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Soluciones flexibles

03 dic 2018

Guía práctica para controlar las cargas estáticas en los procesos de fabricación de empaques flexibles - Parte I

Resumen

Las cargas electrostáticas se desarrollan en las superficies de las bandas de película a medida que se transportan a través de varios procesos de conversión, tales como como rebobinado, corte, recubrimiento, laminado, fabricación de bolsas y hojeado.

Estas cargas a menudo causan la atracción de partículas desde el material además de ocasionar defectos en la uniformidad de la impresión y en el recubrimiento, que resultan en problemas de calidad e insatisfacción del cliente.

Las cargas estáticas significativas también pueden causar choques al operador, interrupción de la electrónica de control del proceso, incendios en recubrimientos con solventes y reducción de la velocidad de la máquina para poder transportar el material durante el proceso.

Introducción

La electricidad estática es la causa de muchos problemas encontrados en el transporte y la conversión de películas. En la maquinaria moderna a medida que la tecnología se ha desarrollado, permite velocidades de producción más rápidas,  pero también aumentan los problemas relacionados con la estática, obstaculizando la producción y afectando la calidad del producto.

Las cargas estáticas se generan en la superficie de la película a medida que se desembobina el rollo, y cuando contacta y se separa de superficies tales como rodillos locos (no impulsados), rodillos de presión (nips) y rodillos de impresión o recubrimiento.

Las cargas existen en dos polaridades: positiva y negativa. Las superficies cargadas a la misma polaridad se repelen entre sí,  polaridades opuestas se atraerán. Una película cargada de cualquier polaridad atraerá las superficies sin carga de los aisladores o conductores. Estos casos son especialmente evidentes en las operaciones de conversión, como laminado, confección de bolsas y troquelado, donde la película ya no está bajo el control de la estructura mecánica de la web y su sistema de transporte.

Los materiales tienden a desarrollar altas cargas; 30 Kv a 40 Kv es común. Los fuertes campos electrostáticos asociados a estas cargas atraen partículas de polvo, fibras, insectos y pelos que resultan en contaminación de la superficie. Esto causa obvios problemas de calidad en problemas de impresión, recubrimiento, laminación y de limpieza con alimentos, envases médicos y farmacéuticos.

Los recubrimientos desiguales y el “corrimiento del punto" de las tintas son a menudo el resultado de cargas estáticas. La descarga electrostática (ESD) de un conductor cargado o un aislante altamente cargado puede generar suficiente liberación de energía  para encender vapores peligrosos en los cabezales de recubrimiento y en las operaciones de impresión de huecograbado.

Un evento ESD también puede alterar la lógica en un PLC y en los equipos de detección, causando errores de procesamiento y costosos tiempos de inactividad. Altas cargas, especialmente en un embobinador,  pueden ocasionar descargas eléctricas incómodas al operador, cuando se acerca a un rodillo o toca la estructura de la máquina.

El tener un buen conocimiento básico de la electricidad estática y cómo se puede controlar en el procesamiento de la película, los problemas  pueden ser reducidos o eliminados en gran medida, lo que da como resultado un manejo del material más eficiente y una mejor calidad del producto.

Generación de carga

La electricidad estática es una carga eléctrica en una superficie. La carga está generalmente en un material aislante, como una película web, y puede estar en una superficie conductora si está aislada de la tierra eléctrica.

Un ejemplo de un conductor sin conexión a tierra es un rodillo loco(no impulsado) de metal con cojinetes desgastados lubricados con grasa no conductora. Cuando dos superficies están en contacto, un intercambio de electrones (cargas negativas) tiene lugar entre las dos superficies. Cuando las superficies son separadas, la superficie que ha ganado electrones se carga negativamente. La superficie que abandona los electrones se vuelve positiva. (Ver Figura 1)

Guía práctica para el control de cargas estáticas en empaques flexibles

Fig 1. Simco Industrial Static Control

El material involucrado, la presión, velocidad de contacto y separación afectan la magnitud de la carga. Este proceso de contacto y separación o fricción es conocido como triboelectrificación o tribocargue.

Debido a que el aumento de carga estática en una superficie es un proceso acumulativo, cargas potenciales pueden continuar aumentando cada vez que el material contacta otra superficie como se muestra en la (Fig. 2). Esto es evidente en sistemas de transporte donde el material se coloca en contacto con varios rodillos.

Guía práctica para el control de cargas estáticas en empaques flexibles

Fig 2. Simco Industrial Static Control

Si el material contacta un rodillo que no está girando libremente o se detiene sobre una barra fija o una superficie de la máquina,  pueden ocurrir cargas más altas, debido a un contacto más intimo del material contra la superficie, lo cual ocasiona más intercambio de electrones en la superficie.La cantidad de presión del material contra otra superficie también resulta en cargas más altas por la misma razón. Algunas áreas típicas en el sistema de transporte que tienden a generar cargas significativas en el material son:

  1. Desembobinado
  2. Rodillos en los NIP
  3. Acumulador
  4. Rodillos locos (no impulsados) con mangas aislantes
  5. Rodillos banano
  6. Rodillos aplicadores
  7. Tratador corona
  8. Rodillos de presión (Lay-on)

Características eléctricas de conductores y aisladores

Cuando se desarrollan cargas sobre un conductor, toda la superficie se carga. La distribución de la carga será de la misma polaridad y potencial en todas las superficies del cuerpo conductor. Si el elemento conductor es conectado a tierra adecuadamente en todo momento este no se cargará y no ocurrirá ninguna descarga peligrosa. La conexión a tierra de los componentes de la máquina es llevado a cabo típicamente a través de contacto mecánico a la estructura de la máquina vía contacto metal-metal y con una buena condición de los rodamientos del eje. Para verificar si la  conexión a tierra es correcta, se utiliza un ohmímetro y se mide desde una superficie limpia sin pintura del componente a la estructura de la máquina. El valor no debe exceder 1 megohm. Es extremadamente importante revisar la resistencia a tierra en rodillos no impulsados, en áreas donde hay alta carga de solventes.

Las anteriores mediciones deben ser hechas con los rodillos girando a la velocidad de trabajo. Cuando el rodillo es estacionario y descansa en sus rodamientos suficiente valor a tierra puede ser indicado. Cuando están girando, los rodamientos algunas veces tienden a flotar en sus pistas y en el lubricante y la conexión a tierra puede perderse.

Aisladores

Una película es un buen ejemplo de un aislante o dieléctrico y, a menos que éste contenga un aditivo antiestático o esté sometida humedad excesiva, no conducirá electricidad. La película se cargará muy fácil por medio de triboelectrificación pero no podrá ser descargada o neutralizada a tierra como un conductor puede hacerlo. Los aisladores pueden solo ser neutralizados añadiéndoles cargas opuestas a sus superficies para balancear o compensar la carga eléctrica. Esto es llevado a cabo a través del uso de ionizadores de aire los cuales discutiremos más adelante.

Debido a la naturaleza de los dieléctricos, estos no permiten el libre movimiento dentro de su estructura; por lo tanto, una película puede exhibir áreas con ambas polaridades y varios niveles de potencial de carga a través de su superficie.

Detección y medición de las cargas electrostáticas

La densidad de carga es una función del potencial de campo (voltios) y la capacitancia de la superficie cargada. Esta se expresa como: Q= CV, donde Q= carga en coulombs, C= capacitancia, V= potencial de campo en voltios.

Como la capacitancia es difícil sino imposible de determinar en un sentido práctico, las cargas electrostáticas son usualmente evaluadas y discutidas en términos de potencial de campo, lo cual puede ser fácilmente detectado y medido utilizando medidores de campo electrostáticos.

Un medidor de campo es un instrumento de no contacto, típicamente manual, con el cual se señala hacia la superficie objetivo a una predeterminada distancia, la cual es usualmente entre 1 a 2pulgadas, dependiendo del diseño del dispositivo. El campo eléctrico induce una carga en el elemento sensor del medidor. La carga es entonces mostrada en términos del potencial de campo en una lectura digital o análoga en voltios o kilovoltios; la carga de la polaridad se muestra también. Para obtener lecturas exactas, la carcaza del instrumento debe hacer tierra a través de un alambre conector o a través del operador que sostiene el instrumento. Algunos medidores utilizan una carcaza de metal y otros utilizanun material plástico con aditivos que hacen a la carcaza eléctricamente conductora para permitir la conexión a tierra.

Los medidores electrostáticos utilizan, ya sea, un elemento sensor electro medidor o uno estabilizado por cuchilla. Ambos obtienen los mismos resultados; sin embargo, el tipo electro medidor no deberá ser utilizado en proximidad a una fuente emisora de un ionizador ya que se pueden obtener falsas mediciones,  debido a la recolección de iones en la sonda de detección. Por la misma razón no deberá ser utilizado en el flujo de aire de un ionizador de aire forzado.

En el próximo blog, finalizaremos con la detección y medición de las cargas electrostáticas que incluye la supresión de campo; para luego finalizar con:efectos de campo, neutralización de las cargas en una película y aplicaciones en áreas típicas en los sistemas de transporte de películas.

¡Hasta pronto, sus preguntas siempre serán bienvenidas!

 


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Victor
18 de diciembre de 2018 a las 18:09

Estimado Wilmer buenas tardes, con base en este artículo quisiera preguntar tu opinión acerca del uso de barras ACE en impresión para películas transparentes como Bopp, Pet, PetG o PVC, y en caso de utilizar las barras de que forma evitar que la película exceda los límites de estática. Saludos y gracias.

WILMER SAAVEDRA CHACIN
19 de diciembre de 2018 a las 15:55

Estimado Victor; ACE, es una marca conocida, de la cual tengo muy buenas referencias, similar a ELTEX, como menciona mi amigo Héctor Buenavista, Gerente de Dätwyler, en el comentario de abajo. Algunos aspectos positivos son: Total eliminación de la omisión de puntos Alta tecnología y sencillez de utilización Disminución de limpieza de cilindros ya que no se seca en los alveolos. Debido a que las cargas electrostáticas se desarrollan en las superficies de las bandas de película a medida que se transportan a través de varios procesos de conversión, tales como impresión, rebobinado, corte, recubrimiento,laminado, el solo transporte, contacto y fricción con los rodillos, ocasiona estas cargas. El éxito está en colocar la barra o elemento neutralizador en el sitio adecuado; este tema lo trataremos en el blog que saldrá en el mes de Enero/2019. Atentamente Wilmer

Victor
28 de diciembre de 2018 a las 11:31

Estimados Wilmer / Héctor, muchas gracias por su retroalimentación, quedo en espera atento al blog de enero. Saludos.

HECTOR
18 de diciembre de 2018 a las 15:43

Muy completo, claro e interesante.Este tema de la carga estática en la fabricación de empaque flexible es muy importante en términos de calidad y por supuesto seguridad. Conocer como se genera, como afecta y formas de reducirlo o eliminarlo son muy importantes de conocer y difundir. En mi experiencia puedo aportar que los equipos ESA de la firma alemana ELTEX son una herramienta efectiva como alternativa para una vez generada la estática poder eliminarla evitando los puntos blancos sin transferencia de tinta ocasionados por la estética en la película plástica. Felicidades Wilmer!

WILMER SAAVEDRA CHACIN
19 de diciembre de 2018 a las 15:21

Hola Hector, Primero que todo un gusto saber de tí. Muchas gracias por tus comentarios y por enriquecer el blog de SOLUCIONES FLEXIBLES. Efectivamente los equipos ESA de ELTEX son excelentes para la neutralización de la estática en los procesos de impresión, para eliminar la omisión de punto. Un fuerte abrazo y una Feliz Navidad Wilmer