Alcance el éxito en el desbobinado

Todas las operaciones de conversión y corte/rebobinado requieren de un sistema de desbobinado. Los sistemas de corte y rebobinado son considerados de importancia capital, pero al sistema de desbobinado no se le da la importancia que merece. Aunque es a menudo identificado como una función simple, en realidad la selección apropiada de un sistema de desbobinado es crítica para toda la productividad de la conversión. 

Este artículo es una guía práctica para seleccionar el mejor equipamiento de desbobinado para aplicaciones específicas y asegurar, de esta forma, el máximo desempeño y productividad. 

El primer paso consiste en establecer el criterio para un diseño básico de desbobinado, para lo cual se deben determinar los siguientes elementos: 

• Materiales a ser procesados: clases (compuestos, extensibles, no-extensibles), rango de peso base y de espesor para cada material. 
• Diámetros y pesos de los rollos
• Velocidad de operación
• Tensión (Fortaleza de la tensión de los materiales).
• Tamaños y materiales del centro o núcleo: variaciones de la longitud, diámetros internos y sus tolerancias, y diámetros externos. 
• Sistemas de entrega de rollos 

La vieja frase tomada de la sabiduría popular “Aprendiz de todo, maestro de nada” bien podría aplicarse a las operaciones de desbobinado. Entonces, es muy importante ser minuciosos cuando se especifiquen los rangos necesarios para lograr costos menores y el mejor desempeño del sistema de desbobinado.

Construcción de la estructura
Un costo importante en el desbobinador es el material estructural y su construcción. La estructura del desbobinador soporta las típicas líneas de conversión. Las estructuras de las cortadoras / rebobinadoras pueden ir desde una máquina montada sobre placas de acero (para aplicaciones de baja velocidad y rollos de peso ligero), o de bases separadas de desbobinado fabricadas con piezas pesadas soldadas o fundidas. 

Los rollos más pesados y las operaciones a velocidades más altas requieren construcciones de estructuras rígidas separadas para así lograr aceleraciones y desaceleraciones rápidas, desbobinado más fluido a más altas velocidades de rollos “fuera de redondez”, y guías de banda precisas que no se sean afectados por la tensión o por la vibración. 

La estructura del desbobinador generalmente está montada en el piso en dirección contraria de la corredera, la cual esta determinada por el peso y velocidad del rollo. Las estructuras ligeras pueden ser tan simples como una corredera de latón o un elevador de válvulas. En aplicaciones de altas velocidades y rollos pesados, la estructura debe ser rígida y montada en el piso con apoyos lineales y rieles endurecidos. 

Guías del borde
Una función clave del desbobinador en la conversión es guiar el borde y/o proveer oscilación de la banda en el proceso. Para una guía automática del borde, se conecta un rodillo loco de salida al lado cambiante de la estructura del desbobinado. Dicho rodillo loco debe tener una superficie antideslizante y proveer una guía constante de la banda con el sensor colocado en el borde y montado en el piso, el cual hace parte del sistema de guía de borde. 

El diseño del sensor puede ser neumático, infrarrojo, ultrasónico o de línea de color. El neumático es comúnmente utilizado en ambientes polvorientos y con bajos requerimientos de precisión. El infrarrojo se utiliza para materiales opacos. Los sensores de línea de color son recomendados para guías con referencia a líneas impresas. El sensor ultrasónico es la solución para las películas transparentes. Para asegurar una operación óptima de un sistema de guías del borde, el sensor debe ser colocado tan cerca como se pueda del rodillo de salida. 

El mecanismo de cambio de lado es típicamente un cilindro hidráulico o un servomotor. Ambos mecanismos trabajan bien con la mayoría de las aplicaciones, pero cada una tiene su propio beneficio específico. El sistema neumático/hidráulico es usualmente menos costoso y puede proveer una fuerza de cambio mayor. El sistema eléctrico/servo mecánico es más limpio y más exacto en una aplicación en la cual es crítica la alineación del borde a alta velocidad. 

La oscilación de desbobinado puede requerirse también cuando los materiales tienen líneas de más alto calibre localizadas en la dirección de la máquina. Estas líneas más gruesas generan abultamientos muy notorios en los rollos cuando se rebobina una capa sobre otra y otra, hasta completar el diámetro del rollo. Al oscilar el desbobinador antes de la operación de corte, estas líneas de más alto calibre son distribuidas en el ancho del rollo. 

Para cumplir con esta distribución, el sensor de guía de borde se mueve de atrás hacia adelante durante la operación de desbobinado. Esto requiere tener tiras de rebaba más anchas que la cantidad de oscilación. La velocidad de oscilación recomendada es 1 pulgada por minuto por 500 pies/min de velocidad de rebobinado.

Operación con ejes
Los desbobinadores más simples y menos costosos son los de diseño con ejes. Para operaciones con ejes, el diámetro del centro y el peso del rollo deben estar limitados por anchos pequeños que son bobinados en máquinas más amplias. Los anchos pequeños no pueden ser desbobinados en ejes de diámetros pequeños sin sufrir deflexiones severas a altas velocidades. Los desbobinadores de ejes generalmente requieren de un elevador para cargar los rollos en la estructura. 

La selección del tipo específico de eje es crítica para un óptimo desbobinado. Para cada tamaño de centro o núcleo, los criterios requeridos para la selección son la capacidad de carga, la capacidad de torque, la capacidad de velocidad, el peso, la tolerancia de centros o núcleos de baja calidad, y el costo. 

La mayoría de los ejes son de expansión neumática, y los elementos de expansión son de orejeta, botón, hoja o flejes. (Ver Figura 1). Debido a que la carga, el torque y la velocidad son generalmente los factores más críticos, se prefiere o el eje de orejetas o de fleje externo para la aplicación de desbobinado. 

Luego, es necesario escoger el material del eje, entre los que más comúnmente encontramos son el acero, aluminio y compuestos de fibra de carbono. La selección se basa en la capacidad de carga del eje versus el peso y costo del eje. Los ejes de acero tienen una alta capacidad de carga y son relativamente rentables; sin embargo, a menudo requieren equipamiento especial o personal adicional para su manipulación. 

Los ejes de aluminio normal son una alternativa más liviana pero no pueden soportar cargas pesadas y no son durables. Las nuevas aleaciones de aluminio tienen mayor capacidad para cargas pesadas y más rigidez para velocidades de operación altas, lo que resulta una alternativa económica frente a los ejes de acero. Los materiales de titanio aluminio tienen la mayor capacidad de carga y durabilidad pero son muy costosos y relativamente pesados para la rigidez que tienen. 

En los últimos años, los ejes de compuestos de fibra de carbono han bajado considerablemente en costo y se han vuelto más populares, y más cuando el factor primordial para la selección es la fuerza y la rigidez (a velocidad crítica), proporcional a un peso de ejes manejable (por ergonomía), el compuesto de material de carbono es el elegido. (Ver Figura 2). 

Los ejes de compuestos de fibra de carbono tienen tiempos de vida más largos que los ejes de aluminio. El desgaste típico en un eje de aire ocurre en los agujeros del cuerpo del eje. Los botones u orejetas desgastan los agujeros haciéndolos más grandes dado al continuo movimiento cuando el torque se transmite del rollo al motor impulsor o al freno. El aluminio se desgasta rápidamente en esta situación, mientras que los cuerpos de fibra de carbono parecen volverse más brillantes por este movimiento, y no ocurre mucho desgaste.

Enganche
Los desbobinadores con ejes deben tener un ajuste seguro, así como una buena capacidad para soportar el peso del rollo y eje, y transmitir la fuerza del freno. Esto se hace ya sea por agarraderas del eje alrededor de una cubierta de rodamientos y un acoplamiento deslizante, o por un cierre neumático. Los cierres neumáticos deben tener cerrojos seguros para prevenir desenganches accidentales durante la operación de bobinado. Son muy comunes los cierres mecánicos que obturan automáticamente cuando el rollo rota. (Ver Figura 3).

La deflexión del eje es una preocupación constante en el desempeño del cierre en operaciones de larga duración. Para cualquier operación de desbobinado por eje, determine la deflexión máxima del eje según el fabricante del mismo, y luego asegúrese de que el sistema de enganche puede soportar su deflexión. 

La concentricidad del eje y enganches es también muy importante, especialmente en aplicaciones de desbobinado a altas velocidades. Los nuevos enganches de seguridad traen incorporados unos aditamentos que aseguran la buen concentricidad entre el eje y los enganches.

Operación sin ejes
Para aplicaciones en donde hay una gran variación en el ancho de banda, en centros o núcleos de diámetros más pequeños (típicamente, 3 pulgadas) o hay una gran variación en los tamaños de los centros, se prefiere una operación de bobinado sin ejes. Los bobinados sin ejes son mucho más complejos con un gran número de partes móviles, ocupan mucho más espacio y son mucho más costosos. Sin embargo, también son mucho más versátiles y productivos que una operación con ejes. 

Generalmente, los rollos se colocan en el bobinador desde el suelo, sin el requerimiento de un elevador. Los brazos se mueven hacia adentro y fuera en un bobinado sin ejes para acomodarse a varios anchos y sujetar el nuevo rollo y soltar el centro o núcleo vacío. Muchos bobinadores sin ejes permiten que los brazos se muevan de forma que recojan el rollo del suelo de un carro de carga de rollos.

En una operación de desbobinado sin ejes, la selección del sujetador sin ejes es un punto tan crítico como lo es la selección del eje en las operaciones con ejes. Para cada tamaño de núcleo requerido, el criterio de selección es la capacidad de carga del sujetador, la capacidad de torque del sujetador, la capacidad de centrado del rollo, disponibilidad de espacio, facilidad para realizar cambios en los tamaños de los centros, tolerancias del diámetro interno del centro y costos. 

Se utilizan dos clases de sujetadores en las aplicaciones sin ejes: sujetadores de expansión neumática y mecánica. La expansión es para centrar el rollo y transmitir la fuerza de freno. 

Los sujetadores neumáticos proveen un bloqueo positivo y un centrado del rollo en ambos lados mientras que el freno es producido sólo desde un lado del desbobinador. Los sujetadores del tipo neumático tienen un costo mínimo y son más permisibles en la pérdida de la tolerancia del diámetro interno de los centros, pero no son tan durables o libres de mantenimiento como sí lo son los sujetadores metálicos. Un inconveniente importante de los sujetadores del tipo neumático es su limitación en la capacidad de fuerza y centrado de rollo. Y la última preocupación tiene que ver con las aplicaciones de desbobinado a altas velocidades. (Ver Figura 4). Los operarios deben asegurar que se aplica suficiente presión de aire a los sujetadores; además, que las pérdidas de aire resultarán en una pérdida de la fuerza y una baja en el sujetador.

Los sujetadores de orejetas de potencia de aire son auto-centrables y proveen una adherencia radial uniforme con orejetas de aleación de acero. La capacidad de la fuerza está limitada únicamente por la fuerza del centro o del rollo en el que se insertan los sujetadores, y por la disponibilidad de presión de aire. Los cambios debido a los tamaños del centro son rápidos y fáciles con anillos de adaptación. Los sujetadores de orejetas de potencia de aire también tienen una mejor capacidad de centrado del rollo para desbobinados más concéntricos a altas velocidades. Los mayores inconvenientes son el costo y el tamaño físico. 

Los sujetadores de expansión mecánica usan el torque para expandir automáticamente los sujetadores y adherir los centros, generando una buena capacidad de torque y de centrado. La expansión no requiere de interacción con el operario, no existen problemas de insuficiencia de presión de aire o pérdidas de aire. 

Los sujetadores de expansión mecánica son, por su diseño mecánico, de expansión concéntrica, lo que ayuda a asegurar una mejor capacidad de centrado de rollo para desbobinar a altas velocidades sin ondas de tensión. Las tolerancias máximas del diámetro interno y la compresibilidad de los centros son consideraciones importantes ya que cuando los sujetadores llegan al límite de la expansión, no pueden transmitir más torque. Además, con este estilo de sujetadores, la liberación de las orejetas de expansión mecánica puede ser un problema para desbobinados de desenganche automático. 

Para aplicaciones donde se usen predominantemente dos tamaños de centros, los sujetadores escalonados pueden ser una buena solución para facilitar los cambios de los centros por tamaño. (Ver Figura 6). Al convertir desbobinadores existentes en sujetadores escalonados, verifique la capacidad de carga de los soportes y ejes. Los rollos pesados colocados en sujetadores diseñados para tamaños más pequeños, producen una sobrecarga y una alta fuerza de pandeo en los ejes.

Frenado
El desbobinado debe proveer tensión de la banda para su direccionamiento, ensanchamiento, estabilidad de ancho de banda en máquinas transversales y densidad del rollo embobinado. Los materiales de módulo bajo o altamente extensibles necesitan ser desbobinados con la menor tensión posible. Por lo que para estos, se prefiere un desbobinador de correa de tensión con control de dirección y velocidad entre el desbobinador y rebobinador. Para materiales de módulos más altos o relativamente no extensibles, la tensión de bobinado se sugiere entre un 10 a un 25 por ciento de la tenacidad. (Ver Figura 7). 

El rollo nunca debe ser desbobinado a una tensión mayor que la usada para bobinarlo antes, con el objetivo de prevenir telescopeado en el rollo. Cuando se provee el aislamiento de tensión entre el desbobinado y el rebobinado, se sugiere que la tensión de desbobinado sea el 60 por ciento de la tensión de embobinado. 

La selección y tamaño del freno del desbobinador se basa en los requerimientos máximos de torque. Tensión (Caballos de potencia) = ancho de banda (pulgadas) x tensión (#/pulgada) x velocidad (pie/min) / 33,000. Para aplicaciones de baja tensión y bajos caballos de potencia, los frenos de partículas magnéticas proveen un excelente frenado y un control suave. La mayoría de aplicaciones de conversión usan frenos de disco enfriados por aire, que son fáciles de mantener y no requieren de enfriamiento externo.

Generalmente los desbobinadores sin ejes tienen frenos en ambos lados, lo que permite una distribución del torque en ambas orillas del centro y proveen centrado del rollo en ambos lados. En desbobinadores de recoger desde el suelo, permite además el uso de frenos de diámetro pequeño para que los rollos de diámetros pequeños puedan ser recogidos del suelo. Para aplicaciones de de más altos caballos de potencia de tensión, sin embargo, especialmente cuando se opera a velocidades más lentas, la disipación de calor de estos frenos puede no ser la adecuada, requiriendo entonces frenos de disco de enfriamiento con agua. El agua de enfriamiento automáticamente se aísla a cero para prevenir problemas de rocío. 

Para aplicaciones en las que se requieren altas velocidades de bobinado, aceleraciones rápidas y tensiones ligeras, se deben colocar sistemas de frenado vectoriales regenerativos D.C. o A.C. Aunque estos sistemas inicialmente parecen costosos, proveen funciones excelentes de control de tensión, capacidad de aceleración más rápida, desembolso de banda y arranque. Los sistemas de control de tensión regenerativos también proveen ahorro en el consumo de potencia y costos de mantenimiento, lo que en el tiempo se vuelve significativo.

Control de tensión y puesta a punto de banda 

Todos los desbobinadores de conversión deben tener un sistema de control de tensión que controle el torque del freno como una función del diámetro decreciente del desbobinado, compensar la inercia del rollo durante la aceleración/desaceleración; y compensar las pérdidas por fricción y embobinado para lograr una tensión de banda constante. 

Se prefieren los sistemas de control de bailado para las cortadoras / rebobinadoras, donde la tensión de desbobinado es aislada de la tensión de bobinado. Un sistema de bailado es más costoso que un sistema transductor, y la enhebrada de la banda es generalmente más complicada. Los bailados, sin embargo, permiten el desbobinado total de los rollos a altas velocidades. 

Los sistemas de control transductores electrónicos se prefieren cuando la tensión de embobinado es controlada desde el desbobinador. Los transductores dan una respuesta más rápida a los cambios de tensión y dan una lectura directa de la tensión de embobinado. El centrado del rollo y la redondez son críticos para obtener una alta productividad de rollos de lados suaves cuando no se provee un aislamiento de la tensión entre el desbobinado y embobinado.

Aún la tensión en bandas de máquinas transversales es importante para obtener una distribución apropiada y un buen embobinado. Cuando ocurren variaciones en el calibre o humedad en cualquier momento del desbobinado del rollo, se requiere lograr curvatura del desbobinado (o de uno de los rollos después de desbobinado) para nivelar la tensión de un lado a otro de la banda. Es importante proveer una escala para que el desbobinado o rollo puedan ser colocados nuevamente en la posición de centrado después que el rollo problema ha sido procesado.

Estaciones de control
Para una operación segura y eficiente, debe existir una estación de control de fácil acceso en donde el operario pueda ejercer alguna función. En un desbobinador sin ejes con elevador, los brazos deben tener control para el enganche de un rollo, levantar y bajar los brazos, y alinear el desbobinador. Con el objetivo de permitir la creación de empalmes en el desbobinador y permitir el ajuste de la banda antes de que comience el rebobinador, los controles de los frenos deben estar colocados en los brazos. 

Una estación de control es necesaria para el desbobinador, la cual debería tener control de la velocidad y botones de encendido y apagado para permitir que el operario disminuya y pare la operación para inspecciones o cuando se deba remover material en mal estado. También es necesario un selector automático o manual de guía de borde. Al igual que un botón grande de apagado de emergencia y de otras funciones que involucran toda la operación.

Tabla de empalmes y rebaba
Las operaciones de rebobinado requieren empalmes en la banda cuando se apliquen los frenos, se necesite retirar material dañado en el rollo que se está desbobinando, o cuando un rollo de gran diámetro se está desbobinando para formar varios rollos de diámetro menor. Una tabla de empalme entre el desbobinador y las cortadoras, permiten una producción consistente con extremos en los empalmes de alta calidad que son hechos a un ángulo perpendicular con el borde de la banda. El empalme angular es importante para el siguiente proceso de rebobinado del rollo, ya que permite la entrada rápida a presión del empalme, previniendo así la creación de saltos cuando el empalme pase por los rodillos de contra-presión. 

Cuando los rollos a desbobinar contienen grandes cantidades de material que necesita ser retirado, un bobinador de rebaba incrementa la eficiencia, porque ayuda a prevenir la fatiga del operario y aumenta la seguridad. Estos bobinadores pequeños se colocan entre el desbobinador y la tabla de empalme, permitiendo tener la alternativa de “empacar” la rebaba manualmente y cargarla en carros. 

En conclusión, el sistema desapercibido de desbobinado, no es tan simple como parece. Es clave una selección apropiada del desbobinador y de su equipamiento auxiliar, y así garantizar un óptimo desempeño y productividad de la cortadora/rebobinadora.