Por Chuck Reed, Especialista en Ventas del Servicio de Atención al Cliente de Ipsen
Los termopares desempeñan un papel fundamental en el tratamiento térmico, ya que proporcionan datos precisos sobre la temperatura que permiten que los sistemas de hornos funcionen de forma segura y constante. Están diseñados para soportar condiciones extremas y se utilizan para detectar temperaturas fuera de rango, verificar la uniformidad del horno y supervisar las temperaturas durante todo el proceso de producción.
Los termopares funcionan uniendo dos cables metálicos diferentes (por ejemplo, níquel y cobre, o platino y rodio) para formar una unión sensora. Cuando esa unión se expone al calor, genera un pequeño voltaje, una respuesta conocida como efecto Seebeck. La relación entre la temperatura y esta salida de voltaje está bien definida para cada tipo de termopar, lo que permite a los controles del horno interpretar la temperatura dentro de un rango específico.
Aunque los termopares pueden utilizarse tanto para temperaturas muy altas como muy bajas, cada tipo de termopar tiene su propio rango de temperatura útil y sensibilidad, en función de los materiales utilizados.
En un horno de vacío, Algunos termopares se utilizan específicamente para proporcionar información a los controles de temperatura, información que indica cuándo es necesario encender o apagar los elementos a lo largo de un proceso. Otros termopares se utilizan para un solo ciclo de producción o para un pequeño número de ciclos con el fin de garantizar que las recetas suministran las temperaturas correctas al lugar donde se encuentran las piezas dentro del horno.
Para los operadores de hornos de vacío Ipsen, hay dos tipos de termopares que son los más comunes: los semipermanentes control y sobretemperatura termopares, y los reutilizables y desechables. trabajo termopares que se utilizan para estudios de producción y uniformidad.
Termopares de control y sobretemperatura
Los termopares de control y de “sobrecalentamiento”, que penetran a través del lateral del horno, son piezas tecnológicas sofisticadas y delicadas. Las categorías de termopares que se utilizan con más frecuencia aquí son: tipo S, R, o B. (Véase el gráfico)
En un ejemplo, un cable de platino-rodio se extiende desde el conector terminal a través de un Tubo de Inconel en el exterior del horno, y luego a través de un interior manguito cerámico que surge en el interior del horno. (Ver fotos) El termopar se monta fuera del horno, utilizando un acoplamiento que se ajusta en profundidad. La profundidad de inserción del termopar de control debe ser precisa y medirse, ya que controla la temperatura de trabajo del horno. Puede marcar la diferencia entre aprobar o suspender una inspección de uniformidad de temperatura (TUS).
En el interior, las puntas cerámicas de los termopares de control y sobretemperatura se extienden un poco más allá de los elementos calefactores, desde donde pueden enviar información al PLC. Son lo suficientemente sensibles como para medir con una precisión de entre cero y 2 grados Fahrenheit, un rango especificado por los requisitos del proceso y las normas AMS 2750.
Cada uno de estos termopares tiene una función específica:
- El termopar de control envía información al PLC para que los controles puedan decidir si aumentar la potencia de los elementos y elevar la temperatura, reducir la potencia de los elementos y bajar la temperatura, o mantener el estado actual.
- Los termopares de sobretemperatura actúan como un dispositivo de seguridad del proceso, alertando a los controles del horno si la temperatura dentro del horno excede la temperatura solicitada por la receta. También pueden funcionar como un dispositivo de seguridad de temperatura máxima del equipo para evitar daños en las piezas y los componentes del horno, incluida la zona caliente.
Para garantizar la precisión en todos los procesos, estas dos sondas deben indicar lo mismo. En determinados hornos, la precisión de la sensibilidad de los termopares de control puede permitir que el resultado de un estudio de uniformidad de la temperatura alcance más o menos 5 grados Fahrenheit o más o menos 10 grados Fahrenheit dentro de un área de trabajo específica, en función del rango de funcionamiento del horno de vacío y la clase de calificación AMS. Eso es increíblemente preciso en sistemas que pueden funcionar entre 1000 y 2500 grados Fahrenheit.
Dado que sus puntas cerámicas entran en la zona caliente donde se cargan y descargan las piezas, es importante tener termopares de repuesto a mano. No es raro que uno de estos termopares se astille o se rompa si un lote no se carga en el horno de forma segura.
Ipsen también recomienda revisar la deriva de precisión de la temperatura en un termopar al menos una vez al año, sustituyendo el termopar si dicha deriva supera la certificación del termopar. Se puede realizar una prueba de precisión del sistema para determinar el estado de la deriva.
Termopares de trabajo y de medición
Los termopares de trabajo y de medición suelen presentarse en forma de bobinas de alambre o conjuntos de múltiples cables. Normalmente están fabricados con aleaciones que contienen elementos como níquel, cromo, silicio, aluminio o magnesio. Las categorías de termopares más utilizadas para fines de trabajo y medición son: tipo K o tipo N.
Los termopares de trabajo y de medición se conectan al PLC a través del panel de conectores situado en la parte delantera del horno y, a continuación, recorren el horno hasta llegar a los puntos designados de un accesorio, lo que ayuda a comprobar la uniformidad del calor en todo el rango del accesorio.
Aunque pueden utilizarse varias veces, los termopares de trabajo y de medición son relativamente baratos y se consideran un producto consumible: se utilizan y luego se desechan o reciclan.
Tanto los termopares de trabajo como los de medición suelen funcionar en conjuntos de doce. Esto permite a los operadores supervisar la uniformidad de la temperatura en diferentes zonas y en diferentes áreas de su carga de trabajo.
Los termopares de medición se utilizan normalmente para sistemas de calidad internos y externos, diagnósticos y pruebas. Hay nueve puntos en un dispositivo tradicional de inspección de uniformidad de temperatura que se supervisan para garantizar que el horno distribuye el calor de manera uniforme por toda la zona de trabajo. Se pueden utilizar dos termopares más para comprobar que los termopares de control y de sobretemperatura registran valores coherentes. El termopar restante actúa como repuesto que los operadores pueden utilizar para supervisar una ubicación específica dentro de la zona caliente o una ubicación específica dentro de la plataforma donde suele haber una mayor densidad de piezas.
Los termopares de trabajo se pueden utilizar durante un ciclo de producción para comprobar y verificar la precisión de un proceso. Acoplados a los accesorios de las piezas, a secciones transversales de las piezas o colocados dentro de una pieza con una geometría compleja, los termopares de trabajo pueden informar sobre la eficacia de un proceso, lo que ayuda a los usuarios finales a diseñar mejores recetas para optimizar los resultados del procesamiento térmico.
A medida que se amplían las áreas de trabajo, la capacidad de ampliar los termopares en conjuntos de doce hace que las pruebas sean más precisas dentro de la zona caliente. Cada rejilla puede representar una sección específica de la zona caliente, de modo que el diagnóstico y las pruebas resultan más fáciles en un sistema más grande, donde la uniformidad puede ser más difícil de ajustar. Las normas AMS 2750 dictan cuántos termopares se requieren en función de los pies cúbicos de la zona caliente y del grupo de instrumentos concreto al que se suscriba.
Consideraciones finales
Existe una amplia gama de termopares en el mercado, cada uno de los cuales se encarga de medir la temperatura en diversos entornos. Al comprender la función que desempeña cada termopar dentro de un sistema, resulta más fácil analizar cómo funciona un termopar determinado, por qué un tipo cuesta más que otro y si conviene o no considerar un tipo alternativo que podría satisfacer mejor sus necesidades de producción.
¿Tienes alguna pregunta general sobre termopares? Envía un correo electrónico. parts@ipsenusa.com.
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