Horno de rodillos para el curado del caucho: Consejos para el control de la temperatura

By Mike ChenDirector de Producción | Más de 12 años de experiencia en la fabricación de caucho |LinkedIn

Conclusiones clave

• El control de temperatura PID mantiene la temperatura del horno de curado dentro de un margen de ±1-2 °C respecto al punto de ajuste, lo cual es fundamental para lograr una densidad de reticulación uniforme en todas las piezas de un lote.
• Los hornos de rodillos con tambores octogonales logran una mayor uniformidad de temperatura que los hornos estáticos, ya que la rotación continua expone todas las superficies de las piezas al aire caliente circulante.
• El controlador PID de Omron con salida SSR de 4-20 mA evita la sobreoscilación del calentador modulando la potencia de forma continua en lugar de encenderlo y apagarlo intermitentemente.
• Los modernos hornos de curado por rodillos incorporan sistemas de doble protección contra sobretemperatura que apagan automáticamente el calentador si falla el controlador principal, evitando así incendios y daños en el producto.

El horno de rodillos para el curado del caucho tiene una función distinta a la de las prensas de vulcanización primaria. La vulcanización secundaria, también llamada postcurado, completa el proceso de reticulación que comienza en el molde de compresión o inyección. Dado que las propiedades físicas de los compuestos de caucho continúan desarrollándose durante la vulcanización secundaria, un control constante de la temperatura en el horno de curado influye directamente en la calidad del producto final.

Este artículo trata sobre los sistemas de control de temperatura utilizados en los hornos de rodillos para el curado del caucho, consejos prácticos para mantener un calentamiento uniforme y cómo optimizar los parámetros del proceso para diferentes compuestos de caucho y tamaños de lote.

Por qué el control de la temperatura en un horno de curado de caucho afecta la calidad del producto

El vulcanizado del caucho sigue una relación tiempo-temperatura definida por la curva de vulcanización del compuesto. Por cada aumento de 10 °C en la temperatura de vulcanizado, la velocidad de reacción se duplica aproximadamente. Una variación de temperatura de tan solo 5 °C en un lote de piezas puede producir diferencias apreciables en la resistencia a la tracción, la elongación a la rotura y la deformación permanente por compresión dentro de la misma producción.

PorASTM D573yISO 188Según las normas para el envejecimiento térmico del caucho, la relación entre la temperatura y el cambio de propiedades es predecible cuando la temperatura se controla con precisión. Los productos curados en el extremo inferior del rango de especificación pueden presentar una reticulación incompleta, lo que resulta en un módulo menor y una mayor deformación permanente por compresión. Los productos en el extremo superior pueden sufrir un curado excesivo, volviéndose quebradizos y con una elongación reducida. Un horno de rodillos para el curado del caucho con control preciso de la temperatura elimina esta variación entre lotes y piezas.

En nuestras pruebas de fábrica, realizadas con más de 200 lotes de vulcanización secundaria utilizando el horno de rodillos XCJ-K600, observamos que las piezas curadas con temperatura controlada por PID dentro de ±1,5 °C del punto de ajuste mostraron una variación un 23 % menor en la dureza Shore A en comparación con las piezas curadas en hornos con oscilaciones de temperatura de ±5 °C.

Sistemas de control de temperatura en un horno de rodillos para el curado del caucho.

Los modernos hornos de rodillos para el vulcanizado del caucho integran tres sistemas de control que trabajan conjuntamente para mantener unas condiciones de procesamiento uniformes.

Controlador PID con salida SSR

El controlador de temperatura PID de Omron en los hornos de rodillos XCJ-K600 y XCJ-K900 utiliza un algoritmo proporcional-integral-derivativo para calcular continuamente la potencia de calentamiento necesaria. La señal de salida de 4-20 mA activa un relé de estado sólido (SSR) que modula la potencia de calentamiento de forma continua, en lugar de encenderlo y apagarlo intermitentemente. Este modo de control continuo elimina las fluctuaciones de temperatura que se producen con los termostatos simples de encendido/apagado. El resultado es una temperatura estable en la cámara con una precisión de ±1-2 °C en los puntos de ajuste comprendidos entre la temperatura ambiente y los 260 °C.

Sistema de circulación de aire caliente

El motor de eje largo de alta temperatura que acciona el ventilador de la turbina genera un flujo de aire de 3000 m³/h. Gracias a la circulación continua del aire caliente a través del tambor octogonal y sobre las piezas de goma giratorias, todas las superficies reciben la misma exposición al calor. Esta circulación evita la formación de puntos calientes cerca de los calentadores y zonas frías cerca de la puerta o las esquinas. El aislamiento de algodón salino de 100 mm mantiene la temperatura de la pared exterior por debajo de 35 °C durante el funcionamiento a 200 °C, lo que reduce la pérdida de calor y mejora la estabilidad térmica.

Rotación del tambor octogonal para una exposición uniforme al calor.

El diseño octogonal del tambor cumple una doble función: hace girar las piezas de caucho mediante una corriente de aire caliente, y las paredes interiores facetadas crean diferentes ángulos de caída que impiden que las piezas se apilen. Una pila estacionaria de piezas atrapa el calor en el centro, lo que genera diferencias en la velocidad de curado entre las piezas exteriores e interiores. El tambor giratorio elimina esta estratificación, y el motor del rodillo (0,75 kW) mantiene una velocidad de rotación constante independientemente de la carga del lote.

Consejos para el control de la temperatura en el funcionamiento del horno de curado de caucho

1. Configure los parámetros PID en función de la masa del lote.Un lote de 50 kg absorbe más calor durante la fase inicial de calentamiento que uno de 15 kg. Ajuste la banda proporcional y el tiempo integral del controlador PID de Omron para compensar la diferencia de masa térmica. Comience con los parámetros predeterminados del fabricante y ajústelos según el tiempo de recuperación de temperatura tras la carga.
2. Precaliente el horno de rodillos a la temperatura programada antes de cargarlo.Al introducir piezas de goma en un horno que aún no ha alcanzado el equilibrio térmico, la temperatura de la cámara desciende por debajo del valor preestablecido. El controlador PID responderá, pero el tiempo de recuperación depende de la potencia del calentador (10,5 kW en el XCJ-K600) y de la masa de la carga fría. Espere entre 15 y 20 minutos para que el controlador indique que se ha alcanzado el valor preestablecido.
3. Supervise la recuperación de la temperatura después de la carga.El momento más frío del ciclo de curado se produce entre 3 y 5 minutos después de cargar una nueva tanda. La caída de temperatura no debe superar los 10 °C para el XCJ-K600 con una carga de 15 a 20 kg. Si la caída supera los 15 °C, reduzca el tamaño de la tanda o aumente el tiempo de precalentamiento.
4. Utilice la función de temporizador para un control de ciclo uniforme.El temporizador de 0 a 99,99 horas con parada automática del calentador y alarma sonora garantiza que cada lote reciba el mismo tiempo de curado. No confíe en la medición manual del tiempo, ya que la variabilidad del operador introduce variaciones innecesarias en el proceso.
5. Calibre el controlador PID anualmente.La deriva del sensor de temperatura con el tiempo afecta la precisión del controlador. La entrada del controlador Omron debe verificarse con un termopar de referencia calibrado al menos una vez al año. Recalibre si la lectura difiere en más de 2 °C de la referencia a la temperatura de funcionamiento habitual.
6. Verifique semanalmente el sistema de protección contra sobretemperatura.El sistema de doble protección contra sobretemperatura de los hornos de rodillos XCJ-K600 y XCJ-K900 incluye sensores de límite superior independientes que apagan el calentador si falla el controlador principal. Para comprobar este sistema, eleve el punto de ajuste del límite superior por encima de la temperatura de funcionamiento y verifique que el calentador se desconecta.

Temperaturas recomendadas para el curado en hornos para compuestos de caucho comunes

Las temperaturas se basan en las directrices generales de formulación. Los parámetros reales deben confirmarse con el proveedor del compuesto y verificarse mediante ensayos de propiedades mecánicas según las normas ASTM D412 y ASTM D395.

Problemas comunes de control de temperatura en hornos de curado de caucho

La mayoría de los problemas de control de temperatura se pueden identificar mediante la monitorización periódica de la pantalla del sistema de control Delta, que proporciona información sobre el estado de funcionamiento en tiempo real.

Cómo seleccionar el horno de rodillos adecuado para el curado del caucho

Los hornos de rodillos XCJ-K600 y XCJ-K900 de Xiamen Xingchangjia ofrecen dos volúmenes de procesamiento para diferentes escalas de producción. El XCJ-K600 cuenta con una cámara de 600 litros con dimensiones de 1300 mm (ancho) x 1600 mm (alto) x 1100 mm (espesor), ideal para producciones pequeñas y medianas. El XCJ-K900 ofrece 900 litros con dimensiones de 1300 mm (ancho) x 1600 mm (alto) x 1300 mm (espesor), diseñado para operaciones de curado de mayor volumen.

Ambos modelos comparten el mismo sistema de control de temperatura: controlador PID Omron, calentador de 10,5 kW, ventilador de circulación de 3000 m³/h y doble protección contra sobretemperatura. La construcción interna y externa de acero inoxidable 304 con un espesor de pared de 1,5 mm previene la corrosión durante años de funcionamiento. El rango de temperatura ajustable, desde temperatura ambiente hasta 280 °C, cubre todos los requisitos comunes de vulcanización secundaria para compuestos de NBR, EPDM, FKM, silicona y HNBR.

Conclusión: Una temperatura de curado constante implica una calidad de caucho constante.

El control de la temperatura es el factor más importante en la vulcanización secundaria. Un horno de rodillos para el curado del caucho, con control PID, circulación eficaz de aire caliente y rotación del tambor octogonal, proporciona las condiciones de calentamiento uniformes necesarias para lograr una densidad de reticulación constante en todas las piezas de cada lote. Los controladores PID de Omron con salida SSR de 4-20 mA, junto con una circulación de aire de 3000 m³/h y un aislamiento de 100 mm, ofrecen la estabilidad de temperatura requerida para cumplir con las normas ISO 188 y ASTM D573.

Los operarios que siguen procedimientos sistemáticos de gestión de la temperatura —precalentamiento, control de la recuperación, verificación de la uniformidad y mantenimiento de los sistemas de seguridad— consiguen una menor variación en las propiedades del caucho vulcanizado y un mayor rendimiento de producción.