Simulació numèrica amb OpenFOAM del tractament tèrmic d’una mostra a dins d’un forn

Abstract

El present projecte pretén analitzar les possibles heterogeneïtats de temperatures que podrien presentar-se al llarg del procés de curat d’una mostra polimèrica a l’interior d’un forn, ja que aquestes provocarien conseqüències sobre la variació de propietats al llarg del seu volum. A causa de la complexitat del problema l’estudi es realitza mitjançant eines CFD (dinàmica de fluids computacional), que permet trobar solucions numèriques on les analítiques no són factibles. S’utilitza concretament el programa OpenFOAM i s’aplica l’executable chtMultiRegionFoam. L’estudi es basa en un cas real on hi ha una resina epoxi col·locada en un motlle de tefló subjectat per un suport d’alumini, tot plegat situat al centre d’un forn. S’aborda el problema en diferents etapes de complexitat progressiva. En primer lloc s’estudien els diversos fenòmens de transferència de calor que hi intervenen de forma individual en una geometria simplificada, que no considera ni el suport ni el motlle. Concretament s’analitzen els efectes de la turbulència de l’aire, la radiació tèrmica del forn i la generació tèrmica produïda en l’epoxi durant el curat. Posteriorment s’incorpora una geometria completa que inclou el suport i el motlle. Després de l’anàlisi en el cas de geometria simplificada, s’ha conclòs que la turbulència no afecta i, en canvi, la radiació tèrmica i la generació sí, i molt notablement. A més a més els gradients de temperatura a l’interior de la mostra d’epoxi són molt elevats. Pel que fa a la geometria completa el motlle i el suport alenteixen l’escalfament, fins i tot actuen com a focus fred després de la despresa de calor per generació del curat. En dades concretes s’aconsegueix una gradient de temperatura puntual d’aproximadament 18ºC en una distància de només 12 mm. Això preveu una heterogeneïtat de propietats en la mostra. Per tant corrobora la importància de l’estudi i ratifica la utilitat de seguir avançant amb la investigació.