Un horno de solera móvil es un sistema térmico de gran tamaño. Los gradientes de temperatura son inevitables, pero pueden controlarse. La Encuesta de Uniformidad de Temperatura (TUS, por sus siglas en inglés) es la prueba que demuestra que la gestión está funcionando.
MONTE INTELLIGENCE realiza pruebas TUS como parte de la puesta en marcha del horno y recomienda repetirlas periódicamente durante toda su vida útil. Este artículo explica los requisitos TUS según la norma AMS 2750F, la más utilizada para equipos de procesamiento térmico en la industria aeroespacial, automotriz y en tratamientos térmicos en general.
La norma AMS 2750F clasifica los hornos según la tolerancia de uniformidad de temperatura. La Clase 1 requiere una uniformidad de ±3 °C, la tolerancia más estricta, utilizada para componentes aeroespaciales críticos como discos de turbina y forjas estructurales. La Clase 2 requiere ±6 °C, el estándar para la mayoría de los tratamientos térmicos aeroespaciales. La Clase 3 requiere ±8 °C. La Clase 4 requiere ±10 °C. La Clase 5 requiere ±14 °C. La Clase 6 requiere ±28 °C, la tolerancia más amplia, utilizada para alivio de tensiones y aplicaciones no críticas.
Para un horno de solera móvil, alcanzar la Clase 2 (±6 °C) es un objetivo exigente pero factible. La Clase 1 (±3 °C) es extremadamente difícil para un horno de este tipo debido a la escala física involucrada: una cámara de horno de 10 metros de longitud presenta gradientes de temperatura inherentes debido a la ubicación del quemador, los patrones de flujo de gases de combustión y la pérdida de calor por la puerta. La Clase 1 TUS en un horno de solera móvil generalmente requiere elementos calefactores eléctricos con un control de zona muy preciso en lugar de quemadores de gas.
El procedimiento TUS, según la norma AMS 2750F, requiere la colocación de una serie de termopares en toda la zona de trabajo del horno. Esta zona es el volumen dentro del cual debe ubicarse la carga para recibir el tratamiento térmico especificado; excluye las áreas cercanas a las paredes, la puerta y la pared posterior, donde es probable que la temperatura sea menos uniforme. En un horno de solera móvil, la zona de trabajo se define generalmente como el volumen que se encuentra a una distancia mínima de 300 mm de las paredes, el techo y la puerta, y a una distancia mínima de 150 mm de la superficie de la solera.
La cantidad de termopares TUS necesarios depende del volumen de la zona de trabajo. Para volúmenes de hasta 0,085 metros cúbicos (3 pies cúbicos), se requieren 9 termopares: uno en cada esquina de una cuadrícula rectangular más uno en el centro. Para volúmenes entre 0,085 y 6,4 metros cúbicos, la cantidad aumenta a una cuadrícula de 4x4x4 o de 15 a 40 termopares, según la relación de aspecto. Para un horno de solera móvil grande con una zona de trabajo de 30 a 50 metros cúbicos, la norma exige una cuadrícula con suficientes termopares para que no haya dos puntos de medición adyacentes separados por más de 0,6 metros.
El conjunto de termopares se monta sobre un bastidor de prueba, una estructura ligera, generalmente de tubos de acero inoxidable, que coloca los termopares en las ubicaciones especificadas sin afectar significativamente el flujo de aire ni la transferencia de calor en el horno. El bastidor de prueba se coloca sobre el vagón, y este se introduce en el horno para realizar la medición.
El estudio se realiza a las temperaturas mínima y máxima de funcionamiento del horno, y normalmente también a una o más temperaturas intermedias. Para un horno con una temperatura nominal de 500 a 1100 °C, el estudio se llevaría a cabo a 500 °C, 800 °C y 1100 °C, lo que equivale a tres ciclos completos. En cada temperatura, una vez que el horno se ha estabilizado (todos los termopares del estudio se encuentran dentro de ±3 °C del punto de ajuste durante 30 minutos), se recopilan datos durante un mínimo de 30 minutos.
El criterio de aceptación es que todos los termopares de medición deben permanecer dentro de la banda de tolerancia de uniformidad especificada durante todo el período de recolección de datos. Si algún termopar se desvía fuera de la tolerancia, la medición falla a esa temperatura. Las mediciones fallidas requieren ajustar los controles del horno (generalmente las compensaciones de temperatura de zona en el controlador) y volver a realizar la prueba.
El ajuste de la compensación de temperatura de zona es la herramienta principal para mejorar la uniformidad. Si el TUS muestra que la parte frontal del horno (cerca de la puerta) funciona 8 °C más fría que el punto de ajuste, mientras que la parte posterior funciona a la temperatura de ajuste, el controlador de la zona frontal se puede programar con una compensación de +8 °C. Después del ajuste, se vuelve a ejecutar el TUS para verificar la mejora. La mayoría de los hornos pueden lograr una uniformidad de Clase 2 con un ajuste adecuado de la compensación de zona, incluso si la inspección inicial muestra ±10 °C o peor.
El intervalo de inspección depende de la clase del horno y de la criticidad del trabajo. Para hornos de Clase 2 que procesan componentes aeroespaciales, la inspección TUS debe repetirse cada 6 meses según la norma AMS 2750F. Para hornos de Clase 4 que procesan tratamientos térmicos comerciales, la inspección anual es lo habitual. Cualquier modificación importante del horno (sustitución del quemador, actualización del sistema de control, renovación del revestimiento refractario) requiere una inspección de recalificación.
La relación entre TUS y SAT (Prueba de Precisión del Sistema) suele generar confusión. La TUS mide la distribución de temperatura en toda la zona de trabajo. La SAT mide la precisión de los termopares de control y registro del horno con respecto a una referencia calibrada. Ambas pruebas son obligatorias para cumplir con la norma AMS 2750, pero tienen propósitos diferentes. Un horno puede superar la SAT (el termopar de control registra la temperatura con precisión) pero no superar la TUS (algunas partes de la zona de trabajo presentan temperaturas demasiado altas o demasiado bajas en relación con el punto de control).
La documentación es el resultado de una prueba de aceptación técnica (TUS). El informe de la prueba debe incluir la identificación del horno, la fecha de la prueba, las temperaturas registradas, un diagrama que muestre la ubicación de los termopares, los datos brutos de temperatura de todos los termopares durante todo el período de recolección de datos, la uniformidad de temperatura calculada y una determinación de aprobado/reprobado. Este informe forma parte del registro de calidad del horno y se revisa durante las auditorías de los clientes y la acreditación NADCAP.
MONTE INTELLIGENCE incluye la inspección térmica inicial como parte de la puesta en marcha del horno y puede proporcionar servicios de inspección periódica. También suministramos los accesorios de montaje de termopares, los sistemas de adquisición de datos y el software de generación de informes.
Para servicios TUS o asistencia para la puesta en marcha de hornos, póngase en contacto con helenxu@cnlymonte.com.
