¿Qué es el calentamiento por inducción?

calentamiento por inducción

¿Qué es la calefacción de inducción?
Calentamiento por inducción es un proceso que se utiliza para enlazar, endurecer o suavizar, metales u otros materiales conductores. Para muchos procesos de manufactura moderna, calentamiento por inducción ofrece una atractiva combinación de velocidad, consistencia y control.

Los principios básicos de calentamiento por inducción han sido entendidos y aplicado a la fabricación desde la década de 1920. Durante la II Guerra Mundial, la tecnología se convirtió rápidamente a necesidades urgentes durante la guerra para un proceso rápido y confiable endurecer piezas de metal del motor. Más recientemente, el enfoque en técnicas de manufactura esbelta y énfasis en la mejora del control de calidad han llevado a un redescubrimiento de la tecnología de inducción, junto con el desarrollo de precisamente controlados, todo sólido estado inducción fuentes de alimentación.

¿Qué hace este método único de calefacción? En los métodos más comunes de calefacción, una antorcha o llamas se aplican directamente a la parte metálica. Pero con la calefacción de inducción, calor es realmente "inducida" dentro de la parte de sí mismo por circulan corrientes eléctricas.

Calentamiento por inducción se basa en las características únicas de la energía de radiofrecuencia (RF) - esa porción del espectro electromagnético por debajo de la energía de infrarrojos y microondas. Puesto que el calor se transfiere al producto mediante ondas electromagnéticas, la parte nunca entra en contacto directo con cualquier llama, el inductor de sí mismo no se caliente (ver video en la parte superior derecha), y no es ninguna contaminación del producto. Cuando configurar correctamente, el proceso se vuelve muy repetible y controlable.

Cómo funciona la calefacción de inducción
¿Cómo exactamente qué trabajo de calentamiento por inducción? Ayuda a tener una comprensión básica de los principios de la electricidad. Cuando se aplica una corriente eléctrica alterna al primario de un transformador, se crea un campo magnético alterno. Conforme a la ley de Faraday, si el secondaryof el transformador se encuentra dentro del campo magnético, se inducirá una corriente eléctrica.

En una configuración que se muestra a la derecha de calentamiento por inducción básica, un suministro de energía de RF de estado sólido envía un AC actual a través de un inductor (a menudo una bobina de cobre), y la pieza a calentar (la pieza de trabajo) se coloca dentro el inductor. El inductor sirve como el transformador principal y la parte a calentar se convierte en un cortocircuito secundario. Cuando una pieza de metal se coloca en el inductor y entra en el campo magnético, circulación de las corrientes de Foucault son inducidos dentro de la parte.

Como se muestra en el segundo diagrama, estas corrientes de Foucault fluyen contra la resistencia eléctrica del metal, generando calor preciso y localizado sin ningún contacto directo entre la parte y el inductor. Este calentamiento se produce con piezas tanto magnéticas y no magnéticas y se refiere a menudo como el "efecto Joule", refiriéndose a la primera ley de Joule – una fórmula científica que expresa la relación entre el calor producido por la corriente eléctrica pasada a través de un conductor.

En segundo lugar, se produce un calor adicional dentro de piezas magnéticas a través de histéresis – fricción interna que se crea cuando piezas magnéticas atraviesan el inductor. Materiales magnéticos naturalmente ofrecen resistencia eléctrica a los campos magnéticos rápidamente cambiantes en el inductor. Esta resistencia produce fricción interna que a su vez produce calor.

En el proceso de calentar el material, por lo tanto no hay contacto entre el inductor y la parte, y tampoco existen los gases de combustión. El material a calentar puede ser situado en un entorno aislado de la fuente de alimentación; sumergido en un líquido, cubierto por sustancias aisladas, en atmósferas gaseosas o incluso en el vacío.

Factores importantes a considerar
La eficacia de una inducción en el sistema de calefacción para una aplicación específica depende de varios factores: las características de la pieza misma y el diseño del inductor, la capacidad de la fuente de alimentación y la cantidad de cambios de la temperatura necesaria para la aplicación.

Las características de la parte
METAL O PLÁSTICO
Primera, inducción calefacción funciona directamente sólo con materiales conductores, normalmente metales. Plásticos y otros materiales no conductores pueden a menudo ser calentados indirectamente calentando primero un susceptor metal conductor que transfiere calor al material no conductivo.

MAGNÉTICO O NO MAGNÉTICO
Es más fácil para calentar los materiales magnéticos. Además el calor inducido por corrientes de Foucault, materiales magnéticos también producen calor a través de lo que se llama el efecto de histéresis (descrito anteriormente). Este efecto deja de ocurrir a temperaturas por encima del punto "Curie" - la temperatura en la cual un material magnético pierde sus propiedades magnéticas. La resistencia relativa de materiales magnéticos es clasificada en una escala de "permeabilidad" de 100 a 500; Si bien no-magnetics tienen una permeabilidad de 1, materiales magnéticos pueden tener una permeabilidad hasta 500.
GRUESO O FINO
Con materiales conductores, alrededor del 85% del efecto de calentamiento se produce en la superficie o la "piel"
de la parte; la intensidad de la calefacción disminuye como la distancia desde la superficie aumenta.
Tan pequeñas o delgadas piezas generalmente calientan más rápidamente que las partes gruesas grandes, especialmente si necesita calentar completamente las piezas más grandes.

Las investigaciones han demostrado una relación entre la frecuencia de la corriente alterna y
la profundidad de penetración de calefacción: cuanto mayor sea la frecuencia, menor la calefacción en la parte. Las frecuencias de 100 a 400 kHz producen relativamente alta-energy calor, ideal para calentar rápidamente las piezas pequeñas o la superficie/piel de partes más grandes. Profunda, penetrante calor, ciclos de calefacción más prolongados a bajas frecuencias de 5 a 30 kHz han demostrado ser más eficaz.

RESISTIVIDAD
Si utilizas el exacto mismo proceso de inducción para calentar las dos piezas de tamaño mismo de acero y cobre, los resultados serán muy diferentes. ¿Por qué? Acero – junto con carbón, estaño y tungsteno
– tiene alta resistividad eléctrica. Porque estos metales resisten fuertemente el flujo de corriente, calor acumula rápidamente. Los metales como cobre, latón y aluminio baja resistividad durar
al calor. Resistividad aumenta con la temperatura, por lo que será más una pieza muy caliente de acero
receptivo a que un trozo frío de calentamiento por inducción.

Diseño de inductor
En el inductor es que el campo magnético variable necesario para la calefacción de inducción se desarrolla a través del flujo de corriente alterna. Tan inductor diseño es uno de los aspectos más importantes de todo el sistema. Un inductor bien diseñado preve el patrón adecuado de la calefacción de su parte y maximiza la eficiencia de la alimentación, mientras sigue permitiendo fácil inserción y retiro de la parte de calentamiento por inducción.

Capacidad de la fuente de alimentación
El tamaño de la fuente de alimentación de inducción requerida para la calefacción de una pieza concreta puede calcularse fácilmente. En primer lugar, uno debe determinar cuánta energía necesita ser transferidos a la pieza de trabajo. Esto depende de la masa del material se calienta, el calor específico del material y el aumento de la temperatura. También deben considerarse las pérdidas de calor por conducción, convección y radiación.

Grado de cambio de la temperatura requerido
Finalmente, la eficiencia de la calefacción para uso específico de inducción depende de la cantidad de cambios de la temperatura necesaria. Una amplia gama de cambios de temperatura puede ser acomodados; como una regla de pulgar, más potencia de calentamiento por inducción se utiliza generalmente para aumentar el grado del cambio de temperatura.

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