Autoclave

Fecha: 14 de octubre de 2022

Por Luc Moeyersons

En la industria de la laminación arquitectónica, los laminadores pronto comenzaron a encontrar formas de mejorar el rendimiento y la velocidad del procesamiento.

Dado que la operación de autoclave es un proceso por lotes, dentro del proceso de laminación continua, los ciclos y cargas del autoclave han sido analizados y modificados durante bastante tiempo, con diversos grados de éxito.

La mejor manera, que yo sepa, es lo que se conoce en la industria como “autoclave en bloque”.

Esto significa que cada laminado individual no está separado por un espaciador sino que se forman bloques de laminados para aumentar la carga del autoclave.

Dado que el aumento de la carga influye en el ciclo del autoclave, recomendamos realizar algunas pruebas de carga y ciclo del autoclave, como se puede derivar de este documento. A partir de esa etapa se pueden intentar realizar más ajustes.

Durante la etapa de montaje/laminación, se desairean los laminados; en otras palabras, se exprime o aspira aire entre el PVB (rugoso) y las interfaces de vidrio.

El laminado se calienta y se prensa, después de este "paso de desaireación", para lograr un sellado en los bordes que impida que el aire ambiente vuelva a entrar en el "laminado".

En el autoclave se aplica temperatura y presión durante un tiempo determinado.

Temperatura:

- asegura que el PVB fluya y se adapte completamente al vidrio (elimina eventuales tensiones del polímero).

- elimina la rugosidad de la superficie.

- establece el contacto íntimo final y la adhesión final.

Presión:

- Mantiene las gafas en posición (paralela).

- Aumenta la solubilidad de los volátiles disueltos (aire, agua,…), permitiendo alcanzar altas temperaturas sin formación de burbujas.

Tiempo:

- garantiza que ambos parámetros anteriores (especialmente la temperatura) se apliquen de forma completa y equitativa.

Carga de autoclave de laminado simple:

En una sola carga de autoclave de laminado (tanto de arquitectura como de automoción), se observa un espacio de aprox. 2 cm entre cada laminado.

Esto se hace para permitir un excelente flujo de aire entre los laminados (horizontal o axial, según el diseño del autoclave), así como para evitar que los laminados se toquen entre sí.

Si los laminados se tocaran entre sí, esto crearía una obstrucción del flujo de aire y podría provocar la rotura del vidrio.

También es necesario evitar la vibración de los laminados, ya que esto podría crear defectos en los bordes (burbujas en los bordes que salen de la solución debido a la carga de energía de la vibración).

Debido a esta baja relación carga/capacidad (relación vidrio/aire: del 2 al 8%), se puede lograr un excelente intercambio de calor, pero obviamente la transferencia de energía en el autoclave no es la ideal. El ciclo de calentamiento y enfriamiento toma más tiempo que el paso de mantenimiento de temperatura.

Carga del bloque Autoclave:

En una carga de autoclave de bloque laminado, es necesario observar un espacio de aprox. 2 cm entre cada bloque laminado.

El espesor del bloque depende de la duración deseada del ciclo del autoclave, de la capacidad de calentamiento y enfriamiento del autoclave,….

Es necesario utilizar un polvo dentro del bloque laminado para garantizar que los laminados se puedan retirar posteriormente (el aire puede penetrar entre los laminados, lo que permite retirar un laminado del bloque después del autoclave).

Este autoclavado de bloques crea una mayor relación carga/capacidad (relación vidrio-aire: del 12 al 35 %), pero como consecuencia, con el riesgo de una peor transferencia de calor alrededor y dentro del bloque laminado.

Esto podría crear un retraso en el vidrio según la temperatura del aire (y una consiguiente temperatura y tiempo máximos más bajos), así como una rotura térmica debido a una variación de temperatura dentro de los paneles de vidrio.

Ventajas y desventajas:

Apilamiento de laminado simple:

+Permite un ciclo de autoclave más corto debido a la menor masa de vidrio en el autoclave.

+Proporciona una muy buena uniformidad de temperatura.

+Y como consecuencia, menor riesgo de rotura térmica.

-Crea una menor densidad de carga del autoclave.

-Los puntos de presión pueden crear defectos superficiales y puntos de distorsión óptica.

Apilamiento de bloques:

+Mayor capacidad de carga

+Menos energía (por unidad de superficie) debido a menos pasos de calefacción/refrigeración.

-Mayor riesgo de rotura térmica

-Ciclo de autoclave más largo.

– Temperatura: 125 a 145° C

– Presión: 8 a 15 Atm (Bar)

– Tiempo: 30 min. a 12 hs.

l Tiempo de remojo: 20 minutos mínimo

l Generalmente se utilizan ciclos más largos en aplicaciones arquitectónicas que en ciclos automotrices debido al espesor del vidrio o del bloque de vidrio y al riesgo de rotura térmica.

Para permitir un apilado rápido y seguro, las barras de soporte deben estar entre 2 y 7 grados desde la vertical total.

Esto también permite almacenar con poca presión (en los puntos de apoyo) por el peso del bloque laminado.

Si el ángulo fuera inferior a 2 grados, aumenta el riesgo de que los laminados se caigan al menor movimiento o fuerza.

Es necesario asegurarse de que estas barras de soporte estén todas en la misma "placa tridimensional". El vidrio se adaptaría a cualquier deformación y el PVB lo mantendría en su lugar una vez que se "endureciera" al enfriarse. (Esta deformación a partir de un plano 100 % puede recuperarse mediante un nuevo tratamiento en autoclave, sostenido por un soporte perfectamente plano).

Para proporcionar un soporte "blando", se puede aplicar caucho vulcanizado a láminas de metal (dureza Shore 60–80 Shore A).

Esto garantiza una buena estabilidad (térmica).

Estas tiras también se recomiendan para el soporte inferior.

Es aconsejable tener al menos una barra de soporte (inferior y posterior) por cada 1,5 metros de longitud del laminado (soporte), esto permite mantener una placa plana y reduce la presión local en los soportes inferiores.

La alta presión local en el borde del soporte podría crear "halos" de delaminación alrededor del punto de soporte. Esto podría ser más pronunciado con un sellado de bordes peor.

Los proveedores de este tipo de tiras de caucho vulcanizado para láminas metálicas son Stakehill (Reino Unido) y “Productos Salinas” (España).

Las barras de madera podrían usarse por un corto tiempo; pero la madera se carboniza en condiciones de autoclave y el carbón puro se autoinflamará en condiciones de autoclave.

Cuando la madera se vuelve de color marrón oscuro a negro se recomienda cambiarla.

Si uno decide optar por soportes de madera, se recomienda el uso (temporal) de maderas duras exóticas.

Este espesor depende de las capacidades de intercambio de calor del autoclave.

En la industria se considera práctico un máximo de 60 mm.

La temperatura/tiempo mínimo que garantiza una buena adhesión (dentro del nivel de confianza del 95 %) así como la calidad óptica (eliminación total del estrés del PVB) es de 110 grados C durante 20 minutos.

Una temperatura ideal (de mantenimiento) es 135 °C.

Se debe adoptar el ciclo de autoclave para que todos los laminados en cada lugar vean este mínimo absoluto.

Se recomiendan evaluaciones de los ciclos y de la calidad final de los laminados producidos.

Una regla general, derivada de varias evaluaciones/mediciones, es la siguiente:

Por cada cm de espesor del bloque laminado se necesita una hora de ciclo de autoclave.

y una vez media hora como paso de enfriamiento:

También es aconsejable dejar que la liberación de presión (cuando la temperatura del aire del autoclave sea inferior a 40 grados C) se produzca durante un período más largo (> 5 minutos).

Una caída repentina de presión en la salida de aire podría crear una gran diferencia de temperatura y la consiguiente rotura del vidrio térmico debajo de la salida de aire.

gramo. Agentes separadores dentro de un bloque.

Si los laminados se apilaran uno al lado del otro sin ningún agente separador entre ellos, la pequeña película de aire que habría entre dos laminados sería expulsada por el peso de los laminados, así como por la presión del aire comprimido durante el autoclave. .

Debido a esto, cuando se intenta retirar un laminado de una pila, el siguiente laminado también podría levantarse y deslizarse hacia abajo sólo cuando las fuerzas de gravedad superen esta "fuerza capilar".

Incluso cuando un laminado se levanta sólo unos pocos centímetros, cuando cae se daña (sin mencionar el riesgo para la seguridad).

Para evitar este fenómeno, la gente utiliza "agentes separadores".

Son polvos que se aplican en una cara del laminado, mediante aplicación electrostática o mecánica.

Los polvos que se utilizan son: “polvo de coco”, Colacryl P2608 (poliestireno reticulado de Bonar Polymers Ltd.), Separol (Chemetal),….

Para el almacenamiento de Glass Lite, se puede utilizar polvo acrílico Lucite. Este polvo se ablanda alrededor de los 125 grados C y comienza a adherirse a las placas de vidrio. Como consecuencia, el polvo acrílico Lucite no es el producto preferido para esta aplicación de autoclave.

Como se mencionó anteriormente, un "espacio de aire" de 2 cm entre laminados o bloques de laminado permite un buen intercambio de calor (posibilidad suficiente para que fluya aire comprimido entre ellos).

Sin embargo, si uno tuviera que diseñar espaciadores que colgaran verticalmente encima de la pila anterior, sería necesario crear un compuesto que terminaría teniendo aproximadamente el mismo grosor (2 cm).

Un espaciador de este tipo podría estar formado por una barra metálica central (de 6 a 8 mm de espesor) con pequeños bloques (teflón o Zytel ST) del mismo espesor adheridos.

Barra de metal de 6 a 8 mm de espesor (20–30 mm de ancho) y longitud cercana al ancho del laminado.

Estos pequeños bloques deben colocarse a ambos lados de la barra metálica central de tal manera que el canal de aire quede aprox. 3 veces más grande (más alto) que el bloque real y los bloques en el lado opuesto de la barra de metal deben estar en el medio del espacio de aire del lado opuesto.

6 mm es el espesor mínimo de estos pequeños bloques espaciadores.

De lo contrario, el flujo de aire comprimido se reduce demasiado e influye negativamente en el intercambio de calor.

Estos espaciadores deben colgarse de la pila de laminado anterior.

Se necesita un mínimo de 2 espaciadores, que deben colgarse a la aplicación. ¼ de la longitud total del laminado lejos del borde vertical.

Para los sistemas automatizados, se podrían modificar los espaciadores de tal manera que se puedan aplicar automáticamente con los sistemas de succión al vacío utilizados para colocar el vidrio laminado en su lugar (tenga en cuenta que el vidrio laminado debe ser del mismo tamaño).

Para sistemas automatizados, se podrían modificar los espaciadores de tal manera que también se puedan aplicar manualmente con poco esfuerzo adicional (tenga en cuenta que todos los laminados deben tener el mismo tamaño (longitud)).

Como ya se mencionó en el apartado “f” (Espesor de bloque individual), podemos sugerir el siguiente ciclo de autoclave:

Por cada cm de espesor del bloque laminado se necesita una hora de ciclo de autoclave.

y una vez media hora como paso de enfriamiento:

También es aconsejable dejar que la liberación de presión (cuando la temperatura del aire sea inferior a 40 grados C) se produzca durante un período más largo (> 5 minutos).

Para reducir el riesgo de defectos en los bordes, se podría decidir modificar el ciclo del autoclave a un “ciclo Olson-Fitzgerald”.

El autoclave se calienta sin presión.

Se añade presión desde 60° C en adelante, hasta 3,5 bar.

De esta forma se obtiene un 3er pellizco, mejorando el sellado de los bordes.

La presión de 3,5 bares se mantiene durante al menos 20 minutos mientras continúa el calentamiento.

Después de (mínimo) 20 minutos se aumenta la presión.

El objetivo es alcanzar la máxima temperatura y presión al mismo tiempo (eficiencia energética).

La temperatura y presión máximas se mantienen de acuerdo con el tiempo recomendado (relacionado con el espesor del paquete).

Cuando se inicia el enfriamiento, se esperaría una reducción automática de la presión (caída de presión adiabática) de aprox. 2 barras. Algunos autoclaves están configurados para compensar esta caída de presión.

Si el autoclave está equipado con una compensación automática de presión, se podría programar una caída de presión de 2 bares durante el paso de enfriamiento.

Realmente no es necesario mantener la presión (en su ajuste máximo) y es bastante costoso (paso de presión alta).

La presión debe caer cuando se alcanza una temperatura del aire del autoclave de 40° C (durante un tiempo más largo > 5 minutos).

Si aún se ven puntos calientes (en el centro del laminado, en el centro del paquete), se puede dejar la puerta del autoclave abierta con la carga dentro.

Al cabo de una hora el vaso debería enfriarse más y esto de forma más uniforme.

La mayoría de los autoclaves están equipados con múltiples termopares para el control del proceso.

Estos termopares están conectados al controlador de proceso y, a menudo, los límites de histéresis se establecen en 0,5 grados C.

Esto significa queTODOLa lectura del termopar debe estar dentro de esta tolerancia de 0,5 grados.

De lo contrario, el sistema se detiene hasta que se alcanza la condición (todas las temperaturas dentro de un límite de 0,5 grados C).

Esto significa que el ciclo está tardando más de lo programado.

Este fenómeno ocurre a menudo en autoclaves con carga en bloque.

Se puede decidir evaluar el ciclo del autoclave y adaptar la duración a la necesidad real de vida útil del autoclave completo. Pero esto no ayuda a acortar el ciclo del autoclave (y devuelve el tiempo de procesamiento al plazo requerido).

O se puede (consultar con el fabricante del autoclave) modificar la histéresis a 2 °C (incluso 5 °C). Esto debería permitir un calentamiento y enfriamiento continuos y garantizar una duración "correcta" del ciclo del autoclave.

Una variación de temperatura de 5 °C (dentro de la misma carga del autoclave) no debería tener un efecto negativo en la calidad del vidrio laminado.

Durante un período de 5 años, estudié los (frecuentes) incendios en autoclaves.

Según mi análisis/conclusión, la mayoría de los incendios fueron causados ​​por plastificante PVB evaporado, exceso de grasa, madera o papel carbonizado, una vez incluso por una colilla de cigarrillo...

Plastificante PVB : en PVB de la generación anterior, un gran productor utilizó DHA (dihexil adipato) como plastificante (número CAS: 103–23–1 — número CE 203–090–1). Este éster tiene un punto de inflamación más bajo que los plastificantes de PVB actuales.

Al analizar el material aislante (interior) del autoclave se encontró este plastificante en grandes cantidades. Esto es mucho menos cierto ahora que la mayoría de los proveedores mundiales de PVB han cambiado al octanoato de trietilenglicol (número CAS: 94–28–0; número CE: 202–319–2) como plastificante.

En todos mis análisis de incendios en autoclaves (> 25), la mayoría de las veces el incendio comenzó en la etapa de enfriamiento.

La explicación: había sustancias volátiles, podía surgir una chispa debido al calentamiento eléctrico y se añadió oxígeno para compensar la caída de presión adiabática.

Otra causa de incendios en autoclaves podría ser que el líquido local (aceite/grasa/plastificante que gotea/... (o incluso madera o papel (carbonizado)) se puede acumular localmente y puede incendiarse (debajo del riel del carro del autoclave). Lo mejor sería evitarlo. aislamiento interior del autoclave entre los rieles para permitir un control y limpieza regulares (algunos autoclaves tienen un depósito de recolección de líquido) que sobresale del autoclave (punto frío) en este lugar)).

NOTA: El papel o la madera se carbonizarán durante varios ciclos de autoclave. El carbón, en condiciones de autoclave, puede encenderse espontáneamente y crear un incendio en el autoclave.

Se puede “predecir” el tiempo/riesgo de incendios en autoclaves mediante un análisis regular del aislamiento del autoclave (6 meses(?)).

Es muy importante el lugar donde se toma el aislamiento para el análisis de contenido.

Normalmente, el punto encima del radiador es el más representativo del resto del aislamiento (excepto cuando se trata de acumulación local).

Más del 20 % de volátiles en análisis gravimétricos (evaporados entre 75 y 500 °C) (análisis de componentes químicos mediante cromatografía de gases) se considera un nivel alarmante que requiere el reemplazo urgente del aislamiento interior del autoclave.

Prevención de acumulación de volátiles para evitar incendios en autoclaves.

Existen muchos “ciclos de limpieza en autoclave”.

El que me gustaría proponer es:

· La misma duración y temperatura del ciclo que un ciclo de autoclave comercial (el más largo si se utiliza más de un tipo de ciclo)

· Abra la válvula de evacuación de presión (manualmente) y aplique una presión baja (0,1 a 0,5 bar), creando algo de flujo de aire.

· Realice este ciclo de limpieza, una vez por semana.

· Cerrar la válvula manualmente nuevamente después del ciclo de limpieza.

Los volátiles, durante los ciclos anteriores del autoclave, se habrán “asentado” en el interior de la carrocería del autoclave (dentro del aislamiento interior). La presión del aire los mantendría disueltos dentro del aislamiento durante un ciclo regular. Durante un ciclo de baja presión a baja, los volátiles “nacen en el aire”.

La baja presión del aire junto con la válvula de evacuación de presión abierta crearán un flujo de aire hacia el exterior.

Siempre se puede comprobar si el ciclo de limpieza está funcionando: durante el ciclo, se puede sostener un pañuelo de papel limpio delante del escape de evacuación. Si el tejido se ensucia/grasa, los volátiles se evacuan a través de este escape. Pero también significa que los ciclos de limpieza deben continuar.

Una buena frecuencia es un ciclo de limpieza cada semana (¿al final de la semana laboral?).

Ciclo de limpieza en autoclave: duración del ciclo de autoclave más largo utilizado a temperatura regular (máxima) con baja presión (0,1 a 0,5 bar) con la válvula de evocación de presión de aire abierta.

Nota: No olvide cerrar esta válvula al final del ciclo de limpieza y antes del inicio del autoclave comercial.

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