Por Craig Moller, Ingeniero Jefe de Ipsen USA
Los aislamientos especiales desempeñan un papel fundamental hornos de vacío funcionan de manera eficiente y producen resultados consistentes. Es un componente oculto de su horno que puede marcar una gran diferencia en el tiempo de inactividad de la bomba, ayuda a garantizar que su horno pueda alcanzar y mantener la temperatura de forma fiable en todo momento y protege el resto de su horno del calor intenso dentro de la zona caliente.
Cuando se observa una sección transversal de una zona caliente aislada con grafito, se puede encontrar una de las dos variedades de material: tablero de grafito o fieltro de grafito. Estos materiales suelen estar protegidos con una cara caliente compuesta por una lámina de grafito o una lámina de carbono reforzada con fibra de carbono (también conocida como "hoja carbono-carbono").
La placa de grafito a 1150 °C tiene 0,25 W/mK. El fieltro de grafito a 1150 °C tiene 0,14 W/mK. Por lo tanto, el fieltro de grafito tiene 0,11 W/mK menos que la placa de grafito, o 44% menos de pérdida de calor debido a la reducción de la conductividad térmica.
(W/mK, o vatios por metro Kelvin, es la unidad que mide la tasa de transferencia de calor a través de un material)
Durante muchos años, las secciones transversales de aislamiento de los hornos Ipsen contenían con frecuencia tanto una placa de grafito de 1" como dos secciones de ½" de fieltro de grafito entre la cara caliente y el pleno. Una fina capa de lámina de grafito protegía la cara caliente. La lámina de grafito y el cartón funcionaban conjuntamente como una capa rígida diseñada para resistir los daños de las piezas pequeñas que caían en la zona caliente durante la carga y descarga.
Si observa un nuevo horno de vacío Ipsen, se dará cuenta de que nuestros estándares han cambiado. Los hornos Ipsen actuales se ofrecen con cuatro capas de fieltro de grafito de ½" detrás de una fina capa de cara caliente de lámina de carbono-carbono. Un escudo de tapa de carbono-carbono puede ser instalado en el borde frontal de la zona caliente para prevenir daños por erosión del viento dentro de ciertos hornos Ipsen donde sea necesario.
A menudo se recomienda a los operadores de hornos que buscan una zona caliente de sustitución que opten por un paquete de aislamiento de zona caliente totalmente de fieltro, aunque a petición del cliente se puede suministrar una zona caliente de cartón y fieltro. Muchos usuarios se preguntan: ¿por qué hacer el cambio?
Argumentos a favor del aislamiento con fieltro
El aislamiento térmico funciona mejor cuando hay menos densidad: un aislamiento de menor densidad es más eficaz para limitar la transferencia de energía térmica que los materiales de mayor densidad. Aunque el cartón de grafito está diseñado para ser poroso, los mayores huecos en el material tipo tela del fieltro de grafito disminuyen significativamente la transferencia de energía térmica por conducción. De este modo, el fieltro permite que llegue menos flujo de calor al plenum y a la pared fría de la cámara, protegiendo a ambos con mayor eficacia.
Y la diferencia es significativa. Al comparar el uso de una combinación de cartón y fieltro con una solución totalmente de fieltro, nuestros ingenieros han observado que hay aproximadamente un 10% aumento global de la pérdida de calor para un aislamiento de 1" de fieltro más 1" de cartón en comparación con una configuración similar que utiliza exclusivamente 2" de fieltro de grafito.
La diferencia global de 10% en pérdida de calor se refiere a la reducción de la pérdida total de calor a través de toda la zona caliente. La mejora del aislamiento térmico de 44% que proporciona el aislamiento totalmente de fieltro supone una gran diferencia en la pérdida de calor, pero no lo dice todo.
La pérdida de calor se debe a dos causas 1) Conducción de calor a través del aislamiento y 2) Conducción de calor a lo largo de las penetraciones (colgadores de elementos, boquillas de refrigeración, postes del hogar) a través del aislamiento. Aproximadamente, la pérdida de calor a través del aislamiento representa unos 60% de la pérdida total de calor, y la pérdida de calor a lo largo de las penetraciones representa los 40% restantes.
Tenga en cuenta también que la nueva norma sólo sustituye 1" de aislamiento de cartón por fieltro de cualquier grosor.
El fieltro de grafito también tiene suficiente elasticidad para soportar la dilatación térmica y ha demostrado ser más fácil de mantener. Sustituir el fieltro puede ser tan sencillo como retirar la cara caliente de fibra de carbono, recortar el fieltro dañado con unas tijeras o un cuchillo de taller y sustituir la sección por un nuevo trozo de fieltro cortado a medida. Además, es más fácil maniobrar el fieltro alrededor de los puntos de montaje y las boquillas. Una herramienta de corte manual permite realizar cortes precisos alrededor de los puntos de entrada durante la instalación. Un rollo de fieltro de grafito a mano puede utilizarse para reparaciones de emergencia.
La dilatación y contracción térmicas pueden provocar ocasionalmente que la placa de grafito presente grietas en determinadas secciones. Con el tiempo, esas grietas pueden crecer hasta un punto en el que sea necesario sustituir la placa. Dado que el tablero de grafito es un material más rígido y denso, es necesario mecanizarlo cuidadosamente para que coincida con la pieza a la que sustituye.
Las fibras tejidas de la lámina de carbono-carbono la hacen mucho más resistente al desgarro y a la fragilidad que el papel de aluminio, mientras que la compresibilidad del fieltro es mejor para absorber el choque de las piezas que caen y volver a saltar. Las tablas también son más susceptibles a la erosión del viento en las grietas y agujeros, lo que tiene un efecto adverso en la longevidad de la tabla.
¿Está preparado para una nueva zona caliente?
Sabrá que ha llegado el momento de considerar la sustitución de su antigua zona caliente de fieltro y cartón por una nueva zona caliente totalmente de fieltro si:
- Su horno ya no bombea con eficacia
- Le resulta difícil alcanzar los valores de consigna que solía alcanzar regularmente a temperaturas más altas.
- Tu nivel de potencia constante ha aumentado en comparación con cuando la zona caliente era nueva
- Observa puntos calientes en el exterior de su horno
- Su horno falla Estudios de uniformidad de temperatura
- Está viendo contaminación por grafito en las superficies de las piezas
- O está notando grietas y erosión en sus placas aislantes de grafito
Para obtener un presupuesto para una nueva zona caliente, o para reparar su zona caliente actual, póngase en contacto con el Servicio de Atención al Cliente de Ipsen llamando al teléfono 844-464-7736 o enviando un correo electrónico a retrofits@ipsenusa.com.
Resumen de los beneficios de un
zona caliente totalmente de fieltro:
- Menor consumo de energía
- Reducción de la pérdida de calor
- Mejor uniformidad
- Rampa más rápida
- Mayor control del proceso
- Menos partículas sueltas de carbono con el paso del tiempo
- Menor coste de mantenimiento
- Más fácil de mantener
Todo ello conduce a un mayor rendimiento de la inversión.
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