A extrusão é um processo amplamente utilizado na indústria de processamento de polímeros. Envolve empurrar o material através de uma matriz com uma forma de seção transversal específica, resultando em produtos como perfis, chapas finas, filmes e tubos. No entanto, a forma do produto final (o chamado extrudado) é altamente influenciada por um fenômeno chamado swell. Ph.D. A candidata Michelle Spanjaards desenvolveu um modelo numérico que reduz esse problema. Ela defenderá sua tese no departamento de Engenharia Mecânica na sexta-feira, 21 de janeiro.
A precisão é extremamente importante para extrudados, para garantir que eles tenham exatamente as dimensões desejadas. No entanto, os extrudados tendem a se expandir quando o fluido deixa a matriz, devido a tensões internas no material, levando a produtos abaixo do ideal.

Normalmente, esse problema é resolvido usando uma abordagem experimental de tentativa e erro, um processo que é insustentável porque produz desperdício de material desnecessário. Também é demorado e, portanto, ineficiente e caro.

Prever a forma certa

Para enfrentar esse desafio, Michelle Spanjaards, do grupo de pesquisa Polymer Technology, desenvolveu um modelo numérico que pode prever a forma do extrudado e otimizar a forma da matriz para obter um extrudado com as dimensões desejadas. Em particular, ela desenvolveu um modelo transitório de elementos finitos 3D para fluidos viscoelásticos que emergem de matrizes de formas complexas.

Ela combinou esse método com um esquema de controle ativo em tempo real, para resolver numericamente o problema inverso do projeto de matriz tridimensional para expansão de extrudados. Uma conexão de realimentação é estabelecida entre o método dos elementos finitos e o esquema de controle.

Os resultados mostram que esta é uma abordagem promissora para projetar matrizes para escoamentos de extrusão viscoelástica. Uma vez que você tenha um controlador estável, ele otimiza para a forma de extrusão desejada, independentemente da forma desejada que você escolher.