Formado y pulido al fuego de productos de vidrio para el sector farmaceútico

1.1      Control preciso de las características de la llama

El vidrio tradicional, hecho de arena, sosa, potasa y cal, es también la base de los vidrios de hoy en día, pero para ciertos envases farmacéuticos  de vidrio, como ampollas, botellas de inyección y jeringas, son necesarias formulaciones más modernas. Adicionalmente la demanda de una amplia gama de productos de vidrio, también significa un mayor número de formulaciones, que a su vez requieren procesos de producción hechos a medida de estas nuevas combinaciones de materias primas.

En este caso el producto de partida son tubos de vidrio de alta calidad, con temperaturas de fusión claramente definidas, dependiendo de la composición del material. Los quemadores de gas suministran calor localizado para calentar los tubos a temperaturas definidas. De esta manera, se pueden dar diversas formas a los objetos, las superficies de los productos son pulidas al fuego e incluso las pequeñas grietas y pequeños desniveles pueden ser reparados.

Un requisito previo para ello es una llama de gas ajustable individualmente que se consigue dosificando la proporción ideal de gas combustible y oxígeno. Los modernos controladores de caudal másico con un principio de medición independiente de la presión y la temperatura se utilizan aquí con gran eficacia. Como resultado, ofrecen menores costes energéticos, un mejor control del proceso y minimizan las emisiones de gases de escape gracias a una combustión óptima.

Como material transparente, en gran parte inerte y fácilmente moldeable, el vidrio es la elección perfecta para una gran variedad de productos moldeados individualmente. Los vidrios huecos, que pueden ser transparentes o pigmentados según las necesidades, se fabrican en grandes cantidades para la industria farmacéutica en particular. En este contexto, deben satisfacer todas las características especificadas en la normativa aplicable, tales como volúmenes y espesores de pared constantes, así como puntos de rotura predeterminados y precisos. Para lograr esto, un control exacto del proceso de formado es absolutamente esencial.

Dependiendo del producto y de la formulación del vidrio, los pasos de proceso requieren diferentes temperaturas del quemador o diferentes longitudes de llama y, por lo tanto, diferentes mezclas y cantidades de los gases de proceso. Los reguladores compactos de caudal másico (MFC) de Bürkert Fluid Control Systems permiten una dosificación rápida y precisa del gas, lo que a su vez garantiza un control eficiente del proceso incluso con variaciones en las condiciones de suministro de gas o cambios frecuentes de producto a conformar.

1.2      Los fundamentos de la producción de vidrio

Los principios de la producción de vidrio han permanecido inalterados desde la antigüedad; sólo se han perfeccionado los métodos utilizados. Los materiales premezclados según el tipo de vidrio se colocan primero en hornos de fundición o zonas de fusión, donde se funden a temperaturas definidas y se mezclan íntimamente entre sí. Al igual que en los pasos del proceso preparatorio, el cumplimiento de un rango definido de viscosidad o temperatura durante el procesamiento posterior es esencial para garantizar la calidad del producto.

La producción en masa de lo que se conoce como cuerpos de vidrio hueco se originó con la gran demanda de botellas de cerveza a finales del siglo XIX. Esta demanda llevó al desarrollo de la primera planta de soplado de botellas de vidrio totalmente automatizada. También en este caso, los métodos utilizados se han ido perfeccionando con el tiempo y se han adaptado a los requisitos cada vez más estrictos de los productos.

Debido a los altos requisitos de calidad de la cristalería farmacéutica, los tubos de vidrio utilizados no se soplan, sino que se extraen del material fundido y se utilizan como productos semiacabados para las siguientes fases de producción. Las diferentes formas de tubo, cortadas a medida, son el resultado del calentamiento de secciones específicas y de su posterior procesamiento.

En este caso, se utilizan procesos adicionales de control de la presión del gas o procesos de estirado suplementario para crear la forma básica deseada de las botellas, ampollas, tubos, etc. Dado que el vidrio se enfría continuamente durante el proceso, el cuerpo en bruto adquiere la estabilidad dimensional suficiente para ser transportado a los pasos de trabajo adicionales que dan al producto su forma final.

Estos procesos incluyen tareas como dibujar cuellos en ampollas, aplicar muescas o un tratamiento especial de superficie conocido como pulido al fuego. Para ello, el cuerpo de vidrio debe ser sometido de nuevo a un calentamiento definido, a menudo sólo en determinados puntos, con el fin de ajustar la viscosidad en el rango óptimo y hacer que el vidrio sea moldeable. Este proceso utiliza numerosos quemadores de gas pequeños, que se controlan con precisión para calentar selectivamente la pared de vidrio, que a menudo tiene un grosor de tan sólo décimas de milímetro.

1.3      La temperatura de la llama es clave

Dado que la composición del gas tiene una influencia decisiva en la temperatura de la llama, los quemadores de las plantas de procesamiento de vidrio deben funcionar con una mezcla de gases ajustada con precisión. Las características de la llama resultante variarán en función del gas combustible utilizado, por ejemplo, hidrógeno, gas natural o propano. Sin embargo, las condiciones de presión y la temperatura de los gases cambian a menudo en la práctica diaria. La medición convencional de la cantidad de gas volumétrico mediante caudalímetros de área variable no es aplicable, porque estos dispositivos de medición del caudal volumétrico no miden con precisión cuando cambia la presión o la temperatura del gas.

En un proceso de producción moderno y trazable que también debe documentarse, esto es sencillamente inaceptable. El uso de controladores de caudal másico representa una alternativa fiable en este caso.

El principio de medición de los reguladores de caudal másico utilizados es conocido y contrastado y se basa en el principio de dispersión térmica. La transferencia de calor del gas utilizado es una función directa del flujo másico, y el peso de un gas es independiente de su presión y temperatura. Bajo estas premisas, la transferencia de calor depende tanto de la masa de las moléculas de gas individuales como de la cantidad absoluta de gas que fluye en el sistema. Los gases ligeros como el hidrógeno absorben rápidamente una gran cantidad de calor, mientras que el propano más pesado absorbe menos. Por esta razón, los sensores pueden ser ajustados de antemano para adaptarse a múltiples tipos de gas.

En la mayoría de los controladores de caudal másico (MFC) utilizados, la medición se efectúa en un canal de derivación o by-pass. Un elemento laminar en el canal principal genera una ligera caída de presión, que impulsa una pequeña proporción definida del caudal total a través del canal de derivación. La medición se realiza en un canal de forma especial cuyas paredes contienen un chip de Si con un diafragma expuesto. En este diafragma, un se instala simétricamente un elemento calefactor entre dos sensores de temperatura, que miden la temperatura del gas antes y después del calentamiento. A una tensión constante en la resistencia, el diferencial de tensión entre los sensores de temperatura es proporcional al caudal másico de gas que fluye a través de ellos.

1.4      Control de formulación por bus de campo

Para los estrictos requisitos de la industria del vidrio farmaceútico, los controladores MFC de Bürkert no sólo ofrecen un control preciso del caudal másico de gases, sino que también cumplen los requisitos de un proceso de producción moderno y flexible. Una planta de este tipo utiliza a menudo hasta 60 quemadores, lo que significa que hasta 120 controladores de caudal másico controlan las mezclas de gases.

Estos pueden instalarse como parte de una solución de sistema compacta y personalizada y comunicarse entre sí según lo especificado por el cliente utilizando diferentes estándares de bus de campo o Ethernet industrial. Estos sistemas a menudo incluyen válvulas de cierre de seguridad adicionales para cada gas, que también pueden formar parte del bloque de control inteligente del quemador.

Los MFC de Bürkert soportan varios sistemas de bus (PROFINET, PROFIBUS-DP, Modbus TCP, Ethernet/IP o EtherCAT), lo que facilita considerablemente la integración en los controles de sistema existentes. Para facilitar cambios de producto rápidos, flexibles y orientados al mercado, las formulaciones correspondientes a cada producto final pueden ser almacenadas en el sistema de control, lo que significa que se pueden cargar con sólo pulsar un botón. También los dispositivos de campo envían información sobre el estado del dispositivo y el proceso las 24 horas del día, esto permite un procedimiento de mantenimiento predictivo y garantiza que cualquier avería que se produzca, pueda localizarse y rectificarse rápidamente.