Desafíos del tratamiento térmico por inducción en un mundo altamente digitalizado
La tecnología del tratamiento térmico por inducción electromagnética avanza a un ritmo acelerado, haciendo frente a nuevos retos y a un entorno empresarial en rápida evolución. La variedad de piezas es cada vez mayor, mientras que los ciclos de producción se acortan. En muchas aplicaciones de inducción, el tiempo de calentamiento es inferior a unos pocos segundos y, en algunos casos, se reduce a una fracción de segundo.
Los factores que los centros de tratamientos térmicos comerciales tradicionalmente han utilizado para evaluar los equipos de inducción incluyen la capacidad técnica, la consistencia del rendimiento, el plazo de entrega, la durabilidad de la máquina y el precio. Con las tendencias industriales recientes, la decisión de comprar equipos de tratamiento térmico también requiere considerar factores adicionales como la flexibilidad de los equipos, la trazabilidad de la calidad del tratamiento térmico de los componentes, la conectividad digital y la capacidad de almacenar y acceder a los datos del proceso.
La capacidad de procesamiento pieza por pieza con trazabilidad de componentes individuales, la preparación para la automatización y la digitalización del control y supervisión de los procesos siempre han estado entre las características más atractivas del tratamiento térmico por inducción en relación con la cuarta revolución industrial (Industria 4.0). Los constantes avances en la tecnología de microprocesadores y microcontroladores han dado lugar a sistemas de control y supervisión sofisticados que antes no estaban disponibles.
Sin embargo, dicha sofisticación puede encarecer considerablemente los equipos, lo que desincentiva algunos aspectos de la implementación de la estrategia operativa de Industria 4.0. Por ejemplo, incluir todos los "adornos" posibles en el diseño del equipo para mejorar las capacidades de supervisión y control y la recopilación de datos digitales podría dar lugar a un precio que supere con creces lo que el comprador está dispuesto a pagar. Esta es una realidad.
Asimismo, es necesario analizar una cantidad extremadamente grande de datos recopilados para evaluar cómo los cambios en el proceso afectan al producto, lo cual requiere tiempo y dinero. En algunos casos, puede ser más sensato utilizar técnicas de control y supervisión menos complejas, acompañadas de programas de mantenimiento preventivo o predictivo adecuados. Por lo tanto, para el ingeniero prudente, la pregunta pasa de «¿Qué se puede hacer?» a «¿Qué es necesario hacer?»
Uno de los primeros pasos en la implementación de la digitalización industrial es la aplicación de medidores digitales que utilizan circuitos integrados especiales como alternativa a los medidores analógicos ampliamente utilizados en el pasado. Utilizados dentro de sus límites nominales, los medidores digitales proporcionan una medición precisa de los parámetros eléctricos de salida de la fuente de alimentación. Dado que el tiempo de respuesta de los medidores digitales aún puede ser demasiado lento para los procesos rápidos de tratamiento térmico por inducción, algunos fabricantes ofrecen un gráfico de barras de respuesta rápida en combinación con la lectura digital de respuesta más lenta del valor del parámetro en la misma carcasa del medidor. Sin embargo, aún queda trabajo por hacer para reducir aún más el tiempo de respuesta de los medidores y circuitos digitales.
Se espera que la supervisión del proceso en tiempo real mediante huella digital (signature monitoring) siga teniendo una gran demanda. El sistema verifica los ajustes críticos de la máquina para garantizar la confianza en el procesamiento de piezas de calidad. Los sistemas modernos de tratamiento térmico ofrecen control, adquisición de datos y supervisión por huella digital en un único paquete mediante una interfaz de ordenador con interfaz humano-máquina (HMI) combinada con control por PLC para ofrecer lo mejor de ambas tecnologías. Muchos fabricantes han desarrollado soluciones propietarias para los circuitos de supervisión digital, lo que aumenta la precisión y minimiza el tiempo de respuesta.
De acuerdo con la ley de los grandes números, la instalación de un número excesivo de sensores, detectores y dispositivos o sistemas relacionados podría repercutir negativamente en el tiempo de actividad de los equipos y en la fiabilidad general del sistema. Por lo tanto, es imperativo establecer un número mínimo de parámetros de proceso verdaderamente cruciales para una aplicación de tratamiento térmico que requiera supervisión, razón por la cual el diseño de los equipos de inducción modernos se ha vuelto holístico. Se han hecho intentos de diseñar sistemas de inducción modernos con una construcción sofisticada y rígida, pero de diseño simple y con un mínimo de componentes, lo que los hace más fiables, compactos y fáciles de operar y mantener. Debe hacerse todo lo posible para detectar y evitar que las piezas defectuosas lleguen al montaje.
La ciberseguridad se ha vuelto crucial en nuestro mundo altamente digitalizado debido al riesgo potencial de piratería informática, alteración de recetas, protocolos y validaciones de procesos, calibración de equipos y recopilación de datos digitales. Es necesario crear y almacenar registros electrónicos, y se deben tomar medidas para evitar su modificación sin que sea detectada. Esto requiere programas adecuados e implantación de medidas de seguridad, lo que conlleva un coste adicional que puede suponer un reto para algunos fabricantes de equipos pequeños.
En el pasado, los proveedores solían tener contratos para piezas específicas durante muchos años. Hoy en día, los contratos pueden cambiar de proveedor con mucha más frecuencia. Por lo tanto, ganar un contrato frente a la competencia puede requerir que un proveedor evalúe nuevos equipos de inducción para garantizar que pueden realizar el trabajo, adquiera y configure la máquina, complete el proceso de aprobación de piezas de producción (PPAP) y esté listo para la producción en poco tiempo. Los equipos modernos, fiables y de alta calidad deben permitir un cambio de utillaje y una reprogramación sencillos para procesar diferentes piezas. El desarrollo de fuentes de alimentación innovadoras (por ejemplo, la tecnología IFP de Inductoheat) que permiten el ajuste instantáneo e independiente de la potencia y la frecuencia de forma digitalizada y preprogramada durante el ciclo de calentamiento representa un avance significativo para mejorar la flexibilidad de los equipos y optimizar la calidad metalúrgica de las piezas tratadas térmicamente.
No se puede subestimar la importancia de las capacidades de modelado numérico por ordenador en nuestro mundo altamente digitalizado. Algunos paquetes de software comercial permiten a los usuarios crear aplicaciones de software propietarias altamente especializadas que pueden integrarse en los paquetes de equipos. Estas aplicaciones ya son una realidad, ya que algunos fabricantes de inducción han incorporado herramientas de software propietarias en sus equipos. Existen indicios claros de que esta tendencia seguirá creciendo.
El Comité de Investigación y Desarrollo de la ASM Heat Treating Society está trabajando actualmente en la hoja de ruta de I+D para el tratamiento térmico 2030 (Heat Treat R&D Roadmap 2030), que ayudará a identificar y clasificar las vías de desarrollo tecnológico para lograr tecnologías y materiales de tratamiento térmico eficientes en costes, respetuosos con el medio ambiente y competitivos a nivel global.
Valery Rudnev, FASM, miembro de la IFHTSE
Director de Ciencia y Tecnología, Inductoheat Inc.
A continuación se puede encontrar una versión en PDF del artículo de ASM International.