Les processus de traitement thermique sont un composant essentiel de nombreux processus de fabrication, et les solutions de boucle thermique sont devenues de plus en plus populaires pour obtenir un meilleur contrôle de la température et des résultats constants. Cependant, de nombreux équipementiers manquent des opportunités où les solutions de boucle thermique offrent plus qu’un simple contrôle. Dans cet article, Peter Sherwin et Thomas R ücker, fournisseur de technologie de chauffage industriel Watlow, explorent les possibilités des solutions de boucle thermique.
Une solution de boucle thermique est un système à boucle fermée avec plusieurs composants essentiels, notamment une alimentation électrique, un régulateur d’alimentation, un élément chauffant, un capteur de température et un régulateur de process. L’alimentation électrique fournit l’énergie nécessaire au chauffage, le régulateur d’alimentation régule la sortie d’alimentation de l’élément chauffant, l’élément chauffant chauffe le matériau et le capteur de température mesure la température. Enfin, le régulateur de process ajuste la puissance de sortie pour maintenir la température souhaitée pendant la durée spécifiée, offrant ainsi un meilleur contrôle de la température et des résultats cohérents.
Avantages en termes de performances
Les solutions de boucle thermique de traitement thermique offrent plusieurs avantages par rapport aux méthodes de traitement thermique traditionnelles, notamment un meilleur contrôle de la température et une efficacité accrue. Le système de boucle thermique fournit un contrôle précis de la température, permettant un chauffage et un refroidissement plus rapides et des temps de trempage optimisés. De plus, la conception complète des solutions de boucles thermiques modernes comprend un chauffage économe en énergie et une facilité d’utilisation globale.
Les solutions de boucle thermique peuvent également être intégrées aux cadres de l’industrie 4.0 et aux systèmes de gestion de données pour fournir des informations en temps réel sur les performances. La combinaison de l’IA et des algorithmes d’apprentissage automatique peut également fournir des avantages supplémentaires en termes de performance, tels que la capacité d’analyser les données et d’identifier des modèles pour une optimisation ultérieure.
Fig. 1. Solution Watlow Industry 4.0
L’efficacité des solutions de boucle thermique de traitement thermique peut être mesurée à l’aide de mesures telles que l’efficacité globale de l’équipement (OEE). L’OEE combine des mesures de disponibilité, de performance et de qualité pour fournir une vue complète de l’efficacité d’un processus de fabrication. En suivant le TRS et les données contextuelles, les organisations peuvent évaluer l’efficacité de leurs solutions de boucle thermique de traitement thermique et prendre des décisions éclairées sur l’optimisation de leurs opérations.
Soutenir la durabilité
Les solutions de boucle thermique de traitement thermique offrent plusieurs avantages en matière de durabilité, notamment une réduction de la consommation d’énergie et des déchets. Le régulateur d’alimentation régule la sortie d’alimentation afin de minimiser le gaspillage d’énergie, et l’intégration possible avec des sources d’énergie renouvelables fournit une solution d’alimentation complète qui couvre la conception des éléments et le recyclage. Les solutions de boucle thermique, associées à la conception et aux matériaux d’isolation, fournissent des solutions écoénergétiques qui contribuent à la durabilité et réduisent l’impact environnemental des processus de traitement thermique.
Lors de la discussion de ces systèmes dans le contexte des émissions de gaz à effet de serre et de l’impact environnemental, il est essentiel de prendre en compte les champs d’application 1 (émissions directes), 2 (émissions indirectes provenant de l’énergie) et 3 (autres émissions indirectes), ainsi que le champ d’application 4 moins commun (émissions évitées).
Au niveau des composants, des économies d’énergie peuvent être réalisées à l’aide de la technologie actuelle. La réduction catalytique sélective avancée (SCR) fournit des fonctions de gestion de charge prédictive et des algorithmes de déclenchement hybrides contribuent à la durabilité en optimisant la consommation d’énergie des processus de traitement thermique. Ces thyristors offrent une surveillance et un contrôle en temps réel de la consommation d’énergie, tandis que les systèmes de gestion de charge prédictive utilisent des algorithmes spécifiques pour gérer les charges de puissance de pointe et s’ajuster pour optimiser les conditions locales telles que le délestage ou le partage de charge.
Fig. 2. Gestion prédictive de charge Eurotherm EPower™.
Les solutions de système thermique adaptatif (ATS) constituent la prochaine frontière des solutions de boucle thermique. Watlow possède des décennies d’expérience dans les systèmes thermiques afin d’aider les ingénieurs et les concepteurs à intégrer la technologie ATS dans une variété de processus et de produits industriels.
L’ATS, qui combine les technologies de détection, de chauffage et de régulation, représente une approche différente et plus innovante du contrôle des performances thermiques pour les systèmes complexes, et fournit une conception fusionnée entre les systèmes de chauffage et de régulation.
Fig. 3. Systèmes thermiques adaptatifs Watlow (ATS™).
Conformité réglementaire
NADCAP, le programme d’accréditation des entrepreneurs de National Aerospace and Defense, est un programme axé sur l’industrie qui fournit une accréditation pour des processus spéciaux dans les secteurs de l’aérospatiale et de la défense. Le traitement thermique est considéré comme un « processus spécial » selon le NADCAP, car il possède des caractéristiques spécifiques cruciales pour les composants aérospatiaux et de défense. Ces caractéristiques comprennent la sensibilité du processus, la traçabilité limitée, les exigences de performance critiques et le risque potentiel.
L’accréditation de traitement thermique NADCAP garantit que les fournisseurs respectent les normes de l’industrie et les meilleures pratiques pour les processus de traitement thermique. Le processus d’accréditation comprend des audits, une documentation approfondie et une surveillance continue du contrôle des processus afin de maintenir des niveaux élevés de qualité, de sécurité et de performance.
La spécification de pyrométrie AMS2750TMG de l’industrie aérospatiale et la réglementation CQI-9 Version 4 de l’industrie automobile sont essentielles pour garantir des composants traités thermiquement de haute qualité et cohérents. Le respect de ces réglementations est essentiel pour répondre aux exigences de qualité strictes des industries aérospatiales et automobiles et d’autres industries ayant des spécifications exigeantes.
L’amélioration continue est également soulignée par AMS2750G et CQI-9 Version 4, exigeant des fabricants qu’ils établissent un système de surveillance, de mesure et d’analyse des performances de leurs systèmes de traitement thermique. Ce développement permet aux fabricants d’identifier les domaines à améliorer et de mettre en œuvre des actions correctives, garantissant que les processus de traitement thermique s’améliorent continuellement et répondent aux normes de performance et de sécurité nécessaires.
En intégrant ces réglementations dans une boucle de régulation de précision, les solutions de boucle thermique de traitement thermique peuvent fournir le niveau de régulation nécessaire et garantir la conformité avec AMS2750G et CQI-9 Version 4, conduisant à la production de composants traités thermiquement de haute qualité qui répondent aux performances requises et aux normes de sécurité.
Les solutions de boucle thermique de traitement thermique offrent plusieurs avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de traitement thermique, notamment un meilleur contrôle de la température, une efficacité accrue et des résultats améliorés en matière de durabilité. L’intégration avec l’Industrie 4.0 et les systèmes de gestion des données, ainsi que l’utilisation des mesures de l’OEE, contribuent à améliorer les performances des processus de traitement thermique. Alors que la transformation numérique de l’Industrie 4.0 continue d’évoluer, les solutions de boucle thermique de traitement thermique joueront un rôle de plus en plus important dans l’avenir du traitement thermique.
Peter Sherwin et Thomas Ruecker sont avec Watlow