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Fundamentos del calentamiento por inducción

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Dr. Dahake, Director, Global Application

“Tratamos de dar a nuestros clientes una idea clara de lo que es el calentamiento por inducción, y de qué hace que este método de calentamiento sin contacto caliente tan rápido. La corriente alterna del inductor de calentamiento genera un campo electromagnético que crea una corriente eléctrica en la pieza de trabajo. Esta corriente circulante se mueve en contra de la resistividad del material y genera calor. ¡Es así de simple!”
– Dr. Girish Dahake, Director del Laboratorio de Aplicaciones de Ameritherm.

Induction heating is quick and clean - the heating coil never touches the part.

El calentamiento por inducción es un método para obtener calor continuo y rápido para aplicaciones industriales en las que haya que soldar o alterar las propiedades de los metales u otros materiales conductores de la electricidad. El proceso utiliza las corrientes eléctricas inducidas en el material para producir calor. Aunque los principios básicos de la inducción son bien conocidos, los últimos avances en la tecnología del estado sólido han simplificado notablemente el calentamiento por inducción, haciendo de ella un método de calentamiento muy rentable para aplicaciones que impliquen empalmes, tratamiento, calentamiento y prueba de materiales.

Elementos que componen un sistema típico de calentamiento por inducción

The induction power supply sends the alternating current through the coil.

Los elementos básicos de un sistema de calentamiento por inducción son un generador de corriente alterna, un a bobina inductora, y la pieza de trabajo (material que se va a calentar o tratar). El generador envía corriente alterna a través de la bobina, generando un campo magnético. Cuando se coloca la pieza de trabajo en la bobina, el campo magnético induce corrientes de Foucault en la pieza, generando cantidades precisas de calor limpio, localizado, sin que exista contacto físico entre la bobina y la pieza de trabajo.

Frecuencia de funcionamiento

Lower frequencies are effective for thicker parts; higher frequencies are effective for shallower heat penetration.

Existe una relación entre la frecuencia de la corriente alterna y la profundidad con la que penetra en la pieza de trabajo; frecuencias bajas de 5 a 30 kHz son efectivas para materiales más gruesos que requieran una penetración profunda del calor, mientras que las frecuencias más altas de 100 a 400 kHz son más efectivas en partes pequeñas o con poca profundidad de penetración. Cuanto mayor es la frecuencia, mayor es el flujo de calor; una buena analogía podría ser el acto de frotarse las manos para calentarse. Cuanto más rápido se frote uno las manos, más calor produce.

Materiales magnéticos frente a materiales no magnéticos

Due to the effects of hysteresislagging of an effect behind its cause, as when the change in magnetism of a body lags behind changes in the magnetic field , magnetic materials are easier to heat than non-magnetics; these materials naturally resist the rapidly changing magnetic fields within the induction coil. The resulting friction produces hysteresis heating in addition to eddy current heating. A metal which offers high resistance is said to have high magnetic permeability which can vary from 100 to 500 for magnetic materials; non-magnetics have a permeability of 1. Hysteresis heating occurs at temperatures below the "Curie" point - the temperature at which a magnetic material loses its magnetic properties.

Profundidad de penetración

El flujo de corriente inducida en la pieza es más intenso en la superficie, y decrece rápidamente por debajo de esta. Así, la zona exterior se calentará más rápidamente que la interior; el 80% del calor producido en la pieza se genera en la “piel” externa. A esto se le denomina “profundidad de penetración” de la pieza. La profundidad de penetración decrece cuando decrece la resistividad, aumenta la permeabilidad o aumenta la frecuencia.

Eficiencia de acoplamiento

El acoplamiento hace referencia a la relación proporcional entre lacantidad de corriente que hay en la pieza de trabajo y la distancia entre la pieza de trabajo y la bobina. Un acoplamiento cerrado generalmente aumenta la intensidad de corriente, y, por tanto, aumenta la cantidad de calor producido en la pieza de trabajo.

Importancia del diseño de la bobina

La bobina inductora, que normalmente está hecha de un tubo de cobre con un diámetro de 3 a 5 mm, se refrigera normalmente con agua. La forma y el tamaño de la bobina —monovuelta o de varias vueltas; helicoidal, redonda o cuadrada; interna o externa— debe reflejar la forma de su pieza de trabajo y las variables de su proceso.

Con un buen diseño de bobina, se logra un patrón adecuado de calor y se maximiza la eficiencia del suministro eléctrico de calentamiento por inducción sin dificultar la introducción o retirada de la pieza. Puede leer más sobre este importante aspecto del calentamiento por inducción en nuestra nota tecnológica gratuita, “Diseño y fabricación de bobinas”.

El generador de RF

El generador de RF produce un campo magnético alrededor de la pieza de trabajo enviando una corriente alterna a través de la bobina inductora. La potencia de salida determina la velocidad relativa a la que puede calentarse la pieza de trabajo. Por ejemplo, un proceso típico de soldadura fuerte realizado con una potencia eléctrica de 3 kW podría llevarse a cabo más rápidamente con una potencia eléctrica de 5 kW. Sin embargo, una mayor potencia podría aumentar el suministro eléctrico necesario, los requisitos de tamaño, peso y los requisitos de la instalación; habitualmente una mayor potencia requiere conexiones eléctricas trifásicas e instalaciones para la refrigeración por agua. Para más información sobre la energía de RF, consulte nuestro

Determinación de sus requisitos energéticos

Deben tenerse en cuenta diversas variables para determinar la cantidad de energía térmica necesaria en una aplicación particular: el grado de cambio de temperatura necesario; la masa, el calor específico y las propiedades eléctricas de la pieza de trabajo; y la eficiencia de acoplamiento del diseño de bobina. Además, también han de tenerse en cuenta las pérdidas térmicas debidas a la conducción del calor en el disositivo de sujeción de la pieza de trabajo, la convección y la radiación. NOTA: los ingenieros de nuestro Laboratorio de Aplicaciones tienen una amplia experiencia en encontrar el equilibrio entre estas variables y están listos para ayudarle: ¡siga leyendo!

Posibilidad de desarrollar procesos y series de producción pequeños

Ponemos a su disposición las instalaciones y el personal de nuestro Laboratorio de Aplicaciones para soldadura fuerte, tratamiento térmico, soldadura metálica, curado de adhesivos, fusiones, engrapado mediante calor y muchos otros procesos. Nuestros técnicos expertos procesarán sus piezas con rapidez, precisión y coherencia. ¡Póngase en contacto con nosotros para recibir un presupuesto gratuito de calentamiento por inducción!



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