A medição de temperatura consistente e precisa é fundamental na indústria de plásticos para garantir o acabamento correto dos produtos termoformados.Em ambas as aplicações de termoformagem estacionárias e rotativas, a baixa temperatura de conformação produz tensões na peça conformada, enquanto temperaturas muito altas podem causar problemas como bolhas e perda de cor ou brilho.
Neste artigo, discutiremos como os avanços na medição de temperatura sem contato por infravermelho (IR) não apenas ajudam as operações de termoformagem a otimizar seus processos de fabricação e resultados de negócios, mas também permitem a conformidade com os padrões do setor para qualidade e confiabilidade do produto final.
A termoformagem é o processo pelo qual uma folha termoplástica é tornada macia e flexível por aquecimento e deformada biaxialmente ao ser forçada em uma forma tridimensional.Este processo pode ocorrer na presença ou ausência de um molde.O aquecimento da chapa termoplástica é uma das etapas mais cruciais na operação de termoformagem.As máquinas formadoras normalmente usam aquecedores do tipo sanduíche, que consistem em painéis de aquecedores infravermelhos acima e abaixo do material da folha.
A temperatura central da folha termoplástica, sua espessura e a temperatura do ambiente de fabricação afetam como as cadeias de polímeros plásticos fluem para um estado moldável e se reformam em uma estrutura de polímero semicristalina.A estrutura molecular final congelada determina as características físicas do material, bem como o desempenho do produto final.
Idealmente, a folha termoplástica deve aquecer uniformemente até sua temperatura de formação apropriada.A chapa então é transferida para uma estação de moldagem, onde um aparelho a pressiona contra o molde para formar a peça, usando vácuo ou ar pressurizado, às vezes com o auxílio de um plugue mecânico.Por fim, a peça é ejetada do molde para a etapa de resfriamento do processo.
A maior parte da produção de termoformagem é feita por máquinas alimentadas por rolos, enquanto as máquinas alimentadas por folhas são para aplicações de menor volume.Com operações de grande volume, um sistema de termoformagem totalmente integrado, em linha e em circuito fechado pode ser justificado.A linha recebe a matéria-prima plástica e as extrusoras alimentam diretamente na termoformadora.
Certos tipos de ferramentas de termoformagem permitem o corte do artigo formado dentro da máquina de termoformagem.Maior precisão de corte é possível usando este método porque o produto e a sucata esquelética não precisam de reposicionamento.As alternativas são onde a folha formada indexa diretamente à estação de corte.
O alto volume de produção normalmente requer a integração de um empilhador de peças com a termoformadora.Uma vez empilhados, os artigos acabados são embalados em caixas para transporte até o cliente final.A sucata esquelética separada é enrolada em um mandril para corte subsequente ou passa por uma máquina de corte em linha com a máquina de termoformagem.
A termoformagem de chapas grandes é uma operação complexa suscetível a perturbações, que podem aumentar muito o número de peças rejeitadas.Os rigorosos requisitos atuais para qualidade da superfície da peça, precisão de espessura, tempo de ciclo e rendimento, combinados com a pequena janela de processamento de novos polímeros de design e chapas multicamadas, levaram os fabricantes a procurar maneiras de melhorar o controle desse processo.
Durante a termoformagem, o aquecimento da chapa ocorre por radiação, convecção e condução.Esses mecanismos introduzem muita incerteza, bem como variações no tempo e não linearidades na dinâmica da transferência de calor.Além disso, o aquecimento de chapas é um processo distribuído espacialmente melhor descrito por equações diferenciais parciais.
A termoformagem requer um mapa de temperatura preciso e multizona antes da conformação de peças complexas.Este problema é agravado pelo fato de que a temperatura é tipicamente controlada nos elementos de aquecimento, enquanto a distribuição de temperatura ao longo da espessura da chapa é a principal variável do processo.
Por exemplo, um material amorfo, como o poliestireno, geralmente manterá sua integridade quando aquecido à sua temperatura de formação devido à alta resistência à fusão.Como resultado, é fácil de manusear e formar.Quando um material cristalino é aquecido, ele muda mais drasticamente de sólido para líquido quando sua temperatura de fusão é atingida, tornando a janela de temperatura de formação muito estreita.
Mudanças na temperatura ambiente também causam problemas na termoformagem.O método de tentativa e erro de encontrar uma velocidade de alimentação do rolo para produzir moldes aceitáveis pode revelar-se inadequado se a temperatura da fábrica mudar (ou seja, durante os meses de verão).Uma mudança de temperatura de 10°C pode ter uma influência significativa na saída devido à faixa de temperatura de formação muito estreita.
Tradicionalmente, as termoformadoras contam com técnicas manuais especializadas para controle de temperatura de chapas.No entanto, essa abordagem geralmente produz menos do que os resultados desejados em termos de consistência e qualidade do produto.Os operadores têm um ato de equilíbrio difícil, que envolve minimizar a diferença entre as temperaturas do núcleo e da superfície da chapa, garantindo que ambas as áreas permaneçam dentro das temperaturas mínimas e máximas de conformação do material.
Além disso, o contato direto com a folha plástica é impraticável na termoformagem porque pode causar manchas nas superfícies plásticas e tempos de resposta inaceitáveis.
Cada vez mais, a indústria de plásticos está descobrindo os benefícios da tecnologia de infravermelho sem contato para medição e controle de temperatura de processo.As soluções de detecção baseadas em infravermelho são úteis para medir a temperatura em circunstâncias nas quais termopares ou outros sensores do tipo sonda não podem ser utilizados ou não produzem dados precisos.
Termômetros IR sem contato podem ser empregados para monitorar a temperatura de processos de movimento rápido de forma rápida e eficiente, medindo a temperatura do produto diretamente em vez do forno ou secador.Os usuários podem ajustar facilmente os parâmetros do processo para garantir a qualidade ideal do produto.
Para aplicações de termoformagem, um sistema automatizado de monitoramento de temperatura infravermelho normalmente inclui uma interface de operação e um display para medições de processo do forno de termoformagem.Um termômetro IR mede a temperatura das folhas de plástico quentes e móveis com 1% de precisão.Um medidor de painel digital com relés mecânicos integrados exibe dados de temperatura e emite sinais de alarme quando a temperatura do ponto de ajuste é atingida.
Usando o software do sistema infravermelho, os termoformadores podem definir faixas de temperatura e saída, bem como emissividade e pontos de alarme, e então monitorar as leituras de temperatura em tempo real.Quando o processo atinge a temperatura do ponto de ajuste, um relé fecha e aciona uma luz indicadora ou um alarme sonoro para controlar o ciclo.Os dados de temperatura do processo podem ser arquivados ou exportados para outros aplicativos para análise e documentação do processo.
Graças aos dados das medições de IR, os operadores da linha de produção podem determinar a configuração ideal do forno para saturar a chapa completamente no menor período de tempo sem superaquecer a seção intermediária.O resultado da adição de dados precisos de temperatura à experiência prática permite a moldagem de cortinas com muito poucas rejeições.E, projetos mais difíceis com material mais espesso ou mais fino têm uma espessura de parede final mais uniforme quando o plástico é aquecido uniformemente.
Os sistemas de termoformagem com tecnologia de sensor IR também podem otimizar os processos de desmoldagem de termoplásticos.Nesses processos, os operadores às vezes deixam seus fornos muito quentes ou deixam peças no molde por muito tempo.Ao usar um sistema com um sensor infravermelho, eles podem manter temperaturas de resfriamento consistentes nos moldes, aumentando o rendimento da produção e permitindo que as peças sejam removidas sem perdas significativas devido a aderência ou deformação.
Embora a medição de temperatura por infravermelho sem contato ofereça muitas vantagens comprovadas para fabricantes de plásticos, os fornecedores de instrumentação continuam a desenvolver novas soluções, melhorando ainda mais a precisão, confiabilidade e facilidade de uso dos sistemas IR em ambientes de produção exigentes.
Para resolver problemas de visão com termômetros IR, as empresas de instrumentos desenvolveram plataformas de sensores que fornecem visão integrada de alvos através da lente, além de visão a laser ou vídeo.Esta abordagem combinada garante a correta mira e localização do alvo sob as condições mais adversas.
Os termômetros também podem incorporar monitoramento simultâneo de vídeo em tempo real e gravação e armazenamento automatizado de imagens – fornecendo assim informações valiosas sobre o novo processo.Os usuários podem tirar instantâneos do processo de forma rápida e fácil e incluir informações de temperatura e hora/data em sua documentação.
Os termômetros IR compactos de hoje oferecem o dobro da resolução óptica dos modelos de sensores volumosos anteriores, estendendo seu desempenho em aplicações de controle de processo exigentes e permitindo a substituição direta de sondas de contato.
Alguns novos designs de sensores IR utilizam um cabeçote sensor em miniatura e componentes eletrônicos separados.Os sensores podem atingir uma resolução óptica de até 22:1 e suportar temperaturas ambientes próximas de 200°C sem qualquer resfriamento.Isso permite a medição precisa de tamanhos de pontos muito pequenos em espaços confinados e condições ambientais difíceis.Os sensores são pequenos o suficiente para serem instalados em qualquer lugar e podem ser alojados em um invólucro de aço inoxidável para proteção contra processos industriais agressivos.As inovações na eletrônica do sensor IR também melhoraram as capacidades de processamento de sinal, incluindo emissividade, amostragem e retenção, retenção de pico, retenção de vale e funções de média.Com alguns sistemas, essas variáveis podem ser ajustadas a partir de uma interface de usuário remota para maior comodidade.
Os usuários finais agora podem escolher termômetros IR com foco de alvo variável motorizado e controlado remotamente.Esse recurso permite o ajuste rápido e preciso do foco dos alvos de medição, manualmente na parte traseira do instrumento ou remotamente por meio de uma conexão de PC RS-232/RS-485.
Os sensores IR com foco de alvo variável controlado remotamente podem ser configurados de acordo com o requisito de cada aplicação, reduzindo a chance de instalação incorreta.Os engenheiros podem ajustar o foco do alvo de medição do sensor a partir da segurança de seu próprio escritório e observar e registrar continuamente as variações de temperatura em seu processo para tomar ações corretivas imediatas.
Os fornecedores estão aprimorando ainda mais a versatilidade da medição de temperatura por infravermelho fornecendo sistemas com software de calibração de campo, permitindo que os usuários calibrem os sensores no local.Além disso, os novos sistemas IR oferecem diferentes meios de conexão física, incluindo conectores de desconexão rápida e conexões de terminal;diferentes comprimentos de onda para medição de alta e baixa temperatura;e uma escolha de sinais de miliampères, milivolts e termopar.
Os projetistas de instrumentação responderam aos problemas de emissividade associados aos sensores IR desenvolvendo unidades de comprimento de onda curto que minimizam os erros devido à incerteza da emissividade.Esses dispositivos não são tão sensíveis a mudanças na emissividade no material alvo quanto os sensores convencionais de alta temperatura.Como tal, eles fornecem leituras mais precisas em vários alvos em temperaturas variadas.
Os sistemas de medição de temperatura IR com modo de correção automática de emissividade permitem que os fabricantes configurem receitas predefinidas para acomodar mudanças frequentes de produtos.Ao identificar rapidamente irregularidades térmicas dentro do alvo de medição, eles permitem que o usuário melhore a qualidade e a uniformidade do produto, reduza o refugo e melhore a eficiência operacional.Se ocorrer uma falha ou defeito, o sistema pode acionar um alarme para permitir uma ação corretiva.
A tecnologia aprimorada de detecção de infravermelho também pode ajudar a simplificar os processos de produção.Os operadores podem escolher um número de peça de uma lista de pontos de ajuste de temperatura existente e registrar automaticamente cada valor de temperatura de pico.Esta solução elimina a classificação e aumenta os tempos de ciclo.Também otimiza o controle das zonas de aquecimento e aumenta a produtividade.
Para que os termoformadores analisem completamente o retorno do investimento de um sistema automatizado de medição de temperatura por infravermelho, eles devem observar alguns fatores-chave.Reduzir os custos finais significa levar em consideração o tempo, a energia e a quantidade de redução de refugo que pode ocorrer, bem como a capacidade de coletar e relatar informações em cada folha que passa pelo processo de termoformagem.Os benefícios gerais de um sistema de detecção IR automatizado incluem:
• Capacidade de arquivar e fornecer aos clientes uma imagem térmica de cada peça fabricada para documentação de qualidade e conformidade com ISO.
A medição de temperatura por infravermelho sem contato não é uma tecnologia nova, mas inovações recentes reduziram custos, aumentaram a confiabilidade e permitiram unidades de medição menores.Termoformadores que utilizam tecnologia IR se beneficiam de melhorias na produção e redução de refugo.A qualidade das peças também melhora porque os produtores obtêm uma espessura mais uniforme saindo de suas máquinas de termoformagem.
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Horário da postagem: 19 de agosto de 2019