Di Craig Moller, ingegnere capo di Ipsen USA
L'isolamento speciale gioca un ruolo chiave nell'aiutare forni a vuoto funzionare in modo efficiente e produrre risultati costanti. Si tratta di un componente nascosto del forno che può fare una grande differenza nei tempi di inattività della pompa, aiuta a garantire che il forno possa raggiungere e mantenere la temperatura in modo affidabile ogni volta e protegge il resto del forno dal calore intenso all'interno della zona calda.
Quando si osserva una sezione trasversale di una zona calda isolata con grafite, si può trovare una delle due varietà di materiali: pannello di grafite o feltro di grafite. Questi materiali sono spesso protetti da una faccia calda costituita da una lamina di grafite o da un foglio di carbonio rinforzato con fibra di carbonio (noto anche come "foglio di carbonio-carbonio").



Il pannello di grafite a 1150 °C ha 0,25 W/mK. Il feltro di grafite a 1150 °C ha 0,14 W/mK. Pertanto, il feltro di grafite ha 0,11 W/mK in meno rispetto al pannello di grafite, o 44% in meno di perdita di calore dovuta alla riduzione della conduttività termica.
(W/mK, o watt per metro Kelvin, è l'unità che misura il tasso di trasferimento del calore attraverso un materiale).
Per molti anni, le sezioni trasversali dell'isolamento dei forni Ipsen contenevano spesso un pannello di grafite da 1" e due sezioni da ½" di feltro di grafite tra il lato caldo e il plenum. Un sottile strato di foglio di grafite proteggeva il lato caldo. La lamina di grafite e il pannello lavoravano insieme per fungere da strato rigido progettato per resistere ai danni causati da piccole parti che cadono nella zona calda durante le operazioni di carico e scarico.
Se si osserva un nuovo forno a vuoto Ipsen, si noterà che i nostri standard sono cambiati. I forni Ipsen di oggi vengono offerti con quattro strati di feltro di grafite da ½" dietro un sottile strato di lastre di carbonio-carbonio. Se necessario, in alcuni forni Ipsen è possibile installare uno scudo in carbonio-carbonio sul bordo anteriore della zona calda per prevenire i danni causati dall'erosione del vento.
I gestori di forni che cercano una zona calda sostitutiva sono spesso incoraggiati a passare a un pacchetto di isolamento della zona calda interamente in feltro, anche se su richiesta del cliente è possibile fornire una zona calda in cartoncino e feltro. Molti utenti si chiedono: perché cambiare?
Il caso dell'isolamento in feltro integrale
L'isolamento termico funziona meglio quando la densità è minore: un isolamento a bassa densità è più efficace nel limitare il trasferimento di energia termica rispetto ai materiali a densità più elevata. Sebbene il pannello di grafite sia progettato per essere poroso, gli spazi vuoti più ampi nel materiale simile al tessuto del feltro di grafite riducono notevolmente il trasferimento di energia termica per conduzione. In questo modo, il feltro consente a un flusso di calore inferiore di raggiungere il plenum e la parete fredda della camera, proteggendo entrambi in modo più efficace.
E la differenza è significativa. Confrontando l'uso di una combinazione di pannelli e feltro con una soluzione interamente in feltro, i nostri ingegneri hanno osservato che c'è circa una 10% aumento complessivo della perdita di calore per un isolamento in feltro da 1" più un pannello da 1". rispetto a una configurazione simile che utilizza esclusivamente 2" di feltro di grafite.
La differenza complessiva di 10% nella perdita di calore si riferisce alla riduzione della perdita totale di calore attraverso l'intera zona calda. Il miglioramento dell'isolamento termico di 44% che l'isolamento in feltro offre fa una grande differenza nella perdita di calore, ma non racconta l'intera storia.
La perdita di calore è causata da due fattori: 1) la conduzione del calore attraverso l'isolamento e 2) la conduzione del calore lungo le penetrazioni (ganci degli elementi, bocchette di raffreddamento, montanti del focolare) attraverso l'isolamento. In linea di massima, la perdita di calore attraverso l'isolamento costituisce circa 60% della perdita di calore totale, mentre la perdita di calore lungo le penetrazioni costituisce le altre 40%.
Si tenga inoltre presente che il nuovo standard sostituisce solo 1" di isolamento in pannelli con feltro di qualsiasi spessore.
Il feltro di grafite ha anche un'elasticità sufficiente per resistere all'espansione termica e si è dimostrato più facile da mantenere. Per sostituire il feltro è sufficiente rimuovere la superficie calda in fibra di carbonio, tagliare il feltro danneggiato con un paio di forbici o un taglierino e sostituire la sezione con un nuovo pezzo di feltro tagliato a misura. Inoltre, è più facile manovrare il feltro intorno ai punti di montaggio e agli ugelli. Un utensile da taglio portatile consente di effettuare tagli precisi intorno ai punti di ingresso durante l'installazione. Un rotolo di feltro di grafite da tenere a portata di mano può essere utilizzato per le riparazioni di emergenza.
L'espansione e la contrazione termica possono occasionalmente causare la comparsa di crepe in alcune sezioni del pannello di grafite. Col tempo, queste crepe possono crescere fino a rendere necessaria la sostituzione del pannello. Poiché il pannello di grafite è un materiale più rigido e denso, deve essere lavorato con cura per adattarsi al pezzo da sostituire.
Le fibre intrecciate del foglio di carbonio-carbonio lo rendono molto più resistente alla lacerazione e alla fragilità rispetto alla lamina, mentre la comprimibilità del feltro è migliore nell'assorbire lo shock della caduta e del ritorno. Le tavole sono anche più soggette all'erosione del vento nelle fessure e nei fori, con un effetto negativo sulla longevità della tavola.

Siete pronti per una nuova zona calda?
Saprete che è giunto il momento di considerare la sostituzione della vostra vecchia zona calda in feltro e cartone con una nuova zona calda interamente in feltro se:
- Il forno non pompa più efficacemente verso il basso
- È difficile raggiungere i set point che si raggiungevano regolarmente a temperature più elevate.
- Il livello di potenza costante è aumentato rispetto a quando l'area calda era nuova.
- Si notano punti caldi all'esterno del forno
- Il vostro forno non funziona Indagini sull'uniformità della temperatura
- Si nota una contaminazione da grafite sulle superfici delle parti
- Oppure si notano crepe ed erosione dei pannelli isolanti in grafite.
Per ottenere un preventivo per una nuova zona calda o per riparare la zona calda attuale, contattare il Servizio Clienti Ipsen al numero 844-464-7736 o inviando un'e-mail a retrofits@ipsenusa.com.
Riepilogo dei vantaggi di un
zona calda interamente in feltro:
- Riduzione del consumo energetico
- Riduzione della perdita di calore
- Migliore uniformità
- Rampa più veloce
- Un più stretto controllo del processo
- Meno particolato carbonioso nel tempo
- Minori costi di manutenzione
- Più facile da mantenere
Tutto ciò porta a un maggiore ritorno sull'investimento.
Per ulteriori consigli utili, visitate il nostro Pagina Chiedi all'esperto.