O comportamento do fluxo do fluido de refrigeração afecta a transferência de calor entre o molde e o fluido de refrigeração. A eficácia da transferência de calor é aumentada quando o fluxo do fluido de refrigeração é turbulento e não laminar. O fluxo do fluido de refrigeração tem um gradiente de temperatura melhor do que o fluxo laminar.
- A gradação da temperatura no metal, que depende da condutividade do metal.
- A gradação da temperatura na interface de fluido de refrigeração e metal, que depende do fluxo do fluido de refrigeração
O movimento do fluxo de calor do plástico para o canal de arrefecimento
A velocidade do fluxo do fluido de refrigeração pode afetar a transferência de calor.
A muito baixas velocidades o fluxo é laminar; o calor tem de ser conduzido através de várias camadas de fluido de refrigeração para o centro do canal. Como o fluido de refrigeração é um fraco condutor de calor, a transferência de calor é muito ineficaz. Isto é mostrado no gráfico a abaixo, onde há uma diferença de temperatura relativamente grande entre a interface fluido de refrigeração/metal e o centro do canal.
À medida que o fluxo do fluido de refrigeração aumenta, a transferência de calor aumenta a um taxa marginal até que o fluxo do fluido de refrigeração se torna turbulento. Existe agora um componente do caudal perpendicular ao canal que causa um dramático melhoramento em transferência de calor. A transferência de calor superior apresentada no gráfico b seguinte resulta numa temperatura inferior na parede da cavidade para fluidos de refrigeração com um fluxo turbulento.
Nestes gráficos, os elementos do molde são representados pelo seguinte:- a - Fluido de refrigeração
- b - Interface água/metal
- c - Parede da cavidade
- d - Peça de plástico
Fluxo laminar e turbulento
A relação entre a transferência de calor e o fluxo do fluido de refrigeração pode ser expressa como um fator de potência. O fluxo do fluido de refrigeração é laminar, turbulento ou em transição entre laminar e turbulento. Para o fluxo laminar, a transferência de calor aumenta proporcionalmente à raiz cúbica do caudal.
Isto significa que duplicando o fluxo do fluido de refrigeração aumenta a transferência de calor em acerca de 24 porcento. Para um fluxo turbulento total, a transferência de calor é proporcional ao quadrado da raiz cúbica do caudal. Portanto, na zona de turbulência, duplicando o fluxo do fluido de refrigeração aumenta transferência de calor por 59 porcento.
A potência necessária para bombear o fluido de refrigeração para todo o sistema é proporcional ao caudal ao cubo. Isto significa que duplicando o fluxo do fluido de refrigeração será preciso oito vezes a potência de bombagem.
Quando tiver sido totalmente desenvolvido um fluxo turbulento, um aumento superior no caudal aumentará a capacidade dos moldes para extrair calor. No entanto, a quantidade de calor que pode ser extraída é limitada pela quantidade de calor que passa no molde, e a extração de calor pode não ser melhorada para lá desta limitação.
A condição mais eficaz para a transferência de calor é garantir que o fluxo do fluido de refrigeração é turbulento e que a capacidade para extrair calor não excede muito a quantidade de calor disponível para extração. O gráfico seguinte mostra a extração de calor do molde como uma função de caudal do fluido de refrigeração. Na região A a transferência de calor é por condução, na região C a transferência de calor é por convecção, enquanto B é uma região de transição. A linha sólida, E, reflecte a capacidade de extração do calor; a linha pontilhada, H, indica a extração de calor real.
Número de Reynolds
O Número de Reynolds é a razão que define o caudal de fluido nos tubos. O início da turbulência na água é entre 2300 a 4000. O Número de Reynolds é atribuído a circuitos de arrefecimento quando o caudal é desconhecido. Um Número de Reynolds de 4000 é considerado turbulência total mas é boa prática utilizar o Número de Reynolds de 10 000 para representar o fluxo turbulento ao executar uma análise.
As equações do sistema de arrefecimento têm mais informações acerca do Número de Reynolds.