A medição de temperatura consistente e precisa é fundamental na indústria de plásticos para garantir o acabamento correto dos produtos termoformados.Em aplicações de termoformagem estacionária e rotativa, a baixa temperatura de conformação produz tensões na peça formada, enquanto temperaturas muito altas podem causar problemas como formação de bolhas e perda de cor ou brilho.
Neste artigo, discutiremos como os avanços na medição de temperatura sem contato por infravermelho (IR) não apenas ajudam as operações de termoformagem a otimizar seus processos de fabricação e resultados de negócios, mas também permitem a conformidade com os padrões da indústria para qualidade e confiabilidade do produto final.
Termoformação é o processo pelo qual uma folha termoplástica é tornada macia e flexível por aquecimento, e deformada biaxialmente ao ser forçada a uma forma tridimensional.Este processo pode ocorrer na presença ou ausência de molde.O aquecimento da chapa termoplástica é uma das etapas mais cruciais na operação de termoformação.As máquinas formadoras normalmente usam aquecedores do tipo sanduíche, que consistem em painéis de aquecedores infravermelhos acima e abaixo do material da folha.
A temperatura central da folha termoplástica, sua espessura e a temperatura do ambiente de fabricação afetam o modo como as cadeias de polímero plástico fluem para um estado moldável e se transformam em uma estrutura polimérica semicristalina.A estrutura molecular congelada final determina as características físicas do material, bem como o desempenho do produto final.
Idealmente, a folha termoplástica deve aquecer uniformemente até à sua temperatura de formação apropriada.A chapa é então transferida para uma estação de moldagem, onde um aparelho a pressiona contra o molde para formar a peça, utilizando vácuo ou ar pressurizado, às vezes com o auxílio de um tampão mecânico.Por fim, a peça é ejetada do molde para a etapa de resfriamento do processo.
A maior parte da produção de termoformagem é feita por máquinas alimentadas por rolo, enquanto as máquinas alimentadas por folhas são para aplicações de menor volume.Com operações de volume muito grande, um sistema de termoformação em circuito fechado, totalmente integrado e em linha pode ser justificado.A linha recebe matéria-prima plástica e as extrusoras alimentam diretamente na termoformadora.
Certos tipos de ferramentas de termoformação permitem o corte do artigo formado dentro da máquina de termoformação.Maior precisão de corte é possível usando este método porque o produto e a sucata do esqueleto não precisam ser reposicionados.As alternativas são onde a folha formada é indexada diretamente na estação de corte.
Alto volume de produção normalmente requer a integração de um empilhador de peças com a máquina termoformadora.Depois de empilhados, os artigos acabados são embalados em caixas para transporte até o cliente final.A sucata esquelética separada é enrolada em um mandril para posterior corte ou passa por uma máquina de corte em linha com a máquina termoformadora.
A termoformagem de chapas grandes é uma operação complexa, suscetível a perturbações, que podem aumentar muito o número de peças rejeitadas.Os rigorosos requisitos atuais de qualidade da superfície das peças, precisão de espessura, tempo de ciclo e rendimento, combinados com a pequena janela de processamento de novos polímeros de design e folhas multicamadas, levaram os fabricantes a procurar maneiras de melhorar o controle desse processo.
Durante a termoformação, o aquecimento da chapa ocorre através de radiação, convecção e condução.Estes mecanismos introduzem uma grande incerteza, bem como variações temporais e não linearidades na dinâmica da transferência de calor.Além disso, o aquecimento de chapas é um processo distribuído espacialmente melhor descrito por equações diferenciais parciais.
A termoformagem requer um mapa preciso de temperatura multizona antes da formação de peças complexas.Este problema é agravado pelo facto de a temperatura ser normalmente controlada nos elementos de aquecimento, enquanto a distribuição da temperatura ao longo da espessura da chapa é a principal variável do processo.
Por exemplo, um material amorfo tal como o poliestireno manterá geralmente a sua integridade quando aquecido até à sua temperatura de formação devido à elevada resistência à fusão.Como resultado, é fácil de manusear e moldar.Quando um material cristalino é aquecido, ele muda mais dramaticamente de sólido para líquido quando sua temperatura de fusão é atingida, tornando a janela de temperatura de formação muito estreita.
Mudanças nas temperaturas ambientes também causam problemas na termoformação.O método de tentativa e erro para encontrar uma velocidade de alimentação do rolo para produzir peças moldadas aceitáveis pode revelar-se inadequado se a temperatura da fábrica mudar (ou seja, durante os meses de verão).Uma mudança de temperatura de 10°C pode ter uma influência significativa na produção devido à faixa de temperatura de formação muito estreita.
Tradicionalmente, os termoformadores contam com técnicas manuais especializadas para controle de temperatura das chapas.No entanto, esta abordagem muitas vezes produz resultados inferiores aos desejados em termos de consistência e qualidade do produto.Os operadores enfrentam uma difícil tarefa de equilíbrio, que envolve minimizar a diferença entre as temperaturas do núcleo e da superfície da chapa, garantindo ao mesmo tempo que ambas as áreas permaneçam dentro das temperaturas de formação mínima e máxima do material.
Além disso, o contato direto com a folha plástica é impraticável na termoformação porque pode causar manchas nas superfícies plásticas e tempos de resposta inaceitáveis.
Cada vez mais, a indústria de plásticos está descobrindo os benefícios da tecnologia infravermelha sem contato para medição e controle de temperatura de processos.As soluções de detecção baseadas em infravermelho são úteis para medir temperatura em circunstâncias nas quais termopares ou outros sensores do tipo sonda não podem ser utilizados ou não produzem dados precisos.
Termômetros IR sem contato podem ser empregados para monitorar a temperatura de processos de movimento rápido de forma rápida e eficiente, medindo a temperatura do produto diretamente em vez do forno ou secador.Os usuários podem então ajustar facilmente os parâmetros do processo para garantir a qualidade ideal do produto.
Para aplicações de termoformação, um sistema automatizado de monitoramento de temperatura por infravermelho normalmente inclui uma interface de operação e um display para medições de processo do forno de termoformação.Um termômetro infravermelho mede a temperatura das folhas de plástico quentes e em movimento com precisão de 1%.Um medidor de painel digital com relés mecânicos integrados exibe dados de temperatura e emite sinais de alarme quando a temperatura definida é atingida.
Usando o software do sistema infravermelho, os termoformadores podem definir faixas de temperatura e saída, bem como pontos de emissividade e alarme, e então monitorar as leituras de temperatura em tempo real.Quando o processo atinge a temperatura definida, um relé fecha e aciona uma luz indicadora ou um alarme sonoro para controlar o ciclo.Os dados de temperatura do processo podem ser arquivados ou exportados para outras aplicações para análise e documentação do processo.
Graças aos dados das medições IR, os operadores da linha de produção podem determinar a configuração ideal do forno para saturar completamente a chapa no menor período de tempo, sem superaquecer a seção intermediária.O resultado da adição de dados precisos de temperatura à experiência prática permite a moldagem de cortinas com muito poucas rejeições.E projetos mais difíceis com materiais mais grossos ou mais finos têm uma espessura de parede final mais uniforme quando o plástico é aquecido uniformemente.
Os sistemas de termoformagem com tecnologia de sensor IR também podem otimizar os processos de desmoldagem de termoplásticos.Nesses processos, os operadores às vezes aquecem demais os fornos ou deixam as peças no molde por muito tempo.Ao usar um sistema com sensor infravermelho, eles podem manter temperaturas de resfriamento consistentes em todos os moldes, aumentando o rendimento da produção e permitindo que as peças sejam removidas sem perdas significativas devido a aderência ou deformação.
Embora a medição de temperatura por infravermelho sem contato ofereça muitas vantagens comprovadas para os fabricantes de plásticos, os fornecedores de instrumentação continuam a desenvolver novas soluções, melhorando ainda mais a precisão, a confiabilidade e a facilidade de uso dos sistemas IR em ambientes de produção exigentes.
Para resolver problemas de observação com termômetros IR, as empresas de instrumentos desenvolveram plataformas de sensores que fornecem observação de alvos integrada através da lente, além de observação por laser ou vídeo.Esta abordagem combinada garante a mira correta e a localização do alvo nas condições mais adversas.
Os termômetros também podem incorporar monitoramento de vídeo simultâneo em tempo real e gravação e armazenamento automatizado de imagens – fornecendo assim novas informações valiosas sobre o processo.Os usuários podem tirar instantâneos do processo de forma rápida e fácil e incluir informações de temperatura e hora/data em sua documentação.
Os termômetros infravermelhos compactos atuais oferecem o dobro da resolução óptica dos modelos de sensores volumosos anteriores, ampliando seu desempenho em aplicações exigentes de controle de processos e permitindo a substituição direta de sondas de contato.
Alguns novos designs de sensores IR utilizam uma cabeça de detecção em miniatura e componentes eletrônicos separados.Os sensores podem atingir resolução óptica de até 22:1 e suportar temperaturas ambientes próximas de 200°C sem qualquer resfriamento.Isto permite a medição precisa de tamanhos de pontos muito pequenos em espaços confinados e condições ambientais difíceis.Os sensores são pequenos o suficiente para serem instalados em qualquer lugar e podem ser alojados em um invólucro de aço inoxidável para proteção contra processos industriais severos.As inovações na eletrônica do sensor IR também melhoraram as capacidades de processamento de sinal, incluindo funções de emissividade, amostragem e retenção, retenção de pico, retenção de vale e média.Com alguns sistemas, essas variáveis podem ser ajustadas a partir de uma interface de usuário remota para maior comodidade.
Os usuários finais agora podem escolher termômetros IR com foco variável motorizado e controlado remotamente.Esta capacidade permite o ajuste rápido e preciso do foco dos alvos de medição, manualmente na parte traseira do instrumento ou remotamente através de uma conexão RS-232/RS-485 ao PC.
Sensores IR com foco de alvo variável controlado remotamente podem ser configurados de acordo com cada requisito de aplicação, reduzindo a chance de instalação incorreta.Os engenheiros podem ajustar o foco do alvo de medição do sensor na segurança de seu próprio escritório e observar e registrar continuamente as variações de temperatura em seu processo para tomar medidas corretivas imediatas.
Os fornecedores estão melhorando ainda mais a versatilidade da medição infravermelha de temperatura, fornecendo sistemas com software de calibração de campo, permitindo que os usuários calibrem sensores no local.Além disso, os novos sistemas IR oferecem diferentes meios de conexão física, incluindo conectores de desconexão rápida e conexões de terminal;diferentes comprimentos de onda para medição de alta e baixa temperatura;e uma escolha de sinais de miliamperes, milivolts e termopares.
Os projetistas de instrumentação responderam aos problemas de emissividade associados aos sensores IR desenvolvendo unidades de comprimento de onda curto que minimizam erros devido à incerteza da emissividade.Esses dispositivos não são tão sensíveis a mudanças na emissividade do material alvo como os sensores convencionais de alta temperatura.Como tal, eles fornecem leituras mais precisas em diversos alvos em diversas temperaturas.
Os sistemas de medição de temperatura IR com modo de correção automática de emissividade permitem que os fabricantes configurem receitas predefinidas para acomodar mudanças frequentes de produtos.Ao identificar rapidamente irregularidades térmicas dentro do alvo de medição, eles permitem ao usuário melhorar a qualidade e a uniformidade do produto, reduzir o desperdício e melhorar a eficiência operacional.Se ocorrer uma falha ou defeito, o sistema pode disparar um alarme para permitir ações corretivas.
A tecnologia aprimorada de detecção infravermelha também pode ajudar a agilizar os processos de produção.Os operadores podem escolher um número de peça em uma lista de pontos de ajuste de temperatura existente e registrar automaticamente cada valor de pico de temperatura.Esta solução elimina a classificação e aumenta os tempos de ciclo.Também otimiza o controle das zonas de aquecimento e aumenta a produtividade.
Para que os termoformadores analisem completamente o retorno do investimento de um sistema automatizado de medição de temperatura por infravermelho, eles devem observar alguns fatores-chave.Reduzir os custos finais significa levar em consideração o tempo, a energia e a quantidade de redução de sucata que pode ocorrer, bem como a capacidade de coletar e relatar informações sobre cada folha que passa pelo processo de termoformação.Os benefícios gerais de um sistema automatizado de detecção IR incluem:
• Capacidade de arquivar e fornecer aos clientes uma imagem térmica de cada peça fabricada para documentação de qualidade e conformidade com ISO.
A medição de temperatura por infravermelho sem contato não é uma tecnologia nova, mas inovações recentes reduziram custos, aumentaram a confiabilidade e permitiram unidades de medição menores.Os termoformadores que utilizam a tecnologia IR se beneficiam de melhorias na produção e da redução de refugos.A qualidade das peças também melhora porque os produtores obtêm uma espessura mais uniforme saindo de suas termoformadoras.
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Horário da postagem: 19 de agosto de 2019