Medición de la temperatura de fundición del hierro y el acero
La fundición del hierro y el acero permite fabricar muchos de los artículos que nos rodean en nuestro día a día. La fundición de hierro se suele usar para las bocas de incendios, carcasas de bombas, tapas de registros y alcantarillas, componentes de la su
La fundición del hierro y el acero permite fabricar muchos de los artículos que nos rodean en nuestro día a día.
La fundición de acero se suele usar para engranajes de piñones, carcasas de válvulas, poleas, ruedas de trenes, juntas universales, rodillos, cigüeñales, maquinaria de construcción y muchos otros productos. El hierro o el acero de esos productos pueden volver a cobrar vida, como mezclas de materiales de desechos con aditivos que permiten ajustar la mezcla de la aleación. Estos materiales se funden después en grandes cantidades en hornos de cúpula o en hornos de fundición eléctricos. Una vez se alcanza la temperatura de fundición deseada, el contenido se vuelca en una cuchara y después en distintos tipos de moldes. Tras la solidificación, se extrae el molde o se rompe para dejar salir el producto.
La temperatura del metal líquido es crítica para la calidad de la fundición. Por lo general, si las temperaturas del metal fundido son demasiado bajas, la calidad de la fundición se ve negativamente afectada, y
eso resulta en moldes parcialmente llenos, grietas y espacios vacíos. Si la temperatura es demasiado alta, pueden producirse defectos en la fundición como la contracción de la parte final o grietas.
Las temperaturas excesivas también pueden provocar un desgaste del refractario acelerado en los hornos y en las cucharas. En esa situación, los costes de energía serán más altos y se desperdiciará tiempo de producción esperando a que el metal se enfríe y alcance la temperatura correcta.
Es necesario medir con precisión las temperaturas del metal fundido varias veces durante el proceso de producción para optimizar el ahorro de energía, aumentar al máximo la vida refractaria y mejorar la calidad de los productos.
¿Cómo se miden las temperaturas en el metal líquido?
Tradicionalmente las fundiciones han empleado termopares desechables que se colocan en una lanza que se sujeta con la mano y que tienen bien un dispositivo de lectura en el extremo por donde lo sujeta el operario o están conectados con un cable largo a una pantalla LED pegada a la pared. Estas lanzas suelen tener distintos tamaños y varían entre uno y dos metros, dependiendo del uso requerido.
Las sondas suelen llevar un termopar desechable ultrafino en la punta, que permite reducir los costes y obtener respuestas más rápidas. Pero a cambio, la punta suele durar solo una o dos mediciones antes de quedar inutilizable. El coste de las puntas de termopares desechables puede variar de menos de 50 céntimos a poco más de un dólar cada uno.
Mediciones de temperatura por inmersión
Puntos positivos: La inversión inicial es baja. Los costes de las puntas también son bajos. La punta realiza una lectura rápida. Puntos negativos:
El operario debe situarse cerca del metal fundido para realizar la lectura. Existen riesgos para la seguridad por salpicaduras, derrames y chispas.
Los cables pueden dañarse fácilmente y existe el riesgo posible de tropiezo.
El funcionamiento con dos manos puede resultar un riesgo para la seguridad.
La longitud y peso de la lanza hacen que la medición resulte compleja.
El termopar ofrece distintas mediciones de temperatura dependiendo de cuánto introduzca el operario la punta en el metal.
Si una punta resiste y puede utilizarse para una segunda vez, la respuesta y precisión pueden verse afectadas.
El coste de las puntas desechables va aumentando con los meses y los años.
¿Qué alternativas existen?
Cubiertas con termopares Se han realizado algunos trabajos con cubiertas con termopares cerámicas (vainas) para proteger al termopar y su unión y aumentar su vida y uso. Es cierto que la cubierta aumenta la protección y amplía la vida del dispositivo de medición. Pero también es la cubierta más cara y ralentiza bastante el tiempo de respuesta de las mediciones. Si el termopar forma parte de un dispositivo portátil, el operario puede tener que permanecer en el lugar de medición un periodo de tiempo más largo. Además es necesario escoger bien las cubiertas para evitar daños por choque térmico.
Cubiertas con termómetros de radiaciones Las cubiertas de termopares opacas también se han empleado junto con termómetros de radiaciones/ infrarrojos. En esos casos, el tubo se sumerge y el termómetro de infrarrojos ve la superficie interior de la punta del tubo. Esta modalidad tiene la ventaja de que dura más, en comparación con un termopar, pero la lectura sigue siendo lenta porque la cubierta tiene que permanecer más tiempo sumergida para obtener la temperatura del metal.
Termómetros de radiaciones (también conocidos como pirómetros), termómetros de infrarrojos, termómetros sin contacto Los termómetros de radiaciones, de infrarrojos y sin contacto se han empleado para determinar la temperatura en la superficie de los metales antes de verterlos y para medir la temperatura en el flujo del metal líquido. Para las mediciones en la cuchara, es necesario tener cuidado para que no haya espuma o desechos en la superficie y el operario pueda ver la superficie del metal limpia antes de tomar la medición. Para medir la temperatura del flujo, el flujo debe superar los 29 mm (1,15 pulgadas).
La emisividad de un flujo puede variar ligeramente según el contenido de la aleación y según varíe la geometría de su superficie durante el vertido. En ocasiones una superficie puede ser cóncava y en otras ocasiones plana o convexa dado que la forma del flujo no para de cambiar. Una forma cóncava puede resultar en un valor de emisividad de la superficie efectiva más alto que en una parte plana o convexa.
Algunos termómetros de radiaciones emplean un diseño de promedios, donde el promedio de dos señales de detectores de infrarrojos es la medida de la temperatura. Inicialmente parece que este diseño funciona, especialmente en flujos estrechos que podrían llenar solo parcialmente el campo de visión de un termómetro.
Sin embargo, en la práctica estos termómetros tienen otros problemas que hacen que sean poco ideales. Las especificaciones sobre la precisión son inferiores en comparación con diseños monocromáticos de longitud de onda corta. Además, el diseño de proporciones tiene tendencia a bloquearse en temperaturas más altas
en el punto de medición objetivo visualizado. Como resultado, el termómetro tiende a ofrecer una lectura falsamente alta. Otras anomalías similares que pueden provocar este efecto son las secciones cóncavas en la superficie del flujo o chispas brillantes que pueden aparecer intermitentemente en la vista del termómetro. El diseño de promedios también asume que los valores de emisividad en las dos longitudes de onda operativas son las mismas o cambian a la misma velocidad que las otras.
Por el contrario, los termómetros infrarrojos monocromáticos tienen especificaciones de precisión muy altas y tienen campos de visión muy reducidos, lo que permite orientarlos fácilmente en los flujos de metal líquido.
Con un termómetro infrarrojo de longitud de onda larga o un captador de imágenes térmicas que opere entre 8 y 14m, una diferencia del 10 % en los resultados de la emisividad de los materiales resulta en un cambio del 8 al 10 % en la lectura de temperatura del instrumento. Esto no sería una buena opción para los flujos de metal fundido.
Al seleccionar un termómetro infrarrojo con longitud de onda corta de 1m, un cambio aparente efectivo del 10 % en la emisividad de la superficie solo resulta en un cambio aproximado del 1 % en la lectura de la temperatura por la relación no muy lineal entre la energía y la temperatura en esa longitud de onda corta. La selección de una longitud de onda aún más corta de 0,55m en el espectro visible aprovecha más esta ventaja, y un cambio del 10 % en los resultados de la emisividad del metal resulta en un cambio inferior al 0,6 % en la lectura de la temperatura.
Junto a esta ventaja, los valores de emisividad nativos del hierro y el acero fundidos también son más altos con longitudes de onda más cortas. Por ejemplo, el hierro fundido suele tener un valor de emisividad de en torno al 0,1 en longitudes de onda largas de entre 8 y 14m, que son las que suelen usar las cámaras de imágenes térmicas portátiles. Con un termómetro infrarrojo monocromático de longitud de onda corta de 1,0m, el valor de emisividad efectivo del metal fundido será muy superior en 0,35.
Si vamos más allá, si un usuario escoge un termómetro infrarrojo de longitud de onda muy corta que opere en el espectro visible con una longitud de onda de 0,55m, la emisividad del metal será mucho mayor, incrementándose casi un 30 % hasta un valor de 0,45. Ver Imagen 1.
La combinación de una respuesta no muy lineal a los cambios en la emisividad y unos valores de emisividad de los metales más altos ofrece una precisión más significativa para estos termómetros con longitud de onda muy corta.
Las ventajas de usar un termómetro manual de longitud de onda muy corta:
Medición desde hasta 5 metros de distancia, lo que supone un entorno mucho más seguro para el operario.
Operación con una mano, por lo que resulta más seguro en los lugares en los que el operario necesite una mano para apoyarse.
Visualización a través de la lente: fácil y preciso.
Velocidad de respuesta en tan solo 0,8 segundos.
Lectura de temperatura digital en el visor: buscar y medir al mismo tiempo.
Adaptador ocular opcional que permite un uso sencillo cuando lleve gafas protectoras o casco con visera.
Transferencia de datos inalámbrica por Bluetooth. Sin cables que puedan dañarse o que provoquen tropiezos.
Ligero: fácil de usar durante periodos de tiempo más largos.
Diseño ergonómico que hace que el termómetro resulte intuitivo y fácil de usar.
Lecturas consistentes a partir de la medición de la temperatura de la misma superficie.
Algoritmo de medición de Meltmaster que ignora el humo y las chispas brillantes.
Medición sin contacto que no interrumpe ni contamina el proceso de fundición.
Carcasa de termómetro resistente y funda de protección contra el calor que permiten soportar los duros entornos de las fundiciones.
Sin puntas desechables, para ahorrar costes que hacen que se
amortice el pirómetro en pocos meses.
Menos costes de funcionamiento con una mejor calidad de las fundiciones.
AMETEK Land, líder en mediciones térmicas sin contacto, ha combinado las últimas tecnologías en medición con longitud de onda ultracorta con sus más de 55 años de experiencia en la industria del hierro y el acero para desarrollar instrumentos de medición de temperatura sin contacto que resultan precisos, fiables y fáciles de usar y ofrecen velocidades de respuesta rápidas.
Diseñados específicamente para la industria de las fundiciones, el Cyclops Meltmaster 055L se ha diseñado para sustituir a los sistemas con termopar de inmersión desechables. El Cyclops Meltmaster 055L es más seguro, ofrece lecturas más homogéneas, independientemente del operario, y reduce los costes.
El Meltmaster 055L se puede emplear para medir la temperatura del metal fundido en un horno de fundición o durante el vertido, sin interrumpir o contaminar el proceso y mejorando la calidad de la fundición. Diseñado específicamente para fundiciones, es el instrumento más novedoso, seguro y preciso para medir la temperatura en metales fundidos.
AMETEK Land (www.landinst. com) es una unidad de negocio de AMETEK, Inc., fabricante global de instrumentos electrónicos y dispositivos electromecánicos. AMETEK Land diseña y fabrica una amplia variedad de instrumentos para mediciones de temperatura sin contacto, control medioambiental y eficiencia de la combustión.
Richard Gagg, responsable global de productos de infrarrojos en AMETEK Land