Control preciso del vacío, la temperatura y la velocidad de rotación durante el secado por microondas al vacío (VMD)
Resumen: Centrándonos en la investigación y el equipamiento actual de la tecnología de secado por microondas al vacío local, los inconvenientes son la sencillez del equipo de control, el escaso efecto de control del grado de vacío y la baja calidad del producto. En este artículo se proponen las soluciones correspondientes y la integración del secado por microondas al vacío utilizando la válvula neumática de control de flujo de la serie FC. Se introduce el controlador del grado de vacío, la temperatura y la velocidad del tipo, y la válvula neumática de control de flujo proporcional resistente a la corrosión, accionada por un motor de pasos para el ajuste del flujo de gas, que puede controlar con precisión el proceso de secado por microondas al vacío.

1. Pregunta
El secado por microondas al vacío es un nuevo tipo de tecnología de aplicación de energía de microondas que combina la tecnología de calentamiento por microondas y la tecnología de vacío. En el proceso de secado de materiales, el rango de temperatura de secado es generalmente de 30~60℃, y el rango de grado de vacío es generalmente de 0,01~95kPa, lo que tiene ventajas de alto rendimiento de secado, buena calidad, bajo coste de procesamiento y bajo consumo de energía. Además, al secar a baja temperatura y baja presión, la concentración de oxígeno es baja, y la reacción de oxidación del material secado se debilita y se ralentiza, asegurando así el sabor, la apariencia y el color del material, y es fácil de secar materiales sensibles al calor, especialmente para los extractos de la medicina tradicional china, los alimentos cárnicos, las materias primas químicas, el secado a baja temperatura de frutas y productos agrícolas tiene ventajas únicas.
Dado que la tecnología de secado por microondas al vacío utiliza el principio de bajar el punto de ebullición del agua a baja presión, y combina las características de rapidez, homogeneidad y bajo consumo de energía del calentamiento por microondas. El grado de vacío, la temperatura y la velocidad de rotación son los tres parámetros clave de control en la aplicación de la tecnología de secado por microondas al vacío. En la aplicación local actual de la tecnología de secado por microondas al vacío, existen generalmente problemas como un equipo de control tosco, un pobre efecto de control del grado de vacío y una baja calidad del producto, que se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:
(1) Para diferentes materiales, el grado de vacío, la temperatura y la velocidad de rotación requeridos en el proceso de secado son completamente diferentes. El rango de variación del grado de vacío es muy amplio, como por ejemplo de 0,01kPa a 95kPa, por lo que es necesario tener una medición precisa y medir el grado de vacío en un amplio rango. Para diferentes grados de vacío se necesitan diferentes métodos de control.
(2) El cambio del grado de vacío tendrá un grave impacto en la temperatura de evaporación, y el cambio de temperatura después del calentamiento por microondas causará el rápido aumento del grado de vacío. El grado de vacío y la temperatura son un conjunto de variables que se afectan mutuamente. Para garantizar la calidad del producto, se requiere que el control del grado de vacío tenga un tiempo de respuesta rápido, de modo que el grado de vacío en el proceso de secado sea siempre constante y no se vea afectado por los cambios de temperatura, y la tasa de fluctuación del grado de vacío después de la homeostasis sea pequeña. Los experimentos han demostrado que el uso de la válvula neumática de control de flujo proporcional puede lograr el efecto deseado.
(3) Además de la necesidad de controlar el grado de vacío y la temperatura (potencia de calentamiento por microondas) al mismo tiempo, para garantizar la estabilidad de los materiales de calentamiento por microondas, también es necesario seleccionar y controlar la velocidad de rotación.
(4) Debido a que diferentes materiales requieren diferentes parámetros de control PID y parámetros de proceso, se requiere que el controlador tenga funciones de almacenamiento de múltiples programas y parámetros, que son fáciles de llamar en cualquier momento durante el proceso, a fin de mejorar el nivel de automatización de todo el proceso de secado.

2. Esquema de control del secado por microondas al vacío
El grado de vacío, la temperatura y la velocidad de la mesa giratoria deben controlarse con precisión en el proceso de secado por microondas al vacío. En la actualidad, los esquemas de control comúnmente utilizados en Taiwán son, en general, relativamente simples. El esquema mejorado que se propone aquí se muestra en la figura 1.

En el sistema de control del grado de vacío que se muestra en la figura 1, se adopta un método diferente al anterior de control del grado de vacío, es decir, se añade un canal de entrada de aire a la cámara de vacío, y se utiliza una válvula de aguja eléctrica de control numérico, o la llamada válvula de control de flujo neumático, y un controlador multicanal de alta precisión con una rápida velocidad de respuesta. Este programa tiene dos características destacadas:
(1) Puede alcanzar un control preciso del grado de vacío en el rango de 0,01~95kPa, con una tasa de fluctuación inferior a ±1%. La implementación específica es que cuando el grado de vacío es inferior a 10torr, el control adopta el modo ascendente. Cuando el grado de vacío es superior a 10torr, el control adopta el modo descendente. Al mismo tiempo, las válvulas y los controles de respuesta rápida garantizan que los cambios de temperatura tengan un efecto mínimo en el vacío.
(2) Equipado con un controlador PID integrado de 2 canales, que puede alcanzar el control simultáneo del grado de vacío, la temperatura y la velocidad de la plataforma giratoria. Se utilizan 2 canales independientes para la medición, el control y la visualización del vacío y la temperatura, y el canal de salida de la alarma se puede utilizar para controlar la velocidad de la plataforma giratoria o el arranque-parada del motor giratorio.

3. Controlador multifuncional de alta precisión de 24 bits
Para alcanzar el control preciso del grado de vacío, la temperatura y la velocidad de rotación en el secado por microondas al vacío, KaoLu ha desarrollado el controlador universal PID programable de alta precisión de la serie FC, como se muestra en la figura 2. Esta serie de controladores PID son muy útiles y rentables.

Los principales indicadores de rendimiento de los controladores de la serie VPC son los siguientes:
(1) Precisión: A/D de 24 bits, D/A de 16 bits.
(2) Velocidad máxima de muestreo: 50ms.
(3) Varios parámetros de entrada: Se pueden conectar 47 señales de entrada (termopar, resistencia térmica, tensión continua) a diversos sensores de temperatura y vacío para su medición, visualización y control.
(4) Varias formas de salida: señal analógica de 16BIT, relé de 2A (250V AC), relé de estado sólido de 22V/20mA, SCR de 3A/250VAC.
(5) Multicanal: salida independiente de 1 o 2 canales. 2 canales pueden alcanzar la medida y el control simultáneos de la temperatura y del grado del vacío, y el canal de la salida de la alarma se puede utilizar para controlar el start-stop del motor giratorio.
(6) Multifunción: control de avance, retroceso, control bidireccional de avance y retroceso, control de calefacción/refrigeración.
(7) Control del programa PID: El algoritmo PID mejorado soporta el control diferencial PV y el control de avance diferencial. Puede almacenar 20 grupos de PID y soportar 20 curvas de programa (50 segmentos cada una).
(8) Comunicación: RS485 de dos hilos, protocolo de comunicación estándar MODBUS RTU.
(9) Modo de visualización: sala digital y LCD TFT en color verdadero IPS.
(10) Software: El funcionamiento del controlador y la adquisición y el almacenamiento de datos se pueden alcanzar a través del ordenador de software.
(11) Dimensiones: 96×96×87mm (tamaño del agujero 92×92mm).

4. El motor paso a paso acciona la válvula de aguja de alta velocidad resistente a la corrosión
Para lograr un ajuste de alta precisión en el proceso de control del grado de vacío, KaoLu ha desarrollado una serie de válvulas neumáticas de control de flujo proporcional con diferentes caudales basadas en la válvula de aguja que utilizan motores de paso, como se muestra en la figura 2. La histéresis magnética de esta serie es mucho menor que la de las válvulas de solenoide, y tiene una respuesta de alta velocidad en 1 segundo. En particular, el uso de la tecnología de sellado FKM permite que la válvula tenga una resistencia superior a la corrosión. Los indicadores técnicos detallados se muestran en la figura 4.

Modelo	FC-20	FC-120	FC-300	FC-1000
Tipo de válvula	Válvula de aguja
Diámetro de la deriva del carrete	0,9mm	2,25mm	2,75mm	4.10mm
Actuador	Control de motores paso a paso bipolares
Tiempo de respuesta	0,8seg (de apertura a cierre)
Tamaño estándar	G1/8"			G3/8"
Fluido	Gas inerte y líquido
Materiales de contacto	Acero inoxidable
Rango de presión	-1 ~ 7bar			-1 ~ 5bar
Flujo máximo	50L/min @7bar	240L/min @7bar	290L/min @7bar	600L/min @7bar

 

Linealidad	±2%	±0,1 ~ 1%	±0,2 ~ 5%	±11%
Repetibilidad (Escala completa)	±0,1%
Resolución de flujo (longitud de paso)	0,1L/min	0,1 ~ 0,2L/min	0,2 ~ 0,75L/min	1L/min
Resolución de desplazamiento (longitud de paso)	12,7um		25,4um
Rango de temperatura de funcionamiento	0 ~ 84°c
Sello	FKM estándar u otras opciones de juntas
Señal de control	DC: 0 ~ 10V (o 4 ~ 20mA)
Fuente de alimentación	DC: 24V (12W)

(Figura 4 Indicadores técnicos de la válvula de aguja electrónica FC de KaoLu)

Para más información, visite https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html

La válvula neumática de control de flujo FC está equipada con un módulo de circuito de accionamiento de motor paso a paso, que proporciona la fuente de alimentación y la señal de control necesarias para la válvula neumática de control de flujo proporcional FC, y convierte la señal de CC en control de paso del motor paso a paso bipolar, y también puede proporcionar el control directo RS485 de la comunicación en serie. Sus especificaciones y dimensiones se muestran en la Figura 5.

Cuando se utiliza la válvula neumática de control de flujo proporcional en el secado por microondas al vacío, también se puede utilizar el método de control de bucle abierto para instalar la válvula de aguja en el extremo delantero de la bomba de vacío en lugar de la válvula de bola eléctrica, y el grado de vacío se puede controlar mediante el ajuste del flujo de bombeo, pero la estabilidad de este método de control de bucle abierto es pobre. Es difícil alcanzar los requisitos de estabilidad más altos. Por lo tanto, generalmente se recomienda utilizar el método de control de bucle cerrado que se muestra en la figura 1, es decir, añadir una válvula de control de entrada de aire a la cámara de vacío, y lograr un control preciso del grado de vacío ajustando el flujo de entrada de aire y el flujo de escape al mismo tiempo.