Metales altamente resistentes para una mayor seguridad

La industria automovilística, los parques eólicos o la fabricación de maquinaria demandan en la actualidad aceros altamente resistentes, a partir de los cuales mecanizan piezas estructurales relevantes para la seguridad mediante procesos de endurecimiento por presión. Los fabricantes cada vez exigen un registro y una trazabilidad más precisos de las cantidades de gas y de las atmósferas de los hornos. En colaboración con schwartz GmbH, empresa líder mundial en el ámbito de las instalaciones para tratamiento térmico para el conformado en caliente del acero, aluminio y otros metales no ferrosos, Bürkert ha desarrollado una solución completa compatible con el formato Plug-and-Play para la regulación de la alimentación de los gases en hornos de transportadores de rodillos.

Regulación automatizada de los caudales másicos

En los procesos de endurecimiento por presión, hasta ahora lo más avanzado tecnológicamente consistía en ajustar manualmente las cantidades de gas según las necesidades específicas mediante caudalímetros de cono de vidrio. Con respecto a las exigencias cada vez más estrictas sobre la calidad de los aceros tratados térmicamente y la necesidad de registrar las cantidades de gas y las atmósferas de los hornos, este método ya no se puede seguir aplicando a la práctica. La empresa schwartz GmbH comenzó a buscar una serie de soluciones novedosas orientadas al futuro. El sistema para la regulación de la alimentación de gas funcionaría de forma automática, se comunicaría con el sistema de control principal a través de una interface BUS adecuada, estaría integrada de forma compacta en un armario de distribución, dispondría de las certificaciones necesarias (por ejemplo UL o CSA) y ofrecería la posibilidad de recibir mantenimiento y diagnóstico de forma remota.

Solución compacta a base de armarios de distribución

Bürkert, empresa especializada en fluidos, se planteó este desafío y desarrolló, junto con la empresa schwartz GmbH, un sistema automatizado para la regulación de la alimentación de gases en hornos de transportadores de rodillos. El sistema está diseñado de forma modular, y consta de un armario de distribución por cada zona del horno. En cada uno de ellos hay instalados entre dos y tres reguladores másicos de caudal del Tipo 8746.

El material de base de las chapas de acero endurecidas por presión es un acero al boro templado. En los hornos de austenización, chapas de acero con y sin revestimiento se mantienen a unas temperaturas superiores a la de austenización (aprox. 950 ºC) durante un periodo determinado de tiempo. Los aceros sin revestimiento son tratados en hornos en una atmósfera que contiene una mezcla de gases protectores consistente en nitrógeno y gas natural, con el fin de evitar la formación de incrustaciones y la descarburización de la superficie.

La definición de los caudales máximos en los reguladores de nitrógeno, metano y aire se realiza teniendo en cuenta las dimensiones del horno. La definición de las presiones de entrada se estima a partir de las particularidades del suministro de gas de la instalación. A partir del modelo de proceso del nivel superior, el sistema de control del horno calcula la cantidad de gas necesaria y la transforma en un valor de consigna en cada uno de los respectivos reguladores de caudal másico. Las cantidades de nitrógeno y metano necesarias son dosificadas por un regulador de caudal másico y alimentadas en las respectivas posiciones de alimentación con la proporción de mezcla adecuada.

Regulación precisa de la alimentación de gas

El principio de funcionamiento de los reguladores de caudal másico garantiza una regulación muy fina y precisa: el sensor térmico INLINE del regulador de flujo másico está ubicado directamente en el flujo de gas, lo que hace que se consigan unos tiempos de reacción muy rápidos. Actúa como anemómetro de película caliente en el llamado modo de funcionamiento CTA (anemómetro a temperatura constante).

Un correcto acondicionamiento de la corriente dentro del regulador de caudal másico y una calibración con patrones de caudal de alta calidad garantizan que se pueda derivar la cantidad de gas que circula por unidad de tiempo a partir de la señal primaria con mayor exactitud. El regulador PI integrado y una válvula proporcional Bürkert de efecto directo que ejerce de actuador garantizan una gran sensibilidad de respuesta.

Solución Plug-and-play procedente de un solo proveedor

Además de la gran exactitud que ofrece una regulación independiente de la presión y la temperatura, la nueva solución para la regulación de la alimentación de gases ofrece en la práctica muchas otras ventajas importantes. Por tanto, el sistema completo estandarizado facilita el proceso de pedido y la planificación a los fabricantes de hornos. Además, la solución de regulación preconfigurada se conecta de forma sencilla. Para el suministro de tensión es suficiente con una conexión M12 en cada armario.

Unidad central de control para la comunicación

Incluso la conexión con el sistema de control principal es sencilla. Para ello, se ha equipado uno de los armarios con una unidad de seguridad central que se encarga de la comunicación con los reguladores de caudal másico integrados en todos los armarios. Con la plataforma para equipos EDIP (Efficient Device Integration Platform), Bürkert ha logrado desarrollar una solución práctica. En caso necesario, el usuario puede programar la lógica en la unidad de control del horno sin necesidad de intervenciones adicionales y adaptarlas a procesos y condiciones de operación variables. Los armarios de distribución se conectan al bus de campo de orden superior como un subsistema autónomo. En la aplicación descrita, la unidad de control se comunica a través de Profinet con el PLC del horno, que gestiona y registra los valores de proceso. También es compatible con otros buses de campo y conexiones Ethernet.

Perfectamente preparados para el futuro

Hay muchas otras aplicaciones que se benefician de una regulación automatizada altamente sensible de la alimentación de los gases. Dentro de la «black box» o caja negra se pueden realizar en cualquier momento optimizaciones en el diseño y mejoras en el desarrollo sin tener que realizar intervenciones en el diseño del horno propiamente dicho. No en vano, el subsistema autónomo es muy apreciado, sobre todo, para la regulación de la alimentación de los gases a los hornos de transportadores de rodillos de la empresa schwartz GmbH.

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Mass Flow Controller (MFC)/Mass Flow Meter (MFM) para gases

Tipo 8746

• Rangos de caudal nominal de 20 lN/min a 2500 lN/min (relativo al nitrógeno)
• Gran precisión y repetibilidad en la medición
• Disponibilidad de actuadores de válvula electromagnéticos y electromotores
• Sustitución de dispositivos sencilla gracias a la memoria de configuración
• Opcional: conformidad ATEX II cat. 3G/D o USP clase VI, FDA, CE 1935