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Tensión superficial y densidad de los alcoholes del mercado

Pablo Ferrandino

Autor

Ing. Pablo Ferrandino

Publicado

20/12/2021

Tensión Superficial y Densidad de los Alcoholes del Mercado.

En nuestro último contacto se plantearon hipótesis sobre la tensión superficial y el nivel de mojado de la solución de fuente. En este nuevo artículo evaluamos el rendimiento de los alcoholes del mercado y su consecuente costo económico.

En esta oportunidad profundizaremos los conceptos abordados en mi última publicación “Tensión superficial, beneficios de su medición en la solución de fuente” para avanzar en un plan de acción sobre las hipótesis planteadas y poder penetrar un poco más en la respuesta a la recurrente pregunta: ¿Para qué sirve esta medición?

Antes que todo, conecto con los interrogantes planteados a fin de la mencionada nota, bajo la premisa “La mejor opción siempre es el equilibrio de los componentes del agua de humectación”

Para cumplir con esta premisa, la única garantía es la medición y/o la confiabilidad del proceso, entendiéndola aquel lugar “mágico” e imaginario donde se supone que “no hace falta medir”.

Es necesario enfatizar que siempre es necesario medir. Se puede disminuir la frecuencia de la determinación a medida que el proceso genere confianza. Naturalmente, si la gravedad a la ocurrencia del suceso es importante, siempre habrá que medir, aun si el proceso pareciera infalible.

Anteriormente invité a revisar los equipos de dosificación, así como también revisar la metodología de preparación y control del agua de humectación con los siguientes interrogantes:
¿Dejamos registro de los valores preparados, como proporciones, valores de conductividad, pH, apariencia general de la preparación, temperatura?
¿Contamos con un instructivo de preparación y control del agua de humectación?
¿Conocemos acaso su comportamiento a lo largo de la jornada?
¿Medimos lo que compramos?
¿Conocemos la oferta de mercado?
¿Viene aparejado de la compra de solución de fuente un manual técnico de producto?
¿Es alcohol isopropílico lo que colocamos en la batea?

Ahora bien, intentaré ayudarlos a clarificar algunas de las respuestas.

Para responder la primera pregunta, y suponiendo que la respuesta es “no contamos con un instructivo de preparación y control del agua de humectación”, la solución es sencilla, ya que se debe escribir lo que se hace. De este modo, podremos identificar si lo realizado es correcto, adecuado o insuficiente, demasiado exigente, etc.

En I+D Consulting SA, hemos preparado un instructivo genérico y fácilmente adaptable a las distintas organizaciones y estructuras, dado que es una instrucción operativa. A su vez, las planillas de registro no requieren un gran despliegue tecnológico, sino elementos de medición básicos, tales como un pH-metro, un conductivímetro, un densímetro de escala [0,900-1,000] gr/ml, un vaso de precipitados de 250 ml y probeta de 250 ml. Para el caso de la determinación de tensión superficial, tendremos que acercarnos a la planta impresora o bienenviar por mail el preparado a nuestro laboratorio*.

Respecto al comportamiento de los valores de los parámetros del agua de humectación a lo largo de la jornada, recomiendo en una primera etapa medir a primera hora de la mañana y en intervalos cada 2 horas, de modo de obtener 4 ó 5 mediciones por turno.

Es posible replantear la frecuencia de la rutina, pero con un historial mínimo de 25 días de mediciones.

Continuando con el cuestionario, ¿Medimos lo que compramos?

Si la respuesta sigue siendo negativa, hay trabajo que hacer en este punto.

Indirectamente, podríamos controlar los insumos de la mezcla con las mediciones del proceso, pero eso es poco aconsejable en esta etapa donde “todo está observado”. Más adelante respetando el método, manteniendo los equipos calibrados y midiendo las variables mencionadas, se podría interpretar indirectamente que el insumo se controla. Lo recomendable es medir la solución de fuente concentrada y, en lo posible, practicar una curva de dilución, de igual modo el alcohol isopropílico y el agua de red.

Para la medición de la solución de fuente, el pH metro es de gran utilidad, así como también el conductivímetro, pero es necesario verificar que la escala del mismo permita la medición.

En el mercado, los instrumentos que se encuentran en el taller en general no permiten medir el producto concentrado porque, por ejemplo, para el caso de la solución de fuente mojante H#333FSP el valor de conductividad del producto en el bidón de origen ronda los 8 mS (mili siemmens, no micro siemmens), aproximadamente como 8.000 uS**.

Ahora bien, como este tipo de sales son aditivas, se puede diluir la solución de fuente al porcentaje de utilización, medir y hacer una regla de tres simple. Es decir, siempre que agreguemos proporcionalmente con este tipo de sales involucradas, la respuesta porcentual en el agregado de solución fuente será proporcional en el valor de conductividad. A modo de ejemplo, la solución de fuente mojante H#333FSP aporta 250 uS por cada 1% agregado. Si queremos preparar una solución al 4%, obtendremos 1000 uS de conductividad en agua destilada***.

Continuando con la respuesta a la pregunta ¿medimos lo que compramos? En el caso del alcohol isopropílico debemos ser más cuidadosos.

Una propiedad que permite controlar la pureza del alcohol es la densidad o peso específico, dado que al ser diferente a la densidad del agua corriente, podrá indicar su pureza. Es decir, podrá indicar si está diluido con agua. El IPA#99 tiene una densidad de 0,800 gr/ml, mientas que el agua de red posee1,00 gr/ml. Esto es algo delicado, ya que existen otros alcoholes, obviamente más económicos, de densidad similar pero sin características mojantes

De nuevo, para controlar la naturaleza química de la sustancia, en este punto podemos utilizar un cromatógrafo de gases,muy costoso por cierto, pero también e indirectamente medir la tensión superficial de la mezcla resultante corroborando los valores en el manual del proveedor y/o en los libros de química. Alternativamente, y muy ingeniosamente, establecer un estándar con un primer lote testigo y luego medir el paquete de variables establecido****.

Al concluir este cuestionario, podrán observar algunas tablas y gráficos donde se muestra el impacto en la tensión superficial de distintos alcoholes en el agregado al agua de humectación y su consecuente costo. También encontrarán algunas curvas que muestran cómo una solución de fuente de calidad mojante puede contribuir con este inconveniente y garantizar un nivel de mojado tal como lo abordamos en la nota anterior, bajo el concepto de “nivel de piso”.

A esta altura, se entiende que un producto diluido requiere mayor porcentaje agregado, ergo mayor costo. Las distintas áreas de la organización deben integrarse horizontalmente y evaluar las distintas alternativas propuestas.

Comprar barato no siempre es económico, quizás nunca.

Económico es un producto que devuelve la mejor relación costo-beneficio, que generalmente, no es el más barato.

Avanzando en las respuestas, ¿Conocemos la oferta de mercado? Probablemente aquí la respuesta sea más frecuentemente afirmativa.

En la actualidad, como consumidores, estamos algo más amparados por la ley de Defensa al Consumidor y, en nuestro caso puntual del B2B (bussines to bussines), con la ley de Lealtad Comercial. No obstante, cuando aceptamos comprar algo que, tiene un nombre parecido y características similares, pero más barato, el problema es netamente propio.

Debemos medir y utilizar productos concentrados y de calidad. Esto mejorará muchos aspectos de la organización, no solo la productividad y la calidad de impresión.

Concluyendo con las respuestas, respecto del manual técnico de producto, es sabido que, en términos generales, “el argentino no lee” refiriéndose el estereotipo a un manual de instrucciones de cualquier artículo nuevo

Luego de varios años de investigación y formulación de productos químicos tecnológicos, confeccioné un manual de 25 páginas para la solución de fuente H#333FSP, con todos los requerimientos legales, el modo de uso y el Sistema Globalmente Armonizado de Identificación y Etiquetado de Productos Químicos (SGA*****).

Algunos lo leyeron. Este manual, que viene vinculado a un código QR del etiquetado del producto, también tuvo algunos escasos escAhora bien, adentrándonos en este nuevo estudio les presento a continuación una tabla que nos muestra 3 (tres) alcoholes diferentes, su densidad en solución acuosa y su tensión superficial.


Tensión superficial - tabla 1
Ensayo: porcentaje de Alcohol en peso en agua desmineralizada a 20*C
Valores de TensionTensión Superficial expresado en Dinas/cm 

Ahora bien, adentrándonos en este nuevo estudio les presento a continuación una tabla que nos muestra 3 (tres) alcoholes diferentes, su densidad en solución acuosa y su tensión superficial.

Como podemos observar, la dosificación de alcohol en agua desmineralizada se agrega de a 2% y vemos que, en concentraciones de hasta el 6% en peso (algo así como 7,5% en volumen), el impacto en la tensión superficial del alcohol isopropilico grado farmacéutico y el alcohol isopropilico industrial IPA#99 son idénticos.

Luego, dada su extrema pureza, en concentraciones a partir del 10% (12,5% en volumen), el impacto en el mojado es algo mejor. Sin embargo, indagando un poco en los precios de mercado, la relación costo beneficio entre la utilización de estos parecería antieconómica para el IPA grado farmacéutico.


Tensión superficial - gráfica 1

Incluso, concentraciones cercanas al 13% en volumen influyen negativamente en la relación del agua de humectación con la tinta, como por ejemplo con el water pick up, que trataremos en el próximo Newsletter. Esto se debe a que es perjudicial el momento en que la tinta comienza a perder propiedades reológicas, de transferencia, de viscosidad, de tack; es decir, de sobre emulsión y ganancia de punto.

A favor del IPA#99 grado industrial, cabe recordar el concepto de “nivel de piso” derivado de la correcta utilización de la solución de fuente. Esto significa el momento en que la curva de Tensión Superficial entre el IPA grado farmacéutico, con el IPA grado industrial comienza a separarse excede el nivel de utilización, sobre todo por el aporte en el mojado de la solución de fuente.

Ahora bien, la columna “otro alcohol de impresión”, que por ética profesional no mencionaremos el nombre comercial ni código numérico, notamos que tiene una diferencia sustancial con las dos primeras muestras. Para alcanzar las 48 dinas/cm requiere casi el doble de producto. El producto “otro alcohol de impresión” hace en el 10% lo que IPA#99 hace en 6%.

Para obtener un costo por desempeño, nuevamente cabe practicar una regla de tres simple.

Continuando con la exposición de datos, he preparado una segunda serie de tablas donde se muestran resultados con las mismas muestras de alcohol que en la tabla 1, pero con el agregado de una solución de fuente mojante, el H#333FSP, Humectante #333 Fountain Solution Performance+.

Tensión superficial - tabla 2

Cómo puede notarse, el agregado de la solución de fuente mojante H#333FSP nos lleva a niveles de mojado muy por encima que el alcohol isopropilico en solitario.

Comparar los valores con la Tabla 1 - 10% en peso en agua desmineralizada - (aproximadamente 12,5% volumen).

Aquí es relevante comparar los valores de tensión superficial de ambas tablas e determina cuál es la mejor relación de mojado, tanto efectivo como económico.

Esta mejora concomitante entre el H#333FSP y el IPA#99 se debe a las características tenso-activas de la solución fuente. Puede agregarse también, que el impacto que tiene el agregado de alcohol isopropílico con un piso de mojado alto, ya no es “tan” eficaz.Es decir, un 5% de H#333FSP y un 5% de alcohol isopropílico IPA#99 devuelve 35 dinas/cm, valor óptimo para el rendimiento del agua de humectación.

Entonces, conociendo la calidad del alcohol y su correspondiente valor de tensión superficial podemos controlarlo fácilmente en la sala de impresión midiendo la densidad de la mezcla resultante. En otras palabras, si usamos solución de fuente con valor de tensión superficial conocido, alcohol isopropílico con valor de tensión superficial conocido, midiendo la densidad con un densímetro escala 0,900 gr/ml a 1,000 gr/ml podremos mantener el proceso bajo control con densidades entre 0,993 gr/ml y 0,987 gr/ml, aceptando una desviación estándar de una (1) dina/cm.

Cabe destacar que podría mejorarse el rendimiento económico, pues esa dina de varianza beneficia mucho menos que el costo que trae aparejado. (Target Objetivo Densidad 0,989 +/- 0,001)

Esta última frase es más costosa de lo que parece, a fin de periodo no es lo mismo usar un 5% que un 10%. 

Para finalizar, repasamos en líneas concretas las conclusiones más importantes del estudio.

Sí, se puede medir y se puede controlar. Hay que medir, registrar, evaluar y mejorar.

Para el caso de los distintos alcoholes, el costo de compra unitario no coincide con el costo de utilización, sea por pureza o por adulteración.

El uso de solución de fuente mojante impacta notablemente en el rendimiento del alcohol isopropílico. Superando. Superando la concentración crítica, el sobreagregado de alcohol es ineficiente, antieconómico y conspira con la calidad de producto terminado.

Establecer un estándar, medir el preparado y medir las materias primas es fundamental para mantener el proceso bajo control.

Para mayor información sobre este estudio pueden escribir a info@idconsulting.com.ar indicando en el asunto “control del agua de humectación”.

Les recuerdo, por último, que nuestro equipo técnico se encuentra a disposición para capacitación en la temática al equipo impresor y a todos los involucrados en el proceso de impresión y sistemas de gestión de calidad.


Referencias

* Para información sobre preparación de la muestra dirigirse a info@idconsulting.com.ar con el asunto.

** En general los equipos que mayormente se encuentran en los talleres tienen un rango de alcance hasta 2000 uS.

*** Mientras que para el caso de agua de red con 250 uS, el valor de conductividad resultante será 1250 uS.

****Es sumamente importante recordar la medición de la tensión superficial en el agua de humectación.

*****Antigua MSDS Material Safety Data Sheet.

+La ficha técnica se puede descargar en https://idconsulting.com.ar/soluciondefuente/

Sobre el autor

Pablo Ferrandino.CEO en I+D Consulting SA Tecnicatura en Química Ingeniero Industrial UTN FRA. Posgrado en Ingeniería Gerencial UTN FRBA Magister en Administración de Negocios MBA UTN FRBA Experiencia en impresíon offset tanto en rotativas como planas. Experiencia en certificación ISO 9000 y normas GMP. Trayectoria docente UTN, UADE, GUTENBERG.



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