Preriscaldatore per cavi a induzione senza contatto per impianti di rivestimento cavi elettrici
Tra i vari passaggi tecnologici che concorrono alla produzione dei cavi elettrici assume una notevole rilevanza il trattamento termico dei fili metallici che li compongono, quali rame, alluminio, ecc. che, durante il processo di trafilatura subiscono alterazioni delle proprietà fisiche della conduttività, della resistenza alla corrosione e riduzione della duttilità di impiego.
L’incrudimento del conduttore ne riduce inoltre la flessibilità utile nel suo impiego da cui ne deriva l’imprescindibile necessità di un trattamento termico (ricottura) che ne favorisca il ripristino della struttura cristallina.
INTECH Automazione Sistemi srl vanta una considerevole esperienza nella costruzione e nell’automazione di quadri elettrici per impianti di trafilatura di fili di rame e di alluminio, Sbozzatori, Trafilatrici intermedie e Trafilatrici capillari, con annessi controlli di Ricottura Continua.
L’attività aziendale opera da anni nel settore della produzione di cavi elettrici con realizzazione di sistemi complessi per Linee di Rivestimento (polimeri, fluorurati, fibre) a singola e/o tripla Estrusione.
Ravvisata la necessità frequente di introdurre in linea, prima dell’Estrusore, un trattamento termico a bassa temperatura del filo metallico, in virtù delle conoscenze acquisite abbiamo deciso di proporre un nostro modello di preriscaldatore per cavi ad induzione, denominato CLIP-H (acronimo di Contact Less Induction Pre-Heater).
Le caratteristiche prevalenti soddisfatte dal preriscaldatore per cavi CLIP-H
Il principio di funzionamento per preriscaldatore cavi CLIP-H si fonda sulla capacità del dispositivo di fornire al conduttore una quantità costante di energia termica indipendentemente dalla velocità della linea.
Il trasferimento di potenza avviene per ”conduzione” ossia il filo metallico è attraversato, nel tratto di riscaldamento, da corrente elettrica per induzione elettromagnetica fornita da un particolare trasformatore, in cui l’avvolgimento secondario è rappresentato dalla spira (o spire) del conduttore stesso.
Il trasformatore è alimentato sull’avvolgimento primario da un convertitore statico a frequenza industriale e tensione variabile, serie J-DRIVE, dotato di un controllo fine e preciso di corrente e tensione di uscita.
Poiché il filo non compie lavoro meccanico l’energia fornita si traduce in calore per effetto Joule e ne determina il riscaldamento.
La dissipazione termica avviene sulla superficie del conduttore e, trattandosi di riscaldamenti a bassa temperatura, si può ritenere l’esistenza di linearità e proporzionalità tra potenza dissipata e temperatura, suffragata dalla espressione seguente:
Dall’elettrotecnica la legge di Ohm ci riporta alla eguaglianza tra la Quantità di Energia in Joule/sec e Potenza espressa in Watt e, volendo valutare la Potenza da trasmettere ad un conduttore di forma cilindrica e di resistenza conosciuta, ci si deve richiamare alla legge fondamentare espressa da Watt = V * I e meglio rappresentata dalla più nota espressione:
la quale ricordando la formula che definisce resistenza elettrica come R = ρ* ℓ /S , risulta semplificata in Watt = k V2, formula che mostra chiaramente che, per una data lunghezza e una data sezione del filo la Potenza risulta proporzionale al quadrato della tensione applicata.
Se ne deduce che, il trasferimento di una quantità di energia in Joule/sec (Watt) ad un conduttore in movimento a velocità variabile, di lunghezza fissa (distanza fra le pulegge) e resistenza nota, modifica l’espressione precedente in m/sec = k V2 da cui ha origine la legge seguente che esprime, in forma quadratica, il valore della Tensione di uscita del preriscaldatore in funzione della velocità della linea.
La generazione di questa legge è facilmente attuabile attraverso l’impiego di un controllore programmabile PLC che, attraverso interfaccia HMI a colori, permette il tracciamento di famiglie di curve programmabili per ogni tipo di conduttore e tipo di materiale, partendo da una curva quadratica di base memorizzata.
Viene infine inviato da PLC un segnale al dispositivo statico J-DRIVE che con precisione eroga la potenza di riscaldamento richiesta.
Una ulteriore considerazione va riportata riprendendo la formula iniziale della potenza Watt = V2/R in cui, sostituendo ad R la corrispondente rappresentazione che evidenzia coefficiente di resistività, lunghezza e sezione del filo R = ρ* ℓ /S dove:
ρ = Resistività del materiale (rho)
ℓ = Lunghezza del conduttore
S = Sezione del conduttore (S=πr2)
si può notare che la potenza di riscaldamento essendo direttamente proporzionale alla sezione sarà sufficiente, per uno stesso tipo di filo, traslare semplicemente la curva di riscaldamento programmata, verso l’alto o verso il basso, senza minimamente dover intervenire sul profilo della curva memorizzata.
CARATTERISTICHE ELETTRICHE
Sezione Potenza
– Convertitore statico di potenza J-DRIVE
– Alimentazione 2 x 400V-50/60Hz
– Sezionatore con blocco porta
– Potenza 15 kW
– Corrente 37/45Amp
– Limitazione di sovraccarico regolabile
– Precisione di tensione < 0,1%
– Protezione extrarapida di corrente
– Isolamento galvanico Potenza/Controllo
– Trasduttore digitale velocità linea
– Ventilazione interna con filtri
– Modulo di sicurezza portello di accesso
Sezione Software
– Controllore S7-1200 Siemens
– Interfaccia Profinet
– Modalità Operative: Tensione costante – Tensione variabile
– Generazione famiglie di Curve Quadratiche
– Modalità manuale tracciamento curve di preriscaldo
– Acquisizione digitale velocità linea
– Isolamento galvanico Potenza/Controllo
CARATTERISTICHE MECCANICHE
Struttura
– Supporti tubolari in acciaio
– Golfari laterali di sollevamento
– Ruote piroettanti con di freno di stazionamento
– Maniglie di trascinamento
– Altezza totale: mm 1308
– Pass line: mm 1045
– Larghezza: mm 400
– Supporti base regolabili: L= mm 573 – 453
– Profondità totale: mm 705
– Boccole ingresso-uscita filo in ceramica
– Protezioni laterali in plexiglass
– Portello frontale con serigrafia in trasparenza
– Elettroserratura
– Peso 300kg
– Pulegge in bronzo
– Diametro gola pulegge 125mm
Quadro Elettrico
– Dimensioni: mm 600 x 400 x 200
– Leggio comandi : mm 155 x 495 x 60 inclinato 11°
– Ingresso cavi: dal basso
– Protezione ingresso cavi: rimovibile ½ pomelli filettati
Pulpito operatore
Interfaccia Operatore 4” T.S. HMI a colori per:
– Tracciamento curve di Pre-riscaldo
– Impostazione ricette
– Impostazione velocità Linea
– Impostazione sezione filo metallico
– Visualizzazione velocità Linea
– Visualizzazione tensione primaria trasformatore
– Visualizzazione corrente uscita J-Drive
– Visualizzazione anomalie
–
Comandi
– Pulsante luminoso inserzione/ripristino comandi
– Lampada segnalazione linea in Marcia
– Potenziometro Tracciamento Curve di Pre-Riscaldo
– Selettore modalità Tensione costante/Tensione variabile
– Pulsanti Marcia-Arresto CLIP-H
– Pulsante Sblocco portello
– Fungo di Emergenza CLIP-H (Funzione estesa ad Emergenza Linea: opzionale con attivazione da HMI)
SVILUPPI FUTURI E SOLUZIONI CUSTOM
Sono in corso ricerche e approfondimenti sui dispositivi di rilevamento della temperatura senza contatto, p.e. telecamere e trasduttori a infrarosso, per fili di diametro ridotto (<5mm). Lo scopo è di realizzare, oltre la visualizzazione della temperatura sul display, il totale controllo in anello chiuso della temperatura dal PLC con feed-back direttamente dal sensore.
Sarà naturalmente mantenuto il sistema di controllo in anello aperto, come nelle unità attuali, in caso di anomalia del rilevatore di temperatura.
In caso di richieste particolari del cliente, siamo in grado di sviluppare e modificare CLIP-H per adattarlo a qualsiasi esigenza sviluppando soluzioni custom.
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