El calentamiento por inducción consiste en un método que suministra calor de manera consistente, controlable, rápida, limpia y eficiente y es útil para varias aplicaciones de manufactura, ya sea para trabajar piezas, partes de metal u otros materiales conductores de electricidad. Para que este proceso sea efectivo, es importante que haya cuatro componentes básicos en el sistema: fuente de potencia, espiral inductora, estación de calentamiento y la pieza a calentar. Abordemos cada uno a continuación para que lo conozcan mejor.
Fuente de potencia
Para asegurar el funcionamiento del calentamiento por inducción, se requiere una fuente de potencia. Esta recibe la corriente alterna (usualmente entre 380 y 400 V), que es regulada y rectificada. Posteriormente, alimenta al conversor de frecuencia, que genera el campo magnético en la espiral.
Hay una relación estrecha entre la profundidad de penetración sobre el material y la frecuencia de operación de la corriente generada por el campo. Es más intensa la corriente inducida que fluye sobre el material y, bajo la superficie, decae de forma rápida, por tal motivo, se calienta más rápido el exterior que el interior. A medida que es más alta la frecuencia de operación, menor es la profundidad de penetración.
Fuente de calentador de inducción
Las altas frecuencias de 100 a 400 kHz son ideales para piezas pequeñas o con baja penetración, en cambio, las bajas frecuencias de 5 a 30 kHz son buena opción para materiales más gruesos. Si se calentarán piezas microscópicas, pueden adquirirse fuentes que funcionan hasta 60 MHz. Por otra parte, a medida que la frecuencia es más alta, el calor se generará más rápidamente. La velocidad relativa del calentamiento del material está determinada por la potencia de la fuente.
Los equipos de alta potencia son de 50 a 250 kW, en cambio, los de baja potencia son de 5 a 15 kW. Todos los equipos requieren agua de enfriamiento, que es proporcionada por un recirculador de agua.
Estación de calentamiento
Usualmente es una estación remota que, mediante un cable flexible, se vincula a la fuente, aunque también hay equipos que integran la fuente. Cuenta con varios capacitores de resonancia que ajustan tanto el voltaje como la frecuencia operativa a los materiales. Son enfriadas mediante circulación de agua con enfriadores chiller.
Chiller de enfriamiento de calentador de inducción
Espiral inductora
Este elemento del sistema de calentamiento por inducción suele fabricarse con tubos de cobre enfriados mediante agua. Tanto su forma como dimensiones varían según la pieza a calentar y las variables del proceso específico. Es importante un buen diseño de espiral para obtener un buen perfil de calentamiento y alta eficiencia en el consumo energético, sin comprometer la facilidad de introducción y remoción de la pieza a calentar.
Las espirales pueden ser de lazo múltiple o simple, rectangular, externos, internos, de perfil redondo o helicoidal, con varios espiralados especiales para calentar de forma localizada o superficies complicadas o irregulares.
Materiales magnéticos
Usualmente, los materiales ferromagnéticos se calientan mejor que los no magnéticos, debido al efecto histéresis. Ambos materiales se diferencian en que los magnéticos producen su propio campo magnético ante campos magnéticos exteriores. Si estos últimos varían, la histéresis se producirá por la imantación remanente. Por otra parte, los materiales no magnéticos generan un campo magnético opuesto en sí mismos, que vuelve débil el campo magnético exterior.
Todos los materiales cuentan con propiedades magnéticas. La permeabilidad magnética es la medida que representa la resistencia de los materiales a seguir la alternancia de un campo magnético que los excita. Las piezas no magnéticas poseen un valor de permeabilidad alrededor de 1, mientras que dicho valor oscila entre 100 y 500 en los materiales ferromagnéticos. A medida que la permeabilidad es mayor, mayor será la velocidad de calentamiento y menor será la profundidad de penetración.
La distancia entre la espiral y las piezas es otro aspecto por considerar. A medida que es más corta, se induce un mayor flujo de corriente sobre la superficie inducida y aumenta la cantidad de calor generada. El calentamiento por inducción suele usarse en materiales ferromagnéticos, no obstante, pueden calentarse plásticos y otros materiales no magnéticos mediante metales o materiales susceptibles. Los últimos se usan para transferir el calor al material objetivo mediante la radiación o conducción térmica.
Bobina de calentamiento
Los materiales que suelen usarse como susceptibles son el acero inoxidable, aluminio, grafito, carburo de silicio, entre otros metales. Entre las aplicaciones donde se usan destacan el calentamiento de fluidos en tubos, confección de termoplásticos reforzados, sellado de plásticos, fusión de materiales no conductores y curado y secado de pinturas y adhesivos.
Se usan fuentes de energía con potencias que oscilan entre 1 y 20 kW y con frecuencias entre 100 y 600 kHz. Puede controlarse la rampa de ascenso mediante termocuplas o pirómetros ópticos para formar un sistema de control de lazo cerrado.
Si tienen dudas sobre el calentamiento por inducción y desean asesorías para adquirir un equipo adecuado para su aplicación, contacten a los expertos de TSolda. Marquen al (222) 570 2046 o completen el formulario.
