Como calcular a vazão de resfriamento de um molde

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Um molde pode ter um termorregulador perfeito e ainda assim resfriar mal. O motivo costuma estar na vazão: circuitos com pouca água, mal distribuída ou em regime laminar. A vazão de refrigeração do molde é a variável mais tida como certa e a menos medida. Este guia explica como calcular o mínimo de que cada circuito precisa, como verificar o diferencial térmico e como medi-lo na planta.

Dois critérios que devem ser atendidos ao mesmo tempo

A vazão de cada circuito deve satisfazer duas condições:

  1. Regime turbulento, para que a água retire calor da parede do canal.
  2. Diferencial térmico pequeno entre entrada e saída, para que o molde tenha a mesma temperatura em todo o circuito.

A vazão correta é a maior das duas. Quase sempre prevalece a segunda, mas a primeira é a que se esquece nos canais estreitos.

Regime turbulento e número de Reynolds

Em regime laminar a água se move em camadas e a que toca a parede quase não se renova: transfere pouco calor. Em regime turbulento ela se mistura e a troca se multiplica. Quem indica isso é o número de Reynolds:
Re = v · D / ν

  • v: velocidade da água (m/s).
  • D: diâmetro do canal (m).
  • ν: viscosidade cinemática da água (m²/s). Cerca de 1,0 × 10⁻⁶ a 20 °C, 0,66 × 10⁻⁶ a 40 °C e 0,36 × 10⁻⁶ a 80 °C.

Abaixo de 2.300 o fluxo é laminar; entre 2.300 e cerca de 4.000, de transição. Para refrigerar moldes recomenda-se trabalhar com Re de 10.000 ou mais, com fluxo claramente turbulento.

Exemplo: canal de 10 mm com água a 40 °C

Para Re = 10.000: v = Re · ν / D = 10.000 × 0,66 × 10⁻⁶ / 0,010 = 0,66 m/s. A seção de um canal de 10 mm é de 7,85 × 10⁻⁵ m², então a vazão mínima é 0,66 × 7,85 × 10⁻⁵ = 5,2 × 10⁻⁵ m³/s, cerca de 3,1 l/min.
A tabela mostra a vazão mínima por circuito para Re = 10.000 conforme o diâmetro e a temperatura da água:

Diâmetro do canal Água a 20 °C Água a 40 °C Água a 80 °C
6 mm 2,8 l/min 1,9 l/min 1,0 l/min
8 mm 3,8 l/min 2,5 l/min 1,4 l/min
10 mm 4,7 l/min 3,1 l/min 1,7 l/min
12 mm 5,7 l/min 3,7 l/min 2,0 l/min
14 mm 6,6 l/min 4,4 l/min 2,4 l/min

Duas conclusões práticas: a água fria precisa de mais vazão para ser turbulenta, e o óleo, muito mais viscoso, precisa de ainda mais. Em circuitos de óleo, faça a conta com a viscosidade do óleo na sua temperatura de trabalho.

Diferencial térmico entre entrada e saída

O segundo critério sai do balanço de calor: Q = m · cp · ΔT. Para que o molde seja homogêneo, a diferença entre a entrada e a saída de cada circuito não deveria passar de 2–3 °C, e em peças técnicas ou de precisão convém aproximar-se de 1–2 °C.
Exemplo: um molde que deve dissipar 6 kW (por exemplo, cerca de 36 kg/h de PP) com quatro circuitos iguais. Cada circuito retira 1,5 kW. Com ΔT = 2 °C: m = 1,5 / (4,18 × 2) = 0,18 kg/s, cerca de 10,8 l/min por circuito.
Em um canal de 10 mm a 40 °C, o mínimo por Reynolds era 3,1 l/min. Aqui prevalece o critério térmico: são necessários quase 11 l/min, e com essa vazão o fluxo é claramente turbulento. Verifique depois se a bomba do termorregulador fornece essa vazão total (cerca de 43 l/min) com a perda de carga real do molde.

Equilibrar os circuitos

Calcular a vazão não serve de nada se depois ela não chega a cada circuito. Os problemas mais comuns:

  • Circuitos em paralelo desiguais: a água vai por onde encontra menos resistência. Um circuito longo ou com muitas curvas recebe menos vazão que um curto.
  • Circuitos em série: o diferencial térmico se acumula e a última zona trabalha mais quente que a primeira.
  • Calcário e sujeira: reduzem a seção útil e a vazão sem que ninguém perceba. Explicamos em calcário e incrustações no circuito do molde.
  • Mangueiras e engates rápidos estreitos: um engate de passagem reduzida pode limitar mais que o próprio canal.

Como medir na planta

O que não se mede não se controla. Há três níveis:

Erros típicos

  • Confiar na vazão nominal da bomba em vez de medir a vazão real de cada circuito.
  • Conectar em série circuitos que deveriam estar em paralelo para economizar mangueiras.
  • Usar engates rápidos de passagem reduzida em canais de diâmetro maior.
  • Não revisar os circuitos até que apareçam defeitos nas peças.

Perguntas frequentes

De que número de Reynolds um molde precisa?

Como referência, 10.000 ou mais. Abaixo de 4.000 a troca térmica cai de forma significativa.

Que ΔT é aceitável entre entrada e saída?

Entre 2 e 3 °C em geral, e 1–2 °C em peças de precisão.

Mais vazão é sempre melhor?

Não. Uma vez em regime turbulento e com ΔT pequeno, mais vazão só aumenta a perda de carga e o consumo da bomba.

Com que frequência convém medir a vazão?

O ideal é monitorá-lo continuamente. No mínimo, ao montar cada molde e quando a qualidade das peças mudar.

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Como calcular a vazão de resfriamento de um molde

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