Arrefecimento com sprays de neve carbónica: o efeito da inércia térmica da placa

Abstract

A finalidade do presente trabalho consiste em estudar a tecnologia de arrefecimento baseada na sublimação do dióxido de carbono, ou seja, o arrefecimento provocado pela passagem do estado sólido para gasoso. O dióxido de carbono a elevada pressão vai ser expandido através de um bocal e a sua temperatura vai diminuir devido à diminuição brusca de pressão, com base no efeito Joule-Thomson. Consequentemente, dá-se origem a uma mistura bifásica sólido-gás com partículas de neve carbónica (gelo seco). Posteriormente, ao atingir uma superfície a elevada temperatura, as partículas irão sublimar e, desta forma, o arrefecimento da mesma não será apenas devido à convecção do jato a baixas temperaturas, mas também irá existir um arrefecimento adicional devido à mudança de fase (sublimação).Tudo isto vai ser estudado usando as variáveis que resultaram num arrefecimento maior nos estudos anteriores (melhor difusor, melhor bocal, melhor inclinação, melhor distância desde o difusor à placa de ensaio e o melhor tempo de injeção) e usando a instalação experimental anteriormente concebida, mas neste caso a variável independente a ser analisada irá ser a inércia térmica da placa, ou seja, a influência da espessura da placa e também a influência de diferentes materiais no processo de arrefecimento. Para análise destas experiências foram calculados a variação de temperatura final, a recuperação de calor, o fluxo de calor e o coeficiente de convecção instantâneos e médios para cada placa. Em adição, também irá ser estudado o efeito de dois métodos de arrefecimento de zonas críticas de moldes em ambiente industrial, através da realização de ensaios experimentais na empresa de CIE-Plasfil.

The purpose of the present work is to study the cooling technology based on the sublimation of carbon dioxide, i.e., the cooling caused by the transition from solid to gaseous state. The high pressure carbon dioxide will be expanded through a nozzle and its temperature will decrease due to the sudden decrease in pressure, based on the Joule-Thomson effect. Consequently, a solid-gas biphasic mixture is formed with particles of dry ice. Subsequently, upon reaching a high temperature surface, the particles will sublimate and, therefore, the cooling will not only be due to the convection of the jet at low temperatures, but there will also be additional cooling due to the phase change (sublimation) . All this will be studied using the variables that resulted in a higher cooling rate in previous studies (better diffuser, better nozzle, better slope, better distance from the diffuser to the test plate and better injection time) and using a previously designed experimental installation, but in this case the independent variable to be analyzed will be the thermal inertia of the plate, i.e., the influence of the plate thickness and also the influence of different materials in the cooling process. For the analysis of these experiments, the final temperature variation, the heat recovery, the instantaneous and average heat flux and convection coefficient were calculated for each plate. In addition, there will also be a study of the effect of two methods of moulds' critical zones cooling in an industrial environment, by performing experimental tests in the company CIE-Plasfil.