Las empresas del Grupo Inductotherm utilizan la inducción electromagnética para aplicaciones de fusión, calentamiento y soldadura en múltiples industrias. Pero, ¿qué es exactamente la inducción? Y en qué se diferencia de otros métodos de calentamiento?

Para el ingeniero típico, la inducción es un método de calentamiento fascinante. Ver cómo un trozo de metal en una bobina se vuelve rojo cereza en cuestión de segundos puede sorprender a quienes no están familiarizados con el calentamiento por inducción. Los equipos de calentamiento por inducción requieren conocimientos de física, electromagnetismo, electrónica de potencia y control de procesos, pero los conceptos básicos del calentamiento por inducción son sencillos de entender.

Lo básico

Descubierta por Michael Faraday, la inducción comienza con una bobina de material conductor (por ejemplo, cobre). Cuando la corriente fluye a través de la bobina, se produce un campo magnético dentro y alrededor de la bobina. La capacidad del campo magnético para realizar trabajo depende del diseño de la bobina, así como de la cantidad de corriente que fluye a través de ella.

La dirección del campo magnético depende de la dirección del flujo de corriente, por lo que una corriente alterna a través de la bobina dará lugar a un campo magnético que cambia de dirección al mismo ritmo que la frecuencia de la corriente alterna. La corriente alterna de 60 Hz hará que el campo magnético cambie de dirección 60 veces por segundo. La corriente alterna de 400kHz hará que el campo magnético cambie 400.000 veces por segundo.

Cuando un material conductor, una pieza de trabajo, se coloca en un campo magnético cambiante (por ejemplo, un campo generado con CA), se inducirá tensión en la pieza de trabajo (Ley de Faraday). La tensión inducida dará lugar a un flujo de electrones: ¡corriente! La corriente que circula por la pieza irá en dirección contraria a la de la bobina. Esto significa que podemos controlar la frecuencia de la corriente en la pieza controlando la frecuencia de la corriente en la bobina.

Como la corriente fluye a través de un medio, habrá cierta resistencia al movimiento de los electrones. Esta resistencia se manifiesta en forma de calor (efecto de calentamiento Joule). Los materiales que son más resistentes al flujo de electrones emitirán más calor cuando la corriente fluya a través de ellos, pero ciertamente es posible calentar materiales altamente conductores (por ejemplo, el cobre) utilizando una corriente inducida. Este fenómeno es fundamental para el calentamiento por inducción.

¿Qué necesitamos para el calentamiento por inducción?

Todo esto nos dice que necesitamos dos cosas básicas para que se produzca el calentamiento por inducción:

1. Un campo magnético cambiante
2. Un material eléctricamente conductor colocado en el campo magnético

¿Cómo se compara el calentamiento por inducción con otros métodos de calentamiento?

Hay varios métodos para calentar un objeto sin inducción. Algunas de las prácticas industriales más comunes son los hornos de gas, los hornos eléctricos y los baños de sal. Todos estos métodos se basan en la transferencia de calor al producto desde la fuente de calor (quemador, elemento calefactor, sal líquida) a través de la convección y la radiación. Una vez que la superficie del producto se calienta, el calor se transfiere a través del producto con la conducción térmica.

Los productos calentados por inducción no dependen de la convección y la radiación para la entrega de calor a la superficie del producto. En su lugar, el calor se genera en la superficie del producto por el flujo de corriente. A continuación, el calor de la superficie del producto se transfiere a través del mismo mediante conducción térmica. La profundidad a la que se genera el calor directamente utilizando la corriente inducida depende de algo llamado profundidad de referencia eléctrica.

La profundidad de referencia eléctrica depende en gran medida de la frecuencia de la corriente alterna que fluye a través de la pieza. Una corriente de mayor frecuencia dará lugar a una profundidad de referencia eléctrica menor y una corriente de menor frecuencia dará lugar a una profundidad de referencia eléctrica mayor. Esta profundidad también depende de las propiedades eléctricas y magnéticas de la pieza.

Las empresas del Grupo Inductotherm aprovechan estos fenómenos físicos y eléctricos para personalizar las soluciones de calentamiento para productos y aplicaciones específicas. El cuidadoso control de la potencia, la frecuencia y la geometría de la bobina permite a las empresas del Grupo Inductotherm diseñar equipos con altos niveles de control del proceso y fiabilidad, independientemente de la aplicación.

Fusión por inducción

Para muchos procesos, la fusión es el primer paso para producir un producto útil; la fusión por inducción es rápida y eficiente. Cambiando la geometría de la bobina de inducción, los hornos de fusión por inducción pueden albergar cargas que van desde el volumen de una taza de café hasta cientos de toneladas de metal fundido. Además, ajustando la frecuencia y la potencia, las empresas del Grupo Inductotherm pueden procesar prácticamente todos los metales y materiales, incluidos, entre otros, el hierro, el acero y las aleaciones de acero inoxidable, el cobre y las aleaciones a base de cobre, el aluminio y el silicio. Los equipos de inducción se diseñan a medida para cada aplicación con el fin de garantizar la mayor eficacia posible.

Una de las principales ventajas inherentes a la fusión por inducción es la agitación inductiva. En un horno de inducción, el material de la carga metálica se funde o calienta mediante la corriente generada por un campo electromagnético. Cuando el metal se funde, este campo también hace que el baño se mueva. Esto se llama agitación inductiva. Este movimiento constante mezcla de forma natural el baño produciendo una mezcla más homogénea y ayuda a la aleación. La cantidad de agitación viene determinada por el tamaño del horno, la potencia introducida en el metal, la frecuencia del campo electromagnético y el tipo/cantidad de metal en el horno. La cantidad de agitación inductiva en cualquier horno puede manipularse para aplicaciones especiales si es necesario.

Fusión por inducción en vacío

Debido a que el calentamiento por inducción se realiza utilizando un campo magnético, la pieza de trabajo (o carga) puede aislarse físicamente de la bobina de inducción mediante un material refractario o algún otro medio no conductor. El campo magnético atravesará este material para inducir una tensión en la carga que contiene. Esto significa que la carga o la pieza puede calentarse en vacío o en una atmósfera cuidadosamente controlada. Esto permite procesar metales reactivos (Ti, Al), aleaciones especiales, silicio, grafito y otros materiales conductores sensibles.

Calentamiento por inducción

A diferencia de algunos métodos de combustión, el calentamiento por inducción se puede controlar con precisión independientemente del tamaño del lote. La variación de la corriente, el voltaje y la frecuencia a través de una bobina de inducción da lugar a un calentamiento de ingeniería ajustado, perfecto para aplicaciones precisas como la cementación, el temple y el revenido, el recocido y otras formas de tratamiento térmico. Un alto nivel de precisión es esencial para aplicaciones críticas como la automoción, la industria aeroespacial, la fibra óptica, la unión de municiones, el endurecimiento del alambre y el templado del alambre para muelles. El calentamiento por inducción es muy adecuado para aplicaciones de metales especiales como el titanio, los metales preciosos y los compuestos avanzados. El control preciso del calentamiento que ofrece la inducción es inigualable. Además, utilizando los mismos fundamentos de calentamiento que las aplicaciones de calentamiento en crisoles de vacío, el calentamiento por inducción puede llevarse a cabo bajo atmósfera para aplicaciones continuas. Por ejemplo, el recocido brillante de tubos y tuberías de acero inoxidable.

Soldadura por inducción de alta frecuencia

Cuando la inducción se suministra utilizando corriente de alta frecuencia (HF), es posible realizar una soldadura uniforme. En esta aplicación las profundidades de referencia eléctrica muy poco profundas que se pueden lograr con la corriente HF. En este caso, se forma una tira de metal de forma continua y luego pasa por un conjunto de rodillos diseñados con precisión, cuyo único propósito es forzar los bordes de la tira formada y crear la soldadura. Justo antes de que la banda formada llegue al conjunto de rodillos, pasa por una bobina de inducción. En este caso, la corriente fluye hacia abajo a lo largo de la «uve» geométrica creada por los bordes de la banda, en lugar de limitarse a rodear el exterior del canal formado. A medida que la corriente fluye a lo largo de los bordes de la banda, éstos se calientan hasta alcanzar una temperatura de soldadura adecuada (por debajo de la temperatura de fusión del material). Cuando los bordes se presionan entre sí, todos los restos, óxidos y otras impurezas son expulsados para dar lugar a una soldadura de forja en estado sólido.

El futuro

Con la llegada de la era de los materiales de alta ingeniería, las energías alternativas y la necesidad de dar poder a los países en desarrollo, las capacidades únicas de la inducción ofrecen a los ingenieros y diseñadores del futuro un método de calentamiento rápido, eficaz y preciso.