Fundamentos del calentamiento por inducción
Calentamiento por inducción se produce en un objeto conductor de la electricidad (no necesariamente acero magnético) cuando el objeto se coloca en un campo magnético variable. El calentamiento por inducción se debe a las pérdidas por histéresis y por corrientes de Foucault.
Calentamiento por inducción es el proceso de calentamiento de un objeto conductor de electricidad (normalmente un metal) por inducción electromagnética, mediante el calor generado en el objeto por las corrientes de Foucault. Un calentador de inducción consta de un electroimán y un oscilador electrónico que hace pasar una corriente alterna (CA) de alta frecuencia a través del electroimán. El campo magnético que se alterna rápidamente penetra en el objeto, generando corrientes eléctricas en el interior del conductor, denominadas corrientes de Foucault. Las corrientes de Foucault que fluyen a través de la resistencia del material lo calientan por calentamiento Joule. En los materiales ferromagnéticos (y ferrimagnéticos) como el hierro, también puede generarse calor por pérdidas de histéresis magnética. La frecuencia de la corriente utilizada depende del tamaño del objeto, del tipo de material, del acoplamiento (entre la bobina de trabajo y el objeto que se desea calentar) y de la profundidad de penetración.
Las pérdidas por histéresis sólo se producen en materiales magnéticos como el acero, el níquel y muy pocos más. La pérdida por histéresis se debe a la fricción entre 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 dirección del campo magnético. Se necesita trabajo (energía) para hacerlas girar. La energía se transforma en calor. La tasa de gasto de energía (potencia) aumenta al aumentar la tasa de inversión (frecuencia).
Las pérdidas por corrientes de Foucault se producen en cualquier material conductor en un campo magnético variable. Esto provoca el encabezamiento, incluso si los materiales no tienen ninguna de las propiedades magnéticas normalmente 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 acción transformadora en el material. Como su nombre indica, parecen fluir en remolinos dentro de una masa sólida de material. Las pérdidas por corrientes parásitas 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, en los que no se producen pérdidas por histéresis.
Para calentar el acero para endurecerlo, forjarlo, fundirlo o cualquier otro fin que requiera una temperatura superior a la temperatura de Curie, no podemos depender de la histéresis. 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 efectos prácticos, la I2R de las corrientes parásitas es la única forma en que la energía eléctrica puede convertirse en calor para fines de calentamiento por inducción.
Dos cosas básicas para que se produzca el calentamiento por inducción:
- Un campo magnético cambiante
- Un material conductor de la electricidad colocado en el campo magnético