El impacto del ciclo térmico en la longevidad del calentador de cartucho
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Un calentador de cartucho que se mantiene a una temperatura constante todo el tiempo puede durar años. Un mismo calentador podría estropearse en unos meses si se utiliza en una aplicación que se enciende y apaga mucho. No hay ambigüedad sobre esta discrepancia. Ocurre cuando el calentador se calienta y enfría una y otra vez, lo que se llama ciclo térmico. Saber cómo los ciclos térmicos afectan los calentadores de cartucho le ayudará a comprender por qué algunos usos son más duros para los calentadores que otros y cómo hacer que duren más.
Cada parte de un calentador de cartucho se hace más grande cuando se calienta. La funda metálica, el aislante de óxido de magnesio y el cable de resistencia se hacen más grandes. Todas estas piezas se vuelven más pequeñas cuando el calentador se enfría. Este crecimiento y contracción ocurre cada vez. Las piezas internas pueden moverse después de miles de ciclos. El cable de resistencia podría desplazarse un poco dentro del MgO. Se pueden formar micro-fisuras en el propio MgO. El extremo del cable que se conecta a los cables sufre tensión mecánica cada vez que realiza un ciclo.
Varias cosas afectan la gravedad del daño por ciclo térmico. El cambio de temperatura es el más importante. Un calentador que va de 50 grados a 200 grados y viceversa está menos estresado que uno que va de 50 grados a 500 grados y viceversa. Cuanto más cambia la temperatura, más se expanden y contraen las cosas. El ritmo del ciclo también es importante. Un calentador que se calienta y enfría rápidamente está sometido a más estrés que uno que cambia de temperatura lentamente. Las barras de sellado, que calientan y enfrían en segundos, son uno de los usos más exigentes.
La eficacia con la que el calentador puede manejar los ciclos térmicos depende de cómo se construyó. Los calentadores con óxido de magnesio apretado tienen menos movimiento interno que aquellos con aislamiento suelto. La compactación mantiene el cable de resistencia en su lugar para que no se mueva cuando el calentador se expande y contrae. Los calentadores que tienen sistemas de soporte internos, como espaciadores cerámicos o varillas centrales, son más estables. La calidad del final es igualmente importante. La construcción estampada-, donde los cables están sellados dentro del calentador, funciona mejor para el ciclo térmico que la construcción engarzada-, donde la terminación está afuera.
La forma en que se instala el calentador afecta cómo le afecta el ciclo térmico. Un calentador que puede expandirse y contraerse libremente en su cavidad tiene menos tensión interna que uno que está limitado de esta manera. La fuerza de expansión no tiene adónde ir si el calentador golpea el fondo de una cavidad ciega o está firmemente sujeto en el extremo principal. El calentador tiene que absorber esa tensión, que puede romper el MgO o desgastar el cable de resistencia. Esta tensión se reduce dejando un pequeño espacio para la expansión en la punta y utilizando un montaje que permite que el extremo principal se mueva un poco.
Si necesita utilizar un calentador que se utilizará con frecuencia para ciclos térmicos, debe elegir uno que esté hecho para servicio cíclico. Esto incluye elegir un calentador con una estructura interna fuerte, un material de funda que se mantenga fuerte incluso cuando la temperatura fluctúa y una terminación que pueda soportar tensiones repetitivas. Cuando se trata de ciclos de temperatura, las vainas de Incoloy® suelen ser mejores que las de acero inoxidable normal, ya que mantienen mejor sus cualidades mecánicas. Los cables de níquel en construcción estampada-son mejores para manejar movimientos repetidos que los cables convencionales en diseños-engarzados.
El ciclo térmico es una de las razones más comunes por las que los calentadores se estropean antes de lo debido. El daño se acumula con el tiempo y generalmente no se nota hasta que el calentador se estropea. Un calentador que se ha usado miles de veces puede verse muy bien por fuera, pero el MgO se ha agrietado, el cable se ha movido y la terminación se ha debilitado. Cuando algo sale mal, con frecuencia parece suceder todo al mismo tiempo. Pero el procedimiento comenzó en el primer ciclo. Saber cómo funciona esto le permite elegir calentadores y diseñar instalaciones que reduzcan los efectos del ciclo térmico, lo que puede permitirles durar más incluso en las aplicaciones de ciclo más exigentes.
