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Soluciones integradas de análisis de gases de Cubic Instruments para mejorar el control de la carburación con gas

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Cubic Instruments Gasboard-9031EX: Control de la atmósfera en tiempo real para aplicaciones de carburación con gas

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Antecedentes: El control preciso de la atmósfera es fundamental en la carburación con gas

La carburación es un método termoquímico de tratamiento de superficies ampliamente utilizado que añade carbono a la superficie de los aceros con bajo contenido en carbono, mejorando la dureza y la resistencia al desgaste y conservando la tenacidad del núcleo. Entre los distintos métodos de cementación, que incluyen procesos sólidos, líquidos y gaseosos, la cementación gaseosa se ha convertido en la solución dominante en el tratamiento térmico moderno debido a sus ventajas en cuanto a uniformidad de la atmósfera, mejor control del proceso y compatibilidad con geometrías de piezas complejas.

La eficacia de la cementación gaseosa depende del control preciso de la atmósfera del horno, que suele constar de dos componentes:

- El gas portador (principalmente CO, N2, H2, con pequeñas cantidades de CO2, H2O, CH4) establece el entorno químico necesario para la difusión del carbono. El monóxido de carbono (CO) es el principal portador de carbono, que se disocia a altas temperaturas para liberar carbono atómico en la superficie del acero. El nitrógeno (N2) desempeña un papel clave en la dilución de los gases inflamables y la estabilización de la atmósfera.
- El gas enriquecedor, normalmente bajas concentraciones de hidrocarburos como metano (CH4) o propano (C3H8), se inyecta en cantidades controladas con precisión para aumentar la concentración de carbono y ajustar el equilibrio químico según sea necesario durante el proceso.

Para controlar la profundidad y uniformidad de la difusión del carbono, las operaciones modernas de cementación con gas se basan en un parámetro clave conocido como potencial de carbono (PC), un índice que refleja la actividad del carbono en la atmósfera del horno. En lugar de ser un parámetro estático, el CP debe ajustarse continuamente a lo largo del proceso para alcanzar la profundidad de la capa deseada y evitar defectos como la formación de hollín o la sobrecarburación.

Mantener el CP deseado requiere no sólo el control de la temperatura, sino también la supervisión en tiempo real de la composición del gas, ya que pequeñas fluctuaciones en los gases reactivos pueden provocar desviaciones significativas en el rendimiento de la cementación.

El reto: Reacciones gaseosas complejas y limitaciones de supervisión en hornos de cementación

Sin embargo, el potencial de carbono (PC) no se puede medir directamente, ya que se deriva de las relaciones de equilibrio entre los componentes clave de la atmósfera a alta temperatura, en particular el equilibrio entre CO, CO2 y CH4.
- 2CO C (en la superficie del acero) +CO2
- CH4+H2O CO+3H2
- CH4 C (en la superficie del acero) + 2H2
Los cambios en las concentraciones de CO2, CH4 o CO pueden desplazar los equilibrios de reacción, alterando el potencial de carbono y provocando variaciones en la profundidad de la caja, la calidad de la superficie o la formación de hollín.

Los sistemas industriales suelen utilizar sondas de oxígeno para monitorizar indirectamente el PC. Estas sondas proporcionan mediciones en tiempo real de la presión parcial de oxígeno que, combinadas con valores supuestos de CO y otros gases, permiten estimar el potencial de carbono mediante un factor de proceso o un factor de CO. Sin embargo, estas estimaciones sólo son precisas en condiciones de equilibrio estables que no siempre reflejan la dinámica real del horno. Como resultado, los sistemas de control basados en sondas de oxígeno pueden responder de forma imprecisa, especialmente si se acumula CH4 sin reaccionar o si fluctúan las concentraciones de CO, lo que aumenta el riesgo de una carburación insuficiente o excesiva.

Así pues, la medición directa y en tiempo real de las concentraciones de CO, CO2 y CH4 resulta fundamental para captar las variaciones dinámicas y garantizar que el potencial de carbono se ajusta de forma proactiva y rápida.

La solución: Gasboard-9031EX para la monitorización multigas en tiempo real en hornos de carburación

Cubic Instruments, fabricante líder de sensores de gas y analizadores de gas, es consciente de las exigencias industriales de monitorización precisa y en tiempo real de las composiciones de gas reactivo dentro del horno para lograr un control preciso del potencial de carbono, y ha desarrollado específicamente el sistema de monitorización de gas en línea Gasboard-9031EX para satisfacer las exigencias de las aplicaciones de análisis y monitorización de gas de alta precisión.

Gracias a la tecnología de detección de gases por infrarrojos no dispersivos (NDIR) patentada por Cubic, el Gasboard-9031EX proporciona mediciones de alta resolución de las concentraciones de CO, CO2 y CH4 simultáneamente, lo que ayuda a calcular con precisión el potencial de carbono y a adaptarse rápidamente a los cambios dinámicos del proceso, además de evitar los retrasos y errores de estimación de los métodos indirectos tradicionales.

Diseñado para entornos exigentes de tratamiento térmico, el Gasboard-9031EX integra una robusta sonda de muestreo de acero inoxidable con calentamiento automático y filtración de doble etapa para garantizar un funcionamiento estable en condiciones variables de horno. Una función de purga inteligente evita el bloqueo de la sonda, garantizando la continuidad de las mediciones. El funcionamiento controlado por PLC automatiza todo el ciclo de muestreo de gas, retrolavado y drenaje, lo que permite una supervisión desatendida.

Además, el Gasboard-9031EX admite una perfecta integración de datos con sistemas de control a través de múltiples interfaces. La conectividad permite la supervisión remota en tiempo real y la regulación de la atmósfera en bucle cerrado, mejorando tanto la eficacia operativa como la transparencia del proceso.

Con una clasificación a prueba de explosiones Ex d IIC T4 Gb y unos requisitos de mantenimiento mínimos, el Gasboard-9031EX cumple las normas de seguridad y rendimiento para aplicaciones de hornos críticas.

Principales ventajas para las operaciones de carburación:

- Control altamente preciso y sensible de CO, CO2 y CH4 para mantener estable el potencial de carbono
- Mejora de la consistencia del proceso, la calidad de la superficie y la repetibilidad
- Reducción del desperdicio de gas de enriquecimiento y del consumo de energía causado por errores de estimación
- Menor carga de mantenimiento y funcionamiento autónomo 24/7
- Despliegue fiable en entornos industriales peligrosos

Gasboard-9031EX permite a las instalaciones de tratamiento térmico pasar de las estimaciones indirectas a la gestión de la atmósfera basada en datos, lo que se traduce en una mayor calidad del producto, fiabilidad del proceso y eficacia operativa.

Por qué elegir Cubic Instruments

Con más de dos décadas de experiencia en tecnologías de detección de gases, Cubic Instruments ha construido una sólida base en el desarrollo de soluciones de análisis de gases para aplicaciones específicas para el control de procesos industriales, incluido el control de la atmósfera de hornos de tratamiento térmico, procesos metalúrgicos, sistemas CDQ, producción de gas de síntesis, producción de hidrógeno y refinado petroquímico.

El Gasboard-9031EX ejemplifica el compromiso de Cubic con la innovación, la precisión y la fiabilidad. Combinando una tecnología probada con un profundo conocimiento de las aplicaciones y unos completos servicios de asistencia, Cubic Instruments ayuda a los operadores a alcanzar los objetivos de calidad al tiempo que reduce los costes operativos y la complejidad de los procesos.

Dado que los fabricantes de todo el mundo siguen exigiendo un control de calidad más estricto y una mayor eficiencia energética en el tratamiento de metales, Cubic Instruments sigue siendo un socio fiable en el avance de la tecnología de tratamiento térmico mediante el análisis inteligente de gases.