FINITE ELEMENT SIMULATION OF THE COOLING PHASE OF ROTATIONAL MOLDING PROCESS

A proposta do presente trabalho foi simular a fase de resfriamento do processo de moldagem rotacional para avaliar a influência de algumas variáveis no tempo de resfriamento, que é o mais longo no processo. O software ANSYSTM foi usado para realizar a simulação pelo método dos elementos finitos, o que permitirá em trabalhos futuros se trabalhar com geometrias complexas. No entanto, na presente simulação foi usado molde com geometria esférica. O efeito do processo de cristalização de polímeros na fase de resfriamento foi avaliado pela incorporação do calor de cristalização na curva de entalpia. Usando este procedimento, foi possível observar o efeito da cristalização no perfil de temperatura em função do tempo, comparando com a correspondente curva teórica para um polímero amorfo similar. Foi avaliado também, o efeito de diferentes valores de coeficientes de transferência de calor por convecção do ar externo e o efeito de se usar um polímero com condutividade térmica maior, devido ao uso de cargas como o alumínio. A validação dos resultados de rotomoldagem simulados via ANSYSTM foi feita por comparação com dados experimentais e simulados de literatura, tendo sido verificada uma boa concordância. No presente trabalho também foi feita uma validação da simulação via ANSYSTM da solidificação de polímeros envolvendo transformação de fase através de comparação com experimentos de choque térmico. Neste caso, amostras de polietileno de baixa densidade e polietileno de baixa densidade com alumínio, oriundos da reciclagem de embalagens Tetra Pak, foram utilizadas na forma de discos e submetidas a choque térmico, onde se registrou o perfil de temperatura em função do tempo para diferentes velocidades de resfriamento, indicando diferentes valores de coeficiente de transferência de calor por convecção. A simulação via ANSYSTM, possibilitou um bom ajuste às curvas experimentais. As simulações indicaram que o coeficiente de transferência de calor por convecção do ar externo é o fator que mais afeta o perfil de resfriamento. Verificou-se também que a condutividade térmica do polímero não afeta de maneira significativa a velocidade de resfriamento e que o calor liberado no processo de cristalização apresenta influência significativa, devendo necessariamente ser incorporado na simulação do perfil de temperatura. Estes comportamentos se mostraram coerentes com os observados na simulação do perfil de temperatura da rotomoldagem.The purpose of the present work was to simulate the cooling phase of the rotational molding in order to evaluate the influence of some variables in the cooling time, that is the longest one in the process. ANSYSTM software was used to perform the simulation using the finite element method, thus it will be possible to work with complex geometries in future works. However, in the present simulation a spherical mold was used. The effect of the crystallization process of polymer during the cooling phase was evaluated by the incorporation of the heat of crystallization in the curve of enthalpy. Using this procedure it was possible to observe the effect of the crystallization process on the temperature profile as a function of time for the polymeric part. It was possible to compare this profile with the correspondent theoretical curve for a similar amorphous polymer. It was evaluated also the effect of different values of convection heat transfer coefficients for the external air and the effect of using a polymer with a higher thermal conductivity, associated to the use of fillers as the aluminum. The validation of the simulated results of the cooling phase of rotational molding was done by comparison with experimental and simulated results from literature, being obtained good agreement. In present work it was performed also a validation of the ANSYSTM simulation of solidification process of polymers involving crystallization by comparison with data from quenched slabs experiments. In this case, low density polyethylene samples and low density polyethylene with aluminum, from recycled Tetra Pak packages, were used in disc shapes and submitted to quenching, being recorded the temperature profile as a function of time in different cooling rates. The simulation in the software ANSYSTM allowed a good agreement between experimental and simulated curves. It was vii observed that the convection heat transfer coefficient for the external air is the main variable that control the process and that the thermal conductivity of polymer does not play an important role in the process. It was observed also that the heat released in the crystallization process presents a significant role and that it is important to include this phenomena in the simulation