Sistemas de control de temperatura en hornos

El color del interior del horno da una medición bastante exacta de su temperatura, que varía desde el rojo cereza oscuro inicial hasta casi la temperatura del blanco, cuando llega a la cumbre de la cocción. 

Color y temperatura del horno
Rojo naciente525-550 ºC
Rojo650-700 ºC
Rojo vivo800-850 ºC
Rojo claro900-950 ºC
Naranja1000-1050 ºC
Naranja vivo1100-1150 ºC
Blanco naciente1200-1250 ºC
Blanco vivo1300-1350 ºC

No obstante, para determinar la temperatura del horno se utilizan una serie de dispositivos, que además pueden combinarse entre sí. Los principales son los siguientes:

  • Conos pirométricos
  • Pirómetros
  • Programadores
  • Pistolas láser de infrarrojos y cámaras termográficas

Conos pirométricos

Aunque, en los procesos de cocción, el control básico de la temperatura se efectúa mediante los equipos de medición que incorporan los hornos (indicadores, reguladores, programadores, microprocesadores, etc.), los cuales nos permiten medir y controlar con bastante precisión las cochuras, estos sistemas se suelen combinar con los conos pirométricos, que asumen un papel importante dentro de la medición y control en el proceso de cocción. En ningún caso puede decirse que el uno sustituye al otro, sino que son complementarios.

Un cono pirométrico es una pieza cerámica cuya composición y punto de fusión es variable, con forma piramidal triangular, que se fabrica en moldes de madera y se pre hornea a temperaturas bajas para poderlo manejar.

Estos conos-testigos se colocan sobre una base de arcilla refractaria y se sitúan en el horno de forma que puedan observarse a través de la mirilla. Por efecto de la temperatura/tiempo el cono se reblandece inclinándose hacia la horizontal.

Los equipos (indicadores, reguladores, microprocesadores), miden la temperatura existente, mientras que los conos muestran también la consecuencia de mantener una temperatura durante un cierto tiempo, dando así una muestra fiel de la cocción.

Por lo tanto, los conos miden el efecto de la temperatura y el tiempo, quedando determinado el estado de la cochura.

Es decir cuánto más rápido subimos la temperatura del horno, será necesario alcanzar mayor temperatura para doblar un cono. Si subimos la temperatura lentamente, el cono doblará a menor temperatura. Por tanto, cuando veamos la tabla de equivalencias entre números de cono y temperaturas es importante conocer la velocidad de calentamiento del horno para saber cual es la temperatura en la que el cono se doblará.

También hay barras, que son pequeños conos utilizados en hornos que utilicen el sistema denominado “Kiln-Sitter”. Esto es un dispositivo mecánico que hace que se corte la energía eléctrica cuando la barra alcanza un determinado grado de curvatura. Al doblarse la barra pirométrica se actúa sobre una varilla que a su vez actúa sobre un interruptor que corta el suministro de energía al horno.

Los conos pirométricos tienen unos números que van del 022 al 42. Cada número equivale a una temperatura/tiempo en la que el cono se dobla.

Los conos originales, inventados en 1896 por Edward Orton, tenían una numeración que comenzaba con 1 y terminaba en 20. Los números que llevan un cero delante se añadieron después para cubrir temperaturas más bajas. Por eso es importante saber que la temperatura va aumentando según avanzamos del 022 hasta el 01. El cono de número 022 es el que se dobla a temperatura más baja. Luego empiezan los números sin cero delante en los que la temperatura aumenta al aumentar el número.

Desde el 022 hasta el 011 (entre 560º y 850º) tenemos conos utilizados para lustres, esmaltes sobre cubierta, calcas, etc…

Desde el 010 hasta el 3 (890º a 1170º) se utilizan para terracotas, azulejos y esmaltes.

Desde el 4 al 12 (1180º a 1340º) se utilizan para cocer porcelanas, baldosas de suelos, gres y algunos productos refractarios.

Desde el 13 al 42 (hasta 2015º) tenemos conos que se utilizan en productos industriales.

Se puede ver la tabla de temperaturas para cada número de cono aquí:

https://ceramica.fandom.com/wiki/Tabla_de_conos_Orton

Por ejemplo, el cono 6, en su modelo «regular» (conos estándar que se soportan de pie por ellos mismos), vemos que se dobla al alcanzar una temperatura entre 1185º y 1243º, dependiendo de la velocidad a la que se haya subido la temperatura en los últimos 100º.

Es decir, se doblará a 1185º si se llega a esa temperatura subiendo 15ºC/hora, o se doblará a 1222º si la velocidad de calentamiento es 60ºC/hora, o se doblará a 1243º y la subida de temperatura se realiza a 150ºC/hora.

La medición a base de conos se efectúa mediante un juego de tres conos. El primero, anterior a la temperatura deseada, advierte con su caída la aproximación a la temperatura; el segundo, cuyo punto de caída determina el fin de la cochura, y el tercero, 15/20 º C más alto, que debe quedar erguido o ligeramente curvado. En un cono se consigue el punto de caída cuando la punta del cono roza la placa de asiento, inclinándose sobre el canto más corto.

Existen varias tablas de equivalencia entre conos y temperaturas. Las más utilizadas son las tablas de conos Orton, Seger y HPC.

La tabla de temperaturas de los conos Seger puede verse aquí:

https://ceramica.fandom.com/wiki/Tabla_de_conos_de_Seger

En hornos grandes, se suelen distribuir conos por distintas partes del horno para comprobar si las temperaturas son homogéneas en todos esos lugares.

Pirómetros

El pirómetro entró en uso en la industria cerámica a principios del siglo XX. Está basado en el descubrimiento de Seebeck, en 1821, quien observó que si dos alambres, uno de cobre y otro de hierro, se fundían entre sí y el extremo soldado se calentaba, se generaba una fuerza electromotriz y pasaba una corriente eléctrica del cobre al hierro en el extremo caliente. La intensidad de la corriente varía directamente con la temperatura, lo que hace posible utilizar el termopar para la medición de las temperaturas. 

Un termopar es un dispositivo formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado «punto caliente» (o unión caliente o de medida) y el otro denominado «punto frío» (o unión fría o de referencia).

Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado centígrado son difíciles de obtener. El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usados.

Los termopares están disponibles en diferentes modalidades, como sonda de alfareros. 

A la hora de seleccionar una sonda de este tipo tenemos que escoger el tipo de conector. Los dos tipos son el modelo «estándar«, con pines redondos y el modelo «miniatura«, con pines chatos. El más usado es el conector miniatura.

Después hay que elegir el tipo de termopar, y es importante considerar el aislamiento y la construcción de la sonda.

Tipos de Termopares:

  • Tipo K (Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleación de Ni -Al) Alumel): Bajo coste. Tienen un rango de temperatura de -200 °C a +1.372 °C y una sensibilidad 41µV/°C aprox.
  • Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): Se utilizan en el terreno criogénico donde hay que medir bajas temperaturas. Tienen una sensibilidad de 68 µV/°C.
  • Tipo J (Hierro / Constantán): Tienen un rango de -40°C a +750°C y una sensibilidad de ~52 µV/°C.
  • Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): ütil para temperaturas desde 300º hasta altas temperaturas. No utiliza platino (los tipos B, R y S si lo usan), por lo que es económico.

Los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero tienen baja sensibilidad (10 µV/°C aprox.) y se usan para medir altas temperaturas (superiores a 300 °C).

  • Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): Para medir altas temperaturas superiores a 1.800 °C.
  • Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): Para medir hasta 1.300 °C.
  • Tipo S (Platino / Rodio): Para medir hasta 1.300 °C. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 °C).
  • Tipo T: Para medir entre -200 °C a 0 °C. El conductor positivo está hecho de cobre y el negativo, de Constantán.

Programadores

Los programadores para hornos vienen incorporados con el propio horno, aunque algunos modelos ya disponen de un software que corre en un PC estándar que permite el control de la cocción. Normalmente podemos encontrarlos en hornos eléctricos y en hornos de gas.

En los programadores habitualmente se pueden preparar distintos programas. Cada programa está compuesto por segmentos. Cada segmento se define por el tiempo que dura y por el incremento o decremento o mantenimiento de temperatura que tiene lugar durante dicho periodo de tiempo. Además de los segmentos, los distintos programas permiten añadir tiempos de espera antes de iniciar el programa y la desconexión automática del horno.

Los programadores constan de un microprocesador que tiene acceso al pirómetro y a la activación/desactivación de las resistencias eléctricas o de los quemadores de gas, además de un contador de tiempo. También llevan los teclados y displays necesarios para introducir los datos y ver el status de nuestros programas.

Cuando usamos software en PC, dicho software se comunica con el microprocesador del programador, en lugar de usar los teclados y displays conectados al microprocesador. El software de PC permite visualizar en forma de gráficas todos los programas, la temperatura en cada instante,….es decir, tiene un interfaz gráfico mucho más amigable.

Pistolas láser y cámaras termográficas

Las pistolas de infrarrojos son capaces de medir a distancia, sin tocar el objeto a medir. Se pueden utilizar apuntando al interior del horno a través de alguna apertura y obtendremos una lectura instantánea de la temperatura de la zona a la que apuntamos.

La cámara termo gráfica hace fotografías (y también vídeos en algunos modelos) de la distribución de calor. Estas cámaras disponen de un sensor térmico llamado microbolómetro que al recibir la radiación infrarroja se calienta y cambia su resistencia eléctrica. Este cambio de resistencia se mide y se equipara a una determinada temperatura, siendo asignado un color para cada temperatura y formando una imagen coloreada que será la que veamos en pantalla.

Un comentario en “Sistemas de control de temperatura en hornos

Deja una respuesta

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Salir /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Salir /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Salir /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Salir /  Cambiar )

Conectando a %s

A %d blogueros les gusta esto: