Holi • Módulos conformados para hornos de inducción

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Adicionalmente, si se evalúa el proceso de calentar 1,5 litros de agua de 20°C a 95°C, se encuentran tiempos de calentamiento de 580 s para la energía eléctrica, 480 s con gas y solo 280 s con el método de CPI.

Funcionamiento básico

Se hablara a continuación del horno de inducción ya que es el más eficiente en varios procesos como la fundición de materiales.

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El calor es generado por efecto de inducción de corrientes parasitas sobre la pieza a fundir.

INTRO FUNCIONAMIENTO

El principio de calentamiento por inducción fue descubierto por Michael Faraday cuando el descubrió las corrientes inducidas por un magneto. James C. Maxwell desarrolló luego la teoría unificada del electromagnetismo y James P. Joule describió el calor producido por una corriente en un conductor, estableciendo así los principios fundamentales del calentamiento por inducción.

Ley de Faraday

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La circulación de corriente eléctrica por un conductor genera un campo electromagnético a su alrededor (como se muestra en la figura 1). En el caso que el conductor sea una bobina, el campo magnético será como en la figura 2, concentrado y en una misma dirección en el interior de la bobina, mientras que en el lado externo tiene tendencia a dispersarse.

Corrientes de Foucoult

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Si la corriente es variable en el tiempo, el campo magnético generado será variable e inducirá un voltaje sobre un material conductor en el cual se inducirán unas corrientes llamadas corrientes de Foucault.

Por la ley de Lenz , esta corriente crea un campo magnético que se opone al campo magnético que lo creó.

Si en el interior de esta bobina existe un núcleo de material metálico, éste será sede de corrientes de Foucault, las cuales lo calientan.

FORMULA DISIPACION DE POTENCIA

La potencia disipada por efecto Joule depende de la frecuencia y del material. En los sistemas de CPI, este efecto representa su principio de funcionamiento, ya que son las corrientes parásitas las encargadas de generar en el recipiente o la pieza de trabajo, el calor necesario para su calentamiento.

Grafica de corriente vs profundidad de penetración

El siguiente grafico muestra una relación no lineal entre la densidad de corriente, ubicada en el eje de las ordenadas y la profundidad de penetración de dichas corrientes en el material que se desea fundir.

En los materiales magnéticos se cuenta además con la propiedad de histéresis magnética. Las pérdidas por histéresis dependen de la intensidad del campo magnético en el material y del área de la curva de histéresis y son la principal fuente de los sistemas de CPI.

EFECTO SKIN

La distancia desde la superficie del objeto calentado a donde la profundidad cae el 37% es la profundidad de penetración, esta profundidad incremente en correlación con el decremento de la frecuencia. Esto es por lo tanto esencial para seleccionar la frecuencia correcta con el fin de lograr la profundidad de penetración deseada.

A menos frecuencia, mayor es la profundidad de penetración y el efecto es menos superficial. Se deduce entonces que las frecuencias bajas son efectivas para materiales gruesos que requieren mayor penetración de calor, y las altas para piezas pequeñas donde se demanda menos penetración, de donde cobra gran importancia el estudio de las propiedades de los materiales a calentar para determinar la frecuencia de trabajo.

Ya conociendo los principios básicos de funcionamiento de la máquina, observaremos sus componentes principales

Partes del horno

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Crisoles

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Los crisoles de grafito son especialmente diseñados para cada aplicación en específico, y se obtiene una alta eficacia en su funcionamiento, el grafito por ser un material con excelentes propiedades antiadherentes. Tiene buena conductividad térmica y alta resistencia a la temperatura. Tiene fuerte resistencia a la corrosión y excelente estabilidad química, un excelente material para poder maquinarse a tolerancias muy precisas, posee una alta temperatura de sublimación y un bajísimo índice de elasticidad. Es ampliamente utilizado en metalurgia, fundición, mecánica, química y otras industrias; pueden ser con cavidades redondas, cuadradas, rectangulares y en medidas especificadas por el cliente.

Los acabados de los crisoles son lisos facilitando así la reducción de mermas(perdidas) por incrustaciones de material fundido.

La vida del crisol se ha duplicado, era de 10 años en 1980 y la duración actual es de 20 años aproximadamente.

Existen 3 tipos de crisoles

CRISOL MÓVIL

El crisol se coloca dentro del horno y una vez fundida la carga el crisol se levanta y saca del horno y se usa como cuchara colada.

CRISOL ESTACIONARIO

Posee un quemador integrado y el crisol no se mueve, una vez fundida la carga esta se saca con cucharas fuera del recipiente.

CRISOL BASCULANTE

También posee generalmente el quemador integrado y el dispositivo entero se inclina o bascula para vaciar la carga

Bobina de inducción

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Diseño básico de inductores

Acoplamiento y eficiencia: El inductor es similar al primario de un transformador y la pieza a calentar es equivalente al conjunto núcleo-secundario, por lo tanto, la eficiencia en el acoplamiento entre la bobina y la pieza a calentar, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

Máxima transferencia de energía: La distancia entre la superficie de la pieza y el inductor debe ser lo más estrecha