PT2365900E - Dispositivo e método de granulação por fragmentação a quente - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

EPÍGRAFE: DISPOSITIVO E MÉTODO DE GRANULAÇÃO POR FRAGMENTAÇÃO A QUENTE O presente invento refere-se a um dispositivo para a granulação, de acordo com a reivindicação N°.l, e a um processo de acordo com a reivindicação N°.10.

Dispositivos de granulação para a granulação a quente, nos quais os granulados cortados são recolhidos, refrigerados e extraídos por uma película líquida ou anel líquido, p. ex. água, são conhecidos em diversas formas de execução. Nestes dispositivos, é uma zona crítica a vedação da árvore das lâminas face à água em rotação dentro da caixa de granulação. Deve ser evitada uma fuga de água na zona entre a árvore e a caixa de granulação, na medida em que a água poderia entrar indesejavelmente na zona do motor. Para este efeito são conhecidos, de acordo com o nível tecnológico actual, diversos empanques, que empancam, tanto quanto possível bem, a árvore que gira em torno do seu eixo. A situação torna-se ainda mais difícil quando a árvore não deve girar somente em torno do seu próprio eixo, mas sim, ser adicionalmente também deslocável axialmente, de forma a ajustar a distância das lâminas relativamente à placa perfurada e para ajustar a pressão de corte das lâminas de forma optimizada. Tais dispositivos de granulação, nos quais a árvore que suporta a lâmina é deslocável no sentido do eixo, são igualmente conhecidos em muitas formas de execução. Nestes casos, o empanque não deve impedir apenas uma passagem de água 1 e suportar a rotação da árvore no mancai, mas garantir ainda, de forma constante, a capacidade de regulação axial.

Frequentemente a árvore da cabeça porta-lâminas está, no nível tecnológico actual, apoiada num mandril deslocável axialmente. Deste modo, a força de pressão desejada das lâminas na placa perfurada pode ser sempre ajustada. 0 binário é, na maioria das vezes, transferido para a árvore das lâminas através de uma embraiagem de dentes. Se, como agente refrigerador para os grânulos cortados, for utilizada água, o que é na maioria das vezes o caso, a árvore das lâminas tem de ser vedada relativamente à caixa, de modo a impedir uma fuga de água através do mancai. Daqui resultam dificuldades devido a fricção. 0 deslocamento axial da árvore das lâminas requer também um deslocamento da superfície de rolamento de um anel de vedação, que cria estanqueidade hidráulica, de forma a que as proporções de fricção se alteram constantemente. De forma semelhante, também se alteram os valores de fricção da embraiagem de dentes no deslocamento da árvore das lâminas. Há que ter ainda em consideração, que o mandril que forma o assento embate num mancai corrediço, que tem de ser lubrificado. Também aqui se verificam valores de fricção diferentes temporalmente, uma vez que o lubrificante (na maioria das vezes óleo) se torna mais ou menos resinoso após algum tempo, de forma a criar-se um momento de ruptura relativamente elevado, que contradiz a exigência de se pretender, em regra, apenas uma fricção axial diminuta. Para além disso, um apoio do mandril requer um determinado custo. Um apoio deslizante da árvore na caixa através de dois anéis de vedação, com película de óleo entre eles, tem também a desvantagem de o tempo de vida útil de um empanque se esgotar em determinada altura, ficando os empanques porosos e com pouca vedação, derramando-se a película de óleo e gripando, 2 então, a árvore, não se assegurando mais uma capacidade de deslocamento axial da árvore.

Para a solução deste problema são conhecidas, ao nível tecnológico actual, diversas execuções, por exemplo a substituição de um apoio do mandril da árvore por um suporte do motor. Para além disso, foram desenvolvidas diversas suspensões do motor, por exemplo na DE 10 302 645, que apresenta um dispositivo de acordo com o termo genérico da reivindicação N°.1, e um processo de acordo com o termo genérico da reivindicação N°.10, ou da WO 2006/122340, de modo a garantir a capacidade de deslocação da árvore das lâminas por tempo ilimitado. É ainda objectivo do presente invento criar um dispositivo do tipo inicialmente referido, no qual se garanta, de uma forma construtivamente simples e económica, a estanqueidade na zona da árvore. 0 objectivo é solucionado pelas características tipicas da reivindicação N°.l, nomeadamente pelas características típicas da reivindicação 10. Está aqui previsto que entre a árvore e a zona da caixa de granulação, na qual a árvore se estende através da caixa de granulação, esteja formada uma abertura de circulação, que cria uma ligação fluida contínua entre o interior da caixa de granulação e o exterior.

Esta solução tem por base a descoberta surpreendente de através da derivação do agente refrigerador, que corre para fora da caixa de granulação, ou através da corrente de água relativamente rápida, de forma análoga a uma bomba ejectora de água na caixa de granulação, se formar uma determinada pressão negativa, comparativamente ao exterior. Através desta pressão negativa é aspirado ar ambiente do exterior, através da abertura de circulação, para o interior da caixa de granulação. Devido a esta corrente de ar direccionada para o interior, o agente refrigerador deixa de poder sair para o 3 exterior por esse caminho, nomeadamente junto ou ao longo da árvore, e contra a corrente de ar de sentido contrário. Verificou-se, surpreendentemente, que este principio funciona satisfatoriamente já com pressão negativa muito reduzida na caixa de granulação ou com uma diferença de pressão muito reduzida.

Por esta razão, ou através desta formação consciente de uma fuga ou de um ponto que não veda bem ou de uma abertura livre numa posição na qual até ao momento foi exigida sempre a maior estanqueidade com uma, na maioria das vezes, simultânea mobilidade axial, deixa de ser já necessária uma vedação da árvore através de anéis de vedação ou lubrificante para o impedimento da fuga de água entre a árvore e a caixa, sendo possível recorrer a empanques não tão estanques, mais duros, mas por isso com uma maior durabilidade, ou o empanque pode mesmo ser suprimido completamente. A estanqueidade entre a árvore e a caixa de granulação está, apesar disso, garantida, não sendo possível a saída de água.

Desta forma, muito simples construtivamente, é possível criar-se, assim, um dispositivo de granulação, que, por um lado, é estanque face à fuga de agente refrigerador na zona crítica da árvore, e, por outro, prescindir ainda da aplicação de empanques mais caros e mais delicados.

Outras possibilidades de organização vantajosas ou formas de execução vantajosas são determinadas pelas características das reivindicações seguintes:

De acordo com uma forma de execução preferencial, a árvore é ajustável ou deslocável axialmente no sentido do seu eixo longitudinal, de forma a que as lâminas cortam os grânulos com uma pressão de corte optimizada. Também nesta forma de execução de um dispositivo de granulação a quente, no qual a árvore não gira somente em torno do seu próprio eixo, mas que é, adicionalmente, também ajustável axialmente, o dispositivo 4 invento de acordo com o presente invento oferece vantagens consideráveis. Por um lado, a estanqueidade fica também garantida numa árvore deste tipo ajustável axialmente. Além disso, a vedação de uma árvore ajustável axialmente não foi solucionada muito satisfatoriamente, tal como referido no inicio e de acordo com o nível tecnológico actual, especialmente no que se refere à reduzida durabilidade dos empanques ou devido à mobilidade restrita. Precisamente o facto de já não serem necessários empanques propensos ao desgaste na forma de execução, de acordo com o presente invento, traz consigo a vantagem adicional de a mobilidade axial da árvore, para o ajuste da cabeça porta-lâminas, ser garantido constantemente.

De acordo com uma forma de execução preferencial, a árvore é circundada completamente por todos os lados pela abertura de circulação, com a forma de uma fenda anular ou de um anel cilíndrico ou de um invólucro cilíndrico, e a árvore estende-se através da caixa de granulação sem lhe tocar, ou é deixado um espaço livre em forma de fenda anular. Deste modo, reduz-se a fricção da árvore agora em roda livre e já não desgastante, o que se manifesta novamente numa poupança de material e de energia.

Além disso, neste contexto, é vantajoso a árvore e/ou o motor estarem apoiados fora da caixa de granulação. Deste modo é minimizada a fricção da árvore, mantendo-se a estanqueidade e a durabilidade e aumentando-se a eficiência da corrente de ar. Em alternativa, a árvore 9 poderia ser, eventualmente, também apoiada através de um mancai disposto no interior da caixa de granulação 1.

Numa outra forma do invento, pode ser vantajoso se na zona de passagem da árvore para dentro da caixa de granulação, estiver disposto, no interior da caixa de granulação, um elemento de flange, que circunda a árvore, estando a abertura 5 de circulação formada no elemento de flange e circundando a árvore como um invólucro cilíndrico ou sob a forma de uma fenda anular. Através do elemento de flange é adicionalmente dificultada a entrada de agente refrigerador. Para além disso, o elemento de flange pode servir de guia para a árvore.

De acordo com uma forma de execução preferencial, a abertura de circulação está permanentemente aberta ou garante uma permanente entrada de gás ou passagem de gás, podendo evitar-se, assim, possíveis obstruções por água ou grânulos. É ainda vantajoso se a abertura de circulação estiver isenta de meios de vedação, especialmente isenta de um ou vários anéis de vedação e/ou de uma película lubrificante. Devido à renúncia total a meios de vedação adicionais deste tipo, o dispositivo, ao evitar a fricção e ao melhorar a mobilidade axial, torna-se - mantendo simultaneamente a estanqueidade - menos sujeito a anomalias, mais económico, bem como construtivamente mais simples.

De acordo com uma outra forma de execução preferencial, pode uma rosca de refluxo, que transporta a água para o interior e circunda a árvore, estar apoiada ou formada na abertura de circulação preferencialmente no elemento de flange, verificando-se uma determinada garantia contra falhas face a uma possível fuga de água na obstrução da abertura de circulação ou similar, e podendo a água, que entra na fenda, voltar a ser transportada de volta para a caixa de granulação, mesmo sem corrente de ar. De acordo com o invento, o dispositivo está formado como um conhecido dispositivo de granulação a quente, no qual está formado na caixa de granulação um anel líquido, ou invólucro líquido circundante, p. ex. de água, água-glicol etc., podendo a velocidade da corrente de água ser ajustada de forma a verificar-se uma corrente de ar suficientemente forte através da abertura de circulação, para evitar a saída ou a passagem de água através 6 da abertura de circulação. Através da velocidade da corrente mais elevada do agente refrigerador, ou na saída do agente refrigerador para fora da caixa, é criado um vácuo mais elevado ou uma pressão negativa mais elevada, e aumentada a estanqueidade do sistema.

Em alternativa ou adicionalmente, pode estar prevista uma bomba de vácuo, nomeadamente ligada à caixa de granulação, que cria, pelo menos parcialmente, a pressão negativa na caixa de granulação. Deste modo, poderia ser mantida a estanqueidade mesmo com a corrente de água desligada ou demasiadamente diminuta.

Neste contexto, é vantajoso que a caixa de granulação seja estável em relação à pressão negativa, e que a caixa de granulação esteja disposta, ou que as fugas da caixa de granulação sejam tão diminutas, de forma a que seja aspirado sempre ar suficiente através da abertura de circulação para o interior da caixa de granulação, e de forma a que se verifique uma corrente de ar suficientemente forte através da abertura de circulação, de modo a impedir uma saída ou uma passagem de água através da abertura de circulação. É especialmente vantajoso se a caixa de granulação for concebida de forma a que durante o funcionamento seja estanque aos gases, à excepção da abertura de circulação e das condutas de alimentação e condutas de derivação, para o agente refrigerador. Maximiza-se assim o efeito da corrente através da abertura de circulação.

Outras características e vantagens do invento resultam da descrição de exemplos de execução vantajosos, que são apresentados nos desenhos em forma de esquema. A Fig. 1 mostra o dispositivo de acordo com o presente invento 7 A Fig. 2 mostra uma forma de execução alternativa do dispositivo. A forma de execução vantajosa de um dispositivo de acordo com a Fig. 1 possui uma caixa de granulação 1 cilíndrica, que está delimitada na sua extremidade frontal, especialmente voltada para um extrusor, por uma placa perfurada 2, e na sua extremidade frontal oposta por uma parede terminal 14. Na placa perfurada 2 está previsto um canal de transporte 3 para o material plastificado a granular ou massa fundida, especialmente material sintético termoplástico, que corre no sentido da seta 4, saindo do canal de transporte 3 para vários canais de distribuição 5, que desembocam em bocais 7 na superfície frontal 6 da placa perfurada 2, que estão dispostos em círculo e a distâncias regulares em torno do eixo longitudinal 8 central, da caixa de granulação 1.

Este eixo longitudinal 8 forma simultaneamente o eixo de rotação de uma árvore 9, que na sua extremidade voltada para a placa perfurada 2 tem uma cabeça porta-lâminas 10, a qual está equipada com várias lâminas, que na rotação da árvore 9 em torno do seu eixo, no sentido da seta 12, roçam sobre a desembocadura dos bocais 7, cortando assim em grânulos a massa de material sintético, que é comprimida para fora dos bocais 7. A rotaçao da árvore 9 acciona um motor 13 , que está disposto fora da caixa de granulação 1 atrás da parede terminal 14. Para garantir que as lâminas 11 roçam sempre com a força de pressão pretendida ou com a pressão de corte optimizada sobre as desembocaduras dos bocais 7, na presente forma de execução, a árvore 9 é, especialmente juntamente com o motor 13 que a acciona, passível de ser movida ou ajustada no sentido axial do eixo longitudinal 8 relativamente à caixa de granulação 1. Para tal serve, no presente caso, um dispositivo de ajuste 27, que pode ser formado por um elemento de ajuste de qualquer tipo, p. ex. por rosca, íman, por meio de servomotor etc. Em sentido radial, a árvore 9 não é passível de ser movida ou não o é consideravelmente. Na forma de execução de acordo com a Fig. 1, o dispositivo de ajuste está fixado na caixa de granulação 1 e pega com a caixa do motor 13, mas a capacidade de ajuste axial da árvore 9 pode ocorrer também de outra forma.

No interior da caixa de granulação 1 é introduzido, em funcionamento, um agente refrigerador, especialmente água refrigerante ou uma mistura de água e glicol. Esta água refrigerante é transportada tangencialmente através de uma conduta 21 no sentido da seta 22 e corre num espaço anular 23, que circunda a placa perfurada 2, e a partir do qual entra, através de pelo menos uma abertura 24, no interior da caixa de granulação 1, sob a forma de uma película de água ou anel de água, passando ao longo do lado interior da parede 16 e recolhendo e refrigerando, assim, os grânulos cortados pelas lâminas 11 imediatamente após a sua formação, de modo a impedir uma aglutinação destes grãos. Os grânulos refrigerados são escoados para fora da caixa de granulação 1 juntamente com a água refrigerante através de uma conduta de descarga 25 no sentido da seta 26.

No dispositivo de acordo com a Fig. 1 trata-se essencialmente de um dispositivo de granulação a quente, em si conhecido, no qual o transporte dos grânulos para o exterior se processa através da película de água giratória. A árvore 9 estende-se através da caixa de granulação 1 na região central da parede terminal 14. A árvore 9 não está apoiada na parede terminal 14 da caixa de granulação 1, mas é, sim, suportada, em primeira linha, pelo motor 13. A árvore 9 estende-se através da caixa de granulação 1 sem lhe tocar e, 9 por conseguinte, sem fricção, ou está afastada da caixa de granulação 1. A zona entre a árvore 9 e a caixa de granulação 1 está isenta de um empanque abrasivo, i.e. não existe nesta zona qualquer empanque, mais precisamente nem anéis de vedação, nem películas lubrificantes ou similares. Está assim formada, entre o interior da caixa de granulação 1 e o exterior, uma abertura de circulação 17 permanentemente aberta, através da qual o ar pode circular, de acordo com a seta 31, do exterior para o interior da caixa de granulação 1. A abertura de circulação 17 situa-se imediatamente na árvore 9 ou corre directamente ao longo da árvore 9, ou a árvore 9 está cercada, em forma de invólucro cilíndrico, totalmente e por todos os lados pela abertura de circulação 17. A abertura de circulação 17 apresenta a forma de um anel cilíndrico ou de uma fenda anular, ou é deixado um espaço livre desse tipo.

Através da derivação do agente refrigerador a correr para fora da caixa de granulação 1 (seta 26), ou através da corrente de água relativamente rápida, especialmente na descarga 25, é criada, na caixa de granulação 1, uma determinada pressão negativa, comparativamente ao exterior, análoga a uma bomba de jacto de água. A pressão negativa é influenciada também pelo design da descarga 25 e pela condução do agente refrigerador num sistema estanque, p. ex. um tubo flexível.

Em alternativa ou adicionalmente, a pressão negativa poderia ser criada, pelo menos parcialmente ou como apoio, também através da ligação de uma bomba de vácuo. A caixa de granulação 1 terá de apresentar, assim, uma determinada resistência face a uma pressão negativa ligeira até média.

Através desta pressão negativa, o ar circundante é aspirado, de acordo com a seta 31, de fora, através da abertura de circulação 17, ao longo da árvore 9, para o 10 interior da caixa de granulação 1. Através desta corrente de ar 31 direccionada para o interior, o agente refrigerador não consegue sair para o exterior através da abertura de circulação 17 e contra esta corrente de ar 31.

Surpreendentemente verificou-se que este princípio funciona satisfatoriamente já com uma pressão negativa muito reduzida na caixa de granulação 1. A zona, através da qual a árvore 9 se estende através da caixa de granulação 1, é, por conseguinte, estanque face à saída de agente refrigerador, pelo que nesta zona é possível prescindir da utilização de empanques mais caros e sensíveis.

Na Fig. 2 é apresentada uma outra forma alternativa vantajosa do dispositivo. Esta corresponde largamente ao dispositivo de acordo com a Fig. 1. Na parede terminal 14 no interior da caixa de granulação 1, na zona da passagem da árvore 9 para dentro da caixa de granulação 1, está, contudo, disposto um elemento de flange 19, que circunda a árvore 9 em forma de anel, estando a abertura de circulação 17 formada neste elemento de flange 19, e circundando esta a árvore 9, por todos os lados, em forma de anel cilíndrico ou de um invólucro cilíndrico. A árvore 9 não toca nem a caixa de granulação 1, nem o elemento de flange 19 e corre completamente sem contacto e, consequentemente, sem fricção e sem desgaste e distanciada da caixa de granulação 1 e/ou do elemento de flange 19.

Na abertura de circulação 17, mais precisamente envolta pelo elemento de flange 19, está disposta uma rosca de refluxo 30 que circunda a árvore 9 em forma de um invólucro cilíndrico ou em forma de anel cilíndrico. Esta rosca de refluxo 30 é contígua à árvore 9 e distanciada de forma a não lhe tocar ou, na melhor das hipóteses, em contacto com ligeira fricção, e transporta para o interior em direcção da caixa de granulação 1. Deste modo é possível remover a possível água indeterminada 11 ou é criada uma espécie de protecção contra falhas ou avarias, caso o vácuo na caixa de granulação 1 venha a ser demasiadamente diminuto ou caso falte entretanto. A circulação de ar não é consideravelmente obstruída pela rosca de refluxo 30, ou é, apesar disso, feita através de uma abertura de circulação 17 aberta permanentemente. A caixa de granulação 1 é configurada de forma a que possíveis fugas da caixa de granulação 1 sejam tão diminutas, que em funcionamento seja aspirado sempre ar suficiente através da abertura de circulação 17 para o interior da caixa de granulação 1, e se verifique uma corrente de ar suficientemente forte através da abertura de circulação 17, de modo a impedir que a água flua para fora ou através da abertura de circulação 17. É vantajoso se a caixa de granulação 1 for concebida de forma a que, durante o funcionamento, seja suficientemente estanque aos gases, à excepção da abertura de circulação 17 e das condutas de alimentação e de derivação 21, 25 para o agente refrigerador.

Lisboa, 8 de Maio de 2013 12

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo para a granulação a quente, especialmente de material sintético termoplástico, no qual o material extrusado fundido por um extrusor é cortado em grânulos numa caixa de granulação (1) por lâminas (11) rotativas, que estão dispostas numa árvore (9) accionada por um motor (13), sendo os referidos grânulos recolhidos, refrigerados e transportados para fora da caixa de granulação (1) por um agente refrigerador que corre na caixa de granulação (1), formando-se dentro da caixa de granulação (1), durante a operação, uma determinada pressão negativa, comparativamente ao exterior, caracterizado por entre a árvore (9) e a zona da caixa de granulação (1), em que a árvore (9) se estende através da caixa de granulação (1), estar formada uma abertura de circulação (17), que cria uma ligação fluida continua entre o interior da caixa de granulação (1) e o exterior do dispositivo.
2. 2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação N°.l, caracterizado por a árvore (9) poder ser ajustada ou deslocada axialmente em direcção do seu eixo longitudinal (8), de modo a assegurar uma pressão de corte optimizada das lâminas (11), para o corte dos grânulos.
3. 3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação N°.l ou N° .2, caracterizado por a árvore (9) ser circundada completamente por todos os lados pela abertura de circulação (17), com a forma de uma fenda anular ou de um invólucro cilíndrico, ou por, em torno da árvore (9), ser deixado um espaço livre em forma de fenda anular e a árvore (9) se estender através da caixa de granulação (1) sem lhe tocar.
4. 4. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações N°.1 até N°.3 caracterizado por a árvore (9) e/ou o motor (13) estarem apoiados fora da caixa de granulação (1). 1
5. 5. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações N°.l até N°.4 caracterizado por um elemento de flange (17), que circunda a árvore (9), estar disposto na caixa de granulação (1), no local em que a árvore (9) passa pelo interior da caixa de granulação (1), estando a abertura de circulação (17) formada no elemento de flange (19), e circundando esta a árvore (9) em forma de uma fenda anular ou de um invólucro cilíndrico.
6. 6. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações N°.1 até N°.5, caracterizado por a abertura de circulação (17) estar permanentemente aberta, permitindo uma entrada de gás permanente, e/ou estar isenta de meios de vedação, especialmente isenta de um ou vários anéis de vedação e/ou uma película lubrificante.
7. 7. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações N°.l até N°.6, caracterizado por uma rosca de refluxo (30), que transporta a água para o interior e circunda a árvore (9), estar apoiada na abertura de circulação (17), preferencialmente no elemento de flange (19).
8. 8. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações N°. 1 até N°.7, caracterizado por estar prevista uma bomba de vácuo adicional, que cria a pressão negativa na caixa de granulação (1).
9. 9. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações N°.1 até N°.8, caracterizado por a caixa de granulação (1) ser estável em relação à pressão negativa, e por a caixa de granulação (1) ser configurada de determinada forma, e por as fugas da caixa de granulação (1) serem tão diminutas, que seja aspirado sempre ar suficiente através da abertura de circulação (17) para o interior da caixa de granulação (1) e se verifique uma corrente de ar suficientemente forte através da abertura de circulação (17), de modo a impedir que o agente refrigerador flua para fora ou através da abertura de 2 circulação (17), e especialmente por a caixa de granulação (1) ser estanque aos gases durante o funcionamento, à excepção da abertura de circulação (17) e das condutas de alimentação e de derivação (21, 25) para o agente refrigerador.
10. 10. Processo para o funcionamento do dispositivo, de acordo com uma das reivindicações N°.l até N°. 9, como dispositivo de granulação a quente, caracterizado por ser introduzido no interior da caixa de granulação (1) um agente refrigerador, especialmente água refrigerante ou uma mistura de água e glicol, e sendo formado dentro da caixa de granulação (1) um anel circundante ou um invólucro de agente refrigerador, sendo a velocidade da corrente do agente refrigerador ajustada de forma a que se verifique uma corrente de ar suficiente através da abertura de circulação (17), de forma a evitar um fluxo de agente refrigerador para fora ou através da abertura de circulação (17). Lisboa, 8 de Maio de 2013 3