La medición de temperatura consistente y precisa es fundamental en la industria del plástico para garantizar el acabado correcto de los productos termoformados.Tanto en aplicaciones de termoformado estacionarias como rotativas, la baja temperatura de formación produce tensiones en la pieza formada, mientras que las temperaturas demasiado altas pueden causar problemas como formación de ampollas y pérdida de color o brillo.
En este artículo, discutiremos cómo los avances en la medición de temperatura sin contacto por infrarrojos (IR) no solo ayudan a las operaciones de termoformado a optimizar sus procesos de fabricación y resultados comerciales, sino que también permiten cumplir con los estándares de la industria para la calidad y confiabilidad del producto final.
El termoformado es el proceso mediante el cual una lámina termoplástica se vuelve blanda y flexible mediante el calentamiento y se deforma biaxialmente al forzarla a adoptar una forma tridimensional.Este proceso puede tener lugar en presencia o ausencia de moho.El calentamiento de la lámina termoplástica es una de las etapas más cruciales en la operación de termoformado.Las máquinas formadoras suelen utilizar calentadores tipo sándwich, que consisten en paneles de calentadores infrarrojos por encima y por debajo del material laminar.
La temperatura central de la lámina termoplástica, su grosor y la temperatura del entorno de fabricación afectan la forma en que las cadenas de polímeros plásticos fluyen hacia un estado moldeable y se reforman en una estructura de polímero semicristalino.La estructura molecular congelada final determina las características físicas del material, así como el rendimiento del producto final.
Idealmente, la lámina termoplástica debería calentarse uniformemente hasta su temperatura de formación adecuada.Luego, la lámina se transfiere a una estación de moldeo, donde un aparato la presiona contra el molde para formar la pieza, utilizando aire comprimido o al vacío, a veces con la ayuda de un tapón mecánico.Finalmente, la pieza sale del molde para la etapa de enfriamiento del proceso.
La mayor parte de la producción de termoformado se realiza con máquinas alimentadas por rollo, mientras que las máquinas alimentadas por hojas son para aplicaciones de menor volumen.Con operaciones de gran volumen, se puede justificar un sistema de termoformado de ciclo cerrado, en línea y totalmente integrado.La línea recibe la materia prima plástica y las extrusoras alimentan directamente a la máquina de termoformado.
Ciertos tipos de herramientas de termoformado permiten recortar el artículo formado dentro de la máquina de termoformado.Es posible obtener una mayor precisión de corte con este método porque el producto y el desecho esquelético no necesitan reposicionarse.Las alternativas son donde la hoja formada indexa directamente a la estación de corte.
El alto volumen de producción generalmente requiere la integración de un apilador de piezas con la máquina de termoformado.Una vez apilados, los artículos terminados se empacan en cajas para su transporte al cliente final.La chatarra esquelética separada se enrolla en un mandril para su posterior corte o pasa a través de una máquina de corte en línea con la máquina de termoformado.
El termoformado de láminas grandes es una operación compleja susceptible a perturbaciones, lo que puede aumentar considerablemente el número de piezas rechazadas.Los estrictos requisitos actuales para la calidad de la superficie de la pieza, la precisión del grosor, el tiempo de ciclo y el rendimiento, combinados con la pequeña ventana de procesamiento de los nuevos polímeros de diseño y las láminas multicapa, han llevado a los fabricantes a buscar formas de mejorar el control de este proceso.
Durante el termoformado, el calentamiento de la hoja se produce por radiación, convección y conducción.Estos mecanismos introducen una gran incertidumbre, así como variaciones en el tiempo y no linealidades en la dinámica de transferencia de calor.Además, el calentamiento de láminas es un proceso espacialmente distribuido que se describe mejor mediante ecuaciones diferenciales parciales.
El termoformado requiere un mapa de temperatura preciso de varias zonas antes de la formación de piezas complejas.Este problema se ve agravado por el hecho de que la temperatura normalmente se controla en los elementos calefactores, mientras que la distribución de la temperatura a lo largo del espesor de la lámina es la principal variable del proceso.
Por ejemplo, un material amorfo como el poliestireno generalmente mantendrá su integridad cuando se calienta a su temperatura de formación debido a su alta resistencia a la fusión.Como resultado, es fácil de manejar y formar.Cuando se calienta un material cristalino, cambia más dramáticamente de sólido a líquido una vez que alcanza su temperatura de fusión, lo que hace que la ventana de temperatura de formación sea muy estrecha.
Los cambios en la temperatura ambiente también causan problemas en el termoformado.El método de prueba y error para encontrar una velocidad de alimentación del rodillo para producir molduras aceptables podría resultar inadecuado si la temperatura de la fábrica cambiara (es decir, durante los meses de verano).Un cambio de temperatura de 10 °C puede tener una influencia significativa en la producción debido al rango de temperatura de formación muy estrecho.
Tradicionalmente, los termoformadores se han basado en técnicas manuales especializadas para el control de la temperatura de las láminas.Sin embargo, este enfoque a menudo produce resultados inferiores a los deseados en términos de consistencia y calidad del producto.Los operadores tienen un acto de equilibrio difícil, que consiste en minimizar la diferencia entre las temperaturas del núcleo y de la superficie de la lámina, mientras se aseguran de que ambas áreas se mantengan dentro de las temperaturas de formación mínima y máxima del material.
Además, el contacto directo con la hoja de plástico no es práctico en el termoformado porque puede causar imperfecciones en las superficies de plástico y tiempos de respuesta inaceptables.
Cada vez más, la industria del plástico está descubriendo los beneficios de la tecnología infrarroja sin contacto para la medición y el control de la temperatura del proceso.Las soluciones de detección basadas en infrarrojos son útiles para medir la temperatura en circunstancias en las que no se pueden utilizar termopares u otros sensores tipo sonda, o no producen datos precisos.
Los termómetros IR sin contacto se pueden emplear para monitorear la temperatura de los procesos de movimiento rápido de manera rápida y eficiente, midiendo la temperatura del producto directamente en lugar del horno o la secadora.Luego, los usuarios pueden ajustar fácilmente los parámetros del proceso para garantizar una calidad óptima del producto.
Para aplicaciones de termoformado, un sistema automatizado de monitoreo de temperatura por infrarrojos generalmente incluye una interfaz de operador y una pantalla para las mediciones del proceso desde el horno de termoformado.Un termómetro IR mide la temperatura de las láminas de plástico calientes y en movimiento con una precisión del 1%.Un medidor de panel digital con relés mecánicos incorporados muestra datos de temperatura y emite señales de alarma cuando se alcanza la temperatura del punto de ajuste.
Con el software del sistema de infrarrojos, las termoformadoras pueden establecer rangos de temperatura y salida, así como puntos de emisividad y alarma, y luego monitorear las lecturas de temperatura en tiempo real.Cuando el proceso alcanza la temperatura del punto de ajuste, un relé se cierra y activa una luz indicadora o una alarma audible para controlar el ciclo.Los datos de temperatura del proceso se pueden archivar o exportar a otras aplicaciones para el análisis y la documentación del proceso.
Gracias a los datos de las mediciones IR, los operadores de la línea de producción pueden determinar la configuración óptima del horno para saturar completamente la lámina en el menor tiempo posible sin sobrecalentar la sección central.El resultado de agregar datos de temperatura precisos a la experiencia práctica permite moldear cortinas con muy pocos rechazos.Y, los proyectos más difíciles con material más grueso o más delgado tienen un espesor de pared final más uniforme cuando el plástico se calienta uniformemente.
Los sistemas de termoformado con tecnología de sensores IR también pueden optimizar los procesos de desmoldeo de termoplásticos.En estos procesos, los operadores a veces calientan demasiado sus hornos o dejan piezas en el molde demasiado tiempo.Mediante el uso de un sistema con un sensor de infrarrojos, pueden mantener temperaturas de enfriamiento uniformes en todos los moldes, lo que aumenta el rendimiento de la producción y permite retirar las piezas sin pérdidas significativas debido a la adherencia o la deformación.
Aunque la medición de temperatura infrarroja sin contacto ofrece muchas ventajas comprobadas para los fabricantes de plásticos, los proveedores de instrumentación continúan desarrollando nuevas soluciones, mejorando aún más la precisión, confiabilidad y facilidad de uso de los sistemas IR en entornos de producción exigentes.
Para abordar los problemas de observación con los termómetros IR, las empresas de instrumentos han desarrollado plataformas de sensores que brindan una observación de objetivos integrada a través de la lente, además de observación con láser o video.Este enfoque combinado asegura la puntería correcta y la ubicación del objetivo en las condiciones más adversas.
Los termómetros también pueden incorporar monitoreo de video en tiempo real simultáneo y grabación y almacenamiento de imágenes automatizados, lo que brinda información nueva y valiosa sobre el proceso.Los usuarios pueden tomar instantáneas del proceso rápida y fácilmente e incluir información de temperatura y hora/fecha en su documentación.
Los termómetros IR compactos de hoy en día ofrecen el doble de resolución óptica que los modelos de sensores voluminosos anteriores, lo que amplía su rendimiento en aplicaciones de control de procesos exigentes y permite el reemplazo directo de las sondas de contacto.
Algunos diseños nuevos de sensores IR utilizan un cabezal de detección en miniatura y componentes electrónicos separados.Los sensores pueden lograr una resolución óptica de hasta 22:1 y soportar temperaturas ambientales cercanas a los 200 °C sin refrigeración.Esto permite una medición precisa de tamaños de puntos muy pequeños en espacios reducidos y condiciones ambientales difíciles.Los sensores son lo suficientemente pequeños como para instalarse prácticamente en cualquier lugar y se pueden alojar en una carcasa de acero inoxidable para protegerlos de procesos industriales rigurosos.Las innovaciones en la electrónica de sensores IR también han mejorado las capacidades de procesamiento de señales, incluidas las funciones de emisividad, muestreo y retención, retención de picos, retención de valles y promediación.Con algunos sistemas, estas variables se pueden ajustar desde una interfaz de usuario remota para mayor comodidad.
Los usuarios finales ahora pueden elegir termómetros IR con enfoque de objetivo variable motorizado y controlado a distancia.Esta capacidad permite un ajuste rápido y preciso del enfoque de los objetivos de medición, ya sea manualmente en la parte posterior del instrumento o de forma remota a través de una conexión de PC RS-232/RS-485.
Los sensores IR con enfoque de objetivo variable controlado a distancia se pueden configurar de acuerdo con los requisitos de cada aplicación, lo que reduce la posibilidad de una instalación incorrecta.Los ingenieros pueden ajustar el enfoque del objetivo de medición del sensor desde la seguridad de su propia oficina y observar y registrar continuamente las variaciones de temperatura en su proceso para tomar medidas correctivas inmediatas.
Los proveedores están mejorando aún más la versatilidad de la medición de temperatura infrarroja mediante el suministro de sistemas con software de calibración de campo, lo que permite a los usuarios calibrar sensores en el sitio.Además, los nuevos sistemas IR ofrecen diferentes medios para la conexión física, incluidos conectores de desconexión rápida y conexiones de terminales;diferentes longitudes de onda para la medición de alta y baja temperatura;y una selección de señales de miliamperios, milivoltios y termopar.
Los diseñadores de instrumentación han respondido a los problemas de emisividad asociados con los sensores IR mediante el desarrollo de unidades de longitud de onda corta que minimizan los errores debido a la incertidumbre de la emisividad.Estos dispositivos no son tan sensibles a los cambios en la emisividad del material objetivo como los sensores convencionales de alta temperatura.Como tales, brindan lecturas más precisas en diferentes objetivos a diferentes temperaturas.
Los sistemas de medición de temperatura IR con modo de corrección de emisividad automática permiten a los fabricantes configurar recetas predefinidas para adaptarse a los cambios frecuentes de productos.Al identificar rápidamente las irregularidades térmicas dentro del objetivo de medición, permiten al usuario mejorar la calidad y la uniformidad del producto, reducir los desechos y mejorar la eficiencia operativa.Si ocurre una falla o defecto, el sistema puede activar una alarma para permitir la acción correctiva.
La tecnología de detección de infrarrojos mejorada también puede ayudar a optimizar los procesos de producción.Los operadores pueden elegir un número de pieza de una lista de puntos de ajuste de temperatura existente y registrar automáticamente cada valor de temperatura máxima.Esta solución elimina la clasificación y aumenta los tiempos de ciclo.También optimiza el control de las zonas de calentamiento y aumenta la productividad.
Para que los termoformadores analicen completamente el retorno de la inversión de un sistema automatizado de medición de temperatura por infrarrojos, deben considerar ciertos factores clave.Reducir los costos finales significa tener en cuenta el tiempo, la energía y la cantidad de reducción de desechos que puede ocurrir, así como la capacidad de recopilar y reportar información sobre cada hoja que pasa por el proceso de termoformado.Los beneficios generales de un sistema de detección IR automatizado incluyen:
• Capacidad para archivar y proporcionar a los clientes una imagen térmica de cada pieza fabricada para la documentación de calidad y el cumplimiento de la norma ISO.
La medición de temperatura infrarroja sin contacto no es una tecnología nueva, pero las innovaciones recientes han reducido los costos, aumentado la confiabilidad y permitido unidades de medición más pequeñas.Los termoformadores que utilizan la tecnología IR se benefician de las mejoras en la producción y la reducción de los desechos.La calidad de las piezas también mejora porque los productores obtienen un espesor más uniforme en sus máquinas de termoformado.
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Hora de publicación: 19 de agosto de 2019