Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de PolímerosDue to the increasingly demand on performance, several products that were in the past
manufactured using just one material, are nowadays designed to incorporate more than one.
This allows to take advantage of the specific properties of each material employed, like
mechanical, barrier, chemical resistance, etc. However, the difficulties to anticipate the flow of
several rheologically complex materials inside the production tools, are significantly increased
when more than one material flows in the same channel.
Based on the above, numerical modelling tools may play an important role to support
the designer’s activity, especially when dealing with products for which there is no previous
experience. This MSc project aims to evaluate the capability of using OpenFOAM® framework
to support the design of coextrusion processing tools and to develop a new semi-industrial
filament coextrusion die. The numerical code assessment was started with verification studies,
where numerical results obtained with the OpenFOAM® framework code were compared with
data available in the scientific literature. Subsequently the assessment was performed with two
experimental case studies, corresponding to extrusion dies to produce simple and coextruded
filaments. The results obtained show clearly that OpenFOAM® was able to capture several flow
effects, namely the interface location, and thus seems to be adequate to support the design of
coextrusion production tools. The final part of the work comprised the design of a semiindustrial
filament coextrusion die capable of produce filaments with different formulations, at
a relative wide range of mass flow rates, which was done with the support of the OpenFOAM®
computational library.Devido à crescente procura de melhores propriedades, muitos produtos que no passado
eram produzidos só com um material, são nos dias de hoje projetados para serem constituídos
por mais do que um material. Este facto permite tirar partido de propriedades específicas de
cada material utilizado, como propriedades mecânicas, barreira, resistência química, etc.
Contudo, as dificuldades em antecipar o fluxo de vários materiais reologicamente complexos
dentro das ferramentas de produção são significativamente aumentadas quando mais do que um
material fluí no mesmo canal.
Baseado no anteriormente exposto, as ferramentas de modelação numérica podem
desempenhar um papel importante no apoio à atividade do projetista, especialmente quando
aplicadas em produtos nos quais não existe experiência prévia. Este projeto de mestrado
pretende avaliar a capacidade em usar a libraria computacional OpenFOAM® no auxílio à
conceção de ferramentas para o processo de coextrusão e em desenvolver uma nova cabeça de
coextrusão de filamento semi-industrial. A avaliação do código numérico começou com estudos
de verificação, conseguidos pela comparação de resultados obtidos através do OpenFOAM®
com dados disponíveis na literatura cientifica. Subsequentemente a avaliação foi realizada para
dois casos de estudo experimentais, correspondentes a cabeças de extrusão utilizadas para
produzir filamentos simples e coextrudidos. Os resultados obtidos demonstram que a libraria
computacional OpenFOAM® é capaz de capturar vários efeitos no fluxo, nomeadamente a
localização da interface, parecendo assim adequado para auxiliar a conceção de ferramentas de
coextrusão. A última tarefa do projeto consistiu na conceção de uma cabeça de coextrusão de
filamentos semi-industrial capaz de produzir filamentos com diferentes formulações, numa
relativa vasta gama de débitos mássicos, conseguida com a ajuda da libraria computacional
OpenFOAM®
