Modelización teórico-experimental de nuevo molde electroconformado para rotomoldeo con calentamiento/enfriamiento directo mediante fluido térmico

Resumen

RESUMEN DE TESIS DOCTORAL ¿Modelización teórico-experimental de nuevo molde electroconformado para rotomoldeo con calentamiento/enfriamiento directo mediante fluido térmico¿ En el presente trabajo se ha pretendido desarrollar y optimizar la tecnología de rotomoldeo mediante fluidos térmicos, concretamente mediante aceite, fundamentalmente desde el punto de vista energético y de tiempos de ciclo. Como primer aspecto innovador, y en base a diferentes procesos de análisis, diseño y cálculo, se ha desarrollado un nuevo prototipo de molde de rotomoldeo, basado en una circulación global del fluido térmico en el exterior del molde, a diferencia de los canales externos de circulación de aceite desarrollados en los últimos años. En segundo lugar, se ha desarrollado y optimizado la introducción del fluido térmico en el interior del molde prototipo, mediante un manifold tipo octopus, que permite una distribución óptima del flujo de aceite en todas las zonas deseadas del molde. El uso de las tecnologías de Fabricación Aditiva, principalmente el electroconformado, comprenden el tercer aspecto fundamental de esta Tesis Doctoral, produciendo cavidades interiores del molde de espesor mínimo (1 mm), con grandes capacidades mecánicas y térmicas, así como permitiendo la posibilidad de generar moldes de gran reproducibilidad y geométricamente complejos, cuya fabricación mediante otras tecnologías resultaría de gran dificultad o de enorme coste. El molde prototipo desarrollado, y sus complementos correspondientes, han sido inicialmente evaluados comparativamente con los procesos de rotomoldeo más novedosos, tales como los moldes de canales exteriores de aceite térmico. Mediante las tecnologías de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), se han modelado y analizado de forma computacional ambos procesos de rotomoldeo esencialmente desde el punto de vista térmico, permitiendo desarrollar completamente el molde prototipo óptimo según los condicionantes y parámetros requeridos. Dado el enorme interés suscitado por contrastar los datos teóricos obtenidos en los análisis computacionales, en una segunda fase del trabajo desarrollado y tras una primera fase de diseño y cálculo, se procedió a la fabricación y ensayo experimental del molde prototipo, según las mismas características del modelo diseñado en las fases previas. De esta forma, y mediante diferentes procesos de fabricación, tales como el electroconformado, FDM o SLS, entre otros, se ha materializado el diseño de molde prototipo desarrollado, con características totalmente funcionales para su posterior ensayo. Dicha experimentación ha sido posible gracias al también desarrollo específico de una máquina de ensayo de rotomoldeo adaptada al molde prototipo, totalmente operativa y adecuada al proceso de calentamiento y enfriamiento mediante aceite térmico. Los ensayos realizados del molde prototipo han permitido caracterizar tanto al proceso de rotomoldeo en sí, como al propio molde y a las piezas conformadas mediante material EVA, con temperaturas máximas de 160 ºC, limitada ésta por el aceite sintético utilizado.A partir de los datos disponibles de los moldes convencionales de calentamiento mediante hornos, concretamente de los datos experimentales de la máquina RS-160 de la Universidad de Queen¿s (Irlanda), de los datos del propio fabricante, así como de datos disponibles de diversas fuentes académicas, ha sido posible evaluar los procesos convencionales de rotomoldeo mediante hornos y de rotomoldeo mediante canales exteriores de aceite, modelándolos mediante CFD y realizando análisis comparativos entre los datos experimentales obtenidos en los diferentes casos y los datos teóricos obtenidos en los procesos computacionales. Los resultados finales obtenidos, acorde con las previsiones obtenidas en los procesos de cálculo y simulación numérica, han permitido, además de validar los procesos de análisis computacional, ratificar las bondades del molde prototipo desarrollado. La reducción del tiempo de ciclo requerido para la fabricación de piezas rotomoldeadas alcanzó valores superiores al 64%, lo que implica una importante mejora en la producción de piezas y en la competitividad con otras tecnologías. En cuanto a la eficiencia energética, en el menor de los casos, el molde prototipo redujo las necesidades energéticas en un 87%. Consecuentemente, y desde una visión medioambiental, se alcanzaron reducciones de las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera superiores al 95% de CO2, y del 53,51% en SO2 y NOx, confirmando al modelo desarrollado no solo como un molde y proceso de rotomoldeo de alta eficiencia, sino de mínimas emisiones al medio ambiente. Dada las enormes cualidades del molde prototipo desarrollado solo queda potenciar las futuras líneas de investigación, con el fin de completar la optimización del mismo y su ajuste para la incorporación al mundo industrial del moldeo rotacional.