Control de tensión en huecograbado: zonas, realimentación y registro

El control de tensión en huecograbado es más crítico en las prensas de bobina. El huecograbado en hojas no tiene problema de tensión que resolver, porque cada hoja se sujeta con pinzas y se registra mediante topes frontal y lateral mientras la prensa está momentáneamente detenida bajo presión. El huecograbado rotativo funciona de otra manera. El sustrato avanza a velocidad constante mientras los rodillos de presión de caucho aplican presión a velocidad sincronizada, y ambos movimientos se combinan en lo que equivale a una condición estática entre la plancha y la banda. El registro multicolor depende por tanto de un requisito por encima de todos los demás: una banda que avanza de forma constante con tensión estable desde el desbobinado hasta el rebobinado.

Zonas de tensión y la función de cada una

Las prensas de huecograbado suelen dividir el control de tensión en cuatro zonas: desbobinado, tiro de entrada, tiro de salida y rebobinado. Rodillos de caucho motorizados separan las zonas. La zona de impresión va desde el rodillo motriz de entrada hasta el rodillo motriz de salida, y la exigencia allí es tensión constante, ya que solo un valor constante puede mantener el registro. La tensión de desbobinado existe para servir a la zona de impresión. El desbobinado debe liberar la bobina y entregar tensión estable independientemente del diámetro de la bobina, porque cualquier variación en el desbobinado se propaga a la zona de impresión y aparece como error de registro. El rebobinado trabaja bajo un requisito más flexible, ya que en ese punto todas las estaciones de color ya han impreso. Según el objetivo de calidad, un rebobinado puede funcionar a tensión constante o a tensión variable, y el conocido patrón de tensión decreciente pertenece al segundo grupo. La tensión variable de rebobinado puede perturbar la última estación de color, por lo que las prensas insertan un rodillo de caucho motorizado para aislar ambas áreas. La zona de impresión se mantiene entonces a tensión constante mientras el rebobinado disminuye progresivamente. Segmentar el control coordinando el conjunto es la idea central en el diseño de tensión de banda en cualquier prensa rotativa, incluido el huecograbado.

Detección de tensión y realimentación

Cada zona suele llevar su propio equipo de detección. Los rodillos con célula de carga, fabricados con galgas extensométricas o elementos capacitivos, miden la tensión directamente. Los rodillos flotantes combinados con potenciómetros miden la posición en su lugar, siguiendo dónde se sitúa la banda dentro del recorrido del rodillo. Ambos enfoques desempeñan funciones distintas. Los rodillos con célula de carga responden con rapidez, pero tienen dificultades para corregir la inestabilidad que se origina en la propia bobina, como un bobinado no circular. Los controladores de posición nunca miden la tensión, pero mantienen la banda en un punto estable dentro del recorrido del rodillo flotante y con ello mantienen la tensión estable. Esa capacidad de amortiguar las fluctuaciones causadas por bobinas de entrada deficientes es algo que un rodillo con célula de carga no puede igualar.

Actuadores de tensión

Entre los actuadores habituales figuran embragues o frenos electromagnéticos y de partículas magnéticas, embragues y frenos neumáticos, y servomotores. Las líneas antiguas accionadas por engranajes también usan pequeños motores actuadores sobre una caja de engranajes de 360 grados. La teoría de control los clasifica en clases diferentes. Un embrague o freno se comporta como un elemento lineal de primer orden, pero el segmento lineal solo ocupa parte de su curva de respuesta; los extremos superior e inferior siguen siendo cuasi lineales, por lo que este tipo de actuador siempre presenta alguna limitación. Un servomotor es un elemento de segundo orden y, según la teoría de control actual, puede ajustarse tanto para estabilidad como para seguimiento. Por eso los sistemas de tensión avanzados accionan la banda directamente con servomotores.

Compensación de la pérdida de velocidad a lo ancho de la banda

Tres factores reducen la velocidad de sincronización mecánica: la presión de impresión aplicada en todo el ancho de la banda, la fricción donde el sustrato contacta con los rodillos guía y la resistencia de los rodamientos de rodillos rígidos. La presión de impresión del rodillo de caucho en cada cuerpo de color es la dominante, y de todos los métodos de impresión el huecograbado aplica la presión más alta durante la transferencia. La dureza del rodillo y la presión se ajustan al sustrato. El film suele usar un rodillo de 65 a 70 Shore de dureza con una presión unitaria de 900 kg/m. El papel usa 70 a 80 Shore a 1800 kg/m. El cartón usa 80 a 90 Shore a 4500 kg/m. Un rodillo más blando bajo mayor presión provoca una mayor pérdida de velocidad.

La solución tradicional aumenta el diámetro del cilindro de plancha en cada cuerpo. Como la velocidad lineal es igual a 2πrn, una prensa puede corregir la velocidad del cilindro de plancha cambiando la velocidad de rotación n, que es lo que hacen las prensas de huecograbado accionadas por servomotor, o cambiando el diámetro del cilindro, método utilizado durante más de veinte años. Los incrementos de diámetro de 0,02 a 0,03 mm, y ocasionalmente 0,04 mm, provienen de la experiencia acumulada y no de un cálculo preciso. Los sustratos difieren, los anchos de presión difieren y, por tanto, la pérdida de velocidad difiere, lo que significa que el valor de compensación ideal también debería diferir. Un incremento fijo es, en el mejor de los casos, una aproximación.

Cuando los fabricantes nacionales de prensas desarrollaron máquinas de huecograbado con servomotor, esperaban abandonar el incremento de diámetro, razonando que el ajuste de velocidad del servomotor podría absorber el desfase de antemano. La práctica en la prensa demostró lo contrario. Incluso con rampas de velocidad por servomotor en cada cuerpo, mantener el incremento de diámetro produjo mejor registro que eliminarlo. Los sistemas de servomotor actuales siguen compensando la pérdida de sincronización en gran medida mediante la experiencia, no mediante un modelo calculado real.

El registro depende de una tensión estable

El control de registro en una prensa de huecograbado solo funciona cuando el control de tensión ya es estable. Una vez resueltos en gran medida los cuatro problemas anteriores, el registro preciso se vuelve posible. El registro también se malinterpreta con frecuencia. En las prensas con servomotor, se señala la resolución del codificador en millones de cuentas por segundo y se asume que el registro está garantizado. En la práctica, el ordenador no sigue la marca de registro en sí. Sigue la tendencia del movimiento de la marca, de forma parecida a como un tirador adelanta un blanco móvil en lugar de apuntar a donde está el pájaro en ese momento. La tendencia es la condición previa para el registro. Pierda el control de cómo se mueve la marca impresa a lo ancho de la banda y ni siquiera un codificador de cuatro millones de cuentas mantendrá el error dentro de la tolerancia.

Deformación de la banda

Los accionamientos por servomotor pueden compensar la pérdida de velocidad durante la tirada, pero la deformación del propio sustrato sigue sin una corrección fiable. Los films del mismo espesor y ancho se comportan de forma distinta según el tipo de polímero. El mismo film de 20 µm y de 40 µm se deforma de manera diferente en condiciones de secado idénticas. El papel con 5 por ciento de humedad y el papel con 8 por ciento de humedad, del mismo tipo y calibre, también presentarán cifras de deformación distintas. Abordar estas diferencias implica construir un modelo matemático y cargarlo en el controlador de registro. Sin ese paso, una prensa de huecograbado solo puede proteger el registro utilizando sustratos más gruesos y dimensionalmente más estables, como el film de PET. En el taller, los operarios suelen culpar a la plancha o al sustrato cuando el color se desvía o el error de registro aumenta, y luego no encuentran nada concreto a lo que señalar. Esta laguna en la compensación de la deformación suele ser la causa real.