Medición de temperatura sin contacto mediante pirómetros IR

En muchos procesos productivos industriales como la forja, la extrusión o la fundición es de vital importancia tener un control preciso de la temperatura en diferentes etapas del proceso para asegurar la calidad de las piezas fabricadas. El control de temperatura puede hacerse con contacto utilizando termopares o sin contacto utilizando pirómetros de IR entre otros sensores.

Siempre que es posible, la industria tiende a la utilización de sensores sin contacto, debido a las ventajas que esto supone, principalmente para reducir costes de producción puesto que los termopares suelen ser un consumible de desgaste, pero además por la facilidad de automatizar el proceso y obtener y almacenar datos de la temperatura a tiempo real que puede ayudar a optimizar estos procesos productivos.

Dentro de los pirómetros IR tenemos de varios tipos, dependiendo de la cantidad de longitudes de onda utilizados, podemos encontrar en el mercado pirómetros de una longitud de onda, utilizados por ejemplo en procesos de forja con acero o hierro, pirómetros de 2 longitudes de onda que permite obtener medidas de temperatura a través de cristal o vapor sin ver afectada la precisión de medida o pirómetros multi longitud de onda utilizados en aplicaciones donde se utilizan materiales como el aluminio con emisividad variable. FD Industrial puede asesorar y suministrar el pirómetro más adecuado para cada aplicación, ya sea para forja, extrusión, colada continua o soldadura.

Si nos centramos en el proceso de forja en caliente en piezas de acero, es de vital importancia que el material esté a en un rango de temperatura concreto antes de aplicar la presión dentro de la matriz. Si la temperatura es superior a ese rango el material podría ser demasiado líquido y, por el contrario, si está por debajo se corre el riesgo de dañar la matriz o el martillo debido a la dureza del material. Teniendo en cuenta que, en algunas industrias, como la automoción, la cadencia de piezas es muy alta, sería impensable la utilización de termopares durante la producción, obligando —en estos casos— a utilizar pirómetros IR.

A pesar de las ventajas de la utilización de sensores sin contacto en forja, aparecen otros factores que exigen una metodología precisa a la hora de utilizar pirómetros y unas características técnicas del pirómetro específicas que permitan la parametrización de algunos parámetros críticos.

Unos de los principales problemas en la medición de temperatura en forja en caliente es la aparición de ‘cascarilla’ en la superficie de la pieza a medir. Para poder tener una medición fiable y precisa de una superficie es de vital importancia que todo el haz del pirómetro (Spot) quede dentro de la pieza a medir en una zona sin cascarilla. Para poder medir bien en estas condiciones es preciso utilizar un pirómetro con el haz lo más pequeño posible para aumentar la posibilidad de tomar una medida correcta. El diámetro del spot varía con la distancia del pirómetro a la superficie a medir, por lo que es importante tener en cuenta este dato.

Normalmente se coloca el pirómetro de manera que:

• Se minimice el tamaño del spot a la distancia entre el pirómetro y la pieza.
• Se aproveche el movimiento de la pieza a medir desde el horno a la matriz para que el haz recorra la máxima superficie a medir.
• Se parametriza el pirómetro con el tiempo de respuesta menor para poder tomar el máximo de medidas posibles a lo largo de la superficie.
• Se utiliza la función ‘peak picker’ que devolverá la temperatura más alta que haya medido en toda la superficie.

De esta manera, las lecturas de menor temperatura que corresponden a las tomadas cuando el spot no está todo dentro de la pieza o midiendo zonas con cascarilla no serán mostradas. Así obtendremos la temperatura real de la superficie. Para esta aplicación hemos utilizado el modelo del fabricante AST A450 600º-2500°C que, a una distancia de 1 metro, tiene un diámetro de spot de 5 mm con óptica de 200:1, dispone además de salidas analógicas, función peak picker y un tiempo de respuesta parametrizable de 2 ms a 10 s.

Una de las aplicaciones más complejas a la hora de medir temperatura de manera fiable y en la que es de vital importancia tener esta información, es la extrusión de aluminio. En el proceso de extrusión es crítico conocer:

• La temperatura del tocho o barra antes de la extrusión
• La temperatura del perfil a la salida de la prensa
• La temperatura del perfil después del Quench (enfriamiento)
• La temperatura de la matriz (menos crítico)

De esta manera, las lecturas de menor temperatura que corresponden a las tomadas cuando el spot no está todo dentro de la pieza o midiendo zonas con cascarilla no serán mostradas. Así obtendremos la temperatura real de la superficie. Para esta aplicación hemos utilizado el modelo del fabricante AST A450 600º-2500°C que, a una distancia de 1 metro, tiene un diámetro de spot de 5 mm con óptica de 200:1, dispone además de salidas analógicas, función peak picker y un tiempo de respuesta parametrizable de 2 ms a 10 s.

Una de las aplicaciones más complejas a la hora de medir temperatura de manera fiable y en la que es de vital importancia tener esta información, es la extrusión de aluminio. En el proceso de extrusión es crítico conocer:

• La temperatura del tocho o barra antes de la extrusión
• La temperatura del perfil a la salida de la prensa
• La temperatura del perfil después del Quench (enfriamiento)
• La temperatura de la matriz (menos crítico)

Al igual que en el proceso de forja, es importante conocer la temperatura de la barra antes del proceso para que no se funda el aluminio no dañemos la prensa o matriz durante la extrusión. Una vez extruido, el perfil sale de la matriz y debido a la fricción entre material y matriz se incrementa la temperatura de ambas partes. Es vital conocer la temperatura del perfil a la salida de la prensa, tanto para asegurar la calidad de aluminio como para evitar dañar la matriz.

Por último, es importante conocer bien el proceso de enfriamiento que tiene un impacto en la calidad estructural del perfil. En este caso, la medida del perfil es aún más complicada debido a la dificultad de medir temperaturas en aluminio a baja temperatura.

Con información real de estas 3 temperaturas no solo podemos asegurar una mejor calidad del perfil, sino que, además, ayudamos a mejorar y optimizar el proceso, pudiendo por ejemplo aumentar la velocidad de extrusión o homogenizar calidades. Sistemas como el nitrógeno líquido, utilizado para aumentar velocidad de extrusión y aumentar de la vida de las matrices requieren de información precisa de las temperaturas en las diferentes etapas del proceso.

La temperatura real en aluminio está influenciada por la emisividad y el medio intermedio, los pirómetros de AST utilizan algoritmos sofisticados únicos implementados tanto en hardware como en software con el fin de medir tanto la emisividad como la temperatura.

La tecnología de AST se basa en la medición de dos señales separadas que se eligen cuidadosamente para diferentes aplicaciones mientras usa un algoritmo sofisticado que permite el cálculo de la temperatura real. Los pirómetros AST también reducen el factor de influencia del medio a través del cual pasa la radiación entre el objeto y el pirómetro. Línea de productos de AST para aluminio y metales no ferrosos

• A5-IN pirómetro de baja temperatura (300 – 2.000 °C)
• A5-EX pirómetro de baja temperatura (105 – 2.500 °C)
• A5-S-IN pirómetro de baja temperatura (300-2.000 °C) con escáner.
• A5-S-EX pirómetro de baja temperatura (105 – 2.500 °C) con escáner.
• A5-2W baja temperatura (105-2.500 °C)
• A5-FO-2W pirómetro de baja temperatura con fibra óptica (450 – 1.500 °C)
• A5-WL – baja temperatura (300 -1.740 °C) Pirómetro de soldadura láser
• AST250-450 Para materiales Ferrosos