Almacenamiento, tratamiento, manipulación y trazabilidad de materiales técnicos a granel

Los sistemas modernos aportan grandes ventajas

El notable aumento en la utilización de materiales plásticos técnicos (PC, PMMA, ABS, PA, etc.)especialmente en los transformadores dedicados a la industria de la automoción, ha llevado a los productores de materias primas a impulsar notables variaciones en los habituales sistemas de envases y de transporte de materiales, de forma que les permita reducir los costos de almacenamiento, de envases y del transporte, sustituyendo los habituales sacos, octabines o cajas, por suministros a granel, transporte en camiones cisterna y almacenado en silos de gran capacidad.

A las ventajas económicas que se presentan los nuevos sistemas de transporte automático y almacenamiento, por la reducción de costos de los envases y del transporte por el suministro en camiones cisterna, hay que añadir otros conceptos, quizás no tan espectaculares pero asimismo muy dignos de tener en cuenta.

- eliminación costos descarga:

Los camiones cisterna descarga directamente a silos exteriores. Son totalmente autónomos y no precisan personal del transformador.

- eliminación espacio en almacén materia prima:

Los materiales que se suministran a granel en camiones cisterna se almacenan en silos exteriores.

- eliminación perdidas de materiales:

Al no tener que manipular palets con sacos dentro de la fábrica, se eliminan los conceptos que intervienen en la pérdida de materiales:

. Roturas de sacos por accidentes.

. Restos de materiales olvidados.

- eliminación de errores:

Al tener los materiales almacenado en silos la alimentación a máquinas se realiza con sistema de

transporte automático. Con ello se evitan posibles errores del personal.

A estas ventajas económicas directamente ligadas al precio de los materiales por reducción del coste del envase, reducción por el transporte, descarga y almacenamiento, hay otros conceptos directamente ligados con las características físicas del material que analizaremos más adelante.

Para la calidad de la materia prima respectivamente para la pieza técnica en que esta será transformada, el suministro a granel, transporte en camiones cisterna y almacenamiento en silos exteriores, no representa ninguna desventaja si se siguen un mínimo de precauciones perfectamente conocidas para cada una de las partes.

Productor material prima: Se presupone que por la calidad de las instalaciones de los productores de los materiales y los controles que se siguen en su fabricación, la calidad de los materiales cumple con garantía las especificaciones prescritas.

Transportista: lavado de cisterna: Antes de proceder a la carga de una cisterna debe haberse limpiado e inclusive lavado, especialmente para materiales técnicos de alta calidad (PC ó PA). Si la cisterna ha tenido que ser lavada debe cuidarse de que quede bien seca.

El aire de descarga que genera el compresor del camión cisterna deberá ser limpio para evitar cualquier polución del material. Deberá controlar la velocidad de descarga, respectivamente la velocidad del aire de transporte, para evitar que se produzca polvo o pelusa por fricción de la granza con los conductos.

Transformador: - Analizar material: A la llegada del camión cisterna se deberá extraer una muestra y proceder a un rápido análisis de las características dando conformidad o reparos al mismo.

- Evitar mezclas partidas: Para material de alta calidad técnica deberá evitarse el mezclar partidas. Es aconsejable que la capacidad del silo corresponda a la cisterna, y este se consuma totalmente antes de recibir un nuevo suministro.

- Evitar contaminación exterior: El silo destinado a almacenar materiales técnicos deberá evitar cualquier contacto con el aire del exterior, para ello deberá ser provisto de filtro de mangas que permita evacuar el aire utilizado para la descarga del material. Al disponer de filtro de mangas deberá asimismo proveerse de válvula de seguridad en el techo que actuará en caso de sobrepresión por colmatación del filtro de mangas.

También en estos casos el aire que servirá para el transporte de los materiales hasta la máquina de transformación deberá ser filtrado. En casos particularmente especiales como PC para Compac-Disc, los silos deberán someterse a un cuidadoso lavado interior que garantice la total eliminación de cualquier suciedad o partícula extraña. Será asimismo recomendable equiparlo de un sistema de lavado que será utilizado cuando el cambio de calidad o de proveedor del material así lo aconsejen.

Los silos pueden ser construidos indistintamente y con la misma garantía en acero inoxidable AISI-304 o en una aleación de aluminio, si bien para materiales de mayor dureza o abrasivos será más aconsejable inoxidable AISI-316 con una rugosidad clase N 6 Ra = 0,8 mm. según DIN 4762. La capacidad de estos silos será de 50 a 60 m³ y las medidas principales Ø 3.000 mm., altura 10.000 mm.

Para materiales que no requieren un control tan exigente se podrá disponer de silos de mayor capacidad que permitan almacenar hasta 2 ó 3 cisternas. En estos casos tampoco se precisará disponer de silos con filtro de mangas y tampoco se precisará filtrar el aire que se servirá en la instalación de transporte por vacío. La capacidad de estos silos será entre 100 y 150 m³ lo cual les permitirá recibir entre 3 y 4 camiones cisterna, y las medidas principales serán Ø 3.500 mm., altura de 12.000 a 17.500 mm.

Sistemas de control de nivel de material

- Pesaje : El sistema más preciso y aconsejable para conocer de forma continua el nivel de material en el interior de los silos, es la instalación de células de carga.

El silo deberá apoyarse en una base sólida de forma que la carga total, peso del silo + material almacenado, se reparta en igual a las células de carga que componen el sistema. Entre la base del silo y las placas ancladas en la cimentación se sitúan las células de carga. Una fijación flotante que evite al máximo los rozamientos, para no perjudicar la precisión del sistema, asegurará la posición estable del silo.

La instalación se completa con caja de sumas del peso que registra cada célula, panel con indicación digital del peso del material en cada silo, que se obtendrá con una resolución de ± 100 Kgs. y las alarmas sonoras y luminosas de niveles máximo y mínimo.

- Control de consumos: Este sistema de control de material almacenado en los silos,

posibilita el suministro de materia prima en consigna, la reposición automática según el consumo y su correspondiente facturación.

Ello permite volcar la información en continuo sobre un PC en formato de hoja de cálculo Excel, la cual puede ser consultada por el proveedor de la materia prima vía modem, y con ello controlar el consumo en tiempo real y prever la reposición de stocks.

- Ultrasonidas: Otro sistema habitual para el control de nivel de material en los silos es por sensores de ultrasonidos. Las características físicas de los materiales en granza presentan alguna

vez dificultad en la precisión de la medida del nivel por la poca limpieza de reflejo que proporciona la superficie del material.

Deshumidificación

Si para los materiales técnicos que se reciben en sacos, cajas/octabines bien envasados y a salvo de la humedad del ambiente durante su transporte y almacenaje era ya en la mayoría de los casos necesario un tratamiento deshumidificador. Para los materiales que se reciben en cisternas y se almacenan en silos exteriores, este tratamiento se hace totalmente imprescindible.

Alimatic ha presentado un nuevo desarrollo de deshumidificador que ha significado una notable mejora en el control y registro de la temperatura de proceso durante el tiempo de permanencia del material a deshumidificar en la tolva de proceso. Con ello se asegura un grado constante de deshumidificación y un consumo energético notablemente reducido. El panel de mando es equipado con una pantalla en la que quedan registrados los históricos de temperaturas y Dew Point a lo largo de 8 horas de proceso. Asimismo se registran las alarmas y su anulación con fecha y hora de ambas actuaciones. Toda esta información puede ser volcada sobre impresora, para ser utilizado como documento de registro de control de producción en fábricas donde se han implantado sistemas de control de calidad

La deshumidificación se realiza tratando el aire del circuito por un tamiz molecular (Silicato sódico de aluminio)

La humedad inicial de los materiales a transformar, varia entre el 0,1 y el 1%, y no es perceptible para el personal. Solo con equipos técnicos adecuados o con los defectos que aparecen en la pieza fabricada, se pondrá de manifiesto que el material precisa ser deshumidificado.

De la humedad inicial del 0,1 al 1% deberá pasarse, también según el tipo de material, a una humedad residual del 0,05 y hasta el 0.003 %.

Para lograr este bajo porcentaje de humedad residual, el tiempo de permanencia en la tolva de proceso y la temperatura del aire varia según el material. Estos datos deberá establecerlos el fabricante de la materia prima y de acuerdo con la pieza a producir.

La tolva de proceso se dimensionará con una capacidad de acuerdo con el consumo y el tiempo de permanencia. Por ejemplo para deshumidificar 100 kgs./h. de PA 6, se precisará una tolva de:

Material: PA 6

Temperatura de proceso: 75ºC

Tiempo de permanencia: 4-5 horas

Densidad aparente: 0,65 Kgs./ dm³

100 X 5 : 0,65 = 769.... 800 litros

Es muy importante que la capacidad de cada tolva de proceso esté ajustada al consumo horario del material específico. Con una tolva sobredimensionada retendrá el material en proceso de deshumidificación mas tiempo del necesario, pudiendo ocasionar una degradación del mismo. Una tolva de insuficiente capacidad ocasionará por contra un material insuficientemente tratado, con lo que el contenido de humedad residual prescrito no se habría podido lograr.

Es muy habitual que en una planta se transformen varios materiales. Para evitar contaminaciones será aconsejable disponer de una tolva de proceso para cada material, la cual deberá tener la capacidad adecuada al consumo.

El diseño de las tolvas de proceso y particularmente la relación entre altura y diámetro y la geometría del difusor, evitan la creación de flujos preferenciales de material. De esta manera se asegura una homogénea distribución del aire seco de proceso, y un uniforme descenso del material en la tolva

El conjunto de tolvas de proceso son normalmente servidas por un grupo común generador del aire seco y caliente, a una temperatura que después se aumentará en el booster de cada tolva de acuerdo con las características de cada material.

El circuito del grupo deshumidificador es el siguiente: El aire de retorno saliendo de la tolva de proceso pasa por un filtro para evitar salida de material.

Un nuevo filtro protege el equipo refrigerador de cualquier partícula de polvo. Este equipo baja la temperatura del aire de retorno, de forma que el efecto de absorción de la humedad por medio de las sales pueda ser eficaz.

La turbina SP aspira e impulsa el aire a través de las sales A, que absorberán la humedad contenida en el aire.

Un sistema de calefactores eleva la temperatura del aire al nivel que el material en la tolva de proceso requiere. Entra en la tolva de proceso por su parte inferior distribuyéndose de forma uniforme.

Una segunda torre de Sales B, que previamente ha estado trabajando, se ha colmatado de humedad y debe ser regenerada. Una resistencia R2 calienta a alta temperatura las sales de silicato sódico de aluminio y elimina la humedad que será expulsada por la salida TR. El cambio de torres de sales, en trabajo o regeneración, puede automatizarse instalando un control automático del Dew Point.

Este sistema permite trabajar en continuo, de forma que, mientras una torre está en operación la segunda se encuentra o en regeneración o preparada para entrar en operación.

Las temperaturas son también en este caso muy estrictamente controladas.

Los puntos más importantes serán a la entrada y a la salida de la tolva de proceso, justo los que puedan influir más directamente sobre el material.

Dentro del equipo también se controlan las temperaturas después del sistema refrigerador y a la salida del grupo deshumidificador.

Mezcladores gravimétricos

En la anterior conferencia de Plásticos en la Automoción, Alimatic ya presentó una documentación dando a conocer la aplicación de dosificadores mezcladores gravimétricos en la transformación de plásticos para la industria de automoción. Entre tanto la utilización de dosificadores gravimétricos de varios materiales es ya de uso común y en muchos casos ha sido adoptada como elemento esencial para facilitar el empleo de materia prima virgen natural que se recibe en cisternas y se almacena en silos y se le adiciona el colorante masterbatch en máquina con la precisión requerida.

La perfecta dosificación del colorante en masterbatch, y de otros materiales aditivos de coste alto, facilita su ajuste al porcentaje mínimo necesario para cubrir las características físicas por el cliente, al tiempo que económicamente se logra un margen razonable que en definitiva beneficia tanto al productor de la materia prima como al transformador y en consecuencia a la empresa de automoción.

Los problemas que se le presentan en este caso al transformador son tres:

1º) Asegurar que la proporción de cada elemento es la previamente decidida.

2º) Asegurar que la continuidad de la composición se mantiene a lo largo de toda la fabricación.

3º) Asegurar que la mezcla no se disgrega en sucesivas manipulaciones.

Para asegurar que alguna de las tres condiciones no puedan malograr la calidad de la pieza, y que además esto no dependa del personal de fabricación, se debe utilizar el dosificador mezclador gravimétrico.

El estudiado diseño, sin complicaciones mecánicas, y el extraordinariamente elaborado SOFT del panel de mando, hace de este equipo un elemento imprescindible para todo transformador que deba trabajar con mezcla de varios materiales.

El funcionamiento es el siguiente:

Las tolvas 1, 2 y 3, contienen los materiales a mezclar. "En este caso se trata de un mezclador de 2 materiales principales y con aditivo Master Bacht, o sea 3 materiales, pero se puede llegar con equipos convencionales a 4 materiales principales y 2 Masters, y con equipos especiales a 12 materiales".

El material 1 se dosifica mediante válvula de tajadera a la tolva de pesaje "A". Inmediatamente se dosifica el material 2 encima del material 1, asimismo por tajadera, y a continuación y mediante husillo, se incorpora el material de menor porcentaje 3.

Los 3 materiales caen, a través de una trampilla de accionamiento neumático, a la cámara de mezcla "B" donde un agitador accionado por un motor eléctrico da las vueltas justas a los materiales para homogeneizar su mezcla. Seguidamente cae a la cámara de aspiración de donde se transporta por vacío a las máquinas de transformación.

La capacidad de la cámara de mezcla es de 2 a 3 veces la capacidad de la tolva de pesaje, con lo cual se evita totalmente la disgregación de los componentes.

Vistos los elementos que intervienen en el movimiento de materias primas

- Recepción de materia primas
- Almacenaje en silos
- Mezcladores gravimétricos
- Transporte neumático
- Control de consumos

y la demanda cada vez más generalizada por parte de los clientes de requerir la certificación de "calidad total" de los transformadores, obligan a estos a certificar el nivel de sus instalaciones y en consecuencia a certificar el control de calidad de cada elemento y el control del proceso de fabricación. Esta exigencia se transmite asimismo de los transformadores a sus respectivos proveedores de maquinaria e instalaciones, de forma que también estos deben obtener el certificado Calidad Total ó ISO 9000

Trazabilidad

Otro concepto que influye notablemente con la obtención calidad total, es el seguimiento y control de los materiales desde su llegada a fábrica hasta su transformación en el molde.

Por medio de conectores codificados se asegura que las conducciones que transportan los materiales a través de las diferentes etapas de tratamiento (silos, deshumidificación, mezcla, máquina), han sido correctamente conectadas y que el operario no ha cometido ningún error en la selección entre materiales y máquinas.

Alimatic ha realizado en varias ocasiones instalaciones con el control de selección de material. En el panel de mando se prefija el código de material a transformar en cada máquina. Si el operario no ha conectado correctamente con el material predeterminado, el transporte hasta la máquina no se efectúa y en el panel se disparará la alarma de error, al tiempo que se indica donde se ha producido la conexión errónea.

Esta es otra mejora que permitirá evitar errores costosos, al tiempo que facilita la confirmación fehaciente para el certificado de Garantía Total apoyando la norma ISO que corresponda.

Dpto. Técnico de Alimatic
alimatic@ncsa.es