Sensor e controle de temperatura para aquecedores de cartucho longo
Deixe um recado
O sistema de controle de temperatura que aciona um aquecedor de cartucho é o que o faz funcionar. Mesmo que o aquecedor esteja configurado corretamente e funcione bem, ele não funcionará bem se o sistema de controle não obtiver dados precisos de temperatura ou não responder corretamente. Isto é especialmente importante para aquecedores de cartucho longos, como aqueles com 1.000 mm ou 1.200 mm de comprimento, porque o comportamento térmico ao longo de um comprimento longo nem sempre é o mesmo. Um termopar em um ponto fornece apenas uma pequena imagem do que está acontecendo em todo o aquecedor.
Um único termopar instalado em algum lugar na cavidade ou na superfície do molde é a forma mais frequente de controlar as coisas. O controlador lê essa temperatura e altera a potência do aquecedor para corresponder. Isso funciona bem quando o ambiente térmico do aquecedor permanece o mesmo até o fim. Mas em muitas situações-do mundo real, as perdas de calor são diferentes em cada extremidade da cavidade. A ponta pode perder calor para o ar ao seu redor. Pode haver muito metal ao redor da parte central que mantém o calor. A estrutura da máquina pode resfriar a extremidade do cabo. Um único termopar não consegue perceber a diferença.
O termopar lê a temperatura mais fria quando é colocado na ponta da cavidade. O controlador responde fornecendo mais potência, o que pode deixar a área intermediária muito quente. A ponta pode esfriar enquanto o termopar está no meio, mas o controlador está satisfeito. Isso cria uma diferença de temperatura na cavidade que pode afetar a qualidade do produto, o tempo necessário para prepará-lo e a vida útil do aquecedor. As partes mais quentes do aquecedor apresentam temperaturas internas mais altas, o que acelera a oxidação e faz com que o aquecedor falhe muito cedo.
A detecção e o controle-de múltiplas zonas são a resposta para aplicações importantes. Colocar vários termopares em profundidades variadas ao longo da cavidade proporciona uma imagem melhor do perfil térmico. Um controlador que pode ler mais de uma entrada pode fazer a média delas para gerar um sinal de controle ou operar diferentes zonas de aquecimento por conta própria. O controlo de zona independente é a melhor opção, mas é também o mais caro porque necessita de um aquecedor com vários circuitos internos e de um controlador com várias saídas. Fazer a média de várias leituras de termopares é uma boa maneira de garantir que nenhum local quente ou frio tome a decisão.
Quando não é possível usar mais de um termopar, o posicionamento do termopar torna-se uma importante decisão de projeto. O sensor deve ser colocado onde melhor mostre as necessidades térmicas gerais do processo. Esse ponto fica em torno de dois{2}}terços da distância entre a extremidade dianteira e a ponta em muitas situações de moldagem. Este ponto geralmente equilibra a perda de calor na ponta com a retenção de calor no meio. Usar termopares temporários em diferentes profundidades durante a configuração inicial pode ajudá-lo a encontrar a melhor posição permanente.
O tipo de sensor de temperatura que você usa também é importante. Os termopares são o tipo mais popular de sensor de temperatura usado com aquecedores de cartucho. Eles são resistentes, baratos e podem medir uma ampla faixa de temperaturas. Os termopares Tipo J podem trabalhar em temperaturas de até 750 graus, enquanto o Tipo K pode trabalhar em temperaturas de até 1.200 graus. Os RTDs (detectores de temperatura por resistência) são mais precisos e estáveis, mas também são mais frágeis e custam mais. Para a maioria dos usos de aquecimento industrial, um termopar Tipo J ou Tipo K devidamente colocado funciona muito bem.
Outra coisa a se pensar é como controlá-lo. Quando o aquecedor está ligado e desligado, pode causar mudanças de temperatura que podem sobrecarregar o aquecedor e a operação. Com o controle proporcional, onde a potência está sempre mudando, a temperatura é consideravelmente melhor controlada. Para aquecedores de cartucho com muita potência, é altamente recomendável usar o controle proporcional usando um relé de estado-sólido (SSR). Quando utilizados para controle proporcional, os contatores mecânicos funcionam muito lentamente e se desgastam muito cedo.
O tempo de resposta do sistema de controle também deve corresponder ao modo como a aplicação funciona com o calor. Um molde grande com aquecedores de cartucho longos não altera os níveis de potência muito rapidamente. Se você ajustar um sistema de controle de forma muito agressiva, ele irá longe demais e irá para frente e para trás. Se um sistema for ajustado de forma muito conservadora, demorará muito para atingir seu ponto de ajuste. Para uma operação estável e eficiente, é importante ajustar corretamente os parâmetros proporcionais, integrais e derivativos (PID). Muitos controladores mais recentes têm funções de-ajuste automático que encontram automaticamente as configurações corretas para o sistema.
O atraso de tempo é um grande problema para aquecedores bastante longos. O calor que vem da extremidade do cabo deve percorrer todo o comprimento do aquecedor antes de alterar a temperatura na ponta. Se o sistema de controle não levar em conta esse atraso, poderá causar instabilidade. Alguns controladores avançados utilizam algoritmos preditivos ou esquemas de controle em cascata para compensar longos atrasos. Um sistema em cascata possui dois circuitos: um circuito interno que regula a energia do aquecedor com base em um sensor próximo ao aquecedor e um circuito externo que controla a temperatura do processo com base em um sensor na peça de trabalho.
A má regulação da temperatura é uma razão secreta pela qual os aquecedores quebram. Quando um aquecedor liga e desliga muito, ele sofre estresse térmico toda vez que se expande e encolhe. Esta tensão pode quebrar o isolador de MgO ou desgastar o fio de resistência após milhares de ciclos. Um sistema de controle proporcional bem ajustado que mantém a temperatura estável reduz o ciclo e faz com que o aquecedor dure mais. Investir em um bom controlador e colocar o termopar no lugar certo resultará em maior vida útil do aquecedor, processos mais consistentes e menos paradas inesperadas. O monitoramento e controle de temperatura não são opcionais; eles são necessários para aproveitar ao máximo qualquer aquecedor de cartucho, especialmente aqueles que precisam produzir calor uniforme em longas distâncias.
