En la industria aeroespacial, los hornos industriales son una parte vital en el proceso de fabricación y renovación de piezas. Ya se trate de recocido de metal para fortalecer la pieza y aliviar el estrés, secado de pintura y curado de compuestos, o des-fragilización de piezas para suavizar y rehabilitar componentes en mantenimiento y reparación, hacer las preguntas correctas puede ser la clave para un funcionamiento eficiente y de bajo costo de los hornos industriales aeroespaciales.
1. ¿Qué necesito saber sobre el uso de energía en hornos industriales?
Durante aproximadamente 100 años, el gas natural se ha utilizado para calentar hornos industriales. Tradicionalmente, el aire se colocaba en un quemador y se soplaba al otro extremo del horno con ventiladores o soplantes. El aire caliente rodeaba el producto, independientemente de su tamaño o forma, que finalmente se calentaba a la temperatura promedio del horno. En general, los hornos industriales pueden calentar el producto hasta aproximadamente 1,000 F, con temperaturas de funcionamiento típicas en el rango de aproximadamente 180 F, 450 F y 500 F.
El gas con aire calentado y circulado, conocido como convección, es bueno para calentar rápidamente un horno entero y para calentar productos de forma irregular, particularmente en lotes, ya que el aire entra en sus rincones y grietas. Pero se pierde mucha energía al calentar todo el horno, del aire caliente que sale de la parte delantera o trasera del horno y de la alimentación de sus ventiladores o sopladores. Incluso con quemadores moduladores, el calentamiento con gas es esencialmente un proceso de encendido o apagado total, que es ineficiente, ya que se requiere calentar todo el horno incluso para piezas pequeñas.
2. ¿Cuál es la forma más eficiente de calor de horno industrial?
Mientras que la gente asume que los hornos industriales a gas cuestan menos que la electricidad, la electricidad en realidad puede ser más barata y más eficiente. Hoy en día, una de las formas más eficientes de calentar un horno industrial es con energía eléctrica infrarroja invisible, que no requiere calentar todo el horno y no tiene ventiladores, sopladores ni partes móviles, por lo que es totalmente silencioso. La energía infrarroja se produce dentro del espectro electromagnético que imparte calor cuando el producto absorbe la luz, que es invisible ya que está por debajo del espectro de luz visible.
» El gas es como un dragón que respira fuego; se calienta en este momento, pero carece de la eficiencia energética, la delicadeza y el control del infrarrojo eléctrico», dice Jesse Stricker, presidente de Intek Corp., un diseñador y fabricante de hornos industriales, calentadores, elementos de calefacción, sistemas de control de procesos y equipos de manejo de materiales. «El infrarrojo eléctrico es particularmente eficaz en superficies expuestas, como el secado de pintura y el curado de materiales compuestos, y para sistemas de procesos térmicos en línea industriales continuos, como cintas transportadoras o monorraíles.»
Debido a la eficiencia energética del infrarrojo eléctrico, también se ha adoptado para aplicaciones de calefacción de espacios. Por ejemplo, algunos de nuestros calentadores infrarrojos eléctricos pueden funcionar con solo 700 vatios, pero proporcionan el mismo calor utilizable que una unidad convencional de 1500 vatios que utiliza un ventilador, un soplador y bobinas de calefacción. 700 vatios es aproximadamente la mitad de la potencia requerida de un secador de pelo estándar. Dado que la baja potencia consume menos corriente, es menos probable que enchufar varios calentadores provoque el disparo de disyuntores eléctricos, lo cual es un problema común con calentadores menos eficientes.
Una de las formas más fáciles de reducir los requisitos de energía de los hornos industriales, enfocar el calor y optimizar el rendimiento es con calentadores infrarrojos eléctricos modulares zonificados. Al igual que los bloques de Lego, estos módulos calefactores eléctricos infrarrojos, típicamente de 12″ x 24″, 12″ x 36″ o 12″ x 48″, se convierten en miembros estructurales del horno. Debido a que algunos incluyen perchas integradas, soportes de montaje y conexiones de cables, pueden diseñarse para funcionar individualmente en áreas pequeñas, agruparse para áreas más grandes y pueden colgarse en el techo o montarse en la pared para una calefacción efectiva.
Los hornos de cinta transportadora o los hornos de cinta transportadora monorriel que se utilizan a menudo en la industria aeroespacial también pueden proporcionar otro elemento de control. Se pueden proporcionar zonas de calor individuales con controles separados, lo que permite un calentamiento mayor y más consistente del producto de forma automatizada y sin manos.
«Si una empresa aeroespacial está calentando un componente más pequeño, no es necesario calentar todo el horno», dice Stricker. «En cambio, es más eficiente calentar solo las zonas de calor necesarias del horno.»
«Para la mayor eficiencia y flexibilidad del horno, los calentadores eléctricos de infrarrojos pueden proporcionar zonas de calentamiento casi ilimitadas que se pueden encender o apagar según sea necesario», explica. «De arriba a abajo, de adelante hacia atrás, cada pie de la trayectoria de un horno transportador se puede zonificar para lograr la máxima eficiencia de calentamiento continuo del proceso, supervisado por un termopar en cada zona. Para adaptarse a las piezas individuales que pasan por el horno hora a hora, también se pueden utilizar controladores inteligentes para garantizar la tolerancia a la temperatura y la consistencia.»
Otra ventaja de la calefacción infrarroja eléctrica es que es muy precisa y ajustable, lo que puede ayudar a proporcionar las estrechas tolerancias de temperatura que a menudo se requieren en el sector aeroespacial. Dado que la longitud de onda infrarroja se correlaciona con la temperatura y la energía absorbida en cada producto en ciertas longitudes de onda, los fabricantes pueden ajustar el calor para que coincida con la longitud de onda de un sustrato en el horno para una mayor eficiencia energética y rendimiento del horno.
3. ¿Cómo puedo optimizar el diseño del horno para mi proceso industrial?
Los compradores a menudo buscan hornos industriales «estándar», pero la mayoría terminan con algún tipo de solución personalizada para adaptarse a sus requisitos específicos, ya sea para una cobertura más alta o más amplia, o elementos de calefacción con clasificaciones especiales de voltaje o potencia. Afortunadamente, estas mejoras de diseño a menudo se pueden lograr con infrarrojos eléctricos por poco o ningún costo adicional.
Se pueden utilizar elementos de calentamiento personalizados para mejorar el rendimiento del horno industrial. Por ejemplo, los elementos calefactores revestidos de vidrio o cerámica se pueden usar para aplicaciones de alta temperatura, caucho de silicona flexible para temperaturas más bajas, profundidad de carcasa aumentada para permitir un aislamiento adicional o aislamiento de carcasa de doble pared utilizado para la instalación en la pared.
En la industria aeroespacial, algunos diseñadores y constructores de hornos personalizados pueden incluso combinar tipos de hornos, como la convección de gas y el infrarrojo eléctrico con buenos resultados. Debido a que el calor aumenta, los hornos típicos son más calientes en la parte superior que en la inferior, lo que puede ser una preocupación en la industria aeroespacial, donde se requieren tolerancias consistentemente ajustadas.
«Si bien muchas empresas aeroespaciales todavía especifican hornos de convección de gas, más están agregando infrarrojos eléctricos para controlar las zonas de temperatura de sus hornos de forma independiente», dice Stricker. «Para equilibrar la temperatura de todas las áreas del horno dentro de un grado o dos, por ejemplo, se pueden usar para calentar el fondo del horno más que su parte superior.»
4. ¿Tengo que comprar un horno nuevo si el mío es ineficiente o de bajo rendimiento?
Una vez que un horno industrial supera su vida útil, pierde eficiencia, lo que puede aumentar los costos, retrasar la producción o comprometer la calidad del producto. Pero antes de reemplazar todo el horno con una unidad nueva, primero considere si una modernización o actualización del horno funcionará.
A veces, las reparaciones pueden ser tan simples como instalar las piezas de repuesto necesarias, como aislamiento de alta temperatura, bloques de terminales de porcelana, controles de calor o elementos calefactores.
Incluso cuando la reparación es más extensa, la solución puede ser considerablemente menos costosa que comprar un horno nuevo.
«Actualizar los calentadores o elementos de calefacción industriales a menudo puede aumentar el rendimiento del horno a sus especificaciones originales o incluso mejorarlos», dice Stricker. «Algunos fabricantes de hornos diseñan módulos que solucionarán un problema de rendimiento, pero que son lo suficientemente fáciles para la autoinstalación. También es posible actualizar de una tecnología más antigua como la convección de gas a una moderna como el infrarrojo eléctrico.»
Cuando reparar, adaptar o actualizar un horno industrial ya no es una forma rentable de mejorar su rendimiento, es hora de comprar un horno nuevo.
Intek Corp tiene su sede en Union, MO. Para más información visi www.intekcorp.com.
Del Williams es un escritor técnico con sede en Torrance, CA.