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El algoritmo de la fábrica inteligente: la mentefactura del plástico

"En este artículo, el ingeniero Juan Alonso Sánchez, Gerente Técnico de Ambiente Plástico Formación, comparte un amplio panorama sobre la automatización en el reciclaje de plásticos.

Con la automatización se supervisan y controlan las operaciones de las plantas de manufactura del plástico y sus procesos industriales. Para lograr su objetivo la automatización se vale de elementos de diversa índole, como hidráulicos, neumáticos, mecánicos, eléctricos, digitales o eléctricos analógicos. En términos sencillos, automatizar es lograr que algo suceda de forma autónoma o semiautónoma; es controlar o monitorear un proceso, una máquina o un dispositivo para que cumpla funciones o tareas repetitivas, mejorando así el trabajo humano.

En los últimos años, al hablar de automatización, la industria suele referirse, casi exclusivamente, a sistemas robóticos. Esto, quizá por el desarrollo de la industria automotriz, una de las primeras en adaptar las tendencias de la Industria 4.0 y el uso de robots colaborativos. Dicha reflexión no es equivocada, los robots son el elemento más completo, complejo y avanzado, en general, dentro de la automatización industrial. Pero, a decir verdad, la automatización es mucho más que robots; de hecho, puede ser cualquier cosa que utilice los elementos antes mencionados para automatizar tareas específicas. Una banda transportadora, por ejemplo, lleva objetos de un punto a otro de manera repetitiva, con poca o nula intervención del ser humano, sin errores derivados de su propio funcionamiento, apoyada por otros sistemas de automatización, puede potenciar el transporte, administración y almacenamiento de productos en una planta.

La automatización industrial cuenta entonces con sistemas de control, software y equipos que ayudan a implementar la interconexión en una planta de manufactura. En la Industria del Plástico, muchos de estos elementos ya forman parte integral de la maquinaria utilizada para transformar el polímero, como los sistemas de medición y control de la temperatura, monitoreo y control de la velocidad de diversos elementos, así como medición y control de la presión. Otros componentes mejoran o perfeccionan la acción misma de los dispositivos de transformación principales y se conocen en general como equipo periférico.

A continuación, presento algunos ejemplos del alcance y las posibilidades de la automatización en la industria manufacturera:

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Sistemas de transporte

Los sistemas de transporte, relacionados directamente con la materia prima, se dividen en mecánicos y neumáticos. Los sistemas mecánicos, utilizan tornillos de transporte, son empleados para llevar materia prima desde los silos de almacenamiento hasta las máquinas de proceso, sistemas de mezclado o secado. Aunque no se limitan a eso, puesto que son más comunes en distancias cortas de transporte y en desplazamientos horizontales o verticales de ascenso. Los sistemas neumáticos, por su parte, utilizan presión positiva o negativa (vacío) para desplazar la materia prima solida a través de conductos cerrados o tuberías; su operación es más compleja, pero suelen ser muy eficientes, desplazan grandes cantidades de material en corto tiempo y son efectivos en grandes distancias de desplazamiento.

Los sistemas de transporte garantizan que la materia prima se encuentre siempre disponible en las máquinas de procesamiento, en cantidades suficientes y en el momento adecuado, además, evitan desperdicios de materiales y mantienen la planta suficientemente libre de pellets y otros materiales que ensucian y aumentan riesgos de accidentes laborales por su presencia en los pisos.

Alimentación o Dosificación

Los sistemas de alimentación entregan cantidades precisas de materia prima directamente a la máquina de procesamiento. Podrían estar complementados con los sistemas de transporte, pero no dependen de ellos, ya que pueden trabajar independientes.

La automatización facilita la selección de material postconsumo
Dosificación

Existen volumétricos o gravimétricos. Los primeros dosifican un volumen constante de materia, mientras que los segundos miden una masa precisa de materia prima para alimentar al proceso.

Los sistemas de dosificación automatizan el proceso de medición de cada material implicado en una fórmula de materia prima, como cuando se utilizan materiales reciclados o aditivos que deben agregarse junto a la materia prima virgen o principal. Por supuesto, evitan errores humanos al momento de medir las cantidades de cada material y son muy usados en procesos que utilizan más de una materia prima, que es cada vez más frecuente, siendo los de tipo gravimétrico los más precisos.

Suelen estar coordinados con equipos de mezclado automático y siempre se ofrecen como un mismo equipo integrado; aunque el mezclado también puede ser independiente a la dosificación.

Mezclado

Mezclador

El mezclado es una operación mucho más frecuente de lo que se piensa. Actualmente son pocos los procesos que no utilizan materiales recuperados o aditivos que deben ser mezclados antes de incorporarse al proceso. Esta acción puede realizarse de forma semiautomatizada, con equipos de tamborileo o contenedores rotatorios, entre otros; o de forma automatizada mediante cámaras de mezclado integradas a los dosificadores, generalmente gravimétricos.

Los sistemas de mezclado garantizan la homogeneidad del material que se alimenta al proceso y minimizan posibles errores humanos, asegurando en gran medida la uniformidad en la calidad del producto fabricado.

Control dimensional de productos extruidos

El algoritmo de la fábrica inteligente: la mentefactura del plástico
Control de ovalidad

Especialmente en la fabricación de tubería, la automatización del control dimensional del producto consiste en un complejo sistema de medición que utiliza métodos como el ultrasonido, rayos X u otros tipos de radiación para informar al sistema de variables como la ovalidad, diámetros interno y externo, así como el espesor del producto. El sistema de medición es capaz de reaccionar a desviaciones de estos parámetros, modificando variables de proceso como el vacío, jalado, velocidad de extrusión o calibración del dado, a fin de lograr la menor variación posible en los parámetros de calidad predeterminados.

Son variadas las empresas que ofrecen tanto los sistemas de monitoreo como la integración al control de las variables del sistema.

Secado

Algunos plásticos de gran importancia comercial necesitan que se les retire o elimine la humedad que son capaces de absorber.

Esta operación es una de las primeras en automatizarse en la Industria del Plástico, el método fundamental es utilizar aire ambiental o pre-secado, el cual se calienta para aumentar su capacidad de absorber humedad y se pone en contacto con el material, absorbiendo su humedad.

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Moisture Meter Manager

La automatización de este procedimiento ha sido una necesidad fundamental, ya que implementar un sistema manual resulta complicado y muy fácil que falle. Sin embargo, durante mucho tiempo la humedad con la que el material entra al proceso no se conocía con precisión, provocando que la humedad residual dependiera de variables difícilmente controlables, como la humedad del medio ambiente, la temperatura y hasta la presión atmosférica.

Actualmente, ya se cuenta con sistemas que pueden medir la humedad del material en línea. El sistema Moisture Meter Manger, de Moretto, es sólo un ejemplo de varios que ya existen. Al posibilitar la medición de la humedad residual, se puede gestionar los parámetros del proceso auxiliar de secado, como el tiempo y la temperatura, creando un sistema “inteligente” que garantiza una operación libre de humedad y una calidad de producto inmejorable en este sentido. Además, asegura un secado perfecto con la mínima cantidad de energía.

Automatización en el Reciclaje

El reciclaje es un proceso que ha experimentado un crecimiento extraordinario en recientes décadas. En correspondencia, la tecnología utilizada por el proceso ha avanzado de manera notable y el grado de automatización es de los más altos en la Industria del Plástico.

La separación de materiales, tanto antes como después de la molienda, se auxilian de sistemas de detección infrarroja, rayos X y Raman, así como sistemas que separan con alta eficiencia los materiales, como los separadores ópticos (Sorters), hidrociclones, triboeléctricos, densidad de espuma y densidad magnética.

Automatización en reciclaje

Sistemas de separación por tromels, magnéticos, y hasta robots que pueden seleccionar cualquier tipo de piezas basados en sistemas de cámaras de super alta definición, hoy están revolucionando la selección y separación de los residuos en los sistemas de reciclaje.

Todo esto sólo por mencionar algunos ejemplos notables en la automatización de los procesos de reciclaje.

Resulta paradójico que, al mismo tiempo, es el mercado del reciclaje dónde más existe un amplio rango en los niveles de automatización. En este sector, aún encontramos empresas con operaciones de selección totalmente manuales.

Automatización de pruebas de fluidez

La automatización no sólo abarca a los equipos directamente relacionados con la transformación. Procedimientos de análisis y medición de propiedades suelen ser de los primeros en aprovechar los sistemas de automatización, para mejorar no sólo la exactitud del resultado, sino una mayor repetitividad.

El algoritmo de la fábrica inteligente: la mentefactura del plástico
Plastómetro

Antiguamente, la medición del Índice de fluidez se realizaba con equipos donde el laboratorista debía utilizar cronómetros para la medición del tiempo y navajas para cortar el flujo del material. Actualmente, basta con apretar un botón, una vez alimentada la muestra y cuando el aparato llega a las condiciones térmicas de prueba, para que el proceso de medición de Índice de fluidez se desarrolle en automático, se guarde y hasta se realice un estadístico, con gráfico incluido, que arroje mayor y más exacta información sobre esta propiedad del plástico.

Hacia una mayor automatización

En muchos países, como México, es necesaria una automatización desde la base, ya que varios procesos carecen de sistemas como la dosificación o el mezclado automatizado. Aún falta mucho por hacer, pero esto no impide que nuestro mercado piense en los robots y otros sistemas de automatización más sofisticados. Al final, como en otros mercados de la industria, las empresas se encuentran a niveles muy diferentes de automatización.

Sin temer a los costos, la automatización hoy es más una necesidad que un gusto, si lo que se busca es no quedar a la saga y perder terreno en la Industria del Plástico. Pero la adopción de tecnología ultramoderna debe ser analizada, pues no se trata solamente de automatizar por automatizar; hacerlo debe responder a un plan de desarrollo, con un correcto estudio de los beneficios versus los costos implicados, así como analizar la rentabilidad de cada operación a automatizar y siempre preparando o capacitando al personal para el futuro que ya nos alcanzó.

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