El sellado por inducción es el proceso de unión de materiales termoplásticos mediante calentamiento por inducción . Esto implica el calentamiento controlado de un objeto conductor de electricidad (normalmente papel de aluminio) mediante inducción electromagnética , a través del calor generado en el objeto por corrientes de Foucault .
El sellado por inducción se utiliza en muchos tipos de fabricación. En el ámbito del envasado , se utiliza para la fabricación de paquetes, como la formación de tubos a partir de materiales flexibles, la fijación de cierres de plástico a las formas de los paquetes, etc. Quizás el uso más común del sellado por inducción es el sellado de tapas , un método sin contacto de calentar un sello interno [1] [2] para sellar herméticamente la parte superior de los recipientes de plástico y vidrio . Este proceso de sellado se lleva a cabo después de que el recipiente se haya llenado y tapado. [3]
El cierre se suministra al embotellador con un revestimiento de papel de aluminio ya insertado. Aunque hay varios revestimientos para elegir, un revestimiento de inducción típico es de varias capas. La capa superior es una pulpa de papel que generalmente se pega por puntos a la tapa. La siguiente capa es cera que se utiliza para unir una capa de papel de aluminio a la pulpa. La capa inferior es una película de polímero laminada a la lámina. Después de aplicar la tapa o el cierre, el recipiente pasa por debajo de una bobina de inducción , que emite un campo electromagnético oscilante . A medida que el recipiente pasa por debajo de la bobina de inducción (cabezal de sellado), el revestimiento de papel de aluminio conductor comienza a calentarse como resultado de las corrientes de Foucault que se inducen. El calor derrite la cera, que se absorbe en el soporte de pulpa y libera la lámina de la tapa. La película de polímero también se calienta y fluye hacia el borde del recipiente. Cuando se enfría, el polímero crea un enlace con el recipiente, lo que da como resultado un producto herméticamente sellado. Ni el recipiente ni su contenido se ven afectados negativamente, y el calor generado no daña el contenido. [4]
Es posible sobrecalentar la lámina y, por lo tanto, dañar la capa de sellado y las barreras protectoras. Esto podría provocar sellos defectuosos, incluso semanas después del proceso de sellado inicial, por lo que el dimensionamiento adecuado del sellado por inducción es vital para determinar el sistema exacto necesario para ejecutar un producto en particular.
El sellado se puede realizar con una unidad portátil o en un sistema de cinta transportadora. Un desarrollo más reciente (que se adapta mejor a un pequeño número de aplicaciones) permite utilizar el sellado por inducción para aplicar un sello de aluminio a un recipiente sin necesidad de un cierre. En este caso, el aluminio se suministra precortado o en un rollo. Cuando se suministra en un rollo, se troquela y se transfiere al cuello del recipiente. Cuando el aluminio está en su lugar, el cabezal de sellado lo presiona hacia abajo, se activa el ciclo de inducción y el sello se adhiere al recipiente. Este proceso se conoce como aplicación directa o, a veces, sellado por inducción "sin tapa".
Existen diversas razones por las que las empresas optan por utilizar el sellado por inducción:
Con las regulaciones de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) relacionadas con los envases a prueba de manipulaciones , los envasadores farmacéuticos deben encontrar formas de cumplir con lo descrito en la Sec. 450.500 Requisitos de envases a prueba de manipulaciones para ciertos productos farmacéuticos humanos de venta libre (OTC) (CPG 7132a.17).
Los sistemas de sellado por inducción cumplen o superan estas normas gubernamentales. Como se indica en la sección 6 de Sistemas de envasado:
"...6. SELLOS INTERNOS DE LA BOCA DEL ENVASE. Papel, plástico térmico, película plástica, papel de aluminio o una combinación de estos se sella en la boca de un envase (por ejemplo, una botella) debajo de la tapa. El sello debe rasgarse o romperse para abrir el envase y retirar el producto. El sello no puede quitarse y volver a colocarse sin dejar evidencia visible de la entrada. Los sellos aplicados por inducción térmica a envases plásticos parecen ofrecer un mayor grado de resistencia a la manipulación que aquellos que dependen de un adhesivo para crear la unión..."
Algunas compañías navieras exigen que los productos químicos líquidos estén sellados antes del envío para evitar que sustancias químicas peligrosas se derramen en otros envíos.
El sellado por inducción evita que contaminantes no deseados se filtren en los productos alimenticios y puede ayudar a prolongar la vida útil de ciertos productos.
Los envases sellados por inducción ayudan a evitar que el producto se rompa al dejar un residuo visible en los envases de plástico proveniente del propio revestimiento. Las compañías farmacéuticas compran revestimientos que dejan deliberadamente residuos de película o papel de aluminio en las botellas. Las compañías de alimentos que utilizan sellos por inducción no quieren que queden residuos de revestimiento, ya que podrían interferir con el producto en sí al dispensarlo. A su vez, colocan un aviso en el producto que indica que ha sido sellado por inducción para su protección, lo que permite que el consumidor sepa que fue sellado al salir de la fábrica y que debe verificar que el sello esté intacto antes de usarlo.
En algunas aplicaciones, se puede considerar que el sellado por inducción contribuye a los objetivos de sustentabilidad al permitir pesos de botella más bajos, ya que el envase depende de la presencia de un sello de lámina de inducción para su seguridad, en lugar de un cuello de botella y un cierre mecánicamente fuertes. [5]
Algunos fabricantes han producido dispositivos que pueden monitorear la intensidad del campo magnético presente en el cabezal de inducción (ya sea de manera directa o indirecta a través de mecanismos como bobinas de captación), prediciendo dinámicamente el efecto de calentamiento en la lámina. Estos dispositivos proporcionan datos cuantificables después de la soldadura en un entorno de producción donde la uniformidad, en particular en parámetros como la resistencia al desprendimiento de la lámina, es importante. Los analizadores pueden ser portátiles o estar diseñados para funcionar junto con sistemas de cintas transportadoras.
Se pueden utilizar técnicas de análisis de potencia de alta velocidad (medición de voltaje y corriente casi en tiempo real) para interceptar el suministro de potencia de la red al generador o del generador al cabezal con el fin de calcular la energía suministrada a la lámina y el perfil estadístico de ese proceso. Como la capacidad térmica de la lámina es típicamente estática, información como la potencia real, la potencia aparente y el factor de potencia se pueden utilizar para predecir el calentamiento de la lámina con buena relevancia para los parámetros finales de soldadura y de manera dinámica.
Se pueden calcular muchos otros parámetros derivados para cada soldadura, lo que genera confianza en un entorno de producción que es notablemente más difícil de lograr en sistemas de transferencia por conducción, donde el análisis, si está presente, generalmente se realiza después de la soldadura, ya que la masa térmica relativamente grande de los elementos de calefacción y conducción combinados impide el cambio rápido de temperatura. El calentamiento inductivo con retroalimentación cuantitativa, como la que proporcionan las técnicas de análisis de potencia, permite además la posibilidad de realizar ajustes dinámicos en el perfil de suministro de energía al objetivo. Esto abre la posibilidad de sistemas de retroalimentación en los que las propiedades del generador de inducción se ajustan casi en tiempo real a medida que avanza el proceso de calentamiento, lo que permite un seguimiento específico del perfil de calentamiento y la retroalimentación de cumplimiento posterior, algo que generalmente no es práctico para los procesos de calentamiento por conducción.
El sellado por conducción requiere una placa de metal dura para hacer un contacto perfecto con el recipiente que se está sellando. Los sistemas de sellado por conducción retrasan el tiempo de producción debido al tiempo de calentamiento requerido del sistema. [ cita requerida ] También tienen sensores de temperatura y calentadores complejos.
A diferencia de los sistemas de sellado por conducción, los sistemas de sellado por inducción requieren muy pocos recursos de energía, ofrecen un tiempo de inicio instantáneo y tienen un cabezal de sellado que puede adaptarse a contenedores "fuera de especificación" al sellar. [ cita requerida ]
El sellado por inducción también ofrece ventajas cuando se aplica al vidrio: el uso de un sellador por conducción para sellar una estructura de lámina simple al vidrio no ofrece tolerancias ni compresibilidad que permitan irregularidades en el acabado de la superficie del vidrio. Con un sellador por inducción, la cara de contacto puede ser de un material comprimible, lo que garantiza una unión perfecta en todo momento. [ cita requerida ]
El sellado por inducción se utiliza ampliamente para preservar la frescura y la integridad de diversos productos, como:
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