Étapes de calcul

1. Déterminer la puissance thermique à évacuer (Q) :

La puissance thermique à évacuer dépend de la chaleur générée par le matériau injecté dans le moule. Elle peut être estimée par la formule :

$$Q=m\cdot c_p\cdot \mathrm{\Delta }T$$

où :

• $m$ : masse du matériau injecté (kg),

• $c_p$ : capacité thermique du matériau (J/kg·K),

• $\mathrm{\Delta }T$ : différence de température entre la température d'injection et la température de démoulage (K).

Déterminer le débit nécessaire du fluide de refroidissement :

Le débit du fluide de refroidissement ($\dot{V}$) peut être calculé par :

$$\dot{V}=\frac{Q}{\rho \cdot c_{p,\text{fluide}}\cdot \mathrm{\Delta }{T}_{\text{fluide}}}$$

où :

• $\rho$ : masse volumique du fluide de refroidissement (kg/m³),

• $c_{p,\text{fluide}}$ : capacité thermique du fluide (J/kg·K),

• $\mathrm{\Delta }{T}_{\text{fluide}}$: différence de température admissible pour le fluide (K).

1. Calculer le diamètre des canaux :
   Le diamètre des canaux doit permettre un écoulement turbulent. On utilise le nombre de Reynolds ($Re$) pour vérifier cela :

   $$Re=\frac{\rho \cdot v\cdot D}{\mu }$$

   où :

   Pour un écoulement turbulent, $Re>4000$. La vitesse du fluide ($v$) peut être estimée à partir du débit volumique ($\dot{V}$) et de la section du canal ($A=\pi D^2\mathrm{/}4$) :

   $$v=\frac{\dot{V}}{A}$$

   • $v$ : vitesse du fluide (m/s),

   • $D$ : diamètre du canal (m),

   • $\mu$ : viscosité dynamique du fluide (Pa·s).

2. Déterminer le nombre de canaux :
   Le nombre de canaux dépend de la surface à refroidir et de la distance entre les canaux. Une distance typique entre les canaux est de 2 à 3 fois le diamètre du canal.

Exemple pratique

Données :

• Matériau injecté : Polypropylène (PP),

• Masse du matériau injecté ($m$) : 0,5 kg,

• Capacité thermique du PP ($c_p$) : 1800 J/kg·K,

• Température d'injection : 240 °C,

• Température de démoulage : 60 °C,

• Fluide de refroidissement : Eau à 20 °C,

• Température de sortie du fluide : 30 °C ($\mathrm{\Delta }{T}_{\text{fluide}}=10\text{K}$),

• Masse volumique de l'eau ($\rho$) : 1000 kg/m³,

• Capacité thermique de l'eau ($c_{p,\text{fluide}}$) : 4186 J/kg·K,

• Viscosité dynamique de l'eau ($\mu$) : 0,001 Pa·s.

Calculs :

1. Puissance thermique à évacuer ($Q$) :

   $$Q=m\cdot c_p\cdot \mathrm{\Delta }T=0,5\cdot 1800\cdot (240-60)=162000\text{J}$$

2. Débit volumique du fluide ($\dot{V}$) :

   $$\dot{V}=\frac{Q}{\rho \cdot c_{p,\text{fluide}}\cdot \mathrm{\Delta }{T}_{\text{fluide}}}=\frac{162000}{1000\cdot 4186\cdot 10}\approx 0,00387{\text{m}}^3\mathrm{/}\text{s}(3,87\text{L/s})$$

3. Diamètre du canal ($D$) :
   Supposons un diamètre initial de 8 mm (0,008 m). La vitesse du fluide est :

   $$v=\frac{\dot{V}}{A}=\frac{0,00387}{\pi \cdot (0,008{)}^2\mathrm{/}4}\approx 7,7\text{m/s}$$

   Vérification du nombre de Reynolds :

   $$Re=\frac{\rho \cdot v\cdot D}{\mu }=\frac{1000\cdot 7,7\cdot 0,008}{0,001}=61600$$

   Comme $Re>4000$, l'écoulement est turbulent.

4. Nombre de canaux :
   Si la surface à refroidir est de 0,1 m² et que la distance entre les canaux est de 2,5 fois le diamètre (soit 20 mm), le nombre de canaux peut être estimé en divisant la longueur totale à refroidir par la distance entre les canaux. Par exemple, pour une empreinte de 200 mm de longueur :

   $$\text{Nombre de canaux}=\frac{200}{20}=10$$Résultat

• Diamètre des canaux : 8 mm,

• Nombre de canaux : 10,

• Débit total du fluide : 3,87 L/s.

Cette configuration permet un écoulement turbulent et une évacuation efficace de la chaleur. Des ajustements peuvent être nécessaires en fonction de la géométrie réelle de l'empreinte et des contraintes pratiques.

Pourquoi optimiser les canaux de refroidissement ?

Une conception optimisée des canaux de refroidissement permet :

• De réduire les temps de cycle,

• D’améliorer la qualité des pièces moulées,

• D’éviter les défauts liés à une régulation thermique inefficace.

Suivez ces étapes pour garantir un refroidissement efficace et une production optimale !