Nuevo artículo sobre Conceptos que facilitan la vida en la Planta de Inyección

José Ramón Lerma, dpto. Técnico de Biesterfeld Ibérica

A continuación se muestra uno de los estudios o herramientas que se proponen dentro de la metodología de Moldeo por Inyección Científica y que se puede encontrar en el libro Advanced Thermoplastic Transformation Manual.

La función del sistema de enfriamiento del molde, desde el impulsor, bomba o atemperador, tuberías, mangueras, caudalímetros, etc., así como los canales diseñados en el interior del molde para el paso del refrigerante, tienen la misión de extraer el calor de El molde. que ha aportado el material fundido, una vez rellenada y presurizada la cavidad, para que el material realice la contracción volumétrica que nos permitirá desmoldar las piezas y que tenga suficiente rigidez y resistencia para soportar los esfuerzos de expulsión del molde.

En el gráfico podemos ver los ciclos térmicos de temperatura del molde en cada inyección o ciclo. Cuando el material fundido ingresa a la cavidad, recibe un alto impulso térmico que hace que aumente la temperatura del acero. El sistema de enfriamiento luego extrae calor del molde a través del refrigerante, enfriando el polímero fundido en el interior. Este enfriamiento será más o menos rápido dependiendo de la temperatura del refrigerante y su velocidad de circulación a través del molde. En este sistema, el molde funciona como intercambiador de calor. El problema es que este intercambiador de calor es en realidad una gran masa de acero con una respuesta térmica lenta o muy lenta.

Como cualquier intercambiador de calor, podemos definir su desempeño como la relación entre la temperatura del acero versus las condiciones del flujo de circulación del refrigerante (litros por minuto).

El refrigerante puede circular en tres regímenes diferentes: régimen laminar, régimen de transición o régimen turbulento.

La circulación laminar significa que las moléculas de refrigerante (en muchos casos es agua) se mueven alineadas de manera que su capacidad de intercambiar temperatura con el circuito es baja. Solo las moléculas más cercanas al tubo o la pared de la tubería entran en contacto con el acero caliente, mientras que las más cercanas al núcleo tendrán poca actividad de intercambio de calor.

Por el contrario, el régimen turbulento implica una gran turbulencia interna en las capas y moléculas del líquido refrigerante para que todas actúen como refrigerante en contacto con las paredes del sistema de refrigeración. Esto hace que la efectividad del régimen turbulento en comparación con el régimen laminar sea hasta 4-5 veces mayor.

Para calcular el tipo de régimen de un líquido en circulación, se utiliza el número de Reynolds. Es una unidad adimensional que indica el tipo de régimen de un líquido que circula en un sistema de tuberías.

Cuando estamos en régimen laminar, como podemos ver en la gráfica, por ejemplo con el número de Reynols 2000, el coeficiente de transferencia de calor es de aproximadamente 500 kcal / h m2 deg, mientras que si pasamos a régimen turbulento, con el número de Reynols 4.000, puede llegar a aproximadamente más de 2.000 kcal / h m2 grad. Esto es 4 veces más capacidad de transferencia de calor. Esto puede tener una gran influencia en el tiempo del ciclo y, por tanto, en la productividad y los costes.

Número de Reynols y transferencia de calor.

En el cálculo del Número de Reynolds NR interviene la viscosidad cinemática del agua a diferentes temperaturas, así como la velocidad del refrigerante y, por supuesto, las dimensiones del circuito.

NR = (VEL X DIAM) / Viscosidad cinemática

Otra ventaja añadida que obtenemos trabajando y asegurando un régimen turbulento en nuestro sistema de refrigeración es la estabilidad de la temperatura de las cavidades.

Se han realizado estudios (Burger & Brown) colocando sensores de temperatura en el molde y se ha simulado el aporte de calor que se produce en cada ciclo con la inyección del plástico fundido dentro de la cavidad.

Se ha observado que a medida que aumentamos el caudal del refrigerante, la temperatura de la cavidad disminuye, pero existe toda una gama de caudales que afectan la temperatura de la cavidad. El proceso en estas condiciones depende del caudal. Por tanto, es un proceso en el que la temperatura de la cavidad depende del caudal del líquido en circulación.

Sin embargo, cuando aumentamos el número de Reynolds y entramos en un régimen turbulento, la temperatura de la cavidad es estable independientemente del caudal del líquido en circulación.

Como se puede observar en el siguiente gráfico, al entrar en régimen turbulento la temperatura de la cavidad entra en una zona plana de la curva donde el caudal prácticamente no influye en la temperatura del molde.

Se trata de tener un proceso más robusto y repetitivo que con condiciones de régimen de circulación por debajo del régimen turbulento.

Evolución de la temperatura de la cavidad en función del caudal y del número de Reynols.

Con caudales por debajo del Régimen Turbulento, la temperatura del acero es menos estable y depende más del caudal circulante. Sin embargo, en el régimen turbulento la temperatura de la cavidad se vuelve más estable y con menos dependencia del flujo circulante a través del molde.

Podemos calcular el número de Reynols de nuestro sistema de refrigeración, circuito a circuito, con hojas de cálculo como la que se indica a continuación.

La siguiente hoja de cálculo proporcionada para ingresar los datos que nos permitirán realizar un Estudio del Sistema de Refrigeración de Moldes está disponible con el Manual Avanzado de Transformación de Termoplásticos.

Hola, cálculo del número de Reynolds.

En definitiva, la realización de este estudio nos puede permitir calcular el régimen de circulación del líquido refrigerante para optimizarlo y empezar a trabajar en régimen turbulento.

Con estas condiciones obtendremos un mejor coeficiente de transmisión térmica del sistema, lo que repercutirá en mejores ciclos y mayor estabilidad de la temperatura de las cavidades.

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