Inducció principi de calefacció s’utilitza en processos de fabricació des dels anys vint. Com es diu que, la necessitat és la mare de la invenció, durant la Segona Guerra Mundial, la necessitat d’un procés ràpid per endurir les parts de el metall motor, ha desenvolupat la tecnologia de calefacció per inducció ràpidament. Avui veiem l’aplicació d’aquesta tecnologia en els nostres requisits quotidians. Recentment, la necessitat de millorar el control de qualitat i les tècniques de fabricació segures ha tornat a posar aquesta tecnologia al punt de mira. Amb les tecnologies d’alta gamma actuals, s’introdueixen mètodes nous i fiables per a la implementació de calefacció per inducció.

Què és la calefacció per inducció?

El principi de funcionament del procés d'escalfament per inducció és una recepta combinada d'inducció electromagnètica i escalfament de Joule. El procés d’escalfament per inducció és el procés sense contacte d’escalfar un metall conductor elèctric mitjançant la generació de corrents de Foucault dins del metall, mitjançant el principi d’inducció electromagnètica. A mesura que el corrent de Foucault generat flueix contra la resistivitat del metall, pel principi de l'escalfament de Joule, es genera calor al metall.

Calefacció per inducció

Com funciona la calefacció per inducció?

Conèixer la llei de Faraday és molt útil per entendre el funcionament de la calefacció per inducció. Segons la llei d’inducció electromagnètica de Faraday, canviant el camp elèctric a el conductor dóna lloc a un camp magnètic altern al seu voltant, la força del qual depèn de la magnitud del camp elèctric aplicat. Aquest principi també funciona a l'inrevés quan es modifica el camp magnètic al conductor.

Per tant, el principi anterior s’utilitza en el procés d’escalfament inductiu. Aquí un estat sòlid Freqüència de RF s'aplica una font d'alimentació a una bobina inductora i el material que cal escalfar es col·loca dins de la bobina. Quan Corrent altern es passa a través de la bobina, es genera un camp magnètic altern al seu voltant segons la llei de Faraday. Quan el material col·locat a l'interior de l'inductor es troba dins del camp d'aquest camp magnètic altern, es genera corrent de Foucault dins del material.

“com funciona un galvanòmetre ”

Ara s’observa el principi de l’escalfament de Joule. Segons això, quan es passa un corrent a través d'un material es genera calor al material. Per tant, quan es genera corrent al material a causa del camp magnètic induït, el corrent que flueix produeix calor des del material. Això explica el procés d’escalfament inductiu sense contacte.

Calefacció inductiva de metall

Diagrama del circuit de calefacció per inducció

La configuració que s’utilitza per al procés de calefacció per inducció consisteix en una font d’alimentació de RF per proporcionar el corrent altern al circuit. S'utilitza una bobina de coure com a inductor i se li aplica corrent. El material a escalfar es col·loca dins de la bobina de coure.

“converteix l’ona sinusoïdal modificada en ona sinusoïdal pura ”

Configuració típica de calefacció per inducció

Alterant la força del corrent aplicat, podem controlar la temperatura d’escalfament. A mesura que el corrent de Foucault produït a l'interior del material flueix oposat a la resistivitat elèctrica del material, s'observa un escalfament precís i localitzat en aquest procés.

A més del corrent de Foucault, també es genera calor a causa de la histèresi de les parts magnètiques. La resistència elèctrica que ofereix un material magnètic cap al canvi del camp magnètic dins de l’inductor causa fricció interna. Aquesta fricció interna crea calor.

Com que el procés d'escalfament per inducció és un procés d'escalfament sense contacte, el material a escalfar pot estar present fora de la font d'alimentació o submergit en un líquid o en qualsevol entorn gasós o al buit. Aquest tipus de procés d’escalfament no requereix gasos de combustió.

Factors a tenir en compte en dissenyar un sistema de calefacció per inducció

N’hi ha alguns factors això s'hauria de tenir en compte en dissenyar un sistema de calefacció per inducció per a qualsevol tipus d'aplicacions.

Normalment, el procés d’escalfament per inducció s’utilitza per a metalls i materials conductors. El material no conductor es pot escalfar directament.
Mentre s’aplica sobre materials magnètics, la calor es genera tant pel corrent de Foucault com per l’efecte d’histèresi dels materials magnètics.
Els materials petits i prims s’escalfen ràpidament en comparació amb els materials grans i gruixuts.
Com més alta sigui la freqüència del corrent altern, menor serà la profunditat de penetració de l’escalfament.
Els materials de major resistivitat s’escalfen ràpidament.
L’inductor on s’ha de col·locar el material de calefacció ha de permetre la fàcil inserció i extracció del material.
Durant el càlcul de la capacitat d’alimentació, cal tenir en compte la calor específica del material a escalfar, la massa del material i l’augment de temperatura requerit.
També s’ha de tenir en compte la pèrdua de calor per conducta, convecció i radiació per decidir la capacitat d’alimentació.

Fórmula d'escalfament per inducció

La profunditat penetrada pel corrent de Foucault al material està determinada per la freqüència del corrent inductiu. Per a les capes de transport actuals, la profunditat efectiva es pot calcular com a

D = 5000 √ρ / µf

Aquí d indica la profunditat (cm), es denota la permeabilitat magnètica relativa del material µ, ρ la resistivitat del material en ohm-cm, f indica la freqüència del camp en Hz.

Disseny de bobines de calefacció per inducció

La bobina que s’utilitza com a inductor, a la qual s’aplica la potència, presenta diverses formes. El corrent induït al material és proporcional al nombre de voltes de la bobina. Per tant, per a l’eficàcia i eficiència del escalfament per inducció, el disseny de la bobina és important.

“diagrama de cablejat del commutador de commutació spdt ”

Normalment, les bobines d’inducció són conductors de coure refredats per aigua. S'utilitzen diferents formes de bobines, segons les nostres aplicacions. La bobina helicoïdal de diverses voltes s’utilitza amb més freqüència. Per a aquesta bobina, l'amplada del patró de calefacció es defineix pel nombre de voltes de la bobina. Les bobines d’un sol gir són útils per a aplicacions on es requereix escalfament de banda estreta de peça o punta del material.

La bobina helicoïdal de diverses posicions s’utilitza per escalfar més d’una peça. La bobina de creps s'utilitza quan només cal escalfar un costat del material. La bobina interna s’utilitza per escalfar forats interns.

Aplicacions del escalfament inductiu

Amb el procés d’escalfament inductiu és possible un escalfament específic per a la calefacció, la fusió i la soldadura de superfícies.
A més dels metalls, l’escalfament de conductors líquids i conductors gasosos és possible mitjançant un escalfament inductiu.
Per a l'escalfament de silici en indústries de semiconductors, s'utilitza el principi d'escalfament inductiu.
Aquest procés s’utilitza en forns inductius per escalfar el metall fins al punt de fusió.
Com que es tracta d’un procés d’escalfament sense contacte, els forns de buit utilitzen aquest procés per fabricar acers i aliatges especialitzats que s’oxidarien quan s’escalfessin en presència d’oxigen.
El procés d’escalfament per inducció s’utilitza per soldar metalls i, de vegades, plàstics quan es dopen amb ceràmica ferromagnètica.
Les estufes d’inducció que s’utilitzen a la cuina funcionen segons el principi d’escalfament inductiu.
Per soldar soldadura s’utilitza un procés de calefacció per inducció de carbur.
Per al tancament de taps resistents a la manipulació d’ampolles i productes farmacèutics, s’utilitza el procés d’escalfament per inducció.
La màquina de modelar injecció de plàstic utilitza calefacció per inducció per millorar l’eficiència energètica per a la injecció.

Per a les indústries manufactureres, escalfament per inducció proporciona un potent paquet de consistència, velocitat i control. Es tracta d’un procés d’escalfament ordenat, ràpid i no contaminant. La pèrdua de calor observada durant l’escalfament inductiu es pot solucionar mitjançant la llei de Lenz. Aquesta llei mostrava una manera d’utilitzar productivament la pèrdua de calor que es produïa en el procés d’escalfament inductiu. Quina de les aplicacions de calefacció inductiva us ha sorprès?