Noções básicas de aquecimento por indução
Aquecimento por indução ocorre num objeto condutor de eletricidade (não necessariamente aço magnético) quando o objeto é colocado num campo magnético variável. O aquecimento por indução deve-se às perdas por histerese e por correntes de Foucault.
Aquecimento por indução é o processo de aquecimento de um objeto condutor de eletricidade (normalmente um metal) por indução electromagnética, através do calor gerado no objeto por correntes de Foucault. Um aquecedor por indução é constituído por um eletroíman e um oscilador eletrónico que faz passar uma corrente alternada de alta frequência (CA) através do eletroíman. O campo magnético de alternância rápida penetra no objeto, gerando correntes eléctricas no interior do condutor, denominadas correntes de Foucault. As correntes de Foucault que fluem através da resistência do material aquecem-no por aquecimento de Joule. Em materiais ferromagnéticos (e ferrimagnéticos) como o ferro, o calor também pode ser gerado por perdas por histerese magnética. A frequência da corrente utilizada depende da dimensão do objeto, do tipo de material, do acoplamento (entre a bobina de trabalho e o objeto a aquecer) e da profundidade de penetração.
As perdas por histerese só ocorrem em materiais magnéticos como o aço, o níquel e muito poucos outros. A perda por histerese é causada pela fricção entre as moléculas quando o material é magnetizado primeiro numa direção e depois na outra. As moléculas podem ser consideradas como pequenos ímanes que giram com cada inversão de sentido do campo magnético. É necessário trabalho (energia) para as fazer girar. A energia transforma-se em calor. A taxa de gasto de energia (potência) aumenta com o aumento da taxa de inversão (frequência).
As perdas por correntes de Foucault ocorrem em qualquer material condutor num campo magnético variável. Isto provoca um rumo, mesmo que os materiais não tenham nenhuma das propriedades magnéticas normalmente associadas ao ferro e ao aço. Exemplos disso são o cobre, o latão, o alumínio, o zircónio, o aço inoxidável não magnético e o urânio. As correntes parasitas são correntes eléctricas induzidas por ação transformadora no material. Como o seu nome indica, parecem fluir em redemoinhos numa massa sólida de material. As perdas por correntes parasitas são muito mais importantes do que as perdas por histerese no aquecimento por indução. Note-se que o aquecimento por indução é aplicado a materiais não magnéticos, onde não ocorrem perdas por histerese.
Para o aquecimento do aço para endurecimento, forjamento, fusão ou quaisquer outros fins que exijam uma temperatura superior à temperatura de Curie, não podemos depender da histerese. O aço perde as suas propriedades magnéticas acima desta temperatura. Quando o aço é aquecido abaixo do ponto de Curie, a contribuição da histerese é normalmente tão pequena que pode ser ignorada. Para todos os efeitos práticos, o valor de I2R das correntes de Foucault é a única forma de transformar a energia eléctrica em calor para efeitos de aquecimento por indução.
Duas coisas básicas para que o aquecimento por indução ocorra:
- Um campo magnético em mudança
- Um material condutor de eletricidade colocado no campo magnético