Modelado del Hilado de Fibras Colagénicas

MARIEL L. OTTONE, MARTA B. PEIROTTI Y JULIO A. DEIBER

Valle Hermoso

Congreso; I Reunión Interdisciplinaria de Tecnología y Procesos Químicos; 2008

El proceso clásico de hilado de polímeros fundidos se modela en la literatura considerando un filamento que se estira continuamente y se enfría con aire. En este proceso se obtienen fibras sólidas, de textura y diámetro determinados, para uso comercial. Se ha demostrado que para este propósito, un modelo 1-D que describe la velocidad y los campos de tensiones y temperatura en un filamento puede ser una herramienta útil para controlar la calidad del producto final. Continuando con esta línea de trabajo, más recientemente se presentó un modelo 2-D del proceso de hilado de fibras poliméricas para bajas velocidades de estiramiento (Ottone y Deiber, Ind. & Eng. Chem. Res., 41, 6345, 2002) el cual se basa en un análisis de perturbaciones regulares del modelo completo. El modelo resultante puede así predecir numéricamente, la velocidad axial y la resolución radial y axial del perfil de tensiones y temperatura en el filamento. Tomando como base este conocimiento previo aplicado a fibras poliméricas, en este trabajo se reformula el modelo de hilado 2-D para el caso de la producción de un filamento colagénico partiendo de una suspensión de partículas colagénicas. Este material se describe reológicamente en el contexto teórico de la tixotropía de suspensiones coloidales, donde se requiere una ecuación cinética para predecir la evolución de un parámetro estructural. El modelo generado es capaz de predecir el acoplamiento térmico-mecánico a lo largo de la fibra, mediante el uso de los balances de materia, cantidad de movimiento y energía. Asimismo, se incluyen los siguientes efectos: inercia y peso del filamento, y fricción y tensión superficial entre el filamento y el aire. La velocidad de cambio del parámetro estructural normalizado a lo largo de la fibra se evalúa a través de un modelo reocinético no isotérmico que contempla la formación y ruptura de la microestructura durante el estiramiento. Las funciones y los parámetros reológicos de la suspensión colagénica inicial se estiman a través de datos reométricos en flujo de corte. Las predicciones numéricas del modelo proveen una visualización efectiva de la respuesta al procesamiento por hilado de la suspensión colagénica. Asimismo, los resultados numéricos permiten estimar la longitud de hilado donde se debe tomar el filamento con una relación natural entre velocidades de entrada y salida (natural draw ratio) para obtener el diámetro final de fibra deseado antes de entrar a la etapa de coagulación y de unión covalente final.