Guía completa para el control de la tensión de la banda: Clave para mejorar la eficacia de la producción

¿Qué es el control de la tensión de la banda?

El control de tensión de banda es el proceso de controlar la fuerza aplicada a lo largo de la dirección de la banda en un material de banda continua durante su movimiento en una línea de producción. Esta fuerza controlada es muy importante en aplicaciones como impresión, revestimiento, textiles, conversión y muchas otras para garantizar que el material se transporta con mucha precisión. El control de la tensión de la banda es uno de los factores más críticos que determinan la fiabilidad y eficacia de las operaciones de procesamiento de la banda. Garantiza que el material se agarre con la cantidad correcta de fuerza necesaria para su procesamiento sin causarle ningún daño.

Fundamentos del control de la tensión de la banda

El control de la tensión de la banda es el control de la fuerza de tracción a lo largo de la longitud de una banda continua de material. Esta fuerza, normalmente expresada en fuerza por unidad de anchura, se genera a partir de varias fuentes a lo largo de la línea de producción. La tensión de retroceso se aplica en el puesto de desbobinado, la tensión de avance se aplica mediante rodillos accionados y la tensión de bobinado se aplica en el rebobinado. Esta tensión debe medirse en tiempo real utilizando dispositivos como células de carga para garantizar un control preciso. A continuación, la tensión medida pasa por un controlador de tensión que la compara con un valor de tensión deseado. En caso de desviación, el controlador ordena a otros componentes como frenos, embragues o motores que realicen las correcciones necesarias. Este bucle de retroalimentación continua ayuda a mantener la tensión de la banda constante y estable durante todo el proceso, lo que es muy importante en las aplicaciones de procesamiento de bandas.

Por qué es absolutamente esencial un control preciso de la tensión de la banda

El control de la tensión de la banda es uno de los parámetros más críticos que deben mantenerse con precisión en las industrias de procesamiento de bandas. La falta de tensión puede causar problemas como errores de registro en la impresión, arrugas en los revestimientos y deslizamientos, que son costosos porque conducen a la fabricación de productos de calidad inferior y al desperdicio de material. Por otra parte, una tensión elevada puede provocar estiramientos, distorsiones o roturas de la banda, lo que se traduce en una mayor pérdida de tiempo y de material. El efecto sobre la eficiencia de la producción es significativo porque la fluctuación de la tensión requiere la reducción de la velocidad del proceso para evitar la producción de productos defectuosos. Además, la mayor probabilidad de productos rechazados debido a un mal control de la tensión repercute en la rentabilidad de la empresa. Aparte de los efectos anteriores, la tensión fluctuante también puede provocar un deterioro más rápido de los componentes de las máquinas, aumentando así la frecuencia del mantenimiento.

En otras palabras, la capacidad de controlar la tensión adecuada de la banda es la clave del éxito del procesamiento de la banda. Reduce el número de defectos, evita la interrupción del proceso de producción, ahorra materiales y ayuda a conservar las herramientas. Por tanto, es importante tener en cuenta que el control de la tensión no es un gasto del que se pueda prescindir, sino una inversión estratégica que toda empresa que desee obtener los mejores resultados en la fabricación basada en banda debe considerar.

Exploración de los principales tipos de sistemas de control de tensión de banda

Control de tensión de bucle abierto

El control de tensión de bucle abierto es una forma de control de tensión automatizado que no requiere el uso de un sensor de tensión. No utiliza señales de control de realimentación, sino señales de control preprogramadas en función de la velocidad de la banda y del diámetro del rodillo. Por ejemplo, a medida que un rodillo desbobinador reduce su diámetro, la fuerza de frenado se regula en función de un perfil precalculado. Las ventajas de los sistemas de bucle abierto incluyen el hecho de que son más baratos y más fáciles de implementar que los sistemas de bucle cerrado, y son ideales para su uso en aplicaciones en las que las propiedades del material y las condiciones de procesamiento son constantes y la precisión de la tensión no es primordial. Sin embargo, estos sistemas no proporcionan retroalimentación en tiempo real y, por tanto, no pueden adaptarse a variaciones en las propiedades del material u otras perturbaciones del proceso, lo que puede provocar variaciones de tensión en aplicaciones más exigentes. El control de bucle abierto se utiliza en operaciones de transformación sencillas o cuando el coste es un factor crítico y la variación de la tensión es aceptable.

Control de tensión de bucle cerrado

El control de tensión en bucle cerrado es más preciso y estable que el control de tensión en bucle abierto porque utiliza un bucle de realimentación. En estos sistemas, hay un sensor de tensión que mide la tensión real de la banda y la señal se lleva a un controlador de tensión. El controlador mide la tensión, la compara con un valor de consigna y envía una señal a un actuador, como un freno, un embrague o un motor, para que la tensión vuelva al valor de consigna. La principal ventaja del control de bucle cerrado es que es capaz de proporcionar una tensión constante y precisa a pesar de las fluctuaciones en las condiciones del proceso o las propiedades del material utilizado. Esto mejora la calidad del producto, reduce los desechos y aumenta el rendimiento, sobre todo en aplicaciones como la impresión a alta velocidad o la deposición de películas finas. Los sistemas de bucle cerrado son más complicados y costosos debido al uso de sensores y controladores avanzados; sin embargo, su rendimiento suele ser mejor que el de los sistemas de bucle abierto. Se utilizan mucho en prensas de impresión, laminadoras, cortadoras y líneas de revestimiento.

Control manual de la tensión

El método más sencillo es el control manual de la tensión, en el que el operario ajusta el dispositivo tensor, como un freno mecánico o un embrague, mediante el tacto o la vista. El primer tipo de control es el control manual y es el más barato de aplicar, ya que no requiere ningún equipo. Este enfoque puede utilizarse para volúmenes de producción muy bajos o en casos en los que la precisión de la tensión no es crítica. Sin embargo, el control manual depende en gran medida de la habilidad y concentración del operario, por lo que es muy propenso a errores y variaciones a altas velocidades o durante operaciones prolongadas. Por lo tanto, no es adecuado para aplicaciones en las que es necesario un control de alta tensión o para el procesamiento automatizado de bandas y no se utiliza habitualmente en el procesamiento industrial moderno de bandas.

Control de tensión servoaccionado

Los sistemas de control de tensión servoaccionados utilizan servomotores para controlar la tensión de la banda. Estos motores pueden acoplarse directamente a los rodillos o incorporarse a otros sistemas de tensión. El sistema de control se utiliza para enviar señales al servomotor con el fin de modificar su velocidad o par para controlar la tensión de la banda con gran precisión y sensibilidad. Esto hace que los sistemas servoaccionados sean adecuados para aplicaciones en las que se requiere un grado muy alto de control de la tensión o en las que se requieren variaciones frecuentes de la tensión. Además, permiten ajustar con precisión la velocidad y la ubicación de la banda en la pantalla. La principal desventaja de los sistemas servoaccionados es que son más caros que otros métodos de control de tensión, debido principalmente al coste de los servomotores y la electrónica de control. Se suelen utilizar en máquinas de impresión de alta velocidad, maquinaria de transformación sofisticada y cuando el material que se transforma es delicado o caro.

Control neumático de la tensión

Los sistemas neumáticos de control de tensión utilizan presión de aire para aplicar fuerza a un freno o embrague, regulando así la tensión de la banda. La presión del aire se controla mediante un regulador neumático, que puede ajustarse manual o automáticamente en una configuración de bucle cerrado. Los sistemas neumáticos ofrecen un equilibrio entre sencillez, fiabilidad y rentabilidad para muchas aplicaciones. Pueden proporcionar una tensión suave y uniforme, sobre todo para cargas ligeras y medias, y son relativamente fáciles de mantener. Sin embargo, es posible que no alcancen el mismo nivel de precisión que los sistemas servoaccionados o algunos sistemas eléctricos avanzados de bucle cerrado, y requieren un suministro de aire comprimido. El control neumático de la tensión se utiliza ampliamente en diversas aplicaciones de procesamiento de banda, incluidas ciertas prensas de impresión, máquinas laminadoras y soportes de desenrollado/rebobinado.

Control de tensión hidráulico

Los sistemas hidráulicos de control de tensión utilizan presión hidráulica para producir la fuerza necesaria para el tensado. Estos sistemas se aplican normalmente en industrias en las que se requiere una fuerza y un par elevados para procesar materiales gruesos o macizos. Los sistemas hidráulicos pueden producir una fuerza y un par muy elevados y suelen ser muy resistentes y fiables. Sin embargo, son más complicados y necesitan más atención en términos de mantenimiento en comparación con otros tipos de control de tensión. También existe la posibilidad de fugas del fluido hidráulico. El control de tensión hidráulico se utiliza en máquinas de conversión de alta carga, como algunas fábricas de papel o máquinas de laminación a gran escala.

Control de la tensión basado en sensores y mediciones

Esta categoría se refiere en general a los sistemas de bucle cerrado que se basan en la medición directa de la tensión de la banda mediante diversos tipos de sensores, como células de carga, galgas extensométricas o sensores ultrasónicos. La característica definitoria es la capacidad de utilizar la retroalimentación de estos sensores para controlar la tensión en tiempo real. Dependiendo de la aplicación y del material que se procese, se seleccionan varios sensores. La primera ventaja del control basado en sensores es que es preciso y responde a los cambios en la banda y en las condiciones del proceso. Sin embargo, estos sistemas pueden ser más complicados y la elección y ubicación de los sensores debe hacerse con más cuidado para obtener los mejores resultados. El control de la tensión mediante sensores y mediciones es importante en aplicaciones de procesamiento de bandas en las que la tensión es un parámetro crítico que afecta tanto a la calidad como a la productividad del producto final.

Control de la tensión de los frenos

Los sistemas de control de tensión por freno emplean un freno, que suele ser un freno de fricción o un freno de partículas magnéticas, para aplicar tensión de retroceso en el rodillo de desbobinado con el fin de regular la tensión de la banda. El grado de frenado se utiliza para controlar la tensión de la cuerda. Los sistemas de freno son bastante sencillos y pueden ser una solución económica para operaciones de baja velocidad. De todos los tipos de frenos, los frenos de partículas magnéticas son especialmente ventajosos porque proporcionan una tensión suave que puede controlarse fácilmente. Sin embargo, se sabe que los frenos de fricción se desgastan y pueden necesitar ajustes de vez en cuando, además de producir calor. Los frenos de partículas magnéticas pueden desgastarse con el tiempo y pueden no ser ideales para aplicaciones de alta velocidad. El control de la tensión de frenado se aplica ampliamente en los puestos de desbobinado de diferentes industrias de procesamiento de banda, especialmente en aplicaciones de velocidad baja a media.

Control de tensión magnética

Los sistemas magnéticos de control de la tensión implican el uso de campos magnéticos para producir una fuerza de frenado o un par motor controlados. Esto suele hacerse con la ayuda de un freno de partículas magnéticas o un freno de histéresis. La intensidad del campo magnético y, por tanto, la tensión pueden controlarse eléctricamente. El control magnético de la tensión es suave y sin contacto, con una buena capacidad de control, lo que resulta adecuado para aplicaciones en las que se necesita una tensión precisa, por ejemplo, el bobinado y desenrollado de materiales delicados. Sin embargo, los frenos magnéticos pueden verse afectados por la temperatura y presentar algunos inconvenientes en cuanto a par y velocidad máximos. El control magnético de la tensión se utiliza mucho en algunos campos concretos, como la industria textil para el bobinado de hilos, el trefilado de alambres y algunos procesos de impresión y transformación en los que los sustratos son muy sensibles.

Ventajas del control automático de la tensión de la banda

Característica	Control manual de la tensión	Control automático de la tensión
Eficiencia de producción	Inferior, propensa a interrupciones por cortes o ajustes de la red	Funcionamiento superior y continuo con mínima intervención manual
Coste	Menor coste inicial	Mayor coste inicial, pero menores costes operativos a largo plazo
Precisión	Muy dependiente de la destreza del operario, incoherente	Tensión precisa y constante mantenida automáticamente
Coherencia	Variable, propenso a fluctuaciones	Tensión estable durante toda la producción
Reducción de residuos	Mayor debido a roturas de banda, errores de registro y arrugas	Más bajo gracias a la tensión constante que evita defectos y roturas
Requisitos laborales	Requiere la atención y el ajuste continuos del operario	Reduce la necesidad de ajustes y controles manuales
Idoneidad	Aplicaciones no críticas de bajo volumen	Aplicaciones de gran volumen y precisión

De la tabla se desprende que el control automatizado de la tensión de la banda presenta las siguientes ventajas:

• Mayores índices de producción: La automatización significa que el proceso de producción puede realizarse a un ritmo más rápido y con menos interrupciones, como las pausas en la web o la intervención manual. Esto se traduce directamente en un aumento del rendimiento y una reducción del tiempo de producción.
• Baja Gastos de explotación: Aunque el desembolso inicial de capital es elevado, los gastos de funcionamiento son mucho menores, ya que el sistema no requiere la atención frecuente del operario. Esto ahorra tiempo para otras tareas y reduce los gastos generales en mano de obra.
• Mejor calidad: La tensión está bien controlada y es constante en los sistemas automatizados, lo que reduce defectos como errores de registro, arrugas, estiramientos y revestimientos desiguales. El resultado es una mejora de la calidad de los productos y un bajo nivel de desechos.
• Menos roturas y defectos en la Web: El control automático de la tensión ayuda a reducir las roturas de banda y los defectos, lo que a su vez reduce el desperdicio de material y, por tanto, ahorra mucho dinero, sobre todo cuando se trabaja con materiales caros.
• Mejor Coherencia y Repetibilidad: La automatización también ayuda a mantener la tensión dentro de un estrecho margen durante todo el proceso de producción y, por tanto, la calidad del producto no se ve comprometida desde la primera pieza hasta la última. Esto es importante para garantizar el cumplimiento de los estándares de calidad, ya que el proceso puede repetirse varias veces.
• Funcionamiento más seguro: La automatización ayuda a minimizar la interferencia humana en las zonas peligrosas de la línea de producción, lo que a su vez hace que el entorno de trabajo sea más seguro para los operarios.
• Registro y análisis de datos: La mayoría de los sistemas de control de tensión actuales están automatizados y son capaces de registrar datos de tensión durante un periodo de tiempo y analizarlos para ayudar al fabricante a mejorar la eficacia del proceso.

En otras palabras, las ventajas del control automatizado de la tensión de la banda son un proceso de fabricación más eficaz, rentable y fiable que puede producir productos de mejor calidad con menos residuos. Estos sistemas son una buena inversión que se amortiza a largo plazo, ya que contribuye a mejorar el rendimiento de la empresa.

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Resolución de problemas comunes del control de tensión de banda

Problemas de tensión incoherente

Hay varias formas de tensión incoherente, como las lecturas de tensión variables, el bobinado desigual y los defectos del producto. Lo primero que hay que hacer para resolver el problema es determinar de dónde procede la discrepancia. Esto puede implicar:

• Examinar el sensor de tensión: El sensor de tensión debe estar calibrado, limpio y sin daños de ningún tipo. Asegúrese de que las conexiones del cableado están bien hechas y de que el sensor emite una señal estable y precisa.
• Compruebe el actuador: Busque signos de desgaste, daños o mal funcionamiento del freno, embrague o motor. Compruebe que responde adecuadamente a la señal de control del controlador de tensión.
• Inspección de la ruta web: Asegúrese de que no hay barreras, rodillos torcidos o alta fricción en la trayectoria de la banda que puedan estar causando fluctuaciones de tensión.
• Comprobación de los ajustes del sistema de control: Asegúrese de que el punto de ajuste de tensión está correctamente ajustado y de que los parámetros de control, como los parámetros de control PID, están optimizados para el material y el proceso.
• Dinámica de rodaje: Las fluctuaciones de tensión pueden deberse a que los rodillos no son redondos o a variaciones en la densidad de los rodillos.

Una vez identificada la posible causa, se pueden tomar medidas correctivas, por ejemplo, recalibrar el sensor, sustituir un componente desgastado del actuador, limpiar o realinear los rodillos, ajustar los parámetros del sistema de control o solucionar problemas con la calidad del rodillo entrante.

Prevención de roturas de banda y daños materiales

Las roturas de banda y los daños materiales suelen ser consecuencia directa de la tensión. Para evitar estos problemas:

• Compruebe la consigna de tensión: El punto de ajuste de la tensión debe fijarse en función del material utilizado y no debe ser superior a la resistencia a la tracción del material. Revise las especificaciones del material y los procedimientos del proceso.
• Cambios graduales de tensión: Es importante no modificar bruscamente la tensión, ya que se ejercería mucha presión sobre la banda. El sistema de control debe diseñarse de forma que aumente y disminuya la tensión gradualmente.
• Compruebe si hay fallos en la web: También es importante inspeccionar la banda para detectar cualquier defecto existente, como desgarros, cortes o zonas finas que puedan hacerla más susceptible de romperse bajo tensión.
• Superficies de rodillo adecuadas: Si las superficies de los rodillos están dañadas o sucias, aumentará la fricción y la tensión localizada en la banda. Mantenga los rodillos en buen estado.
• Controlar los picos de tensión: Es posible que determinados procesos presenten fluctuaciones de tensión a corto plazo. El sistema de control debe ser capaz de identificar esos picos y evitar roturas de banda.

Resolución de problemas de arrugamiento y estiramiento de la web

Las arrugas y el estiramiento de la banda suelen estar relacionados con variaciones de tensión en la anchura de la banda o con una tensión demasiado alta o demasiado baja para el material. Para solucionar estos problemas:

• Compruebe el perfil de tensión en la red: En aplicaciones de banda ancha, es necesario comprobar el perfil de tensión en toda la anchura del material. Esto se debe a que una tensión desigual puede causar arrugas y problemas de seguimiento. Puede ser necesario utilizar sensores o técnicas especializadas para medir el perfil de tensión.
• Afina la tensión: Pruebe a subir o bajar un poco la tensión para obtener el ajuste adecuado para el material. Es importante entender que los distintos materiales requieren distintos niveles de tensión.
• Compruebe los rodillos: una posición incorrecta de los rodillos puede provocar un seguimiento incorrecto de la banda y puede provocar arrugas o estiramiento de la banda. Asegúrese de que todos los rodillos estén paralelos entre sí y perpendiculares a la dirección de desplazamiento de la banda.
• Examinar los rodillos esparcidores: Los rodillos separadores se utilizan para reducir las arrugas estirando ligeramente la banda en sentido transversal. Asegúrese de que estos rodillos funcionan correctamente y están colocados en el lugar adecuado.
• Tenga en cuenta las características del material: Algunos materiales son más propensos a arrugarse o estirarse que otros. En algunos casos, puede ser necesario cambiar los parámetros del proceso o incluso seleccionar un material diferente.

Ajustar los niveles de tensión, comprobar los rodillos y utilizar las técnicas adecuadas de manipulación de la banda son algunas de las formas de abordar el problema de las arrugas y el estiramiento de la banda.

Picos de tensión y oscilaciones

La vibración y la fluctuación de la tensión pueden atribuirse a la inestabilidad del sistema de control o a problemas mecánicos. Para solucionar estos problemas:

• Comprobar la puesta a punto del sistema de control de tensión: El controlador de tensión puede requerir el ajuste de los parámetros PID para lograr la mejor respuesta del sistema y evitar oscilaciones.
• Compruebe si hay holgura mecánica: Las holguras mecánicas en engranajes, acoplamientos u otras piezas mecánicas pueden provocar oscilaciones en la tensión. Compruebe y solucione cualquier problema mecánico que pueda existir.
• Evaluar la respuesta del sensor: Un sensor de tensión lento o ruidoso puede hacer que la tensión suba y fluctúe. Asegúrate de que el sensor funciona correctamente y envía una señal limpia al circuito.
• Identificar los cambios de tensión: Algunos procesos pueden provocar variaciones de tensión de forma natural. Este conocimiento puede ser útil para desarrollar una mejor estrategia de control del sistema.
• Considere la posibilidad de utilizar mecanismos de amortiguación: En algunos casos, es posible utilizar mecanismos de amortiguación, por ejemplo, compensación de inercia o filtrado en el sistema de control para reducir las fluctuaciones de tensión y las oscilaciones.

Para resolver los problemas de picos de tensión y oscilaciones, es esencial calibrar correctamente el sistema de control, solucionar cualquier problema mecánico y comprender la dinámica del proceso.

Conclusión

En conclusión, el control de la tensión de la banda es un factor importante que debe abordarse para aumentar la eficacia y la calidad de las industrias que trabajan con materiales de banda continua. La tensión óptima es aquella que es precisa y consistente para reducir el número de defectos, minimizar los desperdicios y aumentar la tasa de rendimiento. La elección del sistema de control de tensión, ya sea manual o automatizado, de bucle abierto o cerrado, depende del proceso de fabricación concreto que se desee controlar. Es fundamental comprender las diferencias entre las distintas tecnologías de control de tensión y su aplicación para optimizar el proceso de producción, aumentar la calidad del producto final y, en última instancia, tener éxito en la industria de procesamiento de bandas.