La termodinámica en el moldeo por inyección: ¿Qué es y por qué es importante?

La termodinámica no es solo una palabra de fantasía, es algo fundamental para garantizar procesos de moldeo por inyección eficientes y eficaces. Antes de hablar de por qué es importante, revisemos algunas definiciones para asegurarnos de que estamos en sintonía.

Algunas definiciones

Termodinámica: rama de la física que estudia el calor y otras formas de energía.

Conductividad térmica (Tλ): velocidad a la que puede transferirse el calor a través de un material. En la tabla 2 se indica un rango general para las sustancias de uso común en el moldeo.

Expansión térmica: cuánto se expandirá un material a una temperatura determinada.

Calor específico (Cp): cantidad de calor necesaria para que la temperatura de la unidad de masa de una sustancia aumente una cantidad determinada.

Tasa de encogimiento: cuánto se encogerá un termoplástico al enfriarse.

Cómo funciona la termodinámica

La máquina se encarga de aplicar energía al material mediante la rotación del tornillo para forzar el paso de los gránulos del estado sólido al líquido y después revertir el proceso en el molde.

Si se aplica demasiada energía al plástico, existe un gran potencial de degradación. En cambio, si la energía es inadecuada, podemos esperar ver gránulos no fundidos en las piezas moldeadas. Los profesionales del plástico pueden modificar las RPM del tornillo y la contrapresión durante la recuperación, lo cual afecta la cantidad de energía que se aplica al plástico. Deben comprender que no todos los polímeros se funden a la misma velocidad y que algunos son muy sensibles al calor.

La mayor parte del ciclo de moldeo (casi el 80 %) está a la espera de que el plástico alcance una temperatura lo suficientemente baja para tener la suficiente rigidez para soportar las fuerzas de expulsión. El caballo de batalla para esto no es otro que el molde.

La conductividad térmica del metal del molde también es fundamental. No todos los metales transfieren calor a la misma velocidad; el acero inoxidable es muy malo y las aleaciones de cobre son muy buenas.

Solo alrededor del 40 % de la energía se libera de la pieza debido a la capacidad del plástico para transferir calor. A medida que avanza el ciclo de moldeo, el plástico se convierte más en un aislante cada momento que pasa, lo que hace que sea cada vez más difícil eliminar el calor.

¿Qué ocurre si hay demasiado calor?

Cuando los moldes grandes se calientan mucho, deben utilizarse cálculos de expansión térmica para garantizar una holgura adecuada entre los componentes móviles a la temperatura de funcionamiento. Por lo general, cuanto más grande sea el molde y más alta sea la temperatura, mayor será la preocupación. Si el molde contiene un sistema de colada caliente directamente en la compuerta de válvula, debe prestarse atención a la expansión térmica a la temperatura de funcionamiento, ya que, de lo contrario, el molde podría sufrir daños graves.

¿Cómo funciona el enfriamiento?

También es fundamental comprender cómo se elimina la energía de la pieza moldeada. Un método de transferencia de calor es a través del aire que rodea al molde, lo cual no es muy eficiente. El calor también se elimina a través de canales de agua. Es importante haber conseguido un flujo turbulento en el canal para mejorar la capacidad del agua para transferir calor. Si se calcula el número de Reynolds, es posible determinar si el agua fluye de manera laminar o turbulenta.

Conclusión

La termodinámica es solo una de las seis áreas del moldeo por inyección que debe dominar para convertirse en un profesional del plástico. Conózcalas todas en nuestro último Libro Blanco.