Aplicação de sensores FBG em modelos para injeção

Mestrado em Engenharia MecânicaCom o interesse crescente em analisar detalhadamente o comportamento do material fundido no processo de moldação por injeção, procedeu-se à aplicação de sensores de Bragg em fibra ótica (FBG) para medir temperaturas no interior do molde. Ainda hoje é uma incógnita precisar o comportamento do material polimérico no momento da injeção, principalmente a distribuição de temperaturas no perfil da frente de enchimento. Para cumprir o objetivo da dissertação foram gravadas 12 redes de Bragg em 4 fibras óticas distintas com o objetivo de criar uma malha 2D no interior da placa fixa do molde, a 3 mm do plano de partição. As redes foram gravadas de forma estratégica a coincidir com a superfície moldante que está em contacto com as peças que são injetadas. Para que as redes de Bragg ficassem operacionais, foram necessárias algumas etapas. A rede de Bragg é inscrita no núcleo da fibra ótica através de um método de gravação por laser. Com o intuito de conhecer o comportamento térmico de cada sensor de Bragg às variações de temperatura, procedeu-se a um ensaio de caracterização térmica em ambiente controlado. De seguida, foram instaladas no molde de injeção plástica as fibras óticas com os sensores e sequentemente elaborados alguns ensaios de injeção, cada um com aproximadamente 40 ciclos de moldação. Os resultados das experiências foram muitos semelhantes, e indicam que os sensores detetaram valores máximos de temperatura próximos dos 57 °C. Em cada ciclo de moldação as variações registadas nos sensores eram praticamente constantes e aproximadamente 3 ou 2 °C, conforme o sensor em causa. Antes dos ensaios no molde de injeção, foi realizada uma simulação numérica no software Autodesk Moldflow Synergy 2012. Esta serviu para prever os comportamentos térmicos do ciclo de moldação e também para determinar os valores de alguns dos parâmetros de operação na máquina de injeção. Esta tecnologia baseada em redes de Bragg é única, pois permite a disposição de inúmeros sensores de temperatura ao longo de uma fibra ótica, ocupando assim um volume muito reduzido. Estas vantagens aliadas à excelente resolução na aquisição de dados e à rápida resposta a impulsos térmicos fazem dos sensores FBG uma alternativa a ser tida em conta para futuros trabalhos relacionados com aplicações térmicas.With the growing interest in thoroughly analyzing the behavior of the melted material in the process of injection molding, Fiber Bragg Gratings (FBG) were applied to measure temperatures in the mold interior. Still today it’s unknown to precise the polymeric material behavior in the fill time, especially the temperature distribution in the front flow profile. To fulfill the purpose of the dissertation12 Bragg gratings were recorded in 4 different optical fibers with the purpose of creating a two-dimensional mesh in the injection mold’s interior, 3 mm apart from the parting line. The gratings were inscribed in a strategic way to be placed over the molding surface which is in contact with the test specimens that are being injected. For the Bragg gratings become operational, several steps were required. The Bragg grating is written in the fiber’s core throughout a method using laser. An experience of thermal characterization in a controlled environment was mandatory to obtain the thermal behavior of each Bragg sensor. Then, the optical fibers with the gratings were inserted in the injection mold molding and sequent were made a few injection tests, each one with approximately 40 molding cycles. The results from the experiments were very similar and indicate that the sensors detect maximum values of temperature circa 57 °C. In each molding cycle the temperature variations were practically constant and were about 2 or 3 °C, depending on the sensor in use. Before the molding tests, a numeric simulation was made using software Autodesk Moldflow Synergy 2012. This was made to preview the thermal cycle behaviors and also to determinate the values of some particular input operational parameters for the injection molding machine. This technology based on Brag gratings is unique, because it allows the provision of numerous temperature sensors along a single optical fiber, thus occupying a very small volume. These advantages combined with the excellent resolution in the data acquisition and the quick response to thermal impulses make the FBG sensors an alternative to be taken in good advice for future investigations or tasks applied to the thermal field