Nell’industria aerospaziale, i forni industriali sono una parte vitale nel processo di produzione e ristrutturazione delle parti. Che si tratti di ricottura del metallo per rafforzare la parte e alleviare lo stress, essiccazione della vernice e polimerizzazione dei compositi, o de-infragilimento della parte per ammorbidire e riabilitare i componenti nella manutenzione e riparazione, porre le domande giuste può essere la chiave per un funzionamento efficiente e a basso costo dei forni industriali aerospaziali.
1. Cosa devo sapere sull’uso di energia del forno industriale?
Per circa 100 anni, il gas naturale è stato utilizzato per riscaldare forni industriali. Tradizionalmente, l’aria veniva messa in un bruciatore e soffiata all’altra estremità del forno con ventilatori o soffiatori. L’aria calda circondava il prodotto qualunque fosse la sua dimensione o forma, che alla fine veniva riscaldato alla temperatura media del forno. In generale, i forni industriali possono riscaldare il prodotto fino a circa 1.000 F, con temperature di esercizio tipiche nell’intervallo di circa 180 F, 450 F e 500 F.
Il gas con aria riscaldata e circolata, noto come convezione, è buono per riscaldare velocemente un intero forno e per riscaldare prodotti di forma irregolare, in particolare in lotti, poiché l’aria entra nei suoi angoli e fessure. Ma molta energia viene persa riscaldando l’intero forno, dall’aria riscaldata che esce dalla parte anteriore o posteriore del forno e dall’alimentazione dei suoi ventilatori o soffiatori. Anche con bruciatori modulanti il riscaldamento a gas è essenzialmente un processo all-on o all-off, che è inefficiente poiché il riscaldamento dell’intero forno è richiesto anche per piccole parti.
2. Qual è la forma più efficiente di calore del forno industriale?
Mentre le persone assumono forni industriali alimentati a gas costano meno di elettrico, elettrico può effettivamente essere più economico e più efficiente. Oggi uno dei modi più efficienti per riscaldare un forno industriale è con energia elettrica invisibile a infrarossi, che non richiede il riscaldamento dell’intero forno e non ha ventilatori, soffiatori o parti mobili, quindi è totalmente silenzioso. L’energia infrarossa si verifica all’interno dello spettro elettromagnetico che trasmette calore quando il prodotto assorbe la luce, che è invisibile in quanto è al di sotto dello spettro della luce visibile.
“Il gas è come un drago sputafuoco; fa caldo in questo momento, ma manca l’efficienza energetica, la finezza e il controllo dell’infrarosso elettrico”, afferma Jesse Stricker, presidente di Intek Corp., un designer e produttore di forni industriali, riscaldatori, elementi riscaldanti, sistemi di controllo dei processi e attrezzature per la movimentazione dei materiali. “L’infrarosso elettrico è particolarmente efficace su superfici esposte come l’essiccazione di vernici e compositi di polimerizzazione, e per sistemi di processo termico in linea industriali continui come nastri trasportatori o monorotaia.”
A causa dell’efficienza energetica dell’infrarosso elettrico, è stato adottato anche per applicazioni di riscaldamento degli ambienti. Ad esempio, alcuni dei nostri riscaldatori elettrici a infrarossi possono funzionare con soli 700 watt, ma forniscono lo stesso calore utilizzabile di un’unità convenzionale da 1500 watt che utilizza un ventilatore, un ventilatore e bobine di riscaldamento. 700 watt sono circa la metà della potenza richiesta di un asciugacapelli standard. Poiché il basso wattaggio assorbe meno corrente, collegare più riscaldatori è meno probabile che scattino interruttori elettrici, che è un problema comune con riscaldatori meno efficienti.
Uno dei modi più semplici per ridurre il fabbisogno energetico del forno industriale, focalizzare il calore e ottimizzare le prestazioni è con riscaldatori a infrarossi elettrici modulari a zone. Come i blocchi Lego, questi moduli di riscaldamento a infrarossi elettrici, in genere in dimensioni 12″ x 24″, 12″ x 36″ o 12″ x 48″, diventano elementi strutturali del forno. Poiché alcuni includono ganci integrati, staffe di montaggio e connessioni a filo, possono essere progettati per funzionare individualmente per piccole aree, collegati insieme per aree più grandi e possono essere appesi a soffitto o montati a parete per un riscaldamento efficace.
I forni a nastro trasportatore o i forni a nastro monorotaia spesso utilizzati nel settore aerospaziale possono anche fornire un altro elemento di controllo. Le singole zone di calore possono essere dotate di controlli separati, consentendo un riscaldamento maggiore e più coerente del prodotto su base automatica e a mani libere.
“Se un’azienda aerospaziale sta riscaldando un componente più piccolo, non è necessario riscaldare l’intero forno”, afferma Stricker. “Invece, è più efficiente riscaldare solo le zone di calore necessarie del forno.”
“Per la massima efficienza e flessibilità del forno, i riscaldatori elettrici a infrarossi possono fornire zone di riscaldamento quasi illimitate che possono essere accese o spente secondo necessità”, spiega. “Dall’alto verso il basso, dall’alto verso il basso, ogni piede in un percorso del forno trasportatore può essere suddiviso in zone per la massima efficienza di riscaldamento del processo continuo, monitorata da una termocoppia in ogni zona. Per adattarsi alle singole parti che attraversano il forno ora per ora, i controller intelligenti possono essere utilizzati per garantire la tolleranza alla temperatura e la coerenza.”
Un altro vantaggio del riscaldamento a infrarossi elettrico è che è molto preciso e regolabile, il che può aiutare a fornire le tolleranze di temperatura strette spesso richieste nel settore aerospaziale. Poiché la lunghezza d’onda infrarossa correla con la temperatura e l’energia assorbe in ogni prodotto a determinate lunghezze d’onda, i produttori possono regolare il calore per abbinare la lunghezza d’onda di un substrato nel forno per una maggiore efficienza energetica e prestazioni del forno.
3. Come posso ottimizzare la progettazione del forno per il mio processo industriale?
Gli acquirenti spesso guardano ai forni industriali” standard”, ma la maggior parte finisce con una sorta di soluzione personalizzata per soddisfare le loro esigenze specifiche, sia per una copertura più alta o più ampia, sia per elementi riscaldanti con valori di tensione o wattaggio speciali. Fortunatamente, tali miglioramenti di progettazione possono spesso essere raggiunti con infrarossi elettrici per poco o nessun costo aggiuntivo.
Gli elementi riscaldanti personalizzati possono essere utilizzati per migliorare le prestazioni del forno industriale. Ad esempio, gli elementi riscaldanti in vetro o ceramica possono essere utilizzati per applicazioni ad alto calore, gomma siliconica flessibile per temperature più basse, profondità dell’alloggiamento aumentata per consentire un isolamento aggiuntivo o isolamento dell’alloggiamento a doppia parete utilizzato per l’installazione a parete.
Nell’industria aerospaziale, alcuni progettisti e costruttori di forni personalizzati possono persino combinare i tipi di forno, come la convezione del gas e l’infrarosso elettrico con buoni risultati. Poiché il calore aumenta, i forni tipici sono più caldi nella parte superiore rispetto al fondo, il che può essere una preoccupazione nell’industria aerospaziale dove sono richieste tolleranze costantemente strette.
“Mentre molte aziende aerospaziali specificano ancora forni a convezione a gas, più stanno aggiungendo infrarossi elettrici per controllare le zone di temperatura del loro forno in modo indipendente”, afferma Stricker. “Per bilanciare la temperatura tutte le aree del forno entro un grado o due, ad esempio, possono essere utilizzate per riscaldare il fondo del forno più della sua cima.”
4. Devo comprare un nuovo forno se il mio è inefficiente o sottoperformante?
Una volta che un forno industriale supera la sua vita utile, perde efficienza che può aumentare i costi, ritardare la produzione o compromettere la qualità del prodotto. Ma prima di sostituire l’intero forno con una nuova unità, considerare innanzitutto se funzionerà un retrofit o un aggiornamento del forno.
A volte le riparazioni possono essere semplici come l’installazione di parti di ricambio necessarie come isolamento ad alta temperatura, morsettiere in porcellana, controlli del calore o elementi riscaldanti.
Anche quando la riparazione è più estesa, la soluzione può essere notevolmente meno costosa rispetto all’acquisto di un nuovo forno.
“L’aggiornamento dei riscaldatori o degli elementi riscaldanti per forni industriali può spesso aumentare le prestazioni del forno rispetto alle specifiche originali o addirittura migliorarle”, afferma Stricker. “Alcuni produttori di forni progettano moduli che risolveranno un problema di prestazioni, ma sono abbastanza facili per l’autoinstallazione. È anche possibile passare da una tecnologia più vecchia come la convezione del gas a una moderna come l’infrarosso elettrico.”
Quando riparare, adattare o aggiornare un forno industriale non è più un modo economico per migliorarne le prestazioni, è ora di acquistare un nuovo forno.
Intek Corp. ha sede a Union, Mo. Per maggiori informazioni visi www.intekcorp.com.
Del Williams è uno scrittore tecnico con sede a Torrance, CA.