Micro Pesagens de Ingredientes Compostos

Micropesagens de ingredientes compostos O primeiro sistema de pesagem automático controlado remotamente instalado para a composição de borracha ocorreu por volta de 1955, com o equipamento de pesagem consistindo de alavancas mecânicas de balança conectadas a relógios comparadores com conjuntos de potenciômetros montados nos fusos do mostrador e circuitos simples de Wheatstone Bridge ativando eletro relés mecânicos para controle de alimentação de material. Esse primeiro sistema, e vários que se seguiram, incluíam a automação da alimentação e pesagem de negro de fumo e óleos, com os estoques de polímeros sendo carregados manualmente em um transportador de correia montado em uma balança mecânica/dial. O controle para sequenciamento dos ciclos de pesagem e carregamento do misturador foi realizado através de um cilindro acionado por motor com contatos de limpador ajustáveis ​​para controlar os parâmetros variáveis ​​do sistema.

Inicialmente, nenhuma tentativa foi feita para automatizar os microingredientes. Este artigo abordará os problemas encontrados nas muitas tentativas feitas na área de automação de microingredientes (que devem ser consideradas como experiências de aprendizado) e concluirá com uma descrição dos equipamentos mais recentes disponíveis que fornecem a solução ideal para esses problemas. Definição de termos Sempre que se fala em pesagem automática, há termos usados ​​que podem se tornar confusos, a menos que sejam definidos.

* Precisão. Para esta apresentação, precisão significa a quantidade real de material introduzido no processo. Como a integridade de todo o lote depende da quantidade real de cada ingrediente no lote, todas as outras variáveis ​​em um sistema de pesagem devem ser reguladas ou controladas para garantir que a quantidade real seja a mais próxima possível da quantidade formulada em laboratório.

* Resolução. Este termo é usado em referência ao elemento sensor/transdutor de peso no sistema e define o menor incremento utilizável que um sinal de peso pode gerar para ser usado para exibição e controle. * Repetibilidade.

Uma coisa é ser capaz de fornecer um sistema automatizado que mantenha o fator de precisão sob controle algumas vezes, mas um sistema bem-sucedido só é aceitável quando a precisão está presente quase o tempo todo. A capacidade de um sistema de atingir alvos de precisão de forma consistente é chamada de repetibilidade. * Pesagem líquida.

Isso é usado na pesagem de lotes quando um ou mais de um material é alimentado em uma tremonha montada em um conjunto sensor/transdutor de carga com zeramento automático do sistema entre pesagens de materiais individuais. Esta técnica contrasta com a perda de peso ou peso por subtração, que é descrita com mais detalhes posteriormente. Tentativas originais de automação de microingredientes Como vários tipos de negro de fumo eram alimentados por alimentadores de parafuso e pesados ​​​​automaticamente com sucesso em um funil de pesagem comum conectado à parte traseira de um misturador através de um bico descendente, as tentativas originais de pesagem de microingredientes usavam uma versão menor do esse mesmo conceito.

A única diferença foi que o bico para baixo veio para o lado do mixer por causa de restrições de layout físico. Vários problemas sérios tornaram-se evidentes rapidamente usando esta técnica de pesagem líquida, incluindo o número limitado de materiais que podem ser manuseados, o fato de alguns dos materiais, como enxofre e óxido de zinco, ficarem presos nas laterais da tremonha de pesagem e no bico de baixo, a limitação de resolução de uma peça: 1.000 resultando em precisão mínima, os efeitos da vibração no equipamento de venda mecânica, mais o custo de ter um desses sistemas por misturador, levou à evidente conclusão de que esta não era uma forma viável de automatizar micro pesagem de ingredientes. A partir dessas primeiras tentativas de automação, os problemas começaram a se concentrar nas categorias de precisão, manuseio de materiais e custo.

Introdução da tecnologia de célula de carga Uma grande melhoria no aspecto de instrumentação do sistema foi disponibilizada através da introdução de células de carga de strain gage eletrônico em vez de alavancas e mostradores mecânicos. Isso resultou em recursos de resolução de uma parte: 5.000, com a capacidade de fornecer amortecimento e filtragem eletrônicos para melhor controle de vibração. Essa nova tecnologia proporcionou alguns "saltos quânticos" na área de precisão, uma das áreas problemáticas-alvo a serem resolvidas.

A instrumentação de células de carga também abriu novas possibilidades na área de controle de entrada de fórmulas através do uso de dispositivos analógicos para digitais e digitais para analógicos. Rodas de polegar digitais e cartões perfurados tornaram-se o modo aceitável para controle de fórmulas, e a gravação de dados tornou-se uma realidade. As outras duas áreas problemáticas da automação de microingredientes, no entanto, o aspecto de manuseio de materiais e o custo total do sistema, não foram ajudadas com essa atualização na instrumentação.

Tentativas de resolver os problemas de manuseio de materiais Com o desenvolvimento de chapas de baixo índice de fusão que poderiam ser usadas para fazer sacos, surgiu a ideia de que colocar os microingredientes nesse tipo de saco e jogar o saco inteiro no misturador eliminaria muito os problemas de aderência originalmente experimentados no conceito de tremonha de pesagem comum foram testados inicialmente. Isso levou à percepção de que o enchimento de sacos em um local central permitiria que um sistema atendesse a várias linhas de misturadores, o que ajudaria a justificar o custo de um sistema automatizado. Mas isso deixou o desafio quanto à melhor maneira de encher as malas.

A preparação de pré-misturas do lote mestre foi tentada com o lote pré-misturado sendo transportado para uma única balança que seria usada para encher o saco através de um único bico de enchimento. Originalmente, foi utilizado um operador de pé no bico de enchimento colocando sacos vazios e selando os sacos cheios. O próximo passo foi a tentativa de substituir o operador por um sistema automático de manuseio de sacolas.

Um tipo usando sacos conectados através de uma aba e puxados de uma caixa em um padrão de dobra em leque foi usado, e a próxima tentativa foi o uso de um sistema de formulário/enchimento/vedação onde o estoque de tubos era retirado de um rolo, um saco formado e preenchido com a pré-mistura e selado formando o fundo do próximo saco. Do ponto de vista do manuseio de sacolas, essas máquinas funcionaram muito bem. No entanto, o velho problema do manuseio de materiais voltou à tona.

Os lotes pré-misturados não eram absolutamente homogêneos ao saírem do pré-misturador, e o transporte dos lotes do misturador até o posto de enchimento causava segregação e, como resultado, não havia como garantir a exatidão das proporções dos materiais que foram alimentados nos sacos. O uso de uma balança líquida acima do bico de enchimento dessas máquinas automáticas de manuseio de sacos não eliminou o problema de manuseio de materiais dos materiais misturados que grudam no funil de pesagem e no bico do saco. Controle de perda de peso Quase ao mesmo tempo que a introdução de sacos de baixo derretimento e manuseio automático de sacos, foi desenvolvido um novo conceito de pesagem chamado perda de peso.

Embora você provavelmente esteja familiarizado com este termo, brevemente significa que uma tremonha de pesagem e um conjunto alimentador são montados em uma plataforma de balança, a tremonha de pesagem é enchida a partir de uma caixa de alimentação suspensa e após a taragem (re-zeragem da carga total ), o alimentador é executado para pesar (ou pesar por subtração) a quantidade de lote necessária. A principal vantagem deste tipo de controle de peso é que não há tremonha de pesagem ou superfície de contato na qual qualquer material possa grudar depois de pesado, resultando em uma precisão de pesagem muito melhor do material que está sendo manuseado. O problema de ter um bico de enchimento com sistema automático de manuseio de sacos, no entanto, não eliminou os problemas de segregação e mistura não homogênea já mencionados.

Tudo o que essa solução fez foi colocar uma quantidade mais precisa de quantidades desconhecidas da mistura no saco. Neste ponto no desenvolvimento da alimentação de perda de peso, ainda havia algumas desvantagens, sendo uma delas a relação muito grande de carga morta para carga viva da tremonha e do equipamento de alimentação relacionada à quantidade real de ingrediente a ser pesado. Isso exigia que algum método de compensação dessa carga morta por meio de um dispositivo mecânico fosse desenvolvido, de modo que uma célula de carga de capacidade próxima ao peso máximo necessário para qualquer lote pudesse ser usada.

A essa altura, porém, a tecnologia e a instrumentação das células de carga aumentaram a ponto de oferecer recursos de resolução de 1:10.000, de modo que a tendência da tecnologia estava na direção de fornecer melhor precisão. Outra desvantagem de usar o controle de perda de peso foi o fato de que cada ingrediente precisava de seu próprio recipiente de abastecimento, alimentador de reabastecimento e sistema de balança que levou o preço de um sistema de ingredientes múltiplos ao ponto em que era difícil justificar o custo. Embora o fator de precisão em um sistema automatizado estivesse indo na direção certa, as demandas de alguns dos produtos químicos a serem usados ​​nas combinações de alimentador/balança disponíveis eram tais que esses sistemas ainda não estavam em um nível em que todos os requisitos pudessem esteja satisfeito.

Devido às características de manuseio de materiais da maioria dos ingredientes a serem utilizados, são necessários alimentadores do tipo sem-fim. Os alimentadores do tipo convencional que usam controle de acionamento de duas velocidades fornecem uma taxa de redução (taxa de alimentação rápida para taxa de alimentação lenta) de apenas aproximadamente 50:1; e embora o alimentador tenha funcionado mais lentamente na taxa de gotejamento, a vazão volumétrica não muda, resultando em uma grande quantidade de material a ser considerado na conclusão da pesagem. É verdade que esse fator não é tão crítico no controle de perda de peso quanto na pesagem líquida, mas ainda é um fator significativo considerando a inércia de um sistema de pesagem durante a alimentação e o corte do fluxo de material na conclusão da pesagem.

A geração "agora" de transdutores e alimentadores Tudo o que foi discutido até agora foram informações básicas que levaram ao equipamento disponível hoje, que tem a capacidade de atender a todos os desafios, incluindo precisão, manuseio de materiais e custo, que até agora iludiram soluções completas . Primeiro vamos considerar os transdutores que estão sendo usados. Os tipos de fio vibratório ou strain gage ainda têm limitações na faixa de resolução de 1:10.000 partes e, embora haja um transdutor baseado em giroscópio disponível, que tem capacidade de resolução muito maior, é muito difícil implementar em uma aplicação de pesagem dinâmica.

Isso nos leva a um transdutor agora disponível chamado tipo de restauração de força magnética. Este dispositivo começa em um ponto de equilíbrio nulo e, à medida que uma carga é aplicada, a corrente necessária para conduzir a bobina do transdutor de volta a esse ponto nulo pode ser medida com muita precisão, resultando em um sensor de peso com resolução utilizável e capacidade de exibição de 1:120.000. Este tipo de transdutor já está disponível, embutido em uma plataforma de escala de 600 x 750 mm (23.

6" x 29,5") por exemplo, que é grande o suficiente para a montagem de um conjunto de tremonha/alimentador resultando em uma balança de perda de peso com capacidade de 240 kg (529,2 libras) que pode ser lida com precisão de 2 gramas (.

004 libras ou 0,064 onças). Além disso, devido ao design de flexão incluído nesta plataforma de balança, é possível pré-carregar esta balança com até 65 kg (143 libras) para compensar a "carga morta" do conjunto da tremonha e alimentador sem erodir a carga viva capacidade e legibilidade como mencionado anteriormente.

Com esta nova tecnologia, o sinal de peso desta plataforma de balança pode ser prontamente convertido em um formato RS232 para interface com praticamente qualquer microprocessador ou dispositivo do tipo microcomputador. No entanto, para aproveitar este novo nível de capacidade do sensor/transdutor de peso, é necessário usar um novo projeto de alimentador que tenha uma taxa de redução muito maior do que as anteriormente disponíveis. Como a alimentação do tipo sem-fim ainda é necessária (devido às características de manuseio dos ingredientes a serem manuseados), o uso de controle de acionamento de duas velocidades com dois sem-fins de diâmetro diferente é a resposta.

A execução de ambos os sem-fins com alta taxa de alimentação para a maior parte do ciclo de alimentação e, em seguida, executando apenas o sem-fim de pequeno diâmetro a uma taxa muito menor para o ciclo de alimentação de gotejamento resulta em taxas de redução próximas a 500:1, eliminando o descrito anteriormente problemas de taxa de alimentação como o ponto de corte. Empiricamente, verificou-se que a precisão de uma pesagem, quando o alimentador de tamanho e tipo adequado é montado em uma plataforma de balança de tamanho adequado, não será superior a mais ou menos 3 divisões da resolução. A partir desta entrada, você pode ver que não é possível esperar precisões na faixa de até 10 kg.

(22,05 lbs.) para mais ou menos 6 gms.

(0,01 lb.).

Com os problemas de manuseio de materiais sendo resolvidos, os recursos de precisão disponíveis para atender aos requisitos de composição de hoje e com base no uso de sacos de baixa fusão como o melhor método para garantir que a quantidade certa do material certo entre no composto, a única coisa que resta é a melhor maneira de encher os sacos. A Figura 1 mostra o sistema ideal que incorpora toda a tecnologia atual. Embora apenas três estações de perda de peso sejam mostradas, um número ilimitado de estações é possível, uma vez que elas estão localizadas em uma fileira ao longo de ambos os lados de um transportador de contêineres que pode ser tão longo quanto necessário.

Cada plataforma de balança é montada em um suporte portátil, para que possam ser posicionadas conforme necessário e, se necessário, diferentes unidades de capacidade podem ser movidas para a posição conforme as fórmulas variam. Além disso, em cada plataforma de balança há trilhos em V invertidos e sob cada conjunto de tremonha/alimentador há rodas ranhuradas em V, permitindo que qualquer tremonha/alimentador seja colocado em qualquer estação de balança. Com este arranjo, o número mínimo de balanças pode ser usado (é onde ocorre a economia de custos) e um grande número de conjuntos de tremonha/alimentador pode ser armazenado em um local conveniente e colocado conforme necessário.

Manter uma tremonha/alimentador dedicado a um determinado material também economiza tempo na limpeza e elimina a possibilidade de contaminação se uma tremonha/alimentador for usada para mais de um material. Sob os bocais de descarga dos alimentadores que foram colocados no lugar, há um conjunto de transportador que consiste em recipientes igualmente espaçados nos quais os sacos vazios são colocados. O espaçamento dos conjuntos dos alimentadores de perda de peso coincidirá com as linhas centrais desses contêineres; o transportador será controlado de tal maneira que serão indexados automaticamente um incremento de cada vez.

Quando o ciclo de indexação é concluído, cada balança pesa sua quantidade necessária diretamente na bolsa, com as fórmulas sendo retidas na memória do microcomputador que opera todo o sistema. Com o número de plataformas de balança igual ao número máximo de ingredientes já colocados em qualquer composto, e unidades de tremonha/alimentador portáteis iguais ao número total de ingredientes já usados, mover esses conjuntos para a posição adequada oferece flexibilidade ilimitada e combinações de ingredientes. Com este tipo de sistema de pesagem de microingredientes, um operador fica no final deste conjunto de transporte de contêineres para colocar os sacos vazios nos contêineres à medida que eles são posicionados à sua frente, e ele também retira os sacos cheios à medida que chegam, sela a quente e os coloca em um palete ou em um contêiner tipo tote para entrega nas estações misturadoras.

Embora não seja mostrado no desenho de referência, o controle de poeira é integrado ao sistema colocando pontos de "captação" de poeira no local de descarga do alimentador em cada estação de balança. É claro que com a tecnologia digital atual, tudo o que acontece na linha de enchimento de sacos pode ser registrado e, como proteção adicional, a identificação robusta do interruptor de proximidade industrial pode ser fornecida para que o sistema não funcione a menos que os materiais exigidos no fórmula estão de fato em posição nas plataformas de escala. Como uma verificação final de que a quantidade adequada de material foi introduzida em cada lote do misturador, os sacos cheios podem ser colocados em um transportador automático de indexação de sacos ao lado da tremonha de entrada do misturador, e uma plataforma de balança pode ser localizada na descarga extremidade desse transportador para pegar e verificar o peso do saco imediatamente antes de ser descarregado na tremonha do misturador.

Este tipo de arranjo do transportador de indexação elimina a necessidade de um operador estar no misturador no momento exato do ciclo do misturador, e o controlador do misturador pode indexar o transportador de sacos em vários pontos do ciclo, se necessário para compostos sofisticados. Conclusão Hoje, a aplicação adequada das técnicas atuais de manuseio de materiais, sensor de peso e manuseio de sacos torna possível satisfazer os exigentes requisitos de pesagem de microingredientes para composição de borracha.