As empresas do Grupo Inductotherm usam indução electromagnética para aplicações de fusão, aquecimento e soldadura em múltiplas indústrias. Mas o que é exatamente a indução? E como ela difere de outros métodos de aquecimento?

Para o engenheiro típico, a indução é um método fascinante de aquecimento. Ver um pedaço de metal em uma bobina ficar vermelho cereja em questão de segundos pode ser surpreendente para quem não está familiarizado com o aquecimento por indução. O equipamento de aquecimento indutivo requer uma compreensão da física, eletromagnetismo, eletrônica de potência e controle de processo, mas os conceitos básicos por trás do aquecimento indutivo são simples de entender.

O básico

Descoberto por Michael Faraday, a indução começa com uma bobina de material condutivo (por exemplo, cobre). Como a corrente flui através da bobina, um campo magnético dentro e ao redor da bobina é produzido. A capacidade do campo magnético de fazer o trabalho depende do desenho da bobina, bem como da quantidade de corrente que flui através da bobina.

A direção do campo magnético depende da direção do fluxo de corrente, assim uma corrente alternada através da bobina resultará em um campo magnético mudando de direção na mesma taxa que a freqüência da corrente alternada. Uma corrente alternada de 60Hz fará com que o campo magnético mude de direção 60 vezes por segundo. A corrente CA de 400kHz fará com que o campo magnético comute 400.000 vezes por segundo.

Quando um material condutor, uma peça de trabalho, é colocado num campo magnético em mudança (por exemplo, um campo gerado com CA), a tensão será induzida na peça de trabalho (Lei de Faraday). A tensão induzida resultará no fluxo de elétrons: corrente! A corrente que flui através da peça de trabalho irá no sentido oposto ao da corrente na bobina. Isto significa que podemos controlar a frequência da corrente na peça de trabalho controlando a frequência da corrente na bobina.

Quando a corrente flui através de um meio, haverá alguma resistência ao movimento dos elétrons. Esta resistência aparece como calor (The Joule Heating Effect). Materiais que são mais resistentes ao fluxo de elétrons irão emitir mais calor à medida que a corrente flui através deles, mas certamente é possível aquecer materiais altamente condutores (por exemplo, cobre) usando uma corrente induzida. Este fenómeno é crítico para o aquecimento indutivo.

O que precisamos para o Aquecimento por Indução?

Tudo isto nos diz que precisamos de duas coisas básicas para que o aquecimento indutivo ocorra:

1. Um campo magnético variável
2. Um material condutor de eletricidade colocado no campo magnético

Como o Aquecimento por Indução se compara a outros métodos de aquecimento?

Existem vários métodos para aquecer um objecto sem indução. Algumas das práticas industriais mais comuns incluem fornos a gás, fornos elétricos, e banhos de sal. Todos estes métodos dependem da transferência de calor para o produto a partir da fonte de calor (queimador, elemento de aquecimento, sal líquido) através de convecção e radiação. Uma vez aquecida a superfície do produto, o calor transfere através do produto com condução térmica.

Os produtos aquecidos por indução não dependem da convecção e da radiação para o fornecimento de calor à superfície do produto. Em vez disso, o calor é gerado na superfície do produto pelo fluxo de corrente. O calor da superfície do produto é então transferido através do produto com condução térmica. A profundidade à qual o calor é gerado diretamente usando a corrente induzida depende de algo chamado profundidade de referência elétrica.

A profundidade de referência elétrica depende muito da freqüência da corrente alternada que flui através da peça de trabalho. Uma corrente de frequência mais elevada resultará numa profundidade de referência eléctrica mais baixa e uma corrente de frequência mais baixa resultará numa profundidade de referência eléctrica mais profunda. Esta profundidade também depende das propriedades elétricas e magnéticas da peça de trabalho.

As empresas do Grupo Inductotherm aproveitam estes fenômenos físicos e elétricos para personalizar soluções de aquecimento para produtos e aplicações específicas. O cuidadoso controlo da potência, frequência e geometria da bobina permite às empresas do Grupo Inductotherm projectar equipamentos com elevados níveis de controlo de processo e fiabilidade independentemente da aplicação.

Fusão por indução

Para muitos processos a fusão é o primeiro passo para produzir um produto útil; a fusão por indução é rápida e eficiente. Ao alterar a geometria da bobina de indução, os fornos de fusão por indução podem conter cargas que variam em tamanho desde o volume de uma caneca de café até centenas de toneladas de metal derretido. Além disso, ao ajustar a frequência e potência, as empresas do Grupo Inductotherm podem processar praticamente todos os metais e materiais, incluindo, entre outros: ferro, aço e ligas de aço inoxidável, cobre e ligas à base de cobre, alumínio e silício. Os equipamentos de indução são desenhados à medida para cada aplicação de forma a garantir a maior eficiência possível.

Uma das principais vantagens inerentes à fusão por indução é a agitação indutiva. Em um forno de indução, o material da carga metálica é fundido ou aquecido pela corrente gerada por um campo eletromagnético. Quando o metal se funde, este campo também faz com que o banho se mova. Isto é chamado de agitação indutiva. Este movimento constante mistura naturalmente o banho produz uma mistura mais homogênea e auxilia na mistura de ligas. A quantidade de agitação é determinada pelo tamanho do forno, a potência colocada no metal, a freqüência do campo eletromagnético e o tipo/quantidade de metal no forno. A quantidade de agitação indutiva em qualquer forno pode ser manipulada para aplicações especiais, se necessário.

Fusão a vácuo por indução

Porque o aquecimento por indução é realizado usando um campo magnético, a peça de trabalho (ou carga) pode ser fisicamente isolada da bobina de indução por meio de refratário ou algum outro meio não-condutor. O campo magnético passará através deste material para induzir uma tensão na carga contida no mesmo. Isto significa que a carga ou a peça de trabalho pode ser aquecida sob vácuo ou em uma atmosfera cuidadosamente controlada. Isto permite o processamento de metais reativos (Ti, Al), ligas especiais, silício, grafite e outros materiais condutores sensíveis.

Aquecimento por indução

Desse modo como alguns métodos de combustão, o aquecimento por indução é precisamente controlável independentemente do tamanho do lote. Variando a corrente, tensão e frequência através de uma bobina de indução resulta em um aquecimento por indução aperfeiçoado, perfeito para aplicações precisas como endurecimento de caixas, endurecimento e revenimento, recozimento e outras formas de tratamento térmico. Um alto nível de precisão é essencial para aplicações críticas como automotivo, aeroespacial, fibra ótica, ligação de munições, endurecimento de fios e têmpera de arame de mola. O aquecimento por indução é bem adequado para aplicações de metais especiais envolvendo titânio, metais preciosos e compostos avançados. O controle preciso de aquecimento disponível com indução é inigualável. Além disso, usando os mesmos fundamentos de aquecimento que as aplicações de aquecimento por cadinho a vácuo, o aquecimento por indução pode ser transportado sob a atmosfera para aplicações contínuas. Por exemplo, recozimento brilhante de tubo e tubo de aço inoxidável.

Soldagem por indução de alta freqüência

>

Quando a indução é fornecida usando corrente de alta freqüência (HF), até mesmo a soldagem é possível. Nesta aplicação, as profundidades de referência elétrica muito rasas que podem ser alcançadas com corrente de alta freqüência (HF). Neste caso, uma tira de metal é formada continuamente, e depois passa por um conjunto de rolos de engenharia precisa, cuja única finalidade é forçar as bordas da tira formada e criar a solda. Pouco antes da tira formada alcançar o conjunto de rolos, ela passa por uma bobina de indução. Neste caso, a corrente desce ao longo do “vee” geométrico criado pelas bordas da tira, em vez de apenas ao redor do exterior do canal formado. À medida que a corrente flui ao longo das bordas da tira, elas aquecem até uma temperatura de soldagem adequada (abaixo da temperatura de fusão do material). Quando as bordas são pressionadas juntas, todos os detritos, óxidos e outras impurezas são forçados a resultar numa soldadura por forja em estado sólido.

O Futuro

Com a idade que se aproxima de materiais altamente engenheirados, energias alternativas e a necessidade de capacitar os países em desenvolvimento, as capacidades únicas da indução oferecem aos engenheiros e designers do futuro um método de aquecimento rápido, eficiente e preciso.