Retos del tratamiento térmico por inducción en un mundo altamente digitalizado
La tecnología del tratamiento térmico mediante 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 tiempos de ciclo de los productos se acortan. En muchas aplicaciones de inducción, el tiempo de calentamiento es inferior a unos pocos segundos y, en algunos casos, no supera una fracción de segundo.
Entre los factores que suelen tener en cuenta las empresas de tratamiento térmico comercial a la hora de evaluar los equipos de inducción se encuentran la capacidad técnica, la consistencia en el rendimiento, los plazos de entrega, la vida útil de las máquinas y el precio. Dadas las recientes tendencias del sector, la decisión de adquirir equipos de tratamiento térmico también requiere tener en cuenta 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 cada componente, la preparación para la automatización y la digitalización del control y la supervisión de los procesos siempre han sido algunas de las características más atractivas del tratamiento térmico por inducción en el contexto de la cuarta revolución industrial (Industria 4.0). Los continuos avances en la tecnología de los microprocesadores y los microcontroladores han dado lugar a sofisticados sistemas de control y supervisión que antes no existían.
Sin embargo, esa sofisticación puede encarecer considerablemente el equipo, lo que desincentiva algunos aspectos de la puesta en práctica de la estrategia operativa de la Industria 4.0. Por ejemplo, incluir todas las «funcionalidades adicionales» posibles en el diseño del equipo para mejorar las capacidades de supervisión y control, así como la recopilación de datos digitales, podría dar lugar a un precio que supere con creces lo que el comprador está dispuesto a pagar. Esa es la realidad.
Además, es necesario analizar enormes cantidades de datos recopilados para evaluar cómo los cambios en el proceso afectan al producto, lo que lleva tiempo y supone un coste. En algunos casos, podría resultar más sensato recurrir a técnicas de supervisión y control menos complejas, junto con programas adecuados de mantenimiento preventivo y/o predictivo. Por lo tanto, la pregunta que debe plantearse un ingeniero prudente pasa de ser «¿qué se puede hacer?» a «¿qué hay que hacer?».
Uno de los primeros pasos para llevar a cabo la digitalización del sector consiste en utilizar medidores digitales que emplean circuitos integrados especiales como alternativa a los medidores analógicos, ampliamente utilizados en el pasado. Cuando se utilizan 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 podría resultar demasiado lento para los procesos rápidos de tratamiento térmico por inducción, algunos fabricantes ofrecen un gráfico de barras de respuesta rápida junto con la lectura digital, de respuesta más lenta, del valor del parámetro en la misma carcasa del medidor. No obstante, es necesario seguir trabajando para reducir aún más el tiempo de respuesta de los medidores digitales y sus circuitos.
Se prevé que la monitorización en tiempo real del proceso mediante firmas seguirá teniendo una gran demanda. El sistema verifica los ajustes críticos de la máquina para garantizar la calidad de las piezas fabricadas. Los sistemas modernos de tratamiento térmico ofrecen control, adquisición de datos y monitorización de firmas en un único paquete mediante una interfaz informatizada con interfaz hombre-máquina (HMI), combinada con un control por PLC para aprovechar lo mejor de ambas tecnologías. Muchos fabricantes han desarrollado soluciones propias para circuitos de monitorización digital, lo que aumenta la precisión y minimiza el tiempo de respuesta.
Según la ley de los grandes números, la instalación de un número excesivo de sensores, detectores y dispositivos o sistemas relacionados podría afectar negativamente al tiempo de actividad de los equipos y a la fiabilidad general del sistema. Por lo tanto, es imprescindible 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 realizado esfuerzos para diseñar sistemas de inducción modernos que cuenten con una construcción sofisticada y rígida, pero a la vez con un diseño sencillo y un número mínimo de componentes, lo que los hace más fiables, compactos y fáciles de manejar y mantener. Debe hacerse todo lo posible para detectar y evitar que las piezas defectuosas lleguen a la línea de montaje.
La ciberseguridad se ha convertido en un aspecto crucial en nuestro mundo altamente digitalizado debido al riesgo potencial de piratería informática, que podría comprometer las recetas de proceso, los protocolos, la validación y la calibración de los equipos, así como la recopilación de datos digitales. Es necesario crear y almacenar registros electrónicos, y deben adoptarse medidas para evitar que se alteren sin que se detecte. Esto implica el uso de programas adecuados y la implementación de medidas de seguridad, lo que conlleva un coste adicional que puede suponer un reto para algunos fabricantes de equipos de pequeño tamaño.
En el pasado, los proveedores solían tener un contrato para una pieza concreta durante muchos años. Hoy en día, los contratos pueden pasar de un proveedor a otro con mucha más frecuencia. Por lo tanto, para ganar un contrato frente a la competencia, un proveedor podría tener que evaluar nuevos equipos de inducción para asegurarse de que pueden realizar el trabajo, adquirir e instalar la máquina, completar un proceso de aprobación de piezas de producción (PPAP) y estar listo para la producción en un breve periodo de tiempo. Los equipos modernos, fiables y de alta calidad deben permitir un fácil reajuste y reprogramación para procesar diferentes piezas. El desarrollo de fuentes de alimentación innovadoras (por ejemplo, la tecnología IFP de Inductoheat), que permiten un ajuste instantáneo e independiente de la potencia y la frecuencia de forma digitalizada y preprogramada durante el ciclo de calentamiento, supone un importante paso adelante en la mejora de la flexibilidad de los equipos y en la optimización de la calidad metalúrgica de las piezas sometidas a tratamiento térmico.
No se puede subestimar la importancia de las capacidades de modelización numérica por ordenador en nuestro mundo altamente digitalizado. Algunos paquetes de software comercial permiten a los usuarios crear aplicaciones de software (apps) propias y altamente especializadas, que pueden incluirse en los paquetes de equipos. Estas aplicaciones ya son una realidad, ya que algunos fabricantes de equipos de inducción han incorporado herramientas de software propias en sus paquetes de equipos. Hay indicios claros de que esta tendencia seguirá creciendo.
El Comité de Investigación y Desarrollo de la Sociedad de Tratamiento Térmico de la ASM está trabajando actualmente en la Hoja de ruta de I+D en tratamiento térmico 2030, que ayudará a identificar y clasificar las vías de desarrollo tecnológico para lograr tecnologías y materiales de tratamiento térmico rentables, respetuosos con el medio ambiente y competitivos a nivel mundial.
Valery Rudnev, FASM, miembro del IFHTSE
Director de Ciencia y Tecnología de Inductoheat Inc.
A continuación se puede encontrar una versión en PDF del artículo de ASM International.