Las formas más fáciles de realizar medición y control de tensión son a través de rodillos montados sobre celdas de carga o rodillos balancines. Estos dos dispositivos ayudan a mantener una tensión y tracción constante de la película controlando la velocidad de los diferentes motores de la máquina. Pero primero entendamos de qué estamos hablando.
El control de tensión se refiere a todos los métodos utilizados para medir y ajustar tensión de una película en movimiento. En el contexto de nuestra explicación, una película es cualquier material continuamente halado de un rollo a través de algunos procesos de manufactura. La tensión es la fuerza medible que estira la película, los métodos de control de tensión van desde tocar una película y controlar la tensión manualmente, hasta sistemas avanzados que automáticamente miden y le hacen ajuste al proceso.
La mayoría de los procesos involucrados en la producción o conversión de papel, películas, plásticos, aluminio, textiles, alambre y cables, requieren alguna forma de control de tensión. Es también necesario en productos que requieren embobinado a rollos, impresión, recubrimiento, laminación, corte, y extrusión. En nuestra explicación solo discutiremos el control de tensión de materiales alimentados continuamente en rollos.
Una celda de carga es un dispositivo que mide el componente de fuerza producida sobre un rodillo cuando una película tensionada pasa sobre este.
Además de soportar la tensión producida por la película, la celda de carga debe soportar el peso del rodillo, de los rodamientos, ejes, etcétera. Es por esto que la capacidad de la celda de carga debe soportar una fuerza mínima igual a la suma vectorial del peso total del rodillo, y la tensión máxima a medir. Su movimiento no supera 0,005 pulgadas.
Estos rodillos tienen unos transductores de fuerza, ya sea en el eje del rodillo o bajo los rodamientos. Un rodillo para celda de carga es mas fácil de montar que un sistema de rodillos balancines, debido a que utiliza menos espacio y tiene menos partes, solo un rodillo que gira. Sin embargo, debe existir siempre un ángulo de arrope en el rodillo de la celda de carga, lo cual implica que deben existir tres rodillos en este tipo de sistema y, como en los rodillos balancines, no deben existir rodillos impulsados entre el de la celda de carga y la zona del ensarte donde usted está tratando de controlar la tensión. El rodillo de la celda de carga debe ser también un rodillo loco.
El sistema de rodillo balancín, es un sistema de control de tensión muy confiable. La configuración mas común de un rodillo balancín es un rodillo conectado a un brazo o pivote, cuya posición es medida por un potenciómetro. Si la tensión es muy alta, el balancín será movido hacia arriba, y el potenciómetro enviará una señal al variador de velocidad para que disminuya la velocidad. Si la tensión es muy baja hará el efecto contrario.
La siguiente es una configuración vertical general:
La siguiente es una configuración horizontal:
Para implementar un sistema de control de tensión, se debe escoger una configuración que minimice el tamaño del cilindro neumático, con con el objetivo de disminuir la fricción del cilindro, lo cual disminuye la sensibilidad del dispositivo.
De igual forma se debe considerar cuál configuración se va a utilizar, ya sea horizontal o vertical. La configuración vertical es recomendada para el uso de películas cuyas tensiones de trabajo son similares al peso del balancín, y la configuración horizontal para películas cuya tensión de trabajo es menor al peso del balancín. Además, se debe utilizar un cilindro cuyo tamaño y posición le permita cubrir el rango de tensión a trabajar con una presión de aire entre los 10 a 60 psi. Por último, se debe hacer una calibración del balancín utilizando una cuerda y pesas calibradas para verificar que la tensión indicada corresponde a la real y siempre se conserva el punto medio.
La forma más precisa para controlar cualquier variable en una película es medir esta variable, y entonces comparar ésta con el valor requerido y de la compensación electrónica matemática que ocurrirá. Esta es la función del sistema de control de tensión basado en la celda de carga de ciclo cerrado (transductor).
La única forma de medir continuamente la tensión de un material en movimiento es que éste pase sobre un rodillo acondicionado con celdas de carga (o transductores) que puedan medir la fuerza en este rodillo producida por la combinación de tensión y el ángulo de arrope alrededor del rodillo. La señal resultante puede ser utilizada simplemente como una medida de la tensión, pero siempre es comparada con otra señal que representa la tensión deseada de ajuste. El error entre las dos señales es entonces procesada por un amplificador de control para suministrar la estabilidad en el material.
La señal de salida es amplificada y convertida a una presión de aire que trabaja sobre un freno actuado neumáticamente, a una señal eléctrica para un freno eléctrico o magnético, o a un controlador de un motor.
A medida que el diámetro del rollo cambia, ya sea en el embobinador o en el desembobinador de la máquina, el control de ciclo cerrado automáticamente ajustará el freno o el impulsor para compensar el cambio de diámetro y la masa del rollo, para mantener los niveles deseados de tensión, y así obtener una producción consistente y de calidad.
Debido a que el proceso es medido y monitoreado, esto puede ser fácilmente repetido para diferentes sustratos y diferentes procesos, para dar consistencia a éste, reducir desperdicio y mejorar calidad, obteniendo como resultado una máxima productividad.
Finalmente, cuando se trata de determinar cuál método de control es el apropiado para una aplicación específica, algunos factores requieren una cuidadosa consideración. ¿Cuáles son las características de los sustratos a ser procesados? ¿Qué demanda el proceso del sustrato? ¿Cuál es la tolerancia de mi tensión? Cada aproximacion a un control de tensión tiene costos específicos asociados.
La solución que se escoja puede ser determinada por un simple análisis de retorno sobre la inversión, o en un impacto global por ejecución y productividad.
En cualquier caso, una estrategia adecuada de control de tensión no puede ser pasada por alto.
En nuestro próximo blog, continuaremos con el análisis de control de tensión en sustratos y esperamos este sea el inicio de preguntas y dudas que sé siempre forman parte de la cantidad de problemas que aparecen en los distintos procesos de impresión, laminado y corte en la conversión de envases flexibles.
¡Hasta pronto!
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