Doppia camera vs camera singola: una prospettiva energetica dei forni a vuoto
TAV VACUUM FURNACES ha messo a confronto due diversi design di forno – i forni a vuoto a camera singola e i forni a vuoto a doppia camera – dettagliando di ognuno tutti i componenti di consumo energetico.
di Elisabetta Brendano
Gli aspetti energetici del trattamento termico a vuoto è un tema particolarmente attuale e verso il quale tutti coloro che lavorano nel settore prestano molta attenzione nell’ottica di ridurre le emissioni di carbonio e, al tempo stesso, puntare a un futuro a zero emissioni nette.
In questa transizione, i forni a vuoto giocheranno un ruolo essenziale ma anche la scelta della giusta configurazione del forno a vuoto per un determinato processo può avere un impatto altresì importante sull’energia necessaria per svolgere tale processo. In quest’ottica, TAV VACUUM FURNACES ha messo a confronto due diversi design di forno – i forni a vuoto a camera singola e i forni a vuoto a doppia camera – dettagliando di ognuno tutti i componenti di consumo energetico.
Il confronto tra due tipi di forni a vuoto
Protagonisti di questo confronto sono un forno a vuoto a camera singola isolato in grafite, il modello TAV H4, e un forno doppia camera TAV DC4, entrambi con volume utile di 400-400-600 mm.
In un forno a vuoto a camera singola, come il TAV H4, l’intero processo viene eseguito con la carica all’interno della camera termica del forno. Si tratta di una configurazione altamente flessibile che consente di svolgere operazioni di trattamento termico complesse con una sequenza multipla di fasi di riscaldamento e raffreddamento e permette di controllare con precisione i gradienti di temperatura in ogni fase.
Il forno a vuoto a doppia camera TAV DC4 di TAV VACUUM FURNACES è invece dotato di una camera fredda, separata dalla camera termica, dedicata alle fasi di raffreddamento. Nonostante la maggiore complessità di questo tipo di forno a vuoto, la configurazione a doppia camera assicura diversi vantaggi.
In primo luogo, la camera calda isolata in grafite non è mai esposta all’aria durante le operazioni di carico e scarico del forno. Per questo motivo, la camera calda può essere preriscaldata alla temperatura di trattamento (o a una temperatura inferiore, per controllare il gradiente di riscaldamento).
Nei forni a vuoto a camera singola, invece, la camera termica deve essere sempre caricata e scaricata a temperatura ambiente per evitare danni dovuti all’esposizione della grafite all’ossigeno. Ciò si tradurrà in cicli di riscaldo più rapidi e in un minor consumo di energia nel forno a doppia camera, in quanto viene risparmiata una notevole quantità di energia necessaria per riscaldare la camera termica del forno. Questo vantaggio sarà ovviamente tanto più rilevante in termini di risparmio energetico quanto più breve sarà l’intervallo tra trattamenti termici successivi.
Coefficiente di trasferimento termico superiore rispetto alla camera singola
Poiché la fase di tempra viene eseguita in una camera separata, nei forni a vuoto a doppia camera è possibile migliorare l’isolamento della camera termica aumentando lo spessore del pannello di grafite senza compromettere le prestazioni di raffreddamento. Ciò si traduce in una dissipazione di calore significativamente inferiore, tanto che a 1.100°C la potenza dissipata per unità di superficie (kW/m2) si riduce del 25% rispetto a un equivalente forno a vuoto a camera singola.
Temprare la carica in una camera fredda dedicata consente di ottenere coefficienti di trasferimento termico e velocità di raffreddamento più elevati rispetto a un forno a vuoto a camera singola. Questo perché, in primo luogo, la camera fredda è dedicata esclusivamente alla fase di tempra e può essere progettata per ottimizzare il flusso del gas di raffreddamento, senza la necessità di ospitare tutti i componenti relativi al riscaldo. A parità di condizioni, il coefficiente di trasferimento termico ottenibile nel forno TAV DC4 può essere superiore anche del 50% rispetto a un forno a vuoto a camera singola.
In secondo luogo, poiché la camera fredda rimane a temperatura ambiente durante l’intero processo, solo la carica e i cestelli devono essere raffreddati; di conseguenza, la quantità di calore che deve essere dissipata è notevolmente inferiore rispetto alla controparte a camera singola.
Con i forni a doppia camera un risparmio energetico fino al 50%
In virtù delle considerazioni sin qui fatte, per i trattamenti termici che richiedono elevate velocità di raffreddamento è quindi possibile lavorare con cariche significativamente più elevate sul forno a doppia camera rispetto al modello a camera singola.
Tradotto in numeri, il modello a doppia camera può effettivamente temprare il doppio della carica tipicamente processabile in un forno a camera singola, a seconda della lega, della configurazione della carica e del processo. Il risparmio, in termini di consumo energetico, per unità di carica (kWh/kg) ottenibile con il forno a doppia camera per tali processi è notevole e può raggiungere il 50% rispetto al forno a camera singola.
L’efficienza energetica dei forni a vuoto dipende quindi strettamente dalla combinazione macchina-processo. Scegliere la giusta configurazione di forno a vuoto per un’applicazione specifica, anziché affidarsi esclusivamente a soluzioni standardizzate, può dunque aumentare in maniera significativa l’efficienza energetica del processo di trattamento termico e massimizzare il ritorno sull’investimento.
