Guía para el uso de polvo termocrómico en cerámica: impresión, métodos de aplicación, precauciones y preguntas frecuentes

Guía para el uso de polvo termocrómico en cerámica: impresión, métodos de aplicación, precauciones y preguntas frecuentes

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1. Introducción

El polvo termocrómico (pigmento termocrómico), uno de los pigmentos de efectos especiales más vendidos de iSuoChem, ha demostrado ser muy popular en el mercado de pigmentos que cambian de color. Su aplicación en productos cerámicos está en rápido crecimiento. A menudo recibimos consultas de clientes sobre cómo utilizar polvo termocrómico en cerámica. Por eso, hemos elaborado este blog basándonos en información relevante, más de una década de experiencia práctica de usuario y nuestra experiencia.

Este blog explicará detalladamente las técnicas de aplicación del polvo termocrómico sobre superficies cerámicas, incluyendo métodos adecuados de impresión y aplicación, procedimientos detallados, soluciones a problemas comunes y precauciones. Ya sea para crear tazas de cerámica termocrómica, utensilios de cocina con indicador de temperatura o manualidades creativas de cerámica, dominar el método de aplicación correcto es crucial. Este blog explicará cómo seleccionar el material termocrómico adecuado, preparar el sustrato, aplicar la capa de cambio de color y aplicar una capa protectora para garantizar un efecto de cambio de color duradero y efectivo.

2. Fundamentos del polvo termocrómico y descripción general de la aplicación cerámica

El polvo termocrómico (TCP) es un tipo de pigmento de efecto que cambia de color reversiblemente con la temperatura. Se trata de un pigmento tipo cápsula preparado a partir de un sistema de compuestos orgánicos de transferencia de electrones. Cuando la temperatura ambiente alcanza su temperatura específica de cambio de color, la estructura molecular del material experimenta un cambio reversible, lo que resulta en un estado de color diferente. Esta propiedad ofrece un nuevo enfoque para añadir valor a los productos cerámicos y evitar la homogeneidad del mercado y las guerras de precios.

2.1 En aplicaciones cerámicas, los TCP exhiben tres modos básicos de cambio de color:

1. Tipo reversible de color incoloro: Estos muestran un color específico (como el negro) a temperatura ambiente. Al calentarse, el color desaparece y se vuelve incoloro. Al enfriarse, recupera su color original. Por ejemplo, los TCP negros a 31 °C aparecen incoloros por encima de 31 °C y negros por debajo de 31 °C. (Pintura termocrómica de negro a transparente o tinta termocrómica de negro a transparente).

2. Reversiblemente incoloro - Tipo de color: Estos son incoloros a temperatura ambiente, adquieren color al calentarse y vuelven a ser incoloros al enfriarse. Estos productos se utilizan comúnmente para advertencias de alta temperatura, como el tipo que desarrolla color a 60 °C.

3. Polvo reversible que cambia de color (tipo color-color) Muestra un color a temperatura ambiente, cambia a otro al calentarse y recupera su color original al enfriarse. Este tipo de polvo puede crear efectos de cambio de color más intensos.

Consejos: Pigmento termocrómico irreversible o i tinta termocrómica reversible También es importante Pigmento/tinta termocrómica. Sin embargo, en la industria cerámica, rara vez se utiliza este tipo.

4. Las temperaturas de cambio de color más comunes en aplicaciones cerámicas incluyen: 18 °C, 22 °C, 28 °C, 31 °C, 33 °C, 42 °C, 45 °C, 50 °C y 65 °C. Los usuarios pueden seleccionar la temperatura adecuada según el uso previsto del producto. Por ejemplo, 31-45 °C es adecuado para indicar la temperatura de vasos, mientras que 50-65 °C es adecuado para advertir sobre la temperatura de utensilios de cocina.

Los polvos termocrómicos suelen tener una tamaño de partícula Entre 1 y 10 micras y encapsulados mediante tecnología de microencapsulación, lo que les confiere cierta resistencia térmica y estabilidad química. Sin embargo, al ser compuestos orgánicos, los polvos de pigmento termosensibles presentan una resistencia limitada a altas temperaturas. Pueden soportar temperaturas de 230 °C durante periodos cortos (aproximadamente 10 minutos), pero las temperaturas de funcionamiento a largo plazo no deben superar los 75 °C. Esta característica hace crucial el lugar de aplicación de los polvos termocrómicos sobre cerámica; deben colocarse lejos de la exposición directa al calor.

Pic#A Polvo de pigmento termocrómico

2.2 Yo En la industria cerámica, el polvo termocrómico Los s se utilizan principalmente en los siguientes productos:

Tazas de cerámica, tazas: Por ejemplo, las tazas de cerámica termocrómica muestran la temperatura del líquido a través de cambios de color para evitar quemaduras.

Indicadores de temperatura de los utensilios de cocina: Los recubrimientos termocrómicos aplicados a las manijas de las ollas y otros lugares indican la temperatura de funcionamiento.

Manualidades creativas de cerámica: Cerámica artística con patrones que cambian con la temperatura.

Etiquetas anti-falsificación: Aprovechar las precisas propiedades termocrómicas como medida de prevención de falsificaciones para productos cerámicos de alta gama.

Comprender las propiedades y aplicaciones básicas de los polvos termocrómicos es el primer paso para aplicarlos con éxito a productos cerámicos. A continuación, es necesario seleccionar el proceso de aplicación y la formulación del material adecuados según los requisitos específicos del producto.

3. Métodos de impresión con tinta termocrómica para polvos termosensibles sobre cerámica

Los polvos termosensibles se aplican principalmente a superficies cerámicas mediante procesos de impresión. Las distintas técnicas de impresión tienen características propias que se adaptan a distintos requisitos de diseño y volúmenes de producción. Elegir el método de impresión adecuado es crucial para garantizar el efecto de cambio de color deseado, la eficiencia de la producción y el control de costes.

3.1 Serigrafía

La serigrafía es el método más común y estable para aplicar polvos termocrómicos a superficies cerámicas. Es especialmente adecuada para superficies cerámicas planas o ligeramente curvas. Este método transfiere la tinta de impresión termocrómica a la superficie cerámica a través de una pantalla, lo que permite un control preciso del espesor de la capa de tinta y garantiza un cambio de color definido y uniforme.

Pasos específicos:

Preparación de la tinta (tinta de serigrafía termocrómica): Mezcle el polvo de pigmento térmico con una base de tinta cerámica especializada en proporciones adecuadas, generalmente entre el 2 % y el 20 % del volumen total de tinta. Remueva bien antes de usar para evitar que se asiente. Si la viscosidad es demasiado alta, añada una cantidad adecuada de disolvente especializado, generalmente en una proporción de 1:1 o 1:2 (tinta:diluyente).

Selección de pantalla: Se recomienda una malla de 150 a 200. Una malla demasiado baja resultará en una capa de tinta gruesa, lo que afectará el secado y la adhesión; una malla demasiado alta resultará en una capa de tinta fina, lo que resultará en un cambio de color menos pronunciado. Para patrones más finos, considere usar una malla más alta (p. ej., 250).

Preparación del sustrato: La superficie cerámica debe estar limpia y libre de aceite y suciedad, preferiblemente previamente limpiada con alcohol. Para mejorar la adherencia, lije ligeramente la superficie o aplique una imprimación cerámica especializada.

Impresión: Vierta la tinta termocrómica preparada sobre la pantalla y aplique la tinta termorreactiva uniformemente con una espátula, con el ángulo y la presión adecuados. Se recomienda usar un fondo blanco o de color claro para mejorar significativamente el contraste y la visibilidad de los cambios de color.

Secado y curado: Seleccione el método de secado adecuado según el tipo de tinta:

Secado al aire: Dejar secar naturalmente a temperatura ambiente durante 8-12 horas.

Secado al horno: Hornear a 120ºC durante 5-10 minutos.

Curado UV: Se cura utilizando una lámpara UV (si está equipada).

Ventajas del proceso:

Espesor de capa de tinta controlable, cambio de color pronunciado.

Adecuado para patrones complejos e impresión multicolor.

Inversión en equipo relativamente baja, adecuada para producciones en lotes pequeños y medianos.

Se adapta bien a las formas de superficies cerámicas.

Precauciones:

La temperatura del entorno de impresión debe ser estable para evitar fluctuaciones de temperatura que puedan afectar la calidad de impresión.

Compruebe que la pantalla no esté obstruida y límpiela inmediatamente después de cada impresión.

Pantallas separadas para diferentes tintas termocrómicas para evitar la contaminación cruzada.

Limpie la pantalla y el equipo lo antes posible después de imprimir para evitar que la tinta termosensible se seque.

Pic#B Tinta termocrómica para cerámica

3.2 Método de pulverización:

El proceso de pulverización es adecuado para superficies extensas o productos cerámicos con curvas irregulares. Consigue un recubrimiento uniforme y es relativamente sencillo de operar, pero el consumo de material es bajo.

Puntos clave:

Preparación de la pintura: Mezcle el polvo termocrómico con pintura cerámica transparente para obtener pintura termocrómica, generalmente en una proporción del 2 al 5 %. Use un diluyente específico para ajustar la viscosidad a una consistencia de pulverización adecuada, generalmente en una proporción de 1:1 o 1:2 (pintura:diluyente).

Equipo de pulverización: Utilice una pistola pulverizadora de 0,8-1,2 mm de diámetro y una presión de aire de 2-3 kg/cm². Mantenga una distancia de 20-30 cm entre la pistola y la superficie cerámica, pulverizando uniformemente en un patrón cruzado.

Control de recubrimiento termocrómico: Se recomienda pulverizar en capas finas, dejando secar cada una antes de aplicar la siguiente. El espesor total debe ser de 20 a 30 μm. Una capa demasiado gruesa dificultará el secado y aumentará el riesgo de agrietamiento, mientras que una capa demasiado fina afectará el efecto de cambio de color.

Curación: El secado al aire tarda de 12 a 24 horas; se recomienda el secado en horno a 80-120 °C durante 10-15 minutos. Los productos cerámicos de alta temperatura requieren un curado a 150-180 °C.

Aplicaciones:

Indicadores de temperatura en los mangos de los utensilios de cocina de cerámica

Artesanías de cerámica que cambian de color a lo largo del tiempo.

Cerámicas cotidianas con efectos termocrómicos de gran superficie

Ventajas y limitaciones:

Adecuado para superficies complejas.

Recubrimiento uniforme, que permite un efecto degradado.

Alta pérdida de material y alto costo

Requiere altas habilidades técnicas, lo que requiere una distancia y velocidad de pulverización controladas.

3.3 Tecnologías de tampografía e impresión por transferencia

La tampografía y la impresión por transferencia proporcionan soluciones eficaces para productos cerámicos con formas únicas o patrones de alta precisión.

Proceso de tampografía:

Utilice una almohadilla estampada para aplicar tinta termocrómica.

Transfiera el patrón a la superficie cerámica.

Adecuado para impresión en áreas pequeñas, multicolor y curvas.

Se utiliza comúnmente para logotipos inferiores en tazas de cerámica o patrones parciales en asas.

Tecnología de impresión por transferencia:

Imprima la tinta termocrómica en una película de transferencia especializada.

Transfiera el patrón a la superficie de cerámica mediante prensa térmica o transferencia de agua.

Permite patrones complejos e imágenes de alta resolución.

Adecuado para producción estandarizada a gran escala.

Pic#C Tinta termocrómica para cerámica

Tabla comparativa de métodos de impresión

La elección del método de impresión adecuado requiere una consideración exhaustiva del diseño del producto, el volumen de producción, el coste y los requisitos de calidad. En la producción real, a menudo se combinan múltiples procesos de impresión para lograr resultados óptimos y beneficios económicos, según las piezas específicas y los requisitos funcionales del producto cerámico.

Impresión con tinta termocrómica Pic#D

4. Proceso de preparación y curado de recubrimientos cerámicos termocrómicos

La aplicación exitosa de polvos termocrómicos a productos cerámicos requiere no solo un método de impresión adecuado, sino también un proceso de preparación y curado del recubrimiento científico y racional. Este paso está directamente relacionado con la estabilidad del efecto termocrómico, la durabilidad del recubrimiento y la seguridad del producto.

4.1 Preparación de recubrimientos cerámicos termocrómicos

La preparación de recubrimientos cerámicos termocrómicos es un paso clave en el proceso de aplicación, y su calidad determina directamente el rendimiento de cambio de color y las propiedades físicas del producto final. Según los requisitos de la aplicación, los recubrimientos cerámicos termocrómicos pueden prepararse en sistemas a base de aceite o agua.

Método de preparación de recubrimientos cerámicos termocrómicos a base de aceite:

1. Selección del sustrato: seleccione una resina de recubrimiento cerámico específica como material base para garantizar una buena adhesión a la superficie cerámica y resistencia a la temperatura.

2. Adición del pigmento: Añada lentamente el pigmento termocrómico en polvo al material base, generalmente a una concentración del 2-5 % en peso del colorante. Remueva constantemente durante la adición para evitar la formación de aglomerados.

3. Molienda por dispersión: Transferir el material mezclado a un molino de dispersión, añadir perlas de circonio como medio de molienda y moler a 1000-2000 rpm hasta que la finura no supere los 20 μm. Este paso es crucial para asegurar una dispersión uniforme del pigmento.

4. Ajuste de la viscosidad: Ajuste la viscosidad del recubrimiento con el diluyente adecuado según el método de impresión/pulverización. Los sistemas a base de aceite suelen usar un diluyente específico, pero los sistemas a base de agua también pueden personalizarse y diluirse con agua.

5. Curado: El recubrimiento preparado debe dejarse reposar durante 12 a 24 horas para permitir que los componentes se mezclen completamente y eliminar cualquier burbuja introducida durante la agitación.

Preparación de recubrimiento cerámico termocrómico a base de agua:

1. Seleccione una resina de recubrimiento cerámico a base de agua como base.

2. Utilice un dispersante a base de agua para dispersar uniformemente el polvo termocrómico.

3. Añadir entre un 3 y un 10 % de la formulación total.

4. Ajuste la viscosidad con agua desionizada.

5. Agregue una cantidad adecuada de antiespumante y agente nivelador.

Precauciones:

Evite utilizar disolventes altamente polares como metanol y etanol, ya que pueden penetrar la pared de la microcápsula y afectar las propiedades de cambio de color.

El polvo termocrómico no debe mezclarse con pigmentos comunes (como dióxido de titanio y negro de carbón), ya que esto enmascarará el efecto de cambio de color.

La velocidad de agitación debe mantenerse al mínimo para evitar dañar la estructura de la microcápsula del polvo de pigmento termocrómico.

El proceso de preparación debe realizarse en un área bien ventilada y los operadores deben usar equipo de protección.

Construcción de un sistema de recubrimiento multicapa

Para productos cerámicos termocrómicos destinados a un uso prolongado o al contacto con alimentos (como utensilios de cocina y vajilla), se recomienda un sistema de recubrimiento multicapa para proteger la capa termocrómica y garantizar la seguridad del producto. Método típico de construcción de tres capas:

1. Capa base (recubrimiento cerámico):

Aplique un chorro de arena sobre la superficie cerámica hasta obtener una rugosidad de 2-5 μm Ra.

Precalentar el sustrato a 40-70°C.

Rocíe la imprimación y la capa superior de cerámica.

Curar a 200-280°C para formar la capa cerámica base.

2. Capa intermedia (capa termocrómica):

Pulir con láser el revestimiento cerámico curado para aumentar la energía de la superficie.

Rocíe o imprima el recubrimiento cerámico termocrómico preparado.

Seleccione el método de secado adecuado (secado al aire, secado al horno o curado UV) según el tipo de recubrimiento.

El espesor del recubrimiento se controla entre 15 y 25 μm.

3. Capa superior (capa protectora transparente):

Rocíe una capa cerámica transparente sobre la superficie de la capa termocrómica.

Espesor del recubrimiento: Aproximadamente 10-15 μm.

Curar a 150-180°C.

Se puede agregar una capa curable por UV para aumentar la dureza de la superficie.

Este diseño multicapa ofrece las siguientes ventajas:

La capa protectora transparente aísla completamente el material termocrómico del contacto con los alimentos, cumpliendo con los requisitos de seguridad alimentaria.

El recubrimiento cerámico base proporciona una excelente adhesión y resistencia a la temperatura.

La capa protectora protege la capa termocrómica de la abrasión y el ataque químico.

No afecta la observación del cambio de color del revestimiento termocrómico.

Mesa: Sistema de recubrimiento multicapa

Foto n.° E proveedor de tinta termocrómica + proveedor de pigmentos termocrómicos - Tazas termocrómicas iSuoChem

4.2 Proceso y tecnología de curado

El proceso de curado tiene un impacto crucial en el rendimiento final y el efecto de cambio de color del recubrimiento cerámico termocrómico. Unas condiciones de curado inadecuadas pueden reducir el rendimiento de cambio de color o causar defectos en el recubrimiento.

Métodos de curado comunes:

1. Secado al aire:

Secar de forma natural a temperatura ambiente. El curado suele tardar entre 8 y 24 horas. Ideal para la producción de lotes pequeños o aplicaciones experimentales. La temperatura ambiente debe mantenerse entre 15 y 30 °C y la humedad por debajo del 70 %.

2. Curado con aire caliente:

Ajuste la temperatura del horno entre 80 y 120 °C. El curado tarda de 5 a 15 minutos. El calentamiento debe aumentarse gradualmente para evitar cambios bruscos de temperatura que puedan causar defectos en el recubrimiento. Asegúrese de que haya una ventilación adecuada para eliminar los vapores de disolventes.

3. Curado UV:

Utiliza luz ultravioleta para el curado. El curado tarda desde unos segundos hasta varios minutos. Apto únicamente para recubrimientos de curado UV que contienen fotoiniciadores. Altamente eficiente y apto para producción continua.

4. Curado por infrarrojos:

Utiliza radiación infrarroja para calentar. El curado es rápido y energéticamente eficiente. Se requiere un control preciso de la intensidad y la duración de la radiación.

Parámetros de control clave:

Control de temperatura: La temperatura de procesamiento de los recubrimientos cerámicos termocrómicos debe mantenerse por debajo de los 200 °C, preferiblemente sin superar los 180 °C. Las altas temperaturas pueden afectar las propiedades de cambio de color del pigmento, especialmente en estado decolorado, donde la estabilidad térmica es particularmente baja.

Gestión del tiempo: El tiempo de exposición a altas temperaturas debe minimizarse, preferiblemente no más de 10 minutos a 230°C.

Velocidad de calentamiento: Se recomienda un proceso de calentamiento gradual para evitar el choque térmico que puede provocar grietas o ampollas en el recubrimiento.

Ventilación: Mantenga una buena ventilación durante el proceso de curado, especialmente cuando utilice recubrimientos a base de solventes.

Para aplicaciones especializadas, como los utensilios de cocina de cerámica, el proceso de curado requiere un control más preciso. La patente CN107760068A establece que, al aplicar un recubrimiento indicador termocrómico a la superficie de los utensilios de cocina, la capa protectora cerámica transparente debe curarse a 150-180 °C. Esta condición de curado relativamente suave ayuda a preservar las propiedades del material termocrómico, a la vez que garantiza la durabilidad del recubrimiento.

Mediante la preparación científica del recubrimiento y un control preciso del curado, se pueden lograr efectos ideales de cambio de color y una larga vida útil en productos cerámicos termocrómicos.

5. Precauciones para la aplicación de polvo termocrómico a la cerámica

La aplicación exitosa de polvo termocrómico a productos cerámicos requiere no solo dominar el proceso correcto, sino también prestar atención a una serie de factores clave para garantizar un rendimiento estable, seguro y confiable del producto. A continuación, se presentan consideraciones especiales para su uso. pigmento térmico polvo a cerámica, cubriendo aspectos como la selección de materiales y el control del proceso.

5.1 Consejos para la selección y almacenamiento de materiales

Selección del tipo de polvo termocrómico:

Seleccione el tipo de cambio de color apropiado según el uso previsto del producto: acromático (el color cambia de coloreado a incoloro), cromogénico (de incoloro a coloreado) o que cambia de color (el color A cambia al color B).

Seleccione una temperatura de cambio de color que coincida con el uso previsto: 31-45 °C se utiliza comúnmente para productos que entran en contacto con el cuerpo humano; 50-65 °C se utiliza para advertencias de alta temperatura.

Tenga en cuenta el contraste del cambio de color: los colores oscuros (como el negro y el azul) suelen cambiar de forma más notoria que los colores claros.

Compatibilidad del sustrato:

Las tintas/pigmentos termocrómicos son adecuados para una variedad de sustratos: papel, tela, metal, vidrio, cerámica, plástico, etc.

La superficie cerámica debe ser lisa y limpia, y arenada o imprimada si es necesario para mejorar la adherencia.

Evite la aplicación directa sobre cerámicas porosas o muy absorbentes, ya que esto puede provocar un cambio de color desigual.

Condiciones de almacenamiento:

Las tintas/pigmentos termocrómicos son adecuados para una variedad de sustratos: papel, tela, metal, vidrio, cerámica, plástico, etc. Los materiales deben almacenarse en un lugar sellado, seco y oscuro, lejos de la luz solar directa.

Temperatura ideal de almacenamiento: 5-30 °C, humedad relativa inferior al 60 %. Las tintas/pinturas termocrómicas no utilizadas deben tener las aberturas selladas para evitar la evaporación del disolvente y la entrada de humedad. Siga el principio de "primero en entrar, primero en salir" para evitar la degradación del rendimiento causada por un almacenamiento prolongado.

5.2 Puntos clave de control del proceso:

Gestión de la temperatura:

Las temperaturas de procesamiento deben mantenerse por debajo de 200 °C, con un rango óptimo de 120 a 180 °C. El tiempo de exposición a altas temperaturas debe minimizarse, a no más de 10 minutos a 230 °C. Evite el sobrecalentamiento localizado y utilice un calentamiento uniforme. En sistemas de recubrimiento multicapa, controle la temperatura de curado de cada capa para evitar el sobrecalentamiento de la capa subyacente.

Disolventes y aditivos:

Evite utilizar disolventes altamente polares (como metanol y etanol), ya que pueden dañar la estructura de la microcápsula.

Uso Utilice un diluyente específico en la proporción recomendada (generalmente 1:1 o 1:2).

En los sistemas de resina epoxi, seleccione cuidadosamente el agente de curado para evitar los agentes de curado de poliamina, que pueden provocar fallas por decoloración.

En sistemas de PVC, evitar utilizar estabilizadores y plastificantes que contengan fósforo, ya que pueden provocar color residual.

Selección de equipos:

Evite utilizar equipos de alto cizallamiento (como mezcladores internos y amasadoras), ya que pueden dañar las microcápsulas.

Para la serigrafía, se prefiere una pantalla de malla 150-200.

Para pulverizar, utilice una pistola pulverizadora de diámetro 0,8-1,2 mm con una presión de aire de 2-3 kg/cm².

Utilice recipientes y herramientas de acero inoxidable o plástico para evitar la contaminación del metal.

6. Casos de aplicación de la cerámica termocrómica

Tazas de cerámica termocrómica:

Las tazas de cerámica termocambiantes son una de las aplicaciones más comunes y aceptadas en el mercado. Estos productos suelen utilizar un polvo de pigmento termocrómico entre 31 y 45 °C. Al verter agua caliente en la taza, el patrón o color cambia, lo que proporciona una indicación visual de la temperatura del agua y previene quemaduras.

Recubrimiento indicador de temperatura de utensilios de cocina:

El recubrimiento termocrómico indicador en las superficies de los utensilios de cocina, descrito en la patente CN107760068A, representa un ejemplo típico de aplicación funcional. Al aplicar un recubrimiento termocrómico en zonas como las asas de las ollas, los usuarios pueden comprender intuitivamente la temperatura de la olla y evitar el sobrecalentamiento.

Marcado de autenticación antifalsificación:

Los productos cerámicos de alta gama (como la porcelana fina) utilizan las precisas propiedades termocrómicas de los pigmentos termocrómicos para crear marcas antifalsificación. Los consumidores pueden verificar la autenticidad del producto mediante una sencilla prueba de cambio de temperatura.

Cerámica de arte creativo:

Los artistas y diseñadores utilizan polvos que cambian de color con calor para crear obras de cerámica interactivas, creando efectos visuales dinámicos a través de cambios de temperatura y agregando interés y participación al trabajo.

7. Instrucciones de desarrollo:

Polvos termocrómicos de tres y cuatro colores:

La combinación de polvos termocrómicos con diferentes temperaturas de cambio de color puede crear una gama más amplia de efectos termosensibles. Por ejemplo:

La zona de baja temperatura (31 °C) muestra un cambio de color; la zona de temperatura media (45 °C) agrega un segundo cambio de color; y la zona de alta temperatura (60 °C) activa un tercer cambio de color.

Esta mezcla de polvos termocrómicos de tres colores se puede utilizar para indicar diferentes niveles de temperatura.

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