Principio de calentamiento por inducción y sus aplicaciones

Principio de calentamiento por inducción y sus aplicaciones

Inducción principio de calentamiento se ha utilizado en los procesos de fabricación desde la década de 1920. Como se ha dicho, la necesidad es la madre de la invención, durante la Segunda Guerra Mundial, la necesidad de un proceso rápido para endurecer las partes de el metal motor, ha desarrollado rápidamente la tecnología de calentamiento por inducción. Hoy vemos la aplicación de esta tecnología en nuestros requerimientos del día a día. Recientemente, la necesidad de un mejor control de calidad y técnicas de fabricación seguras ha vuelto a poner esta tecnología en el centro de atención. Con las tecnologías de punta de hoy, se están introduciendo métodos nuevos y confiables para la implementación del calentamiento por inducción.

¿Qué es el calentamiento por inducción?

los principio de funcionamiento del proceso de calentamiento por inducción es una receta combinada de inducción electromagnética y calentamiento Joule. El proceso de calentamiento por inducción es el proceso sin contacto de calentar un metal eléctricamente conductor mediante la generación de corrientes parásitas dentro del metal, utilizando el principio de inducción electromagnética. A medida que la corriente de Foucault generada fluye contra la resistividad del metal, por el principio de calentamiento Joule, se genera calor en el metal.


Calentamiento por inducción

Calentamiento por inducción



¿Cómo funciona el calentamiento por inducción?

Conocer la ley de Faraday es muy útil para comprender el funcionamiento del calentamiento por inducción. De acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday, cambiar el campo eléctrico en el conductor da lugar a un campo magnético alterno a su alrededor, cuya fuerza depende de la magnitud del campo eléctrico aplicado. Este principio también funciona a la inversa cuando el campo magnético cambia en el conductor.

Entonces, el principio anterior se utiliza en el proceso de calentamiento inductivo. Aquí un estado sólido Frecuencia de RF La fuente de alimentación se aplica a una bobina inductora y el material a calentar se coloca dentro de la bobina. Cuando Corriente alterna pasa a través de la bobina, se genera un campo magnético alterno a su alrededor según la ley de Faraday. Cuando el material colocado dentro del inductor entra en el rango de este campo magnético alterno, se genera una corriente parásita dentro del material.

Ahora se observa el principio de calentamiento Joule. De acuerdo con esto, cuando una corriente pasa a través de un material, se genera calor en el material. Entonces, cuando se genera corriente en el material debido al campo magnético inducido, la corriente que fluye produce calor desde el interior del material. Esto explica el proceso de calentamiento inductivo sin contacto.

Calentamiento inductivo de metales

Calentamiento inductivo de metales

Diagrama del circuito de calentamiento por inducción

La configuración utilizada para el proceso de calentamiento por inducción consiste en una fuente de alimentación de RF para proporcionar la corriente alterna al circuito. Se utiliza una bobina de cobre como inductor y se le aplica corriente. El material a calentar se coloca dentro de la bobina de cobre.


Configuración típica de calentamiento por inducción

Configuración típica de calentamiento por inducción

Al alterar la fuerza de la corriente aplicada, podemos controlar la temperatura de calentamiento. Como la corriente de Foucault producida dentro del material fluye en sentido opuesto a la resistividad eléctrica del material, se observa un calentamiento preciso y localizado en este proceso.

Además de las corrientes parásitas, también se genera calor debido a la histéresis en las partes magnéticas. La resistencia eléctrica ofrecida por un material magnético, hacia el campo magnético cambiante dentro del inductor, causa fricción interna. Esta fricción interna crea calor.

Como el proceso de calentamiento por inducción es un proceso de calentamiento sin contacto, el material a calentar puede estar presente lejos de la fuente de alimentación o sumergido en un líquido o en cualquier ambiente gaseoso o en el vacío. Este tipo de proceso de calentamiento no requiere gases de combustión.

Factores que deben tenerse en cuenta al diseñar un sistema de calentamiento por inducción

Existen algunos factores que deben tenerse en cuenta al diseñar un sistema de calentamiento por inducción para cualquier tipo de aplicaciones.

  • Normalmente, el proceso de calentamiento por inducción se utiliza para metales y materiales conductores. El material no conductor se puede calentar directamente.
  • Mientras se aplica sobre materiales magnéticos, el calor se genera tanto por las corrientes parásitas como por el efecto de histéresis de los materiales magnéticos.
  • Los materiales pequeños y delgados se calientan rápidamente en comparación con los materiales grandes y gruesos.
  • Cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente alterna, menor la profundidad de penetración del calentamiento.
  • Los materiales de mayor resistividad se calientan rápidamente.
  • El inductor en el que se colocará el material calefactor debe permitir una fácil inserción y extracción del material.
  • Al calcular la capacidad de suministro de energía, se deben considerar el calor específico del material a calentar, la masa del material y el aumento de temperatura requerido.
  • La pérdida de calor debido a la conducción, convección y radiación también debe tenerse en cuenta para decidir la capacidad de suministro de energía.

Fórmula de calentamiento por inducción

La profundidad a la que penetra la corriente parásita en el material está determinada por la frecuencia de la corriente inductiva. Para las capas portadoras de corriente, la profundidad efectiva se puede calcular como

D = 5000 √ρ / µf

Aquí d indica profundidad (cm), la permeabilidad magnética relativa del material se denota por µ, ρ la resistividad del material en ohm-cm, f indica la frecuencia de campo de CA en Hz.

Diseño de bobina de calentamiento por inducción

La bobina utilizada como inductor, a la que se aplica energía, se presenta en varias formas. La corriente inducida en el material es proporcional al número de vueltas de la bobina. Por lo tanto, para la efectividad y eficiencia del calentamiento por inducción, el diseño de la bobina es importante.

Por lo general, las bobinas de inducción son conductores de cobre refrigerados por agua. Se utilizan diferentes formas de bobinas, según nuestras aplicaciones. La bobina helicoidal de múltiples vueltas es la más utilizada. Para esta bobina, el ancho del patrón de calentamiento se define por el número de vueltas en la bobina. Las bobinas de una vuelta son útiles para aplicaciones donde se requiere el calentamiento de una banda estrecha de pieza de trabajo o la punta del material.

La bobina helicoidal de posiciones múltiples se utiliza para calentar más de una pieza de trabajo. La bobina tipo panqueque se usa cuando se requiere calentar solo un lado del material. La batería interna se utiliza para calentar los orificios internos.

Aplicaciones del calentamiento inductivo

  • El calentamiento dirigido para el calentamiento de superficies, la fusión y la soldadura es posible con el proceso de calentamiento inductivo.
  • Además de los metales, es posible el calentamiento de conductores líquidos y conductores gaseosos mediante calentamiento inductivo.
  • Para el calentamiento de silicio en las industrias de semiconductores, se utiliza el principio de calentamiento inductivo.
  • Este proceso se utiliza en hornos inductivos para calentar el metal hasta su punto de fusión.
  • Como se trata de un proceso de calentamiento sin contacto, los hornos de vacío utilizan este proceso para fabricar aceros y aleaciones especiales que se oxidarían cuando se calientan en presencia de oxígeno.
  • El proceso de calentamiento por inducción se utiliza para soldar metales y, a veces, plásticos cuando están dopados con cerámica ferromagnética.
  • Las estufas de inducción utilizadas en la cocina funcionan según el principio de calentamiento inductivo.
  • Para soldar carburo al eje se utiliza un proceso de calentamiento por inducción.
  • Para el sellado de tapas a prueba de manipulaciones en botellas y productos farmacéuticos, se utiliza el proceso de calentamiento por inducción.
  • La máquina de modelado de inyección de plástico utiliza calentamiento por inducción para mejorar la eficiencia energética de la inyección.

Para las industrias manufactureras, calentamiento por inducción proporciona un poderoso paquete de consistencia, velocidad y control. Este es un proceso de calentamiento limpio, rápido y no contaminante. La pérdida de calor observada durante el calentamiento inductivo se puede resolver mediante la ley de Lenz. Esta ley mostró una forma de utilizar productivamente la pérdida de calor que se produce en el proceso de calentamiento inductivo. ¿Cuál de las aplicaciones del calentamiento inductivo te ha sorprendido?