¿Qué sistema de perfilado de temperatura es adecuado para mí?

La medición tiempo-temperatura del producto ha sido una práctica aceptada en la industria por más de 40 años. Los primeros sistemas de perfilado de temperatura trazaban los datos en un cuadro que los ingenieros de proceso tenían que analizar laboriosamente.

Hoy en día, los sistemas de perfilado son tan sofisticados como fáciles de usar y pueden brindar una visualización clara de aceptación/rechazo, documentar el cumplimiento normativo, informar a los operadores cuándo y dónde sus hornos están fuera de los límites aceptables o mostrar que un proceso está dentro de las especificaciones de proveedores o clientes. Además, el perfilado de temperatura regular y frecuente puede ayudar a aumentar el rendimiento, reducir los rechazos y disminuir los costos de energía.

¿En qué consiste?

El perfilado de temperatura es un medio para compilar datos de calentamiento y enfriamiento del producto y del proceso a lo largo del tiempo. Un sistema de perfilado generalmente consiste en termopares, que se conectan al producto o miden el aire en el ambiente; un registrador de datos, que captura la información de los termopares; una barrera térmica para proteger el registrador de datos del calor y/o el frío; y un paquete de software para el análisis de datos.

El perfilado de temperatura les da a los ingenieros poder sobre su proceso. Pueden identificar y corregir los puntos calientes y fríos, reducir los costos de combustible al aumentar la velocidad de la línea y/o disminuir las temperaturas del horno, optimizar su proceso, comprobar el cumplimiento de las especificaciones de los clientes y la calidad sin destrucción. Con la amplia variedad de configuraciones y componentes del sistema de perfilado de temperatura disponibles actualmente, casi todos los procesadores térmicos pueden beneficiarse del perfilado de rutina.

Los primeros aspectos a considerar antes de comprar un sistema son: ¿Qué está produciendo? ¿Cuántos hornos tiene? ¿Cuántas corridas por día se requieren? ¿Cuáles son los tiempos, temperaturas y espacios libres del proceso? ¿Qué información requiere su programa de calidad? La mayoría de los profesionales del acabado no tienen problemas de limpieza y pueden usar uno de los dos tipos de sistemas: uno con capacidades y personalización de análisis excepcionales o un sistema fácil de usar que proporcione adquisición y análisis de datos básicos.

Tecnología de perfilado de hornos

Las OEM automotrices o los grandes proveedores con múltiples líneas de pintura desean a menudo un sistema de perfilado fácil de usar, pero sofisticado, con todos los lujos. Los ingenieros de procesos en tales plantas necesitan asegurar que la calidad del producto sea la misma en todas sus líneas de pintura. Quieren datos que les ayuden a programar el mantenimiento preventivo y requieren documentación que certifique el cumplimiento de las normas. Las funciones que ahorran tiempo son especialmente críticas porque el perfilado de temperatura se requiere de forma rutinaria muchas veces a lo largo del día en múltiples procesos de recubrimiento (E-coat, aplicación de primer, de capa superior y de la transparente).

Al considerar el tamaño de muchas instalaciones de manufactura a gran escala y su creciente erosión de la mano de obra, hacer que el proceso de perfilado sea rápido y eficiente es esencial y esto puede reducir significativamente los costos laborales. Los desarrollos recientes permiten el monitoreo de rutina de diferentes procesos con un solo sistema, sin necesidad de volver a la oficina de Control de Calidad para descargar los datos del perfil. Combinando la capacidad de ejecución múltiple y el proceso de Aceptación/Rechazo directamente desde el perfilador, el operador puede confirmar la calidad en la salida del horno. Dichos protocolos pueden ahorrar hasta 30% de la mano de obra de perfilado convencional.

Convencionalmente, las pruebas de perfil secuencial se realizan en la producción de carrocerías de automóviles a medida que estas viajan a través de cada proceso de recubrimiento. Para tal fin, la barrera no sólo debe ofrecer una protección térmica confiable, sino que debe ser lo suficientemente liviana para garantizar una instalación y retiro fácil y seguro de la carrocería del automóvil. Otro requisito importante para la barrera térmica es la ausencia de contaminación por silicona. Para evitar problemas catastróficos de contaminación de la pintura, como los cráteres, la barrera debe estar diseñada para usar material aislante que no contenga silicona ni ningún otro derivado de ésta.

Instalar el sistema en una carrocería de automóvil o en una línea de producción en movimiento requiere habilidad y eficiencia. Para ayudar con esto, la superficie magnética y los termopares de aire están diseñados para ser rápidos y eficientes de instalar, directamente en la carrocería. Siendo de apenas 1 pulgada de alto y una pulgada de diámetro, aproximadamente, las sondas micromagnéticas se pueden colocar fácilmente en huecos estrechos o en superficies curvas.

Un método relativamente nuevo para el perfilado de temperatura de múltiples líneas de recubrimiento de automóviles es el método de un solo paso. En lugar de probar cada horno por separado, el sistema de perfilado está configurado para recorrer toda la línea de pintura en una sola operación. El sistema es instalado en un vehículo de prueba especialmente diseñado que se usa solo para las pruebas de perfilado. Los termopares están unidos permanentemente a la carrocería de prueba en puntos estratégicos para garantizar que las lecturas sean consistentes de una carrera a otra. Una barrera térmica de alto rendimiento capaz de manejar temperaturas de hasta 400 °F durante nueve horas, proporciona la protección térmica necesaria para manejar la exposición en varios hornos e incluso puede soportar paradas o retrasos en la línea.

En la práctica, el sistema se puede instalar al comienzo del primer día y retirarse al final de la línea, al comenzar el segundo día. Para los operadores, es simple y seguro: mientras el sistema se desplaza a través de la línea como cualquier otra carrocería de automóvil, pueden continuar con otros trabajos.

Al final de una corrida, la parte de memoria del registrador de datos se retira de la barrera de frío y los datos del proceso se descargan en una computadora en un solo paso. Si es necesario, el archivo único de datos del proceso se puede separar, lo que permite el análisis y el informe de los datos de cada horno por separado.

Se estima que el método de un solo paso podría proporcionar hasta un 60% de ahorro de mano de obra en comparación con estrategias de perfilado establecidas, donde los hornos se prueban individualmente.

Recopilar los datos de temperatura del horno es sólo una parte de la historia. Los datos deben revisarse y analizarse de tal manera que puedan ayudar a los gerentes de línea a entender lo que realmente está sucediendo con el producto que se está curando. El software de análisis es, por lo tanto, una parte clave de cualquier sistema de perfilado.

El software a menudo está protegido por contraseña con acceso de dos niveles. Los operadores de línea son guiados a través de la configuración de perfiles y los procedimientos de inicio, mientras que los ingenieros de procesos pueden profundizar para examinar más de cerca cada función de análisis. Los archivos de proceso creados por el administrador funcionan como plantillas que identifican los parámetros críticos de proceso y análisis.

El software también debe brindar un análisis rápido de las condiciones de alarma. Si los parámetros definidos por el usuario caen fuera de tolerancia, una alarma puede avisar al operador para que tome medidas correctivas. Este enfoque aborda inmediatamente los problemas de calidad, minimiza los rechazos y garantiza que sólo productos de alta calidad lleguen al mercado.

Las funciones adicionales de software que se usan a menudo en este tipo de aplicaciones incluyen BakeChart, Control de Proceso Estadístico (SPC, en inglés) integrado y funciones de Índice de Curado. BakeChart prueba que el ciclo de curado de un revestimiento se ajuste de manera precisa a las especificaciones de la ventana de horneado dadas por el proveedor de pintura. Analiza automáticamente los datos del perfil, presentando análisis, especificación de curado y resultados en un solo archivo. También ofrece trazabilidad completa de la información del reporte de vuelta al equipo de prueba y datos de perfil sin procesar.

El SPC integrado muestra las variaciones en los parámetros clave del proceso (temperatura pico, tiempo-temperatura, índice de curado) recopilados de las carreras de perfiles individuales. Éste identifica inmediatamente cuándo un proceso se sale de la tolerancia y puede predecir futuras fallas del proceso observando cambios graduales. El mantenimiento puede entonces programarse convenientemente, evitando paradas costosas e inesperadas.

El cálculo del Índice de Curado es una forma fácil de cuantificar el proceso de curado, puesto que es el software el que realiza el análisis. En pocas palabras, el Índice de Curado es una suma de todas las contribuciones de tiempo y temperatura tomadas del perfil y calculadas en un solo valor de índice. Un valor de 100 indica un curado que cumple exactamente con las especificaciones, más alto que 100 indica un curado excesivo y menor que 100 indica un curado insuficiente.

Compartir información es un requisito importante de cualquier procedimiento de Control de Calidad. Al mejorar las instalaciones más recientes de IT, ahora es posible convertir cualquier informe de perfil completo automáticamente a un formato estándar que se pueda enviar por correo electrónico a cualquier persona, para una revisión instantánea.

Sistemas básicos

Aquellos con menos hornos o con requisitos de perfilado menos frecuentes pueden preferir un sistema de perfilado más simple, el cual suministre sólo información crítica del proceso, como un gráfico visual junto con datos de temperatura pico y tiempo-temperatura. Estos usuarios desean un sistema portátil fácil de usar que funcione en una variedad de aplicaciones con buena precisión y repetibilidad.

Muchos profesionales de recubrimiento prefieren la facilidad de uso de un sistema básico de cuatro o seis canales. Estos sistemas económicos pueden proporcionar miles de lecturas por canal, precisión de ± 1 ° F (± 0.5 ° C), intervalo de muestreo programable y batería reemplazable. Las funciones de análisis básicas son: tiempo-temperatura, detalles del proceso e Índice de Curado. Con un solo clic del ratón, los usuarios pueden imprimir un informe que evidencie el cumplimiento de las especificaciones del cliente.

Soluciones de perfilado personalizadas

La separación del proceso del horno es un factor común que afecta la selección del sistema de perfilado. El registrador de datos debe estar protegido del calor por una barrera térmica que se ajuste fácilmente a través del proceso. Algunos proveedores de equipos de perfilado de temperatura ofrecen sistemas de “talla única” que no funcionarán en procesos especializados. Otros pueden mezclar y ajustar sus registradores de datos y barreras térmicas para crear un sistema adecuado para una amplia variedad de aplicaciones.

Entre los ejemplos de procesos de acabado que requieren soluciones específicas del proceso para un perfilado exitoso, se incluyen los siguientes:

PTFE y esmaltes vítreos. El curado secuencial del politetrafluoroetileno (PTFE o teflón) y de los recubrimientos de esmalte vítreo se realiza con frecuencia como parte de un proceso de acabado continuo y automatizado para utensilios de cocina o electrodomésticos. Una vez que el esmalte se aplica al producto y se procesa, se aplican y secan varias capas de PTFE. Las áreas críticas a observar durante el curado de PTFE son el tiempo por encima de la temperatura, lo cual podría dar como resultado un recubrimiento quebradizo con mala adherencia, variaciones de color y textura o degradación del propio recubrimiento. Las temperaturas de curado pueden alcanzar los 750 °F, por lo que se requiere una elección cuidadosa de la barrera térmica y los termopares.

Latas de bebidas. La laca en spray aplicada en las superficies internas de las latas de bebidas se cura en un horno de horneado interno (IBO, en inglés). La primera fase del horno eleva la temperatura del producto a 212 °F para evaporar el agua de la laca a base de agua. La segunda fase lo cura.

Para el perfilado de temperatura, las sondas de parche adhesivo se unen a la superficie interna de una lata de prueba, que está rodeada por otras latas y asegurada con cinta de alta temperatura para crear una plataforma de prueba estable. Como el curado se logra por convección, es importante que la correa esté cubierta por latas para garantizar que el flujo de aire coincida con la producción real. El curado constante ayudará a eliminar las fugas, la contaminación del producto y la decoloración.

Latas de tres piezas. Las latas de tres piezas para alimentos o aerosoles se fabrican de aluminio plano o lámina de hojalata. Se realiza una variedad de procesos de recubrimiento y curado antes del estampado. La laca o el polvo son curados en uno o ambos lados de la hoja, y las tintas de impresión decorativas y el barniz se pueden curar en el reverso. El curado se realiza en un horno de ventanilla, que transporta las hojas verticalmente a través del horno de convección.

En una aplicación de este tipo, una barrera térmica fijada con un clip puede montarse directamente en una lámina con termopares firmemente sujetos a una pieza de prueba. El perfilado para asegurar un curado consistente tiene los mismos beneficios que para las latas de bebidas.

Recubrimiento de bobinas. El recubrimiento de tiras de la bobina se usa ampliamente en muchas aplicaciones industriales, incluida la construcción, utensilios de cocina, electrodomésticos y embalaje. Los sustratos de bobina recubierta representan un desafío importante cuando se trata del perfilado del horno. Con la tira de la bobina en movimiento constante, funcionando a 100 pies/min a través de un horno de espacio de baja altura, el sistema de perfilado de temperatura debe diseñarse cuidadosamente. Al combinar la protección térmica de baja altura con un brazo fijo en el que se ubican los termopares, el sistema de perfilado se puede colocar fácilmente de manera directa en la bobina móvil para asegurar que pase a través del horno y proporcione una medición precisa de la temperatura, tanto de la superficie como del aire.

El rotomoldeo es un proceso de fabricación en rápido crecimiento que se utiliza para producir productos plásticos que van desde juguetes de montar para niños hasta tanques de agua de gran capacidad. El control de la temperatura del proceso, en el cual un molde giratorio que contiene el material plástico se calienta y luego se enfría para crear un producto de plástico hueco, es esencial. Una solución de perfilado de temperatura ideal para procesos de rotomoldeo es un sistema que proporciona datos en vivo a través de una señal de radiofrecuencia (RF) transmitida desde el registrador de datos con protección térmica directamente a una computadora de monitoreo. Los datos de temperatura en vivo registrados desde el horno, molde o centro del molde permiten el control total o el ajuste del proceso a medida que avanza.