão atmosférica normal enquanto a temperatura da água pode ainda estar significativamente acima de 100°C. A energia necessária para produzir o fenômeno de secagem por vaporização rápida é transferida para a borracha a partir do mecanismo de acionamento por elementos roscados (parafusos) no expansor. Esta transferência de energia é possibilitada pela resistência da borracha ao sair do expansor através das matrizes. A temperatura e pressão sobre a borracha superaquecida atingem um valor máximo nas matrizes, assim para uma velocidade de parafuso dada e taxa de vazão da borracha, a resistência, e por conseguinte o grau de energia transferido para a borracha, está subordinado à pressão na entrada. [0006] A pressão é fixada pela queda de pressão induzida pela passagem da borracha superaquecida através da matriz. Em um sistema prático, existirá um número de matrizes no ponto de saída do expansor e assim a pressão dependerá do número de matrizes, de sua geometria e dimensão de abertura. Nas configurações previamente empregadas, todos estes aspectos das matrizes eram fixos com qualquer sequência de processamento. Devido à técnica anterior ser de uma configuração fixa e inalterável, determinados problemas de produção ocorrem aos quais a presente tecnologia se endereça e supera. [0007] Quando a borracha superaquecida passa através das matrizes, o método de secagem por vaporização rápida produz descoesão da borracha desse modo criando migalhas de borracha que são transportadas para os enfardadores para processamento adicional. O controle da dimensão destas migalhas é um dos aspectos efetuando transporte satisfatório da borracha através das sequências de processamento restantes e, conseqüentemente, pode ter um impacto sobre o processamento adicional. Por exemplo, a redução de falhas de transportador ode ocorrer baseada sobre a produção de uma dimensão de migalhas demasiadamente pequenas. Como a tecnologia atualmente disponível emprega configurações de matriz prefixadas, nenhuma outra faculdade além de descontinuar a produção é disponível para se endereçar a questões envolvendo ajuste de pressão e dimensão de migalhas. Outrossim, inexiste qualquer faculdade para otimizar o método de processamento de borracha total além de controlar a velocidade do ejetor/expansor sem paralisar a produção. [0008] Embora várias implementações da tecnologia de extrusão/expansão tenham sido desenvolvidas, nenhuma construção surgiu que genericamente abranja todas as características desejadas conforme subseqüentemente apresentadas de acordo com a presente tecnologia.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0009] Tendo em vista as características identificadas encontradas na técnica precedente e contempladas pela presente invenção, uma metodologia aperfeiçoada para a secagem de materiais elastoméricos sintéticos foi desenvolvida. A presente tecnologia, por conseguinte, é dirigido a métodos e aparelhos que asseguram a otimização da pressão na matriz ou tela filtro sem a necessidade de paralisar a produção. [0010] Em uma modalidade típica da presente invenção, aparelhos e correspondentes métodos são previstos para otimizar dinamicamente a operação total de um sistema de extrusão/expansão que não exige a paralisação da produção para realizar a operação otimizada do sistema. [0011] Em uma outra modalidade típica da presente invenção, métodos e aparelhos é previsto que permitem o ajuste dimensional das migalhas durante o método de produção sem ter de recorrer à paralisação do expansor para alterar o conjunto de matriz. [0012] Em ainda outra modalidade típica da presente invenção, a pressão do suporte de matriz assim como as dimensões das migalhas podem ser automaticamente controladas. [0013] Objetivos e vantagens adicionais da presente invenção são se apresentarão ou se evidenciarão aqueles versados na técnica a partir da descrição detalhada aqui fornecida. Também, deve ser adicionalmente apreciado que modificações e variações nas características especificamente ilustradas, mencionadas e expostas podem ser praticadas em várias modalidades e aplicações da invenção sem se afastar do espírito e âmbito da invenção. As variações podem incluir, porém não estão limitadas à, substituição de dispositivos equivalentes, características ou etapas além daquelas ilustradas, mencionadas ou expostas, e a inversão funcional, operacional ou posicionai de várias partes, características, etapas ou semelhantes. [0014] Além disso, deve ser compreendido que diferentes modalidades, assim como diferentes modalidades atualmente preferidas, da presente invenção podem incluir várias combinações ou configurações das características, etapas ou elementos atualmente expostos, ou seus equivalentes (inclusive combinações de características, partes, ou etapas ou configurações das mesmas não expressamente mostradas nas figuras ou enunciadas na descrição detalhada das ditas figuras).

Modalidades adicionais da presente invenção, não indispensavelmente expressas no sumário, podem incluir e incorporar várias combinações de aspectos de características, componentes, ou etapas mencionadas nos objetivos resumidos acima, e/ou outros aspectos característicos, componentes, ou etapas conforme de outro modo expostas no presente pedido; Aqueles versados na técnica apreciarão melhor as características e aspectos das ditas modalidades, e outras, mediante a revisão do restante do relatório descritivo.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS [0015] Uma exposição completa e habilitadora da presente invenção, inclusive de sua modalidade ideal, dirigida para aqueles versados na técnica, é apresentada no relatório descritivo em conjunção com as figuras apensas, em que: [0016] A figura 1 ilustra uma cabeça expansora e mostrando um conjunto de suporte de matriz empregando quatro suportes de matriz separados. [0017] A figura 2 ilustra uma cabeça expansora e mostra um conjunto de suporte de matriz empregando quatro suportes de matriz separados; [0018] A figura 3 ilustra uma segunda vista em seção transversal do suporte de matriz ilustrado na figura 2 e mostra o aspecto de ajustabilidade da presente invenção; [0019] A figura 4 ilustra uma vista em seção transversal de um suporte de matriz de acordo com a presente invenção em um estado operacional; [0020] A figura 5 ilustra uma vista explodida de um suporte de matriz de acordo com a presente invenção; [0021] Uso repetido de caracteres de referência através da totalidade do presente relatório descritivo e dos desenhos apensos é proposta para representar características ou elementos análogos da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS [0022] Com referência a seguir à figura 1, nela é ilustrada uma cabeça expansora 100 configurada para alojar quatro suportes de matriz separados 110.

Deve ser apreciado que, embora quatro suportes de matriz 110 sejam ilustrados na presente configuração, este número é meramente típico pois o número de suportes de matriz pode variar dependendo dos requisitos de processamento tal como do tipo específico de elastômero sintético sendo processado. É mostrado também um orifício de válvula de escape 120 e manipulo operacional 122 que pode ser usado para paralisar a linha de produção e/ou para prestação de assistência à cabeça expansora 100. A haste de comando 130 pode ser acoplada com um mecanismo de controle e é empregada para dinamicamente regular os ajustes de matriz conforme será explanado em maior detalhe mais adiante. Deve ser apreciado que a haste de comando 130 e seu correspondente mecanismo de controle podem ser associados com equipamento de controle automatizado, não ilustrado, para controlar automaticamente a dimensão da abertura da matriz variável da presente invenção de acordo com requisitos de processamento conforme será explanado em maior detalhe mais adiante. [0023] As figuras 2 e 3 são ambas ilustrações em seção transversal tomada ao longo da linha 2-2 ilustrada na figura 1 da matriz variável de acordo com a presente modalidade típica. As figuras 2 e 3 ilustram respectivamente, uma posição relativamente "fechada" e uma posição "relativamente aberta" da matriz variável.

Com visto por ambas as figuras 2 e 3, a matriz variável da presente invenção é constituída de três partes principais: um corpo de matriz 200, uma luva de ajuste 220, e uma tela filtro 240. O corpo da matriz 200 pode ser fixado à cabeça extrusora 100 por intermédio da parte rosqueada 202 cooperante com um dispositivo de acoplamento rosqueado correspondente, não mostrado, sobre a cabeça extrusora.

Um aspecto do corpo de matriz 200 de importância específica para a presente invenção reside no fornecimento de uma superfície cônica ou chanfrada 204 que, juntamente com a superfície cônica 244 da tela filtro 240 forma um sistema de ajuste de pressão conforme será explanado em maior detalhe mais adiante. Com referência adicional às figuras 2 e 3, será observado que o corpo de matriz 200 é guarnecido de uma parte rosqueada adicional 206, os filetes de rosca da qual são configurados para se casarem com a parte rosqueada 226 da luva de ajuste 220. [0024] A luva de ajuste 220, como mostrado, é configurada para se superpor e se casar atarraxadamente com o corpo de matriz 200 de uma maneira selada à prova de pressão. Uma capacidade selada aperfeiçoada é obtida através do emprego de uma vedação de anel-em-0 208 interposto entre uma parte extrema lateral externa 210 do corpo de matriz 200 e uma superfície interna 230 da luva de ajuste 220. A luva de ajuste 220 é expandida em uma parte extrema 232 da mesma e internamente roscada com filetes de rosca 234 que cooperam com filetes de rosca 246 sobre a periferia externa da tela filtro 240. [0025] A tela filtro 240, como mencionado, tem filetes de rosca na periferia externa 246 que cooperam com filetes de rosca 234 da luva de ajuste 220 de tal maneira a reter a tela filtro 240 firmemente em posição assentando hermeticamente a tela filtro rosqueada 240 na parte expandida rosqueada 232 da luva de ajuste 220. A tela filtro 240 é perfurada por uma pluralidade de canais de vaporização uniformemente espaçados 250, como visto melhor nas figuras 1 e 5. Como ocorre com a ilustração típica previamente indicada de quatro suportes de matriz 110 ilustrada na figura 1como montados na cabeça extrusora 100, o número exato de canais de vaporização 250 previstos em cada suporte de matriz 110 variará dependendo do requisito específico relacionado com o tipo específico de material sendo processado. [0026] Atuando.inter alia, como um distribuidor para a pluralidade de canais de vaporização 250 do material sendo processado constitui um outro aspecto significativo da presente invenção visto na forma de canal de turbulência 268.

Propositadamente, o canal de turbulência 268 é configurado dentro da tela filtro 240 de tal maneira a proporcionar pelo menos um volume mínimo indiferentemente à posição recíproca da luva de ajuste 220 com relação ao corpo de matriz 200. A câmara de turbulência 268 é onde uma primeira secagem por vaporização e descoesão do elastômero sintético processado se verifica. À medida que o material sendo processado passa através do sistema de controle de pressão criado pelo espaço ajustável entre a superfície cônica 204 do corpo de matriz 200 e superfície cônica 244 da tela filtro 240, uma redução em pressão ocorre permitindo que o material sendo processado se decomponha e forme migalhas devido à rápida vaporização de uma parte da umidade encarcerada no interior do material. [0027] Uma segunda secagem por vaporização do material sendo processado ocorre quando o material passa a partir da câmara de turbulência 268 através da pluralidade de canais de vaporização 250. Mediante a passagem do material ainda superaquecido através dos canais de vaporização 250 e brusco exposição à pressão atmosférica, substancialmente a totalidade da umidade remanescente no material sendo processado instantaneamente ingressa em um estado vaporoso. [0028] Como previamente mencionado, a energia necessária para produzir o efeito de secagem por vaporização é transferida para o material sendo processado pela ação propulsora do parafuso no expansor. Esta energia é possibilitada, em parte, pela resistência do material ao sair do expansor através da matriz. Esta resistência é controlada em grande parte na presente invenção pelo espaçamento controlado entre as superfícies cônicas 204 e 244. [0029] Com referência adicional, em particular, à figura 3, será observado que é ilustrada uma seta "A" indicando a rotação da luva de ajuste 220 em relação ao corpo da matriz 200. A rotação da luva de ajuste 220 na direção da seta "A" produz o deslocamento da luva de ajuste e, conseqüentemente, o deslocamento da tela filtro afixada 24e0, na direção da seta "B". Isto é, a rotação na direção da seta "A" "abre" o espaço entre as superfícies cônicas 204, 244. Reciprocamente, naturalmente, a rotação em uma direção oposta à seta "A" "fecha" o espaço entre as superfícies cônicas 204, 244. Em uma configuração típica os filetes de rosca 206 do corpo de matriz e os filetes de rosca 226 da luva de ajuste podem ser configurados de tal maneira que um total de cinco (5) revoluções completas da luva de ajuste 220 deslocará a tela filtro 240 de uma posição substancialmente fechada, isto é, posição de ajuste zero, para uma posição efetivamente plenamente aberta, isto é, posição 100%. Durante a operação normal da matriz variável da presente invenção, dadas as definições "zero" e "100% aberta" recém mencionadas,uma faixa de operação normal compreenderá entre 5% aberta e 95% aberta. [0030] A rotação da luva de ajuste 220 pode ser efetivamente implementada por intermédio da engrenagem anular 260, mais claramente mostrada mais claramente na vista explodida do suporte de matriz 110 ilustrado na figura 5. A engrenagem anular 260 é configurada para cooperar com engrenagens adicionais, não mostradas, no interior da cabeça expansora 100 que atuam conjuntamente com o eixo 130 para simultaneamente ajustar todos os suportes de matriz 110 associados com a cabeça expansora 100. Como previamente indicado, tal ajuste dos suportes de matriz 110 pode ser controlado por intermédio de dispositivos automatizados que, embora não ilustrados, serão bem entendidos por aqueles versados na técnica de que trata a presente invenção. [0031] Um aspecto importante desta abertura e fechamento do espaço entre as superfícies cônicas 204 e 244 é que um novo mecanismo foi previsto permitindo o ajuste em tempo real da pressão aplicada a e da temperatura gerada no material sendo processado. Anteriormente aos ensinamentos da presente invenção, o controle em questão somente podia ser obtido paralisando a linha de produção e modificar manualmente o ajuste da matriz. Evidentemente uma técnica de modificação anterior deste tipo era prejudicial para a operação eficiente da do sistema extrusora/expansor. Um aperfeiçoamento ainda mais importante na operação de sistemas de extrusão/expansão é possível, conforme aqueles versados na técnica passarão a apreciar em virtude do ajuste do espaço entre as superfícies cônicas 204, 244 e assim da pressão e temperatura do material de método poderem ser controlado automaticamente através de microcontrolador, comutador, microprocessador ou outros dispositivos de processamento automatizados. [0032] Reportando-se sucintamente à figura 4,nela é ilustrada uma modalidade operacional da presente invenção. Como mostrado, o material 300 a ser processado e contendo proporções significativas de umidade, é forçado através do suporte de matriz 110 na direção da seta "C" por um mecanismo de transporte, não mostrado, porém que pode incluir um dispositivo transportador de parafusos sem fim. A quantidade de energia necessária para forçar o material 300 através do suporte de matriz 110 é determinada, em parte, pelo espaçamento de ajuste de pressão entre as superfícies cônicas 204, 244. Quando o material ingressa no espaço de ajuste de pressão e flui para o interior da câmara de turbulência 268, uma parte da umidade contida é liberada do material 300 devido à queda de pressão quando o material 300 ingressa na câmara de turbulência 268. A queda de pressão no interior da câmara de turbulência 268 e a subseqüente liberação de umidade produz descoesão do material 300 criando uma forma esboroada do material 300. Finalmente, à medida que o material ora esboroado passa através dos canais de vaporização 250, umidade adicional é removida do material esboroado quando a pressão sobre o material é bruscamente reduzida à pressão atmosférica e substancialmente a totalidade da umidade converte-se em vapor. [0033] Embora a presente invenção tenha sido descrita em detalhe com respeito a modalidades específicas da mesma, será apreciado que aqueles versados na técnica, mediante a compreensão do precedentemente exposto podem facilmente produzir alterações em, variações de, e equivalentes das ditas modalidades de realização. Por exemplo, embora a presente invenção tenha sido descrita em uso com a secagem de misturas contendo partículas elastoméricas, a presente invenção não está limitada a esta aplicação. Por conseguinte, o âmbito da presente invenção é apresentado a título de exemplo mais exatamente do que a título de limitação e a presente invenção não exclui a incorporação das ditas modificações, variações e/ou adições à presente invenção que seriam facilmente evidente aqueles versados na técnica usando os ensinamentos aqui expostos.

Claims (13)

1. Conjunto de matriz variável (110) compreendendo: um corpo de matriz (200) tendo uma parte interna e uma parte externa; e uma luva de ajuste (220) tendo uma parte interna e uma parte externa; o conjunto de matriz variável caracterizado adicionalmente por compreender: uma tela filtro (240), fixada na luva de ajuste (220) e deslocável com relação ao dito corpo de matriz (200), de modo a permitir o controle dinâmico da pressão aplicada ao material passando através da matriz.

2. Conjunto de matriz variável (110) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte da parte externa do corpo de matriz (200) e uma parte da parte interna da luva de ajuste (220) são cilíndricas e correspondentemente rosqueadas.

3. Conjunto de matriz variável (110) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da tela filtro (240) tem uma superfície externa e uma superfície interna e é fixada na luva de ajuste (220) com a superfície interna direcionada no sentido de uma parte extrema do corpo de matriz (200) e em que a superfície interna da tela filtro (240) e uma parte extrema do corpo da matriz (200) possuem superfícies de casamento (244, 204).

4. Conjunto de matriz variável (110) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as superfícies de casamento (244, 204) são troncônicas.

5. Conjunto de matriz variável (110) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma engrenagem montada sobre uma parte da superfície externa da luva de ajuste (240), de acordo com o qual o deslocamento da luva de ajuste (220) em relação ao corpo de matriz (200) pode ser efetuado para controlar dinamicamente a pressão aplicada ao material passando através da tela filtro (240).

6. Conjunto de matriz variável (110) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a engrenagem é uma engrenagem anular (260).

7. Conjunto de matriz variável (110) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tela de filtro (240) compreende ainda: um número predeterminado de orifícios atravessantes (250) passando de uma superfície externa da tela filtro (240) em direção a uma superfície interna da tela de filtro (240); e um canal de turbulência configurado dentro da tela de filtro (240) e posicionado de modo que o material passa da câmara de turbulência (268) e para dentro dos orifícios atravessantes (250) da tela de filtro (240).

8. Conjunto de matriz variável (110) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tela filtro (240) é rosqueada no interior de uma parte extrema da luva de ajuste (240).

9. Método de otimização da secagem de material por vaporização rápida caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: proporcionar um conjunto de matriz dinamicamente ajustável, o conjunto de matriz compreendendo uma tela filtro (240), um corpo de matriz (200), e um ajustador de pressão dinamicamente variável entre a matriz e o corpo de matriz (200); forçar o material (300) através do corpo de matriz (200), do ajustador de pressão dinamicamente variável e da tela filtro (240) a taxas de vazão controláveis; e variar as taxas de vazão controláveis e o ajustador de pressão; em que o ajuste das taxas de vazão controláveis e do ajustador de pressão proporciona a otimização do controle da pressão e temperatura aplicadas a e geradas no material.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de proporcionar um conjunto de matriz dinamicamente ajustável compreende ainda a etapa de: dotar uma parte da tela filtro (240) e uma parte do corpo de matriz (200) de superfícies de casamento (244, 204).

11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de proporcionar um conjunto de matriz dinamicamente ajustável adicionalmente compreende a etapa de: dotar uma parte da tela filtro (240) e uma parte do corpo de matriz (200) de superfícies de casamento troncônicas.

12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda as etapas de: munir a tela filtro (240) de uma pluralidade de canais de vaporização (250); e estabelecer um canal de turbulência conectando a pluralidade de canais de vaporização (250); pelo que, à medida que o material (300) passa através do corpo de matriz (200), do ajustador de pressão, do canal de turbulência e dos canais de vaporização, sucessivamente, uma primeira secagem por vaporização do material (300) é produzida no canal de turbulência e uma segunda secagem por vaporização do material (300) é produzida nos canais de vaporização (250).

13. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de proporcionar um conjunto de matriz dinamicamente ajustável compreende ainda a etapa de: munir o corpo de matriz (200) e a luva de ajuste de partes de casamento rosqueadas (206, 226).