Introducción al calentamiento por inducción

El calentamiento por inducción electromagnética es un método para suministrar calor en forma rápida, controlable y eficiente para manufactura, sobre piezas metálicas o de otros materiales conductores de la electricidad.

Fuente de inducción magnética de120KW 12Khz.

Los sistemas de calentamiento por inducción constan de una fuente de alimentación de inducción que convierte la potencia de la red eléctrica en una corriente alterna y la suministra a una bobina de trabajo.

La bobina de trabajo crea un campo electromagnético dentro de la bobina. La bobina se desarrolla por encima de la pieza, para generar el campo magnético, dicho campo induce una corriente en la pieza y provoca el calentamiento de la misma. La bobina, está refrigerada por agua y es fría al tacto. No toca la pieza a calentar y el calor se genera únicamente por la corriente inducida a través del campo magnético. El material de la pieza puede ser un metal, por ejemplo acero, cobre, aluminio o latón, o puede ser un semiconductor, como carbono, grafito o carburo de silicio.

Para calentar materiales no conductores, por ejemplo los plásticos o el vidrio, la inducción puede calentar un susceptor conductor de la electricidad, típicamente el grafito, que a su vez transfiere el calor al material no conductor. El calentamiento por inducción se utiliza en procesos con temperaturas que van desde tan solo 100ºC (212°F) hasta incluso 3000°C (5432°F). Puede usarse en procesos de calentamiento breves que están activados menos de medio segundo y en otros que se mantienen en marcha durante meses.

El calentamiento por inducción se utiliza tanto en la cocina doméstica como en la comercial y en numerosas aplicaciones, como fusión de materiales, tratamiento térmico, precalentamiento para soldadura, soldadura fuerte, soldadura con estaño, secado, sellado, montaje por contracción en la industria e I+D.

Lazo o bobina de calentamiento por Inducción magnética.

¿Cómo funciona el calentamiento por inducción?

Para comenzar, conviene comprender algunos fundamentos de la electricidad. La inducción crea un campo electromagnético en una bobina para transferir la energía a la pieza que se desea calentar. Cuando una corriente eléctrica atraviesa un cable, se crea un campo magnético alrededor del cable.

Cuando la corriente eléctrica cambia de sentido (CA), el campo magnético creado se contrae y se crea en el sentido opuesto con el cambio del sentido de la corriente. Si se coloca un segundo cable dentro de ese campo magnético alterno, se genera una corriente alterna en el segundo cable. La corriente del segundo cable es proporcional a la corriente del primer cable y su magnitud es el inverso del cuadrado de la distancia que los separa.

Si dentro de este modelo se sustituye el cable por una bobina, la corriente alterna de la bobina crea un campo electromagnético y, mientras la pieza de trabajo que se desea calentar se encuentra dentro del campo, esta pieza corresponde al segundo cable y se genera una corriente alterna en ella. El calor se genera en la pieza de trabajo debido a las pérdidas I²R correspondientes a la resistividad del material de la pieza. Este efecto se conoce como calentamiento por corriente inducida.

¿Cómo funciona una bobina de inducción?

La bobina de trabajo se utiliza para transferir la energía a la pieza a calentar, mediante un campo electromagnético alterno. La corriente alterna que fluye a través de la bobina genera el campo electromagnético, que a su vez induce un flujo de corriente en la pieza de trabajo como reflejo de la corriente que fluye por la bobina de trabajo.

La bobina de trabajo, también conocida como inductor, es el componente del sistema de calentamiento por inducción que determina el grado de eficacia y eficiencia con que se calienta la pieza. Las bobinas de trabajo varían en complejidad, desde una simple bobina enrollada con forma helicoidal (o un solenoide, compuesto por varias vueltas o espiras de tubo de cobre enrolladas alrededor de un mandril) hasta una bobina mecanizada con alta precisión a partir de cobre macizo y soldada a continuación.

¿Qué es la frecuencia de trabajo (resonante)?

La frecuencia de trabajo de un sistema de calentamiento por inducción depende de la pieza de trabajo que se desea calentar y el material del que está hecha. Es importante utilizar un sistema de inducción que aplique la energía a lo largo de todo el intervalo de frecuencias adecuado para la aplicación.

Para comprender mejor los motivos de estas frecuencias de trabajo diferentes, se examinará una característica conocida como “efecto piel”. Cuando el campo electromagnético induce una corriente en la pieza, la corriente fluye principalmente por la superficie de la pieza. Cuanto mayor es la frecuencia de trabajo, menor es la profundidad de la piel; cuanto menor es la frecuencia de trabajo, mayor es la profundidad de la piel y la penetración del efecto de calentamiento.

Lazo o bobina de calentamiento por Inducción magnética.

La profundidad de la piel o de penetración depende de la frecuencia de trabajo, las propiedades del material y la temperatura de la pieza. Por regla general, el calentamiento de piezas más pequeñas por inducción requiere frecuencias de trabajo mayores (muchas veces por encima de los 50 kHz), y las piezas más grandes se calientan más eficientemente con frecuencias de trabajo menores.

Con las fuentes de potencia de inducción de estado sólido modernas, dotadas de sistemas de control con microprocesadores integrados, es posible conseguir fácilmente unos procesos de calentamiento repetibles y eficientes, siempre y cuando todas las piezas se sitúen en una posición uniforme dentro de la bobina.

Ventajas del sistema

• Ahorro en el tiempo de preparación de la pieza
• Ahorro de energía en el calentamiento.
• Con el lazo bien sintonizado el tiempo aproximado para la extracción de una calota es de 7 min.
• Mayor seguridad en la maniobra

Solo se colocan algunas vueltas sobre la calota que una vez caliente se remueve con mucha facilidad ya que el lazo no se calienta. Las mantas térmicas utilizadas anteriormente se calentaban y se manipuleo era un riesgo tanto para el operador como para la manta en sí.

• Perfecto control de temperatura

La temperatura depende de la potencia utilizada. Por lo tanto toda la información esta seteada antes de comenzar la operación de calentamiento, no se depende de sensores de temperatura).

• Es un calentamiento limpio, seguro y rápido.

Requerimientos especiales

Fuente de alimentación de 380-520Vca en tres fases de 150 Amp.

Alimentación de agua de red de 6 galones por minuto

EPP a utilizar como en cualquier tarea segura ropa de trabajo, zapato, anteojos, guantes.

Precauciones

Si bien el equipo es limpio y seguro, se deben tener en cuenta:
• El equipo en marcha genera un campo magnético importante algunos equipos electrónicos pueden ser sensibles a dicho campo.

Tener en cuenta que todo lo que este cerca de la bobina se calienta, por lo tanto se debe manipular de la manera adecuada y con los elementos de protección personal que corresponde.
El equipo elimina tanta agua como la que consume, se debe tener un sumidero cerca, el agua se elimina limpia y tibia.

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Protección de transformadores con la última versión de relé de imagen térmica
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Más información: www.kolocsar.com