Atmósferas en Tratamiento Térmico Parte 2: Generación de Atmósferas Endotérmicas

En nuestra entrada anterior explicábamos como se miden comúnmente las atmósferas en operaciones de carburizado. Una

Generador fabricado porAtmosphere Engineering Co.

pregunta más profunda sería entonces, ¿Cómo se genera una atmósfera carburizante? ¿Cuál es la composición de dicha atmósfera? y mas importante ¿Qué controles se pueden integrar para obtener resultados metalúrgicos consistentes? En esta entrada vamos a explicar el funcionamiento de uno de los equipos mas populares para generación de atmósferas carburizantes: el Generador de Gas Endotérmico (Endo).

Empecemos por la descripción del equipo empleado para la producción Endo. El generador es esencialmente un horno de retorta en donde se realiza el cracking de un hidrocarburo para producir una mezcla de gases rica en Monóxido de Carbono (CO).

 

En primer lugar, como se puede observar en la figura 1 el sistema es alimentado por un dispositivo que introduce aire y metano (o propano) a la retorta. El dispositivo de mezcla puede ser un equipo comercial de fuel injection que suministra los componentes en proporciones definidas (fig 1 bullet D). El más usado en el mercado se conoce como EndoInjector, fabricado por la compañía Atmosphere Engineering, y su popularidad radica en su capacidad para inyectar solamente el gas necesario para generar el flujo exacto de atmósfera requerida por el horno(s). Esto deriva en un ahorro de energéticos al no generar exceso de Endo que en los generadores comunes se elimina por venteo en los desfogues.

Fig. 1. Esquema de un Generador de Gas Endotérmico

 

Tanto el aire como el metano son inyectados por el dispositivo hacia la retorta del horno. Dicha retorta consiste de un tubo fabricado en fundición de acero inoxidable ACI grado HU cuyo interior está cubierto por pellets de níquel que hacen la función de catalizador  (fig. 1 bullet G). Cuando se hacen pasar los componentes a través de la retorta a la temperatura de 1900F, se lleva a cabo la siguiente reacción (fig. 2):

La mezcla de gases resultante de la reacción tiene en términos generales la siguiente composición (tabla 1):

 

Tabla 1: Componentes de una Atmósfera Endotérmica

De acuerdo con este mecanismo, podemos concluir que existen 4 variables clave para el control del gas Endotérmico:

  1. El flujo requerido
  2. El valor del punto de rocío
  3. La temperatura de la retorta
  4. La relación aire/gas
Los requerimientos de la HTSA CQI-9 nos pueden servir de guía para el control adecuado de estás variables. También te puede interesar el artículo Qué es CQI-9?

 

Gráficos de control y Monitoreo de un equipo EndoInjector by Atmosphere Engineering

A. De acuerdo con las tablas de proceso aplicables, el generador deberá contar con instrumentación para el monitoreo y el registro de la temperatura y el control deberá ser de manera automática. Dicha instrumentación deberá ser calibrada trimestralmente por un laboratorio acreditado ante ISO/IEC 17025.

B. Debe existir un programa para la realización de quemas de carbón.
C. Los analizadores de Punto de Rocío empleados para verificar la calidad de la atmósfera, deben ser calibrados de manera anual.
Afortunadamente la tecnología disponible hoy en día y especificaciones como la CQI-9 de AIAG nos ayudan a obtener procesos mas controlados. Lo importante es tomar ventaja de  estos recursos para reducir la variación y obtener productos cada vez mas consistentes.
Si deseas conocer mas sobre la generación y el control de atmósferas, escríbeme a victor@globalthermalsolutions.com y victor.ttmexico@gmail.com
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Victor Zacarias

Heat treat management expertise: CQI-9, AMS2750

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Atmósferas en Tratamiento Térmico Parte 1: Medición del potencial de carbono

Es tal vez el tema que mas causa dudas en la operación. Y es que cuando literalmente cientos de reacciones se llevan acabo dentro del horno en un proceso de carburizado, no queda mas que llorar.

Empecemos por el elemento básico para medir una atmósfera: el sensor. El método más utilizado para medir el potencial de carbono en atmósferas carburizantes es el empleo de la probeta de oxígeno. Este sensor consiste esencialmente de dos electrodos metálicos y un electrolito de zirconia que interactúan con el gas presente en el horno (ver fig 1). ¿Y cómo funciona? Pues para no entrar en tecnicismos, podemos resumir este dispositivo como una circuito capaz de medir la relación de oxígeno existente entre la atmósfera del horno y el exterior. Le llaman de hecho “probeta de oxígeno” por que precisamente mide oxígeno y no carbono. El contenido de carbono correspondiente lo determina el instrumento de control (controlador) en función de las siguientes variables obtenidas por el sensor:
  1. El milivoltaje (mV) asociado a la relación de oxígeno,
  2. la Temperatura del horno y
  3. el contenido teórico CO, que generalmente el esperado en una atmósfera de carburizado es de 20%.

Fig. 1 Esquema de una probeta de Oxígeno

También te puede interesar: Estudio comparativo entre una sonda de zirconia sólida y una probeta comercialAhora bien, si ya que conocemos los componentes para la medición del potencial, hablemos de algunas recomendaciones para obtener mediciones precisas de atmósfera.

A. Lo primero que tenemos que considerar es la precisión del instrumento que recibe la señal de la probeta. CQI-9 nos indica en las tablas de proceso que los controladores de la probeta de oxígeno deben calibrarse trimestralmente.

 

B. CQI-9 también indica que debes contar con un método de respaldo para verificar la lecturas de atmósfera de tu controlador. Existen una variedad de métodos, pero en nuestra experiencia, el que ofrece mayor exactitud es el conocido como “Shim Stock” o “laminilla”. Se trata del mas exacto porque es un método in-situ como la probeta y permite medir el contenido de carbono real al alcanzar un nivel de saturación en la laminilla (físicamente no tendrás más carbono que el disponible en la atmósfera).

 

Arreglo para la prueba por Shim Stock

 

C. Como alternativas de verificación, también se puede emplear un analizador infrarrojo de 3 gases o un medidor de punto de rocío para determinar tu potencial. Sin embargo, aunque estos equipos son una buena herramienta para solucionar problemas en la generación de atmósfera, debemos ser precavidos en su exactitud. Al tratarse de pruebas indirectas influenciadas por la presencia de CO2 y/o H2O, usualmente existirá un error de muestreo o un error de medición asociado al método y debemos ser capaces de aislar esas variables cuando sea posible.

Más información sobre métodos de medición en nuestra entrada: Que hay de nuevo en control de Temperatura y Atmósfera?

Ahora cuentas con un poco más de información sobre medición de atmósfera. Recuerda que lo importante es conocer los conceptos básicos para comprender el proceso, obtener mediciones precisas y propiciar la mejora de la operación en la toma de decisiones.

 

 

Victor Zacarias

Heat treat management expertise: CQI-9, AMS2750

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