Micropesajes de ingredientes compuestos

Micropesajes de ingredientes compuestos El primer sistema de pesaje automático con control remoto instalado para compuestos de caucho tuvo lugar alrededor de 1955, y el equipo de pesaje constaba de palancas de escala mecánicas conectadas a indicadores de carátula que tenían conjuntos de potenciómetro montados en los ejes de carátula y circuitos simples de puente de Wheatstone que activaban electro relés mecánicos para control de alimentación de material. Ese primer sistema, y ​​varios que le siguieron, incluían la automatización de la alimentación y el pesaje de negro de carbón y aceites, con las existencias de polímeros que se cargaban manualmente en una cinta transportadora montada en una báscula mecánica/dial. El control para la secuenciación de los ciclos de pesaje y carga de la mezcladora se logró a través de un cilindro accionado por motor que tiene contactos deslizantes ajustables para controlar los parámetros variables del sistema.

Inicialmente, no se intentó automatizar los microingredientes. Este artículo cubrirá los problemas que se encontraron en los muchos intentos realizados en el área de la automatización de microingredientes (que deben considerarse como experiencias de aprendizaje) y concluirá con una descripción de los últimos equipos disponibles que brindan la solución óptima a estos problemas. Definición de términos Cada vez que se analiza el pesaje automático, se utilizan términos que pueden volverse confusos a menos que se definan.

* Exactitud. Para esta presentación, precisión significa la cantidad real de material introducido en el proceso. Dado que la integridad de todo el lote depende de la cantidad real de cada ingrediente en el lote, todas las demás variables en un sistema de pesaje deben regularse o controlarse para garantizar que la cantidad real sea lo más cercana posible a la cantidad formulada en el laboratorio.

* Resolución. Este término se usa en referencia al sensor de peso/elemento transductor en el sistema y define el incremento utilizable más pequeño que una señal de peso puede generar para usarse para visualización y control. * Repetibilidad.

Una cosa es poder proporcionar un sistema automatizado que tenga el factor de precisión bajo control parte del tiempo, pero un sistema exitoso solo es aceptable cuando la precisión está presente casi todo el tiempo. La capacidad de un sistema para alcanzar los objetivos de precisión de manera constante se denomina repetibilidad. * Pesaje neto.

Se utiliza en el pesaje por lotes cuando uno o más materiales se introducen en una tolva montada en un conjunto de sensor/transductor de carga con puesta a cero automática del sistema entre pesajes de materiales individuales. Esta técnica contrasta con la pérdida de peso o el peso por sustracción, que se describe con más detalle más adelante. Intentos originales de automatización de microingredientes Dado que varios tipos de negro de humo se alimentaron mediante alimentadores de tornillo y se pesaron automáticamente con éxito en una tolva de pesaje común conectada a la parte posterior de un mezclador a través de un pico descendente, los intentos originales de pesaje de microingredientes utilizaron una versión más pequeña de ese mismo concepto.

La única diferencia fue que el pico de bajada entró en el lateral de la batidora debido a las limitaciones de diseño físico. Varios problemas serios se hicieron evidentes con bastante rapidez usando esta técnica de pesaje neto, incluyendo el número limitado de materiales que podían manejarse, el hecho de que algunos de los materiales como el azufre y el óxido de zinc se pegaban a los lados de la tolva de pesaje y la boca de descarga, la limitación de resolución de una parte: 1.000 resultando en una precisión mínima, los efectos de vibración en el equipo de venta mecánica, más el costo de tener uno de estos sistemas por mezclador, llevaron a la conclusión evidente de que esta no era una forma viable de automatizar micro pesaje de ingredientes. A partir de estos primeros intentos de automatización, los problemas comenzaron a enfocarse en las categorías de precisión, manejo de materiales y costo.

Introducción de la tecnología de celdas de carga Una mejora importante en el aspecto de la instrumentación del sistema estuvo disponible a través de la introducción de celdas de carga electrónicas de galgas extensiométricas en lugar de palancas y diales mecánicos. Esto dio como resultado capacidades de resolución de una parte: 5000, con la capacidad de proporcionar amortiguación y filtrado electrónicos para un mejor control de la vibración. Esta nueva tecnología proporcionó algunos "saltos cuánticos" en el área de la precisión, una de las áreas problemáticas objetivo de enfoque a resolver.

La instrumentación de celdas de carga también abrió nuevas posibilidades en el área de control de entrada de fórmulas mediante el uso de dispositivos analógicos a digitales y digitales a analógicos. Las ruedecillas digitales y las tarjetas perforadas se convirtieron en el modo aceptable para el control de fórmulas y el registro de datos se convirtió en una realidad. Sin embargo, las otras dos áreas problemáticas de la automatización de microingredientes, a saber, el aspecto del manejo de materiales y el costo total del sistema, no se vieron beneficiadas con esta actualización en la instrumentación.

Intentos de resolver los problemas de manejo de materiales Con el desarrollo de material laminar de bajo índice de fusión que podría usarse para hacer bolsas, surgió la idea de que poner los microingredientes en este tipo de bolsa y dejar caer toda la bolsa en el mezclador eliminaría una gran cantidad de los problemas de adherencia experimentados originalmente en el concepto de tolva de pesaje común que se probaron inicialmente. Esto llevó a darse cuenta de que el llenado de bolsas en una ubicación central permitiría que un sistema sirviera a múltiples líneas de mezcladoras, lo que ayudaría a justificar los costos de un sistema automatizado. Pero esto dejó el desafío de cuál era la mejor manera de llenar las bolsas.

Se probó la preparación de mezclas previas de lotes maestros transportando el lote premezclado a una única báscula que se usaría para llenar la bolsa a través de un solo pico de llenado. Originalmente se utilizó un operador parado en la boca de llenado colocando las bolsas vacías y sellando las bolsas llenas. El siguiente paso fue el intento de reemplazar al operador con un sistema automático de manejo de bolsas.

Se usó un tipo que usaba bolsas conectadas a través de una lengüeta y sacadas de una caja en un patrón de pliegues en abanico, y el siguiente intento fue el uso de un sistema de formación/llenado/sellado en el que se tomaba el stock de tubos de un rollo, se formaba una bolsa y se lleno con la premezcla y sellado formando el fondo de la siguiente bolsa. Desde el punto de vista del manejo de bolsas, estas máquinas funcionaron muy bien. Sin embargo, el viejo problema del manejo de materiales volvió a asomar su fea cabeza.

Los lotes premezclados no eran absolutamente homogéneos cuando salían de la premezcladora, y el transporte de los lotes desde la mezcladora hasta la estación de llenado provocaba segregación y, como resultado, no había manera de asegurar la exactitud de las proporciones de los materiales. que fueron introducidos en las bolsas. El uso de una báscula de peso neto encima de la boca de llenado de estas máquinas automáticas de manejo de bolsas no eliminó el problema de manejo de materiales de los materiales mezclados que se pegaban en la tolva de pesaje y la boca de la bolsa. Control de pérdida de peso Casi al mismo tiempo que se introdujeron las bolsas de baja fusión y el manejo automático de bolsas, se desarrolló un nuevo concepto de pesaje llamado pérdida de peso.

Aunque probablemente esté familiarizado con este término, brevemente significa que una tolva de pesaje y un conjunto de alimentador están montados en una plataforma de báscula, la tolva de pesaje se llena desde un depósito de suministro superior y después de la tara (re-puesta a cero de la carga total ), el alimentador se ejecuta para pesar (o pesar por sustracción) la cantidad de lote requerida. La principal ventaja de este tipo de control de peso es que no hay tolva de pesaje ni superficie de contacto a la que puedan adherirse los materiales después de pesarlos, lo que da como resultado una precisión de pesaje mucho mejor del material que se manipula. Sin embargo, el problema de tener una boca de llenado con un sistema automático de manejo de bolsas no eliminó los problemas de segregación y mezcla no homogénea ya mencionados.

Todo lo que hizo esta solución fue poner una cantidad más precisa de cantidades desconocidas de la mezcla en la bolsa. En este punto del desarrollo de la alimentación por pérdida de peso, todavía existían algunas desventajas, una de las cuales era la gran relación entre la carga muerta y la carga viva de la tolva y el equipo de alimentación en relación con la cantidad real de ingredientes a pesar. Esto requería que se desarrollara algún método para compensar esta carga muerta a través de un dispositivo mecánico, de modo que se pudiera usar una celda de carga de una capacidad cercana al peso máximo requerido para cualquier lote dado.

Sin embargo, en ese momento, la tecnología y la instrumentación de celdas de carga habían aumentado hasta el punto en que estaban disponibles capacidades de resolución de 1:10,000, por lo que la tendencia tecnológica estaba en la dirección de proporcionar una mayor precisión. Otra desventaja de usar el control de pérdida de peso era el hecho de que cada ingrediente necesitaba su propio contenedor de suministro, alimentador de recarga y sistema de báscula, lo que llevó el precio de un sistema de ingredientes múltiples hasta el punto en que era difícil justificar el costo. Aunque el factor de precisión en un sistema automatizado iba en la dirección correcta, las demandas de algunos de los productos químicos que se usarían en las combinaciones de dosificador/balanza disponibles eran tales que estos sistemas aún no estaban al nivel en el que todos los requisitos pudieran satisfacerse. estar satisfecho.

Debido a las características de manejo de materiales de la mayoría de los ingredientes que se van a utilizar, se requieren alimentadores tipo barrena. Los alimentadores de tipo convencional que usan control de accionamiento de dos velocidades proporcionan una relación de reducción (velocidad de alimentación rápida a velocidad de alimentación lenta) de solo aproximadamente 50:1; y aunque el alimentador funcionó más lento a la velocidad de goteo, el rendimiento volumétrico no cambia, lo que da como resultado una gran cantidad de material por el que preocuparse al final del pesaje. Por supuesto, este factor no es tan crítico en el control de la pérdida de peso como lo es en el pesaje neto, pero sigue siendo un factor importante si se tiene en cuenta la inercia de un sistema de pesaje durante la alimentación y el corte del flujo de material al finalizar el pesaje.

La generación "ahora" de transductores y alimentadores Todo lo discutido hasta ahora fue información de fondo que condujo al equipo disponible hoy, que tiene la capacidad de enfrentar todos los desafíos, incluida la precisión, el manejo de materiales y el costo, que han estado eludiendo soluciones completas hasta ahora. . Primero, consideremos los transductores que se están utilizando. Los tipos de galgas extensométricas o de cuerda vibrante todavía tienen limitaciones en el rango de resolución de 1:10 000 partes, y aunque hay un transductor basado en giroscopio disponible, que tiene una capacidad de resolución mucho mayor, es muy difícil de implementar en una aplicación de pesaje dinámico.

Esto nos lleva a un transductor ahora disponible llamado tipo de restauración de fuerza magnética. Este dispositivo comienza en un punto de equilibrio nulo y, a medida que se aplica una carga, la corriente requerida para llevar la bobina del transductor de regreso a ese punto nulo se puede medir con mucha precisión, lo que da como resultado un sensor de peso con una resolución utilizable y una capacidad de visualización de 1:120 000. Este tipo de transductor ya está disponible, integrado en una plataforma de escala de 600 x 750 mm (23.

6" x 29,5"), por ejemplo, que es lo suficientemente grande para el montaje de un conjunto de tolva/alimentador que da como resultado una báscula de pérdida de peso con una capacidad de 240 kilogramos (529,2 libras) que se puede leer con una precisión de 2 gramos (.

004 libras o. 064 onzas). Además, debido al diseño de flexión incluido en esta plataforma de báscula, es posible precargar esta báscula con hasta 65 kilogramos (143 libras) para compensar la "carga muerta" del conjunto de tolva y alimentador sin erosionar la carga viva. capacidad y legibilidad como se mencionó anteriormente.

Con esta nueva tecnología, la señal de peso de esta plataforma de báscula se puede convertir fácilmente a un formato RS232 para interactuar con casi cualquier microprocesador o dispositivo de tipo microcomputadora. Sin embargo, para aprovechar este nuevo nivel de capacidad del sensor/transductor de peso, es necesario utilizar un nuevo diseño de alimentador que tenga una relación de reducción mucho más alta que los disponibles anteriormente. Debido a que aún se requiere una alimentación tipo barrena (debido a las características de manejo de los ingredientes que se manipulan), la respuesta es el uso de dos controles de transmisión de velocidad con dos barrenas de diferentes diámetros.

Hacer funcionar ambos sinfines a la velocidad de alimentación alta durante la mayor parte del ciclo de alimentación y luego hacer funcionar solo el sinfín de diámetro pequeño a una velocidad mucho más baja para el ciclo de alimentación por goteo da como resultado relaciones de reducción que se acercan a 500:1, eliminando lo descrito anteriormente. problemas de velocidad de avance como punto de corte. Empíricamente se ha encontrado que la precisión de un pesaje, cuando el alimentador del tipo y tamaño adecuado está montado en una plataforma de báscula del tamaño adecuado, no será más de más o menos 3 divisiones de la resolución. A partir de esta entrada, puede ver que no es posible esperar precisiones en el rango de hasta 10 kg.

(22,05 lbs.) a más o menos 6 g.

(.01 libras).

Con los problemas de manejo de materiales resueltos, las capacidades de precisión disponibles para cumplir con los requisitos de composición actuales y sobre la base del uso de bolsas de bajo punto de fusión como el mejor método para garantizar que la cantidad correcta del material correcto entre en el compuesto, lo único que queda es la mejor manera de llenar las bolsas. La figura 1 muestra el sistema óptimo que incorpora toda la tecnología actual. Aunque solo se muestran tres estaciones de pérdida de peso, es posible un número ilimitado de estaciones, ya que están ubicadas en una fila a ambos lados de un transportador de contenedores que puede ser tan largo como se requiera.

Cada plataforma de báscula está montada en un soporte portátil, de modo que se pueden colocar según sea necesario y, si es necesario, se pueden mover unidades de diferentes capacidades a su posición a medida que varían las fórmulas. Además, en cada plataforma de báscula hay guías en V invertidas, y debajo de cada conjunto de tolva/alimentador hay ruedas ranuradas en V, lo que permite colocar cualquier tolva/alimentador en cualquier estación de báscula. Con este arreglo, se puede usar la cantidad mínima de básculas (aquí es donde se producen los ahorros de costos) y se puede almacenar una gran cantidad de conjuntos de tolva/alimentador en una ubicación conveniente y colocarlos según sea necesario.

Mantener una tolva/alimentador dedicada a un material en particular también ahorra tiempo en la limpieza y elimina la posibilidad de contaminación si una unidad de tolva/alimentador se usa para más de un material. Debajo de las boquillas de descarga de los alimentadores que se colocaron sobre ruedas, hay un conjunto transportador que consta de contenedores igualmente espaciados en los que se colocan las bolsas vacías. El espaciamiento de los conjuntos de alimentación por pérdida de peso coincidirá con las líneas centrales de estos contenedores; el transportador se controlará de tal manera que se indexarán automáticamente un incremento a la vez.

Cuando se completa el ciclo de indexación, cada báscula pesa su cantidad requerida directamente en la bolsa, y las fórmulas se conservan en la memoria de la microcomputadora que ejecuta todo el sistema. Con una cantidad de plataformas de báscula igual a la cantidad máxima de ingredientes que se hayan puesto en cualquier compuesto, y unidades portátiles de tolva/alimentador igual a la cantidad total de ingredientes que se hayan usado, mover estos conjuntos a la posición adecuada brinda flexibilidad y combinaciones de ingredientes ilimitadas. Con este tipo de sistema de pesaje de microingredientes, un operador se para al final de este conjunto de transporte de contenedores para colocar las bolsas vacías en los contenedores a medida que se colocan frente a él, y también saca las bolsas llenas a medida que llegan, sella con calor y los coloca en una tarima o en un contenedor tipo tote para entregarlos a las estaciones mezcladoras.

Aunque no se muestra en el dibujo de referencia, el control de polvo está integrado en el sistema colocando puntos de "recogida" de polvo en la ubicación de descarga del alimentador en cada estación de báscula. Por supuesto, con la tecnología digital actual, se puede registrar cualquier cosa que suceda en la línea de llenado de bolsas y, como medida de seguridad adicional, se puede proporcionar una identificación de interruptor de proximidad industrial resistente para que el sistema no funcione a menos que los materiales requeridos en el fórmula están de hecho en posición en las plataformas de la báscula. Como verificación final de que se ha introducido la cantidad adecuada de material en cada lote del mezclador, las bolsas llenas se pueden colocar en un transportador de indexación de bolsas automático al costado de la tolva de entrada del mezclador, y se puede ubicar una plataforma de báscula en la descarga. extremo de ese transportador para atrapar y controlar el peso del saco justo antes de que se descargue en la tolva mezcladora.

Este tipo de disposición de transportador indexado elimina la necesidad de que un operador esté en el mezclador en el momento exacto del ciclo del mezclador, y el controlador del mezclador puede indexar el transportador de bolsas en varios puntos del ciclo si se requiere para compuestos sofisticados. Conclusión Hoy en día, la aplicación adecuada de las técnicas actuales de manejo de materiales, detección de peso y manejo de bolsas hace posible satisfacer los exigentes requisitos del pesaje de microingredientes para compuestos de caucho.