Princípio do aquecimento por indução e suas aplicações

Princípio do aquecimento por indução e suas aplicações

Indução princípio de aquecimento tem sido usado em processos de manufatura desde 1920. Como já foi dito - a necessidade é a mãe da invenção, durante a 2ª guerra mundial, a necessidade de um processo rápido para endurecer as partes de o metal motor, desenvolveu tecnologia de aquecimento por indução rapidamente. Hoje vemos a aplicação desta tecnologia em nossas necessidades do dia a dia. Recentemente, a necessidade de um controle de qualidade aprimorado e técnicas de fabricação seguras trouxe esta tecnologia para o centro das atenções mais uma vez. Com as tecnologias de ponta de hoje, métodos novos e confiáveis ​​para implementação de aquecimento por indução estão sendo introduzidos.



O que é aquecimento por indução?

O princípio de trabalho do processo de aquecimento por indução é uma receita combinada de indução eletromagnética e aquecimento Joule. O processo de aquecimento por indução é o processo sem contato de aquecer um metal eletricamente condutor por meio da geração de correntes parasitas dentro do metal, usando o princípio de indução eletromagnética. Como a corrente parasita gerada flui contra a resistividade do metal, pelo princípio de aquecimento Joule, o calor é gerado no metal.


Aquecimento por indução

Aquecimento por indução





Como funciona o aquecimento por indução?

Conhecer a lei de Faraday é muito útil para compreender o funcionamento do aquecimento por indução. De acordo com a lei de indução eletromagnética de Faraday, mudando o campo elétrico em o condutor dá origem a um campo magnético alternado em torno dele, cuja intensidade depende da magnitude do campo elétrico aplicado. Este princípio também funciona vice-versa quando o campo magnético é alterado no condutor.

Portanto, o princípio acima é usado no processo de aquecimento indutivo. Aqui um estado sólido Freqüência RF a fonte de alimentação é aplicada a uma bobina indutora e o material a ser aquecido é colocado dentro da bobina. Quando Corrente alternada é passado através da bobina, um campo magnético alternado é gerado em torno dela de acordo com a lei de Faraday. Quando o material colocado dentro do indutor entra na faixa desse campo magnético alternado, uma corrente parasita é gerada dentro do material.



Agora o princípio do aquecimento Joule é observado. De acordo com isso, quando uma corrente é passada através de um material, o calor é gerado no material. Portanto, quando a corrente é gerada no material devido ao campo magnético induzido, a corrente fluindo produz calor de dentro do material. Isso explica o processo de aquecimento indutivo sem contato.

Aquecimento Indutivo de Metal

Aquecimento Indutivo de Metal

Diagrama do circuito de aquecimento por indução

A configuração usada para o processo de aquecimento por indução consiste em uma fonte de alimentação RF para fornecer a corrente alternada para o circuito. Uma bobina de cobre é usada como indutor e corrente é aplicada a ela. O material a ser aquecido é colocado dentro da bobina de cobre.


Configuração típica de aquecimento por indução

Configuração típica de aquecimento por indução

Ao alterar a força da corrente aplicada, podemos controlar a temperatura de aquecimento. Como a corrente parasita produzida dentro do material flui de forma oposta à resistividade elétrica do material, um aquecimento preciso e localizado é observado neste processo.

Além da corrente parasita, o calor também é gerado devido à histerese nas partes magnéticas. A resistência elétrica oferecida por um material magnético, em direção à variação do campo magnético dentro do indutor, causa atrito interno. Essa fricção interna cria calor.

Como o processo de aquecimento por indução é um processo de aquecimento sem contato, o material a ser aquecido pode estar presente longe da fonte de alimentação ou submerso em um líquido ou em qualquer ambiente gasoso ou a vácuo. Este tipo de processo de aquecimento não requer gases de combustão.

Fatores a serem considerados ao projetar o sistema de aquecimento por indução

tem alguns fatores que deve ser considerado ao projetar um sistema de aquecimento por indução para qualquer tipo de aplicação.

  • Normalmente, o processo de aquecimento por indução é usado para metais e materiais condutores. O material não condutor pode ser aquecido diretamente.
  • Quando aplicado em materiais magnéticos, o calor é gerado tanto pela corrente parasita quanto pelo efeito de histerese dos materiais magnéticos.
  • Materiais pequenos e finos são aquecidos rapidamente em comparação com materiais grandes e grossos.
  • Quanto maior a frequência da corrente alternada, menor a profundidade de penetração de aquecimento.
  • Materiais de maior resistividade são aquecidos rapidamente.
  • O indutor no qual o material de aquecimento será colocado deve permitir a fácil inserção e remoção do material.
  • Ao calcular a capacidade de fornecimento de energia, o calor específico do material a ser aquecido, a massa do material e o aumento de temperatura necessário devem ser considerados.
  • A perda de calor por condução, convecção e radiação também deve ser levada em consideração para decidir a capacidade de alimentação.

Fórmula de aquecimento por indução

A profundidade penetrada pela corrente parasita no material é determinada pela frequência da corrente indutiva. Para camadas portadoras de corrente, a profundidade efetiva pode ser calculada como

D = 5000 √ρ / µf

Aqui d indica profundidade (cm), a permeabilidade magnética relativa do material é denotada por µ, ρ a resistividade do material em ohm-cm, f indica a frequência do campo CA em Hz.

Projeto da bobina de aquecimento por indução

A bobina usada como um indutor, ao qual a energia é aplicada, vem em várias formas. A corrente induzida no material é proporcional ao número de voltas da bobina. Assim, para a eficácia e eficiência do aquecimento por indução, o projeto da bobina é importante.

Normalmente, as bobinas de indução são condutores de cobre resfriados a água. Existem diferentes formatos de bobinas usadas, com base em nossas aplicações. A bobina helicoidal multi-voltas é mais comumente usada. Para esta bobina, a largura do padrão de aquecimento é definida pelo número de voltas na bobina. As bobinas de uma volta são úteis para aplicações onde é necessário o aquecimento de uma faixa estreita da peça ou ponta do material.

A bobina helicoidal de várias posições é usada para aquecer mais de uma peça. A bobina de panqueca é usada quando é necessário aquecer apenas um lado do material. A bobina interna é usada para aquecer furos internos.

Aplicações de aquecimento indutivo

  • O aquecimento direcionado para aquecimento de superfície, derretimento e soldagem é possível com o processo de aquecimento indutivo.
  • Além dos metais, o aquecimento de condutores líquidos e gasosos é possível por aquecimento indutivo.
  • Para aquecimento de silício em indústrias de semicondutores, o princípio de aquecimento indutivo é usado.
  • Este processo é usado em fornos indutivos para aquecer o metal até o ponto de fusão.
  • Como este é um processo de aquecimento sem contato, os fornos a vácuo fazem uso desse processo para fazer aços e ligas especializados que seriam oxidados quando aquecidos na presença de oxigênio.
  • O processo de aquecimento por indução é usado para soldagem de metais e às vezes plásticos quando eles são dopados com cerâmicas ferromagnéticas.
  • Os fogões de indução utilizados na cozinha funcionam segundo o princípio do aquecimento indutivo.
  • Para brasagem de carboneto no eixo, é usado o processo de aquecimento por indução.
  • Para vedação de tampa inviolável em frascos e produtos farmacêuticos, o processo de aquecimento por indução é usado.
  • A máquina de modelagem por injeção de plástico usa aquecimento por indução para melhorar a eficiência energética da injeção.

Para indústrias de manufatura, aquecimento por indução fornece um poderoso pacote de consistência, velocidade e controle. Este é um processo de aquecimento simples, rápido e não poluente. A perda de calor observada durante o aquecimento indutivo pode ser resolvida usando a lei de Lenz. Esta lei mostrou uma forma de aproveitar produtivamente a perda de calor que ocorre no processo de aquecimento indutivo. Qual das aplicações de aquecimento indutivo o surpreendeu?