ABSTRACT The objective of the present work was to verify and optimize the die design to manufacture a thermoplastic profile in rigid PVC using the simulation of the flow in the mentioned matrix through the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) and through tests in extrusion, using an experimental calibrator, the required geometry and dimensions were obtained. The material used was a rigid PVC compound which is difficult to process because of its intrinsic weakness, since it degrades to 140ºC. By means of a special capillary rheometer the rheological data k and n of the Power Law model were determined, which was used as input variables in the software along with the flow channel geometry in the head. The geometry is drawn using computeraided design software in three dimensions (CAD-3D). The calibrator was designed and drawn in CAD-3D software and then built, mounted on the extruder. Extrusion was performed with the process parameters: flow rate (screw speed) and temperature of the material used in the simulation software. The results of the extrusion were compared: geometry and final dimensions of the profile, mass flow, pressure and temperature in the head with those obtained by the simulation, being the same satisfactory. From the simulation, the optimum distance at which the deformations of the cast profile at the exit of the die determined was minimal and allowed to be calibrated to the required profile dimensions. In addition, the velocity distributions and shear deformations were obtained, which gave an indication of the dimensional and geometric and mechanical physical properties of resistance to the stresses of the profile, so that it was possible to determine that the design of the existing head is not right.
RESUMEN El objetivo del presente trabajo fue verificar y optimizar el diseño de un cabezal para fabricar un perfil termoplástico en PVC rígido utilizando la simulación del flujo en dicha matriz mediante el uso de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) y por medio de pruebas en extrusión, empleando un calibrador experimental, se obtuvieron la geometría y las dimensiones requeridas del mismo. El material utilizado fue un compuesto de PVC rígido el cual es difícil de procesar por su debilidad intrínseca, ya que se degrada a los 140ºC. Por medio de un reómetro capilar especial se determinaron los datos reológicos k y n del modelo de Ley de Potencia los cuales se utilizaron como variables de entrada en el software junto a la geometría del canal de flujo en el cabezal. La geometría es dibujada mediante un software de diseño asistido por computadora en tres dimensiones (CAD-3D). El calibrador se diseñó y dibujó en un software CAD-3D y luego se lo construye, montándose en el equipo extrusor. Se realizó la extrusión con los parámetros de proceso: caudal (velocidad giro tornillo) y temperatura del material utilizados en el software de simulación. Se comparó los resultados obtenidos de la extrusión: geometría y dimensiones finales del perfil, caudal másico, presión y temperatura en el cabezal con los obtenidos por la simulación, siendo los mismos satisfactorios. De la simulación se determinó la distancia óptima a la cual las deformaciones del perfil fundido a la salida del cabezal son mínimas y permitieron que el mismo pueda calibrarse a las dimensiones requeridas del perfil. Además se obtuvieron las distribuciones de velocidades, presiones y deformaciones de corte, las cuales dieron una indicación de las propiedades mecánicas del perfil, como ser las tensiones internas y resistencia a esfuerzos en servicio, además de los valores dimensionales y de la geometría final, de manera que se logró determinar que el diseño del cabezal existente no es el correcto.