Escalfament per inducció, enduriment i fusió per inducció de metalls
El tipus de calefacció més perfecte és aquell en què la calor es genera directament en el cos escalfat. Aquest mètode d'escalfament està molt ben fet fent passar un corrent elèctric pel cos. Tanmateix, directe: la inclusió d'un cos escalfat en un circuit elèctric no sempre és possible per raons tècniques i pràctiques.
En aquests casos, es pot realitzar un tipus de calefacció perfecte mitjançant la calefacció per inducció, on la calor també es genera en el propi cos escalfat, la qual cosa elimina el consum d'energia innecessari, normalment gran, a les parets del forn o en altres elements de calefacció. Per tant, malgrat l'eficiència relativament baixa de generar corrents de freqüència augmentada i alta, l'eficiència general de la calefacció per inducció sovint és superior a amb altres mètodes de calefacció.
El mètode d'inducció també permet un escalfament ràpid de cossos no metàl·lics de manera uniforme en tot el seu gruix.La mala conductivitat tèrmica d'aquests cossos exclou la possibilitat d'escalfament ràpid de les seves capes internes de la manera habitual, és a dir, subministrant calor des de l'exterior. En el mètode d'inducció, la calor es genera de la mateixa manera tant a les capes exteriors com a les interiors, i fins i tot hi pot haver risc de sobreescalfament d'aquestes últimes si no es fa l'aïllament tèrmic necessari de les capes exteriors.
Una propietat especialment valuosa de l'escalfament per inducció és la possibilitat d'una concentració molt alta d'energia en el cos escalfat, fàcilment susceptible d'una dosificació precisa. Només arc elèctric es pot obtenir el mateix ordre de densitat d'energia, però aquest mètode d'escalfament és difícil de controlar.
Les característiques i els avantatges coneguts de la calefacció per inducció han creat àmplies oportunitats per a la seva aplicació en moltes indústries. A més, permet crear nous tipus d'estructures que no són gens factibles per als mètodes de tractament tèrmic convencionals.
Un procés físic
En els forns i dispositius d'inducció, la calor en un cos escalfat elèctricament conductor és alliberada pels corrents induïts en ell per un camp electromagnètic altern. D'aquesta manera, aquí es produeix l'escalfament directe.
L'escalfament per inducció dels metalls es basa en dues lleis físiques: la llei de Faraday-Maxwell de la inducció electromagnètica i la llei de Joule-Lenz. Es col·loquen cossos metàl·lics (en blanc, peces, etc.). camp magnètic altern, que hi provoca un remolí camp elèctric… La FEM de la inducció està determinada per la velocitat de canvi del flux magnètic. Sota l'acció de la CEM d'inducció, els corrents de Foucault (tancats dins dels cossos) flueixen als cossos, alliberant calor. segons la llei de Joule-Lenz… Aquest EMF es crea en el metall corrent altern, l'energia tèrmica alliberada per aquests corrents fa que el metall s'escalfi. La calefacció per inducció és directa i sense contacte. Permet arribar a una temperatura suficient per fondre els metalls i aliatges més refractaris.
L'escalfament per inducció intensa només és possible en camps electromagnètics d'alta intensitat i freqüència, creats per dispositius especials: inductors. Els inductors són alimentats per una xarxa de 50 Hz (instal·lacions de freqüència industrial) o per fonts d'energia separades: generadors i convertidors de mitjana i alta freqüència.
L'inductor més senzill dels dispositius d'escalfament per inducció indirecta de baixa freqüència és un cable aïllat (estès o enrotllat) col·locat dins d'un tub metàl·lic o superposat a la seva superfície. A mesura que el corrent flueix pel cable inductor del tub, s'escalfa corrents de Foucault… La calor del tub (també pot ser un gresol, un recipient) es transfereix al medi escalfat (aigua que flueix pel tub, aire, etc.).
Escalfament per inducció i enduriment de metalls
L'escalfament directe per inducció de metalls més utilitzat a freqüències mitjanes i altes. Per a això, s'utilitzen inductors amb un disseny especial. L'inductor emet ona electromagnètica, que cau sobre el cos escalfat i hi mor. L'energia de l'ona absorbida es converteix en calor al cos. El coeficient d'escalfament és com més gran és la forma de l'ona electromagnètica emesa (plana, cilíndrica, etc.) a la forma del cos. Per tant, els inductors plans s'utilitzen per escalfar cossos plans, els inductors cilíndrics (solenoides) s'utilitzen per a peces de treball cilíndriques.En el cas general, poden tenir una forma complexa per la necessitat de concentrar l'energia electromagnètica en la direcció desitjada.
Una característica de l'entrada d'energia d'inducció és la capacitat de regular la disposició espacial de la zona de flux corrents de Foucault.
En primer lloc, els corrents de Foucault circulen a la zona coberta per l'inductor. Només s'escalfa aquella part del cos que està en contacte magnètic amb l'inductor, independentment de la mida total del cos.
En segon lloc, la profunditat de la zona de circulació de corrents de Foucault i per tant la zona d'alliberament d'energia depèn, entre altres factors, de la freqüència del corrent de l'inductor (augmenta a freqüències baixes i disminueix amb l'augment de la freqüència).
L'eficiència de la transferència d'energia de l'inductor al corrent escalfat depèn de la mida de l'espai entre ells i augmenta a mesura que disminueix.
L'escalfament per inducció s'utilitza per a l'enduriment superficial de productes d'acer, per escalfament per a la deformació plàstica (forja, estampació, premsat, etc.), fusió de metalls, tractament tèrmic (recuit, tremp, normalització, enduriment), soldadura, estratatge, soldadura de metalls.
L'escalfament per inducció indirecta s'utilitza per escalfar equips de procés (conductes, contenidors, etc.), escalfar medis líquids, assecar recobriments, materials (per exemple, fusta). El paràmetre més important de les instal·lacions de calefacció per inducció és la freqüència. Per a cada procés (enduriment superficial, per escalfament) hi ha un rang de freqüències òptim que proporciona els millors indicadors tecnològics i econòmics. Les freqüències de 50 Hz a 5 MHz s'utilitzen per a la calefacció per inducció.
Avantatges de la calefacció per inducció
1) La transferència d'energia elèctrica directament al cos escalfat permet l'escalfament directe dels materials conductors. En aquest cas, la velocitat d'escalfament augmenta en comparació amb les instal·lacions amb acció indirecta, on el producte s'escalfa només des de la superfície.
2) La transferència d'energia elèctrica directament al cos escalfat no requereix dispositius de contacte. És convenient en les condicions de producció de fabricació automatitzada, quan s'utilitzen mitjans de protecció i buit.
3) A causa del fenomen de l'efecte superficial, la potència màxima s'allibera a la capa superficial del producte escalfat. Per tant, l'escalfament per inducció durant el refredament proporciona un escalfament ràpid de la capa superficial del producte. Això permet obtenir una gran duresa superficial de la peça amb un medi relativament viscós. L'enduriment superficial per inducció és més ràpid i econòmic que altres mètodes d'enduriment superficial.
4) La calefacció per inducció en la majoria dels casos millora la productivitat i millora les condicions de treball.
Forn de fusió per inducció
Es pot considerar un forn o dispositiu d'inducció com un tipus de transformador en què la bobina primària (inductor) està connectada a una font de corrent altern i el propi cos escalfat serveix com a bobina secundària.
El procés de treball dels forns de fusió d'inducció es caracteritza pel moviment electrodinàmic i tèrmic del metall líquid en un bany o gresol, que contribueix a l'obtenció de metall amb la mateixa composició i la seva temperatura uniforme en tot el volum, així com un baix residu metàl·lic (algunes vegades menys). lleugerament que en els forns d'arc).
Els forns de fusió per inducció s'utilitzen en la producció de peces de fosa, inclosa la forma, d'acer, ferro colat, metalls no fèrrics i aliatges.
Els forns de fusió d'inducció es poden dividir en forns de canal de freqüència industrial i forns de gresol industrials, de mitjana i alta freqüència.
Un forn de conducte d'inducció és un transformador, normalment a una freqüència de potència (50 Hz). El bobinatge secundari del transformador és un bobinatge de metall fos. El metall està tancat en un canal refractari anular.
El flux magnètic principal indueix un EMF al metall del canal, l'EMF crea un corrent, el corrent escalfa el metall, per tant, un forn de canal d'inducció és similar a un transformador que funciona en mode de curtcircuit.
Els inductors dels forns de canal estan fets de tub de coure longitudinal, es refreden per aigua, la part del canal de la llar es refreda per un ventilador o per un sistema d'aire centralitzat.
Els forns d'inducció de canal estan dissenyats per a un funcionament continu amb transicions rares d'una classe de metall a una altra. Els forns d'inducció de canal s'utilitzen principalment per fondre alumini i els seus aliatges, així com coure i alguns dels seus aliatges. Altres sèries de forns estan especialitzats com a mescladors per a la retenció i sobreescalfament de ferro líquid, metalls no fèrrics i aliatges abans de la fosa en motlles de fosa.
El funcionament d'un forn de gresol d'inducció es basa en l'absorció d'energia electromagnètica per part d'una càrrega conductora. La cèl·lula es col·loca dins d'una bobina cilíndrica: un inductor. Des del punt de vista elèctric, un forn de gresol d'inducció és un transformador d'aire en curtcircuit el bobinatge secundari del qual és una càrrega conductora.
Els forns de gresol d'inducció s'utilitzen principalment per fondre metalls de fosa a pressió en un mode de funcionament per lots i, independentment del mode de funcionament, per fondre determinats aliatges, com ara bronzes, que afecten negativament el revestiment dels forns de canal.