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ANÁLISE DA SIMULAÇÃO DE REFRIGERAÇÃO NO PROCESSO DE INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS

 

Por Carlos Mauricio Sacchelli e Christian Allan Cardoso

Os processos de transformação dos materiais poliméricos mais usuais são: injeção, extrusão, sopro, compressão e termoformagem, sendo o de injeção um dos mais utilizados. No processo de injeção, o tempo de cada ciclo de injeção é o somatório de vários tempos. Dentre todos os tempos, o de refrigeração é o maior. Para auxiliar na realização do projeto do molde de injeção, há disponível no mercado softwares de simulação, contudo, devido às muitas opções de métodos de cálculo e de resultados, erros de interpretações são cometidos. Assim este trabalho tem como objetivo analisar a simulação do sistema de refrigeração em um molde de injeção de termoplástico através da utilização de um molde instrumentado, comparando os métodos de cálculo e os resultados apresentados


Figura 1: Modelo geométrico do corpo de prova e seus canais de refrigeração

Para o experimento, foi confeccionado um molde de 2 (duas) cavidades, com a possibilidade de inserção de 8 (oito) termopares alojados a 5 mm da superfície da cavidade, realizado o processo de injeção e o de simulação, verificou-se que não era possível obter a temperatura na simulação em pontos que não estivessem em contato com o material injetado, assim foi usinado novamente o molde, com a finalidade de deixar 2 (dois) termopares em contato direto com o material polimérico no momento da injeção.

Na figura 2, observa-se a localização dos termopares, em que são numerados de 1 a 8, sendo os de número 3 e 7 posicionados diretamente na cavidade, onde o material polimérico irá se localizar, e os outros termopares localizados a uma distância de 5 mm da cavidade.

Fig. 2: Pontos na cavidade onde foram alojados os termopares


Os parâmetros de processo de injeção utilizados são apresentados na tabela 1. Cabe ressaltar que os mesmos parâmetros foram utilizados na simulação do processo de injeção.

Tabela 1: Parâmetros do processo de injeção

A duração do ensaio na máquina injetora foi de 60 minutos, em que os termopares registraram os valores das temperaturas, sendo capturados pela placa de aquisição de dados, gerando assim um relatório com as temperaturas nos oito pontos de fixação durante o ciclo.

RESULTADOS
Com os dados obtidos, foi gerado um gráfico relacionando a variação da temperatura registrada nos termopares com o tempo, que pode ser visualizado na Fig. 3. Também para verificação das temperaturas, foi impresso o relatório com todas as temperaturas obtidas a cada 1 segundo de experimento.

Durante este período verificou-se o aumento gradativo de temperatura em todos os pontos de monitoramento. Resultado esperado, pois como o material polimérico está a uma temperatura na saída da máquina de injeção de aproximadamente 210°C e o molde está em uma temperatura ambiente (30°C), ocorre a troca térmica entre o molde e o material fundido, ocasionando um constante aumento de temperatura do molde até sua estabilizar.

Cabe a observação, de que como este experimento durou apenas 60 minutos, a estabilização não ocorreu, o que se observou foi ao final do tempo de coleta dos dados, havia certa tendência de estabilização da temperatura.

Este aumento de temperatura pode ser considerado normal já que o processo não estava totalmente estabilizado e o molde ainda não se encontrava em equilíbrio térmico com o material injetado.

Fig. 3: Gráfico temperatura x tempo (1h) nos termopares de 1 a 8.

Para uma melhor interpretação dos resultados optou-se pela elaboração de gráficos que relacionam as temperaturas em um intervalo de tempo menor (aproximadamente 10 minutos), que podem ser visualizados nas figuras 4 e 5.


Fig. 4: Gráfico temperatura x tempo (10min,) nos termopares de 1 a 8.

                                                             

 

Figura 5: Gráfico temperatura x tempo (10min.) nos termopares de 1 a 8.

Para fins de comparação dos dados, será considerado as temperaturas do sexto período, devido ao fato que devem ser as temperaturas próximas a estabilização do sistema. Após a coletada dos dados referentes ao processo de injeção, realizou-se a simulação de injeção no software Moldflow. Para tanto, foi necessário desenhar o modelo geométrico do corpo de prova, juntamente com os canais de alimentação e de refrigeração, além de inserir os parâmetros de processo utilizados na máquina injetora.

Na simulação, pode-se optar por dois métodos de cálculo, utilizando o algoritmo de Fill+Cool+Flow, ou com o de Cool+Flow. Como resultado da simulação de injeção, o software apresenta duas opções para verificação da temperatura, a primeira denominada de máxima temperatura na peça e a segunda, de temperatura no topo da peça, o que pode confundir a pessoa que realiza a simulação, pois aparentemente as duas deveriam informar a temperatura do produto injetado.

Na Tab. 2, observa-se um comparativo, entre os resultados do processo de injeção e da simulação tanto da máxima temperatura a peça, como no topo da peça.

Tabela 2: Comparação entre os valores do processo de injeção x simulação



Na Fig. 6, tem-se o gráfico que demonstra a variação do erro percentual da simulação de injeção, em relação à temperatura verificada no termopar.

 

Figura 6: Comparação entre os valores do processo de injeção x simulação
Pode-se observar que a simulação com menor erro foi a utilizando o método Cool+Flow, com o resultado de máxima temperatura no produto. Observa-se também que nos pontos 3 e 7 que coletavam os dados da superfície da cavidade os erros foram de 2,9 e 0,03 %, e que os outros termopares demonstraram erros de até 7,7%, valores estes já esperados, já que estavam a 5 mm da superfície da cavidade.


CONCLUSÃO

Após os experimentos, verificou-se que a escolha do algoritmo de determinação da simulação de refrigeração possui grande impacto para a veracidade dos resultados, pois utilizando o método Fill+Cool+Flow, os resultados não foram coerentes, contudo utilizando o método Cool+Flow, obteve-se resultados mais próximos do real.

Outro fato importante é saber ao certo qual o resultado da analise que deve ser considerada, como pudemos constatar, o resultado da máxima temperatura da peça foi o mais próximo do real.
Como podemos também observar os termopares que não estiveram em contato com o polímero, tiveram um erro máximo de aproximadamente 7,7%.

Com base nestes resultados, pode-se considerar que o processo de simulação de injeção nos mostra com grande proximidade os resultados do processo de injeção, contudo dever-se estar atento com os métodos de calculo e os resultados, pois, pode induzir a erros significativos.

Autores:
Carlos Mauricio Sacchelli*, Christian Allan Cardoso
*Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina

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