Conceptos básicos de calentamiento por inducción
Calentamiento por inducción tiene lugar en un objeto conductor de electricidad (no necesariamente acero magnético) cuando el objeto se coloca en un campo magnético variable. El calentamiento por inducción se debe a la histéresis y a las pérdidas por corrientes parásitas.
Calentamiento por inducción es el proceso de calentar un objeto conductor de electricidad (generalmente un metal) por inducción electromagnética, a través del calor generado en el objeto por corrientes de Foucault. Un calentador de inducción consiste en un electroimán y un oscilador electrónico que pasa una corriente alterna (CA) de alta frecuencia a través del electroimán. El campo magnético que alterna rápidamente penetra el objeto, generando corrientes eléctricas dentro del conductor, llamadas corrientes parásitas. Las corrientes de Foucault que fluyen a través de la resistencia del material lo calientan por calentamiento Joule. En materiales ferromagnéticos (y ferrimagnéticos) como el hierro, el calor también puede generarse por pérdidas por histéresis magnética. La frecuencia de la corriente utilizada depende del tamaño del objeto, el tipo de material, el acoplamiento (entre la bobina de trabajo y el objeto a calentar) y la profundidad de penetración.
Las pérdidas por histéresis solo ocurren en materiales magnéticos como el acero, el níquel y muy pocos otros. La pérdida por histéresis indica que esto se debe a la fricción entre las moléculas cuando el material se magnetiza primero en una dirección y luego en la otra. Las moléculas pueden considerarse como pequeños imanes que giran con cada inversión de la dirección del campo magnético. Se requiere trabajo (energía) para darles la vuelta. La energía se convierte en calor. La tasa de gasto de energía (potencia) aumenta con una mayor tasa de inversión (frecuencia).
Las pérdidas por corrientes de Foucault ocurren en cualquier material conductor en un campo magnético variable. Esto causa rumbo, incluso si los materiales no tienen ninguna de las propiedades magnéticas generalmente asociadas con el hierro y el acero. Algunos ejemplos son el cobre, el latón, el aluminio, el circonio, el acero inoxidable no magnético y el uranio. Las corrientes de Foucault son corrientes eléctricas inducidas por la acción del transformador en el material. Como su nombre lo indica, parecen fluir en remolinos en remolinos dentro de una masa sólida de material. Las pérdidas por corrientes de Foucault son mucho más importantes que las pérdidas por histéresis en el calentamiento por inducción. Tenga en cuenta que el calentamiento por inducción se aplica a materiales no magnéticos, donde no se producen pérdidas por histéresis.
No podemos depender de la histéresis para el calentamiento del acero para endurecer, forjar, fundir o cualquier otro propósito que requiera una temperatura superior a la temperatura de Curie. El acero pierde sus propiedades magnéticas por encima de esta temperatura. Cuando el acero se calienta por debajo del punto de Curie, la contribución de la histéresis suele ser tan pequeña que puede ignorarse. A todos los efectos prácticos, el I2R de las corrientes de Foucault es la única forma en que la energía eléctrica se puede convertir en calor para fines de calentamiento por inducción.
Dos cosas básicas para que ocurra el calentamiento por inducción:
- Un campo magnético cambiante.
- Un material eléctricamente conductor colocado en el campo magnético.