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Soluciones flexibles

07 dic 2016

Manejo de tensión en las películas

Tal y como lo mencionamos en nuestro anterior post, iniciaremos con el tema del manejo de las tensiones, que constituye una parte importante de la manipulación de los materiales en el mundo de la conversión. Revisaremos primero los conceptos básicos de la tensión, para posteriormente ir profundizando en cada uno de los aspectos.

Un buen manejo de películas busca preservar todas sus propiedades. En algunos casos la única propiedad que es alterada es la geometría de la película, es decir, el largo y el ancho. Además de la preservación, un buen manejo de la película tiene como objetivo procesarla a la máxima velocidad posible, con el propósito de reducir costos.  En suma, manejar bien una película significa transportarla de un punto a otro a su máxima productividad y con el menor desperdicio.

Mecánica de las películas

Normalmente en la industria de los envases flexibles, todas las películas son transformadas y convertidas a través de rodillos, que esencialmente son el fundamento de las máquinas procesadoras.

La interacción de la película con los rodillos puede afectar la calidad del proceso y la productividad de la máquina. Las películas reaccionan a la forma del rodillo que contactan, debido a que un rodillo es una superficie curva que imparte esfuerzos en un lugar de contacto, a través de una tracción.

La mecánica de las películas flexibles describe su entorno cuando se encuentra entre dos rodillos a través de las propiedades, que pueden ser medidas en este espacio: como son largo, ancho, relación ancho/largo, calibre, peso base y coeficiente de fricción. (Fig 1)

Realmente, el manejo de películas se concentra en el control de los esfuerzos recibidos y realizados por éstas cuando son transportadas a través de los rodillos.

La mecánica de las películas flexibles describe su entorno cuando se encuentra entre dos rodillos

Figura 1

Propiedades físicas de una película

Materiales dúctiles o frágiles

Un material dúctil es aquel que es susceptible de ser deformado cuando se le aplica un esfuerzo, y los frágiles son aquellos materiales que se rompen fácilmente al aplicarse un esfuerzo bajo.

Las siguientes gráficas de esfuerzo/deformación nos muestran estas diferencias:

Las siguientes gráficas de esfuerzo/deformación muestran las diferencias entre materiales.

Un material frágil tiene un comportamiento lineal con poca elongación, casi hasta el punto de falla cuando se le aplica un esfuerzo. En cambio, un material dúctil tiene un comportamiento no muy lineal hasta que falla, y una elongación muy alta. Otra diferencia es la geometría del fallo del material, el frágil tiene una deformación muy pequeña comparado con un material dúctil, que sufre una deformación grande, en forma de cuello de botella, de tal forma que el área de falla es mucho más delgada que el área original.

En general, las películas de PE y PP tienden a comportarse como materiales dúctiles, el Al y el PET tienden a comportarse como materiales frágiles.

Coeficiente de fricción

El coeficiente de fricción es una propiedad física propia de dos sólidos en contacto. La máxima fuerza de fricción es calculada a través de la fuerza normal (N) y el coeficiente de fricción (miu). El más importante es el coeficiente de fricción estático que nos indica el momento en que la película rompe el equilibrio con la superficie que está en contacto (rodillo, película). El coeficiente de fricción cinético nos muestra el momento en el que la película empieza a moverse sobre los rodillos, o cuando se produce una pérdida de tracción. Los métodos de medición son a través de plano inclinado o plano horizontal.

Comportamiento de las películas flexibles

La ley fundamental que gobierna el comportamiento de las películas sobre los rodillos es la ley de alineación de películas, que dice que: una película busca alinearse a sí misma, de forma perpendicular al eje del rodillo con el que está en tracción.

Si existe alguna desalineación entre el rodillo y la película, en un ángulo dado, como se muestra en la línea B del siguiente esquema, la película se moverá hasta que logre estar perpendicular con el eje del rodillo. El efecto de esta ley es local, pues la película se comportará así con cada uno de los rodillos con que está en contacto.

Este fenómeno ocurre sin importar en qué condiciones se estén trabajando en máquina, y aun cuando exista alguna otra variable que limite el grado con el cual la película busca la perpendicularidad.

La única forma de no tener en cuenta esta ley es por la ausencia de tracción entre la película y los rodillos. De igual forma existen otras variables que influyen en el comportamiento de una película, como son tensión, presión, velocidad y ángulo de contacto.

La única forma de no tener en cuenta esta ley es por ausencia de tracción entre película y rodillos.

Control de tensión

Uno de los temas más importantes en la mecánica de materiales es el control de tensión, debido a que este toca todos los puntos básicos de la manipulación o del manejo de películas, además es una de las variables más importantes a tener en cuenta para un proceso exitoso de laminación.

El manejo de películas requiere que los esfuerzos a los que están sometidas sean conocidos y controlados en cada uno de los puntos de la máquina. Estos esfuerzos pueden ser en la dirección de la máquina (MD), o en dirección transversal (TD).

La tensión aplicada a una película determina cuánto aire puede haber entre la película y los rodillos transportadores, lo que puede causar falta o exceso de tracción. Si la tensión y la tracción son bajas, se pueden producir descuelgues, arrugas en sentido transversal. Si en cambio la tensión y la tracción son muy altas, se puede producir ruptura de la película, arrugas en dirección de la máquina (MD), deformaciones o curling. Detalles de estos aspectos ya fueron analizados en mi post anterior.

La tensión se expresa como una unidad de fuerza. Existen muchos métodos para determinar las tensiones adecuadas en un proceso de laminación, uno de los más comunes es basado en la experiencia de materiales similares. Aquí normalmente se tiene experiencia con materiales de un peso, calibre y ancho específico, debido a lo anterior una buena aproximación es la siguiente ecuación:

Ti = Ft.a.C

Dónde Ti es la tensión, Ft es el factor del material o estructura, a es el ancho de la película o laminado y C es el calibre del material.

El factor del material es uno de proporcionalidad que se halla reemplazando Ti por una tensión que haya trabajado bien en un material de características similares, con un ancho y calibre específicos, y se divide entre estos últimos. Una vez encontrado este factor es posible encontrar tensiones adecuadas para trabajar materiales de diferentes calibres, y anchos con similares características.

En nuestro próximo post, entraremos en el estudio y análisis de las formas para medir y controlar la tensión. Analizaremos los dos métodos más comunes como son las celdas de carga y los rodillos balancines, y su concepto básico de funcionamiento como es el de mantener una tensión y tracción constantes en la película, controlando la velocidad de los diferentes motores de la máquina.

¡Hasta pronto! Gracias por su atención durante este 2016, y muy Feliz Navidad y Feliz Año 2017 para todos.


Palabras relacionadas:
manejo de tensión en las películas, manipulación de materiales en la industria de la conversión, conceptos básicos de la tensión, buen manejo de las películas, geometría de la película, películas en la industria de envases flexibles, materiales dúctiles o frágiles, coeficiente de fricción, comportamiento de las películas flexibles, control de tensión, Wilmer Saavedra
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Angelica Paola
16 de septiembre de 2019 a las 10:07

hola buenos días ingeniero, actualmente ando realizando un proyecto con el diseño de una maquina cortadora de laminas, para ello requiero un motor paso a paso por lo cual requiero la tensión de los materiales a cortar (pp, pet, pvc), no se si me puedas hacer el favor de colaborar me con información técnica sobre manejo de tensiones, agradezco tu atención.

WILMER
17 de septiembre de 2019 a las 08:20

Angélica, buenos días Por correo te estoy enviando tabla de tensión de materiales e información sobre control de tensión. Atte Wilmer

RICHARD
03 de septiembre de 2019 a las 14:45

Pregunta sobre tensiones Buen día Wilmer, primeramente agradecer por volcar su experiencia en conversión para que esté accesible para todos. En mi caso trabajo en el sector de corte, y me han surgido algunas dudas en cuanto al cálculo de Ti, debido a que manejamos diferentes estructura por ejemplo BOPP, PE, PET, PET/PE, BOPP/PET/PE, BOPP/PE, etc. 1- Debo establecer los valores de Ft para cada par estructura/Maquina (tenemos diferentes cortadoras), ¿Es correcto? 2- Para calcular la Ti en los rebobinadores al trabajar a varias pistas,¿Debo calcular Ti = Ft.C.(a1+&+an) siendo (a1+&+an) la sumatoria de los anchos de las bobinas cortadas por eje rebobinador; o si debo usar T i= Ft.C((a1+&+an)/aL) siendo aL en ancho de la bobina laminada? 3- ¿Hay alguna relación entre la tensión del freno y la tensión de los rebobinadores? 4- ¿Podría enviarme la tabla de valor de tensión por favor? Gracias por su tiempo saludos desde Uruguay.

WILMER
12 de septiembre de 2019 a las 15:10

Buenas tardes Richard, Respondo a tus preguntas: 1.- Es correcto, tienes materiales a cortar diferentes y máquinas diferentes y en estados diferentes. 2.- Sumatoria de los anchos de las bobinas cortadas 3.- Si te refieres al freno del eje desembobinador, nada tiene que ver con la tensión de los rebobinados; son dos zonas de tensión distintas. 4.- Por correo te estoy enviando la tabla Atte Wilmer

RICHARD
13 de septiembre de 2019 a las 04:15

Muchas gracias y saludos.

RICHARD
09 de septiembre de 2019 a las 04:29

La pregunta 3 veo que ha sido respondida en una instancia anterior. Gracias.

PEDRO DANIEL AUCAPIÑA LOOR
11 de agosto de 2019 a las 19:32

Buenas noches Wilmer, gracias por tu difusión de tus conocimiento, por favor ayúdame con lo siguiente: 1.- Una tabla de tensiones unitarias dependiendo del material e información técnica sobre manejo de tensiones, 2.- Los materiales flexibles bi laminados, tiene cara externa e interna (contacto con el producto); los COF tanto interno como externo, deben ser iguales o no?, para uso tanto en maquinas Flowpack y Verticales. 3.- El valor del COF, tiene que ver con la velocidad de maquina, ejemplo para maquina Flowpack horizontal que corre a 200 paquetes x min. Muchas gracias por tu gra ayuda. Saludos.

WILMER
12 de agosto de 2019 a las 05:46

Pedro Daniel, buenos días, 1. Via email te estoy enviando una tabla de tensiones unitarias 2. No deben ser iguales, en el caso de verticales de cuello formador el COF de adentro debe ser menor que el externo, para que pueda deslizar en el tubo y afuera para que las correas puedan arrastrar. En flow pack normalmente es importante bajo COF adentro y afuera, ya ambas caras están en contacto con la caja formador. 3. A mayor velocidad el material que desliza contra la máquina demanda más de un bajo COF. Atte Wilmer

PEDRO DANIEL AUCAPIÑA LOOR
16 de agosto de 2019 a las 11:19

Hola, Wilmer, que tal. Tus indicaciones me parecen perfectas, actualmente nuestro proveedor varia los COF, y eso me hizo dudar, e incluso estoy comenzando a pedir los COF por cada lote al proveedor. Muchas gracias, te deseo mucha suerte y buenas vibras.

PEDRO DANIEL AUCAPIÑA LOOR
11 de agosto de 2019 a las 19:12

Buenas tardes Wilmer, que tal, He estado leyendo tus blogs me parecen genial, solo la experiencia agrega valor al conocimiento, y es lo que me ha pasado a mi. Trabajo en el área de empaques flexibles, y tengo innumerables consulta de hacerte, espero me ayudes. me gustaría pasarte fotos de los defecto que he encontrado: 1.- Rollos de bobinas con peso de 16kg, de un extremo aparece como tensionado, pero del otro lado aparece como flojo, que cuando de desenrolla en la maquina se aprecia como una bolsa o descuelga. 2.- Otras bobinas, aparece en un extremo de la bobina (al finalizar) un levantamiento, el proveedor lo llama "efecto cacho". 3.- Otras bobinas, aparece en un extremo de la bobina "al inicio del enrollado", unión entre core y laminado, ondulaciones, el proveedor lo llama "efecto estrella", al coger la lamina y colocarla en una mesa, se ve claramente como ondulaciones. cuales serian la causa raíz de los problemas, me gustaría pasarte las imágenes del tema. Gracias mil.

PEDRO DANIEL AUCAPIÑA LOOR
16 de agosto de 2019 a las 11:41

Hola que tal Wilmer, Tu aporte y conocimiento serán de mucha ayuda para estos temas que por lo general no hay lugares de consulta. Mucho agradezco nos des una mano. Saludos Pedro. 0999288284

Juan Carlos
02 de agosto de 2019 a las 00:04

Estimado Wilmer En una laminación de Bopp oxodegradable15/Tinta/Adhesivo/Boppmetalizado15oxodegradable, de que manera se puede afectar el COF en el proceso de impresión, laminación y corte? El Bopp como materia prima tiene un COF de 0.3 y después del proceso de conversión aparecen valores hasta de 0.7? Gracias por tu apoyo.

WILMER
02 de agosto de 2019 a las 05:37

Hola Juan Carlos: El proceso de laminación es el más propenso donde puede incrementarse el COF por lo siguiente: 1.- Que el adhesivo esté "robando" los aditivos deslizantes del BOPP; los adhesivos base poliéter son muy dados a llevar a cabo ésto 2.- Revisa el nivel de tensión a que estás embonando la laminación; el exceso de tensión hace que los deslizantes se escondan de la superficie. Espero esta información sea de tu ayuda. Atte Wilmer

Ricardo
07 de julio de 2019 a las 15:12

Hola, buenas tardes. Recién acabo de egresar de la carrera y soy nuevo operando estás máquinas. La máquina que tenemos aquí trabaja sólo con PET. Mi consulta es la siguiente. Hice el cálculo para obtener el factor del material tomando valores con los que ya se han trabajado aquí, pero el valor es muy alto a mi consideración. Desconozco el rango de este valor para el PET. Se han modificado otras variables con las que hemos visto mejoría en el embobinado cómo: Par de giro nominal, valor nominal taper y avance nominal. Todas las demás variables se han dejado con los datos del proveedor. ¿Alguna página de internet o libro para entender estos últimos conceptos que acabo de mencionar?. Me ha sido difícil encontrarlos. Una última mención.En ocasiones se ha trabajado con la merma de la máquina, es decir, se mete a molinos, se tritura y se incorpora al proceso. ¿Esto puede influir en que la lámina se reviente a cada momento?. Su artículo muy interesante. Saludos

WILMER
08 de julio de 2019 a las 07:51

Ricardo, buenos días Por tu primera pregunta, infiero que deseas información técnica sobre manejo de tensiones, por tu email te la estoy enviando, además de una tabla de tensiones unitarias dependiendo del material. Respecto a la segunda pregunta, no la entiendo, estas en un proceso de laminación o extrusión? te agradezco me des más detalles del retroceso que mencionas. Atte Wilmer

Ricardo
08 de julio de 2019 a las 08:00

Así es. Se trabaja con dos extrusores que llegan al mismo dado. Uno es para PET R y el otro más pequeño para PET G. Sin embargo se puede trabajar solo con el extrusor de PET R, dependiendo del cliente. Donde más se tienen problemas es en el área de embobinado, sobre todo en calibres bajos por ejemplo: 10.5 y 12. Una parte que influye como menciona en su artículo anterior es la variación de calibre ya que el dado no es automático.

Alberto
10 de junio de 2019 a las 16:35

Hola, buenas tardes estimado. Mi consulta es la siguiente, tengo problemas con el alineado de una bobina, cuando la lamina pasa por todos los rodillos y cubre las pipetas usualmente tengo problemas de alineado, que me recomiendas para solucionar esto? el uso de guías en cada rodillo? como darle mas tensión a la bobina? en cierto que un rodillo conico ayuda mas? te lo agradezco de antemano.

WILMER
12 de junio de 2019 a las 05:40

Hola Alberto, No entiendo el término pipetas, pero infiero que tienes un problema de estabilidad del material al pasar por rodillos. Te sugiero que primero que todo, revises la planitud del material(que no esté deformado plásticamente, es decir con ondulaciones) lo cual no le permite que abrace u cubra totalmente los rodillos, y corregir el problema de raíz. Si he entendido el problema, una medida de emergencia sería frenar algún o un par de los rodillos donde el material está haciendo mayor abrace. Atte Wilmer Saavedra

MAURICIO CARANTON PEÑA
28 de mayo de 2019 a las 11:12

Wilmer Buenos días Tengo inconveniente en el proceso de sellado de bolsa, fabricada en PEBD y PEAD, en cuánto a la contaminación removible, sobre todo al trabajar con baja. Mi planta es demasiado limpia, trabajamos BPM, por la exigencia de nuestro nicho. Perdemos demasiado tiempo realizando limpieza a los rodillos a lo largo de cada turno. Existe alguna manera que pueda ayudar en mi proceso, sin sacrificar productividad. Ya leí tus artículos acerca de la estática, muestras máquinas tienen barra de estática. Agradezco tu apoyo, gracias

WILMER
05 de junio de 2019 a las 05:33

Mauricio, buenos días Perdona la demora en la respuesta. Podrías por favor explicarme un poco mejor la situación? Es que no entiendo muy bien lo de contaminación removible, es en los rodillos, es un polvillo, viene del poliétileno, te agradecería más detalle para ayudarte mejor. Atte Wilmer

Aidee
24 de abril de 2019 a las 10:10

Buen dia, muchas gracias por toda la información que nos proporcionas ha sido de gran ayuda, por el momento tengo una duda con respecto al coeficiente de fricción, este coeficiente es estandar en cada material o como es que se va modificando durante la laminación, en caso de que se modifique como puedo lograr el coeficiente que me solicita mi cliente?? Saludos

WILMER
25 de abril de 2019 a las 08:19

Aidee, buenos días A pesar de ser una pregunta bastante amplia, paso a comentarte lo siguiente: 1. Las películas como BOPP o PET ya vienen con on COF especificado y su fabricante le coloca las ppm de agentes deslizantes para alcanzar el coeficiente especificado por ellos 2. En el caso de películas de polietileno el caso es similar, pero en caso de que ustedes fabriquen sus peliculas de polietileno para sellado pueden modificar este coeficiente colocando o quitando ppm de los agentes deslizantes(erucamidas, oleamidas) según el calibre de la película. Aquí debe existir un equilibrio para que no haya exceso y se afecte la capacidad de sellado de la película. 3. Una vez producida la pelicula de polietileno existe un tiempo para que el COF se estabilice ( migración de los aditivos a la superficie de la película. Atte Wilmer

Guillermo
02 de abril de 2019 a las 18:07

buen día!! tengo un problema en una línea de extrusion de película de Pet-g (es película termoencogible), el efecto es que cuando se corta la película en sentido MD esta hace una curva que a nuestro cliente final le causa problemas, ya que el corte natural de la película no es en línea recta, ¿como pudiera disminuir dicho efecto??

WILMER
03 de abril de 2019 a las 09:42

Guillermo buenos días Si entiendo la situación, es que al colocar el material en un sitio plano , se ve un lado recto y el otro curvo; lógicamente esto debe estar ocasionando problemas donde tu cliente en lo que respecta a alineación. Es probable que esto sea debido a variación de calibre de un lado al otro. Sugiero revises: 1.- En el proceso: reducir la variacio1n en temperatura del fundido y eliminar ráfagas de aire alrededor de la burbuja, en caso de que existan. 2.- En el equipo: alineación del dado, del anillo de aire, de la jaula(cage), del marco de colapsado de la burbuja y del nip de los rodillos de halado. Si puedes enviarme foto del problema, te lo agradezco, mi correo es wilmersaavedra1@gmail.com Saludos

Mario Humberto
27 de octubre de 2017 a las 12:27

Como se puede eliminar el telescopeo en el proceso de extrusión de película flexibles por soplado,a pesar de que ya se cambió y rectificó el rodillo de goma,se alineo la flecha de embobinado. entiendo que este efecto se produce al tener aire la bobina y una manera de eliminarlo es generar más presión sobre el rodillo de goma,aún con todo esto continua igual. Espero su comentario. Saludos.

Wilmer Saavedra Chacin
27 de octubre de 2017 a las 14:48

Hola nuevamente Mario Humberto, Acabo de recordar que normalmente en los reembobinadores de las coextrusoras, el sistema funciona con tensión por superficie, funcionando con el rodillo motriz de goma y el eje reembobinador cuyas velocidades estan sincronizadas con la velocidad de la máquina, Haciendo un poco de memoria no es muy común ver telescopeos en las máquinas de soplado. Sin embargo sé que tienes el problema y me gustaría saber si lo que soplas es polietileno de baja y lineal, mi pregunta es porque cuando se sopla polietileno de alta, este tiene un bajo COF y se deslizan las capas entre ellas con facilidad. Saludos Wilmer

Wilmer Saavedra Chacin
27 de octubre de 2017 a las 14:12

Buenas tardes Mario Humberto, El proceso de telescopeo básicamente está inducido por dos causas importantes: 1. Desalineación y/o falta de presión del rodillo presor, que según me comentas está bien. 2. El segundo punto y no menos importante es el patrón de tensión, el cual debe ser escalonado(taper tension), y ajustado en el embobinador de la máquina de soplado. Esto lo que quiere decir es que la tensión debe ir disminuyendo a medida que el rollo crece en diámetro, pero el % de taper debe ser tal que las primeras capas embobinadas tengan tengan suficiente tensión para que la presión de las capas superiores no desplacen las inferiores y creen el telescopeo. Te sugiero revisar este tema y volver a escuchar tus comentarios. Saludos Wilmer

Richad Etcheverry
23 de octubre de 2017 a las 11:31

Buenas tardes, muchas gracias por compartir su experiencia, en envases flexibles, han sido muy didácticos sus artículos ¿Existe alguna relación entre la tensión que se debe aplicar en el freno del desbobinador y la tensión de los rebobinadores en una cortadora?

Wilmer Saavedra Chacin
24 de octubre de 2017 a las 10:54

Hola Richad, muchas gracias por tus comentarios. Respecto a tú pregunta, te comento que el control de tensión en el desembobinador es totalmente aparte al del eje rebobinador donde puede ser cortada una o varias bobinas, respecto a el desembobinador donde solo normalmente trabajamos una. La razón principal es que existen dos zonas diferentes de tensión, una entre el desembobinador y el nip antes de llegar al rebobinador y la otra entre este nip y el rebobinador. Espero sea de tu utilidad este comentario, cualquier inquietud con mucho gusto. Saludos Wilmer

Víctor
22 de septiembre de 2017 a las 01:01

¿Existe algún tipo de gráfica, o tabla de datos, que pueda dar dar una orientación de la tensión a la que hay que trabajar diferentes tipos de films PE, PP,BOPP,PET,HDPE, LDPE, etc e incluso papeles ....en función de su ancho y su espesor o gramaje?

Wilmer Saavedra Chacin
22 de septiembre de 2017 a las 14:27

Víctor, buenas tardes No existen tablas precisas pero si rangos de niveles de tensión correlacionados con su espesor(calibre) y ancho Via email te estoy adjuntando una tabla y un ejemplo. Espero sea de tu utilidad Atentamente Wilmer

BEATRIZ VELASCO
04 de febrero de 2019 a las 20:26

Hola Wilmer! Cual es la norma para realizar el test curling? Gracias por tu ayuda

WILMER
05 de febrero de 2019 a las 14:55

Hola Beatriz, No existe un procedimiento establecido, sin embargo por tu email te estoy enviando la foto de un " curl meter" el cual diseñamos en el pasado, el cual está en grados y el cual puedes enviar a fabricar, e internamente en tu proceso de laminación, definir un valor que te sirva de guía para liberar o no material al cliente. Espero sea de tu ayuda, cualquier cosa estoy a tus ordenes. Saludos Wilmer

Carlos
11 de diciembre de 2018 a las 12:13

Muy buena tarde, buen articulo, disculpa me podrías facilitar las tablas, trabajo con películas plásticas de diferentes espesores y anchos y se me presenta problemas de acortamiento en algunas, trato de llegar a una relación de tensión, velocidad, presión y temperatura óptimos en mi equipo. de antemano gracias.

Luis
26 de octubre de 2017 a las 08:42

Hola Wilmer, podrías enviarme la tabla a mi también, mi mail es luis.948@hotmail.com desde ya muchas gracias. Saludos!