Quando un cliente chiede un MTC a 380 °C, non stiamo solo parlando

Informazioni sulla "temperatura elevata"

In questo settore, ci viene spesso chiesto: "Qual è la temperatura massima che le vostre unità possono raggiungere?" Di solito rispondiamo "220 °C per i modelli standard" e la conversazione finisce lì. Ma una recente richiesta di un cliente del Messico ha reso le cose molto più interessanti.

Voleva utilizzare un regolatore di temperatura per stampi a olio su una macchina per pressofusione e aveva bisogno di 380 °C.

A essere onesti, 380 °C non è affatto eccezionale nel settore della pressofusione. Per la pressofusione dell’alluminio si richiedono tipicamente temperature dello stampo comprese tra 180 e 220 °C, ma per processi speciali o per la pressofusione del magnesio i requisiti possono essere superiori. Il punto cruciale è il seguente: riuscire a scaldare l’olio fino a 380 °C e riuscire a far funzionare in modo affidabile un sistema a 380 °C senza problemi sono due cose completamente diverse.

Oggi analizzeremo, partendo da questo caso, i "costi nascosti" associati ai regolatori di temperatura per stampi ad alta temperatura.

220 °C contro 380 °C: non si tratta semplicemente di 160 gradi in più

Un MTC standard con valutazione di 220 °C utilizza una configurazione relativamente matura di pompe, tubazioni e guarnizioni. Ma non appena si spinge la temperatura fino a 380 °C, l’intera logica dei materiali del sistema cambia.

In primo luogo, la pompa dell’olio. A 380 °C, la viscosità, la lubrificità e l’aggressività dell’olio termovettore nei confronti dei materiali delle guarnizioni sono completamente diverse rispetto a quelle a 220 °C. Le guarnizioni meccaniche di una pompa standard invecchieranno rapidamente a temperature elevate e non passerà molto tempo prima che si osservi una fuoriuscita d’olio. In questo intervallo di temperatura è necessaria una pompa magnetica ad alta temperatura oppure una pompa dotata di una struttura di tenuta appositamente progettata — e il costo aumenta di conseguenza.

C'è poi l'olio per il trasferimento di calore in sé. Non tutti gli oli per il trasferimento di calore possono sopportare 380 °C. La maggior parte degli oli minerali per il trasferimento di calore disponibili sul mercato ha una temperatura operativa massima di circa 300–320 °C. Per raggiungere i 380 °C è necessario un olio sintetico per il trasferimento di calore, che offre una migliore stabilità termica e una minore tendenza alla formazione di coke — ma a un costo pressoché doppio. Se un cliente cerca di ridurre i costi utilizzando un olio incompatibile, il sistema si riempirà rapidamente di depositi di carbonio e sarà solo questione di tempo prima che gli elementi riscaldanti si brucino.

C'è poi la tubazione e le valvole. Le tubazioni in acciaio inossidabile 304 rappresentano il livello minimo richiesto a questa temperatura, e anche le valvole devono essere certificate per alte temperature e pressioni. Le guarnizioni delle comuni valvole a sfera si ammorbidiscono e deformano a 380 °C: occorrono invece valvole a globo certificate per alte temperature oppure valvole con strutture di tenuta speciali.

Flangia o collegamento filettato: questo è il dilemma

Quando siamo arrivati al metodo di collegamento, ho consigliato specificamente a questo cliente messicano: per un’applicazione a 380 °C, utilizzare collegamenti a flangia.

Il motivo è semplice. I collegamenti filettati dipendono dall’impegno filettato più il materiale di tenuta (nastro PTFE, sigillante) per prevenire le perdite. Tuttavia, a 380 °C, l’espansione termica del metallo può creare piccoli interstizi nel giunto filettato, mentre l’elevata temperatura accelera l’invecchiamento e il guasto del materiale di tenuta. Una volta che si verifica una perdita d’olio, l’olio per trasferimento di calore a 380 °C a contatto con l’aria non è semplicemente una questione di «qualche goccia d’olio»: sebbene il punto di autoaccensione dell’olio per trasferimento di calore sia tipicamente compreso tra 350 e 400 °C, il punto di infiammabilità dell’olio invecchiato a temperature elevate per lunghi periodi diminuisce, e la stessa perdita rappresenta un grave rischio per la sicurezza.

Il vantaggio di una connessione a flangia è che la tenuta viene ottenuta mediante una guarnizione posta sulla superficie di accoppiamento, mantenuta in posizione dal precarico delle viti. Anche in presenza di dilatazione termica, la deformazione elastica delle viti può compensare in parte tale effetto, garantendo così il contatto continuo tra le superfici tenute. Con una guarnizione in grafite avvolta in una rete metallica, le prestazioni rimangono stabili anche a temperature e pressioni elevate.

E se il cliente insiste su connessioni filettate?

Non è assolutamente impossibile, ma il materiale di tenuta deve essere sostituito. Il normale nastro in PTFE si decompone direttamente a 380 °C: occorrerebbe passare a un sigillante resistente alle alte temperature o a un materiale di tenuta specializzato. Onestamente, una connessione filettata a questa temperatura è come montare un pneumatico standard su un circuito da Formula 1: funziona, ma si resta in tensione per tutta la durata.

La "Soglia Nascosta" dei MTC ad alta temperatura

Non si tratta soltanto della pompa e delle tubazioni. Per un’unità a 380 °C, i componenti elettrici devono essere tenuti lontani dalle fonti di calore e il quadro di controllo richiede una gestione termica speciale; altrimenti, i componenti elettronici esposti a temperature elevate nel lungo periodo avranno una durata significativamente ridotta. Il carico superficiale degli elementi riscaldanti deve essere controllato con attenzione, altrimenti il surriscaldamento localizzato provocherà la decomposizione e la formazione di coke nell’olio termovettore. Anche il design del serbatoio di espansione deve tener conto della vaporizzazione dell’olio ad alta temperatura.

Gli utenti non vedono questi aspetti, ma sono proprio loro a determinare se l’attrezzatura è semplicemente "funzionante" o realmente "costruita per durare".

Il punto che voglio sottolineare

Se state selezionando un MTC ad alta temperatura — sia esso da 350 °C o da 380 °C — non concentratevi unicamente sul valore della "temperatura massima".

Chiedi al tuo fornitore alcune domande in più: Qual è la configurazione della pompa? Qual è il grado di olio per il trasferimento di calore specificato? Quale metodo di collegamento consigliate? Quali sono le classi di temperatura per tubazioni e valvole?

Un fornitore in grado di rispondere a queste domande in modo dettagliato probabilmente realizzerà apparecchiature su cui potrai contare.

Nell’ambito delle attrezzature industriali, alla fine della giornata, si tratta di un settore basato su "meno problemi".