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Jul 22, 2023

Esterilización en autoclave

Fecha: 14 octubre 2022 Por Luc Moeyersons En la laminación arquitectónica

Fecha: 14 de octubre de 2022

Por Luc Moeyerson

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 se han analizado y cambiado durante bastante tiempo, con varios 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 deducir de este documento. A partir de esa etapa, se puede intentar un mayor ajuste.

Durante la etapa de ensamblaje/laminación, los laminados se desairean; en otras palabras, el aire es comprimido o succionado entre el PVB (áspero) 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 entre de nuevo 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 los vasos en posición (paralela).

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

Tiempo:

- asegura que los dos parámetros anteriores (especialmente la temperatura) se aplican por igual y en su totalidad.

Carga de autoclave de laminado simple:

En una sola carga de autoclave laminada (tanto arquitectónica como automotriz), se observa un espacio de aplicación. 2 cm entre cada lámina.

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 causar la rotura del vidrio.

También se debe 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: de 2 a 8 %), se puede lograr un excelente intercambio de calor, pero obviamente la transferencia de energía en el autoclave no es ideal. El ciclo de calentamiento y enfriamiento toma más tiempo que el paso de retención de temperatura.

Bloque Carga de autoclave:

En una carga de autoclave de laminado en bloque, se debe observar un espacio de aplicación. 2 cm entre cada bloque laminado.

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

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

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

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

Ventajas y desventajas:

Apilamiento de un solo laminado:

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

+Proporcionar 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 en la superficie 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 Por lo general, se utilizan ciclos más largos en aplicaciones arquitectónicas que en los ciclos automotrices debido al grosor del vidrio o del bloque de vidrio y el riesgo de rotura térmica.

Para permitir un apilamiento rápido y seguro, las barras de soporte deben estar a 2 a 7 grados de la vertical completa.

Esto también permite almacenar con poca presión (en los puntos de apoyo) del 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.

Uno debe 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. (tal deformación del 100 % plano puede recuperarse volviendo a esterilizar en autoclave, con el apoyo de un soporte perfectamente plano).

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

Esto asegura una buena estabilidad (térmica).

Estas tiras también se recomiendan para el soporte inferior.

Es recomendable tener al menos una barra de soporte (soporte inferior y posterior) por cada 1,5 metros de longitud de 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 deslaminación alrededor del punto de soporte. Esto podría ser más pronunciado con un sellado de borde menos bueno.

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

Las barras de madera se pueden usar por un corto tiempo; pero la madera se carboniza en condiciones de autoclave y el carbón puro se encenderá automáticamente en condiciones de autoclave.

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

Si uno decide optar por soportes de madera, se recomienda el uso (temporal) de tipos exóticos de madera dura.

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

Un máximo de 60 mm se considera práctico en la industria.

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

Una temperatura ideal (de mantenimiento) es de 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 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 de 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. Separación de agentes dentro de un bloque.

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

Debido a esto, cuando uno intentaría quitar un laminado de una pila, el siguiente laminado también podría levantarse y solo deslizarse hacia abajo cuando las fuerzas de gravedad superen esta "fuerza capilar".

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

Para evitar este fenómeno, la gente usa 'agentes separadores'.

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

Los polvos en uso son: "polvo de coco", Colacryl P2608 (poliestireno reticulado de Bonar Polymers Ltd.), Separol (Chemetal),... .

Para el almacenamiento de vidrio ligero, se puede usar polvo acrílico Lucite. Este polvo se ablanda alrededor de los 125 grados C y comienza a adherirse a los vidrios. Como consecuencia, Lucite Acrylic Powder no es un producto preferido para esta aplicación de autoclave.

Como se mencionó anteriormente, un "espacio de aire" de 2 cm entre laminados o bloques de laminados 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 sobre la pila anterior, tendría que crear un compuesto que terminaría con aproximadamente el mismo grosor (2 cm).

Tal espaciador podría existir fuera de la barra de metal central (de 6 a 8 mm de espesor) con pequeños bloques (Teflon o Zytel ST) del mismo espesor adheridos a ella.

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 aplicado. 3 veces más grande (más alto) que el bloque real y que 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 grosor 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 en la pila de laminado anterior.

Se necesita un mínimo de 2 espaciadores, deben colgarse en la aplicación. ¼ de la longitud total del laminado fuera 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 que se usan para colocar el vidrio laminado en su lugar (tenga en cuenta que el vidrio laminado debe ser del mismo tamaño).

Para los 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 la sección "f" (Espesor de bloque individual), podemos sugerir el siguiente ciclo de autoclave:

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

y una vez media hora como paso de enfriamiento:

También es recomendable 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 en un "ciclo Olson-Fitzgerald".

El autoclave se calienta sin presión.

Se añade presión a partir de 60°C, hasta 3,5 bar.

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

La presión de 3,5 bar 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 la presión máximas se mantienen en línea con el tiempo recomendado (relacionado con el grosor 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 bar en el paso de enfriamiento.

Mantener la presión (en su configuración máxima) no es realmente necesario y es bastante costoso (paso de alta presión).

La presión debería descender cuando se alcance una temperatura del aire del autoclave de 40 °C (durante un tiempo más prolongado > 5 minutos).

Si todavía se pueden notar puntos calientes (la mitad del laminado en el medio del paquete), se puede dejar la puerta del autoclave abierta con la carga adentro.

En un tiempo de una hora, el vidrio debe enfriarse más y esto de manera 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 de bloques.

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 marco de tiempo 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 de autoclave) no debería tener un efecto negativo en la calidad del vidrio laminado.

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

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

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

Al analizar el material de aislamiento del autoclave (interior) se encontró este plastificante en grandes cantidades. Este es mucho menos el caso 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 todo mi análisis de incendios de autoclave (> 25), la mayoría de las veces el fuego comenzó en el paso de enfriamiento.

La explicación: los volátiles estaban presentes, una chispa podría provenir del calentamiento eléctrico y se agregó oxígeno para compensar la caída de presión adiabática.

Otra causa de incendios en el autoclave podría ser líquido local (aceite/grasa/goteo de plastificante/… (o incluso madera o papel (carbonizado)), que 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 una revisión y limpieza regulares (algunos autoclaves tienen un depósito de recolección de líquidos) 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 fuego de autoclave.

Se puede "predecir" el tiempo/riesgo de incendios de autoclave mediante un análisis de aislamiento de autoclave regular (6 meses(?)).

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

Por lo general, el punto sobre el radiador es el más representativo para el resto del aislamiento (excepto cuando se trata de acumulación local).

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

Prevención de acumulación de volátiles para evitar incendios de autoclave.

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 (la más larga si se usa 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.

· Vuelva a cerrar la válvula manualmente después del ciclo de limpieza.

Durante los ciclos de autoclave anteriores, los volátiles se habrán "asentado" en el interior de la carcasa del autoclave (dentro del aislamiento interior). La presión del aire los mantendría disueltos dentro del aislamiento durante un ciclo regular. Durante un ciclo de no a baja presión, los volátiles se "nacen en el aire".

La baja presión de 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 frente al 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 de autoclave: duración del ciclo de autoclave más largo utilizado a temperatura normal (máxima) con baja presión (0,1 a 0,5 bar) con válvula de evocación de presión de aire abierta.

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

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