Basics of Induction Heating

Aquecimento por Indução

De forma simples, o aquecimento por indução é o método mais limpo, eficiente, económico, preciso e repetível de aquecimento de materiais disponível para a indústria, hoje em dia.

Bobinas de indução de design preciso e com uma fonte de alimentação de indução potente e flexível produzem resultados de aquecimento repetíveis específicos para a aplicação desejada. Fontes de alimentação de indução projetadas para quantificar com precisão o aquecimento do material e responder às mudanças de propriedade de um material durante o ciclo de aquecimento tornam realidade a obtenção de diversos perfis de aquecimento a partir de uma única aplicação de aquecimento.

A finalidade do aquecimento por indução pode ser endurecer uma peça para evitar desgaste; tornar o plástico metálico forjado ou moldado a quente numa forma desejada; brasar ou soldar duas peças juntas; fundir e misturar os ingredientes que vão para as ligas de alta temperatura, tornando possíveis motores a jacto; ou para qualquer número de outras aplicações.

O básico

Aquecimento por indução ocorre num objecto condutor de electricidade (não necessariamente aço magnético) quando o objecto é colocado num campo magnético variável. O aquecimento indutivo é devido à histerese e perdas por corrente parasita.

Perdas por histerese só ocorrem em materiais magnéticos como o aço, níquel e muito poucos outros. A perda de histerese afirma que isto é causado pelo atrito entre as moléculas quando o material é magnetizado primeiro em uma direção, e depois na outra. As moléculas podem ser consideradas como pequenos ímãs que se voltam a cada inversão de direção do campo magnético. O trabalho (energia) é necessário para virá-las. A energia converte-se em calor. A taxa de gasto de energia (potência) aumenta com um aumento da taxa de inversão (frequência).

Perdas de corrente parasita ocorrem em qualquer material condutor em um campo magnético variável. Isto causa o título, mesmo que os materiais não tenham nenhuma das propriedades magnéticas normalmente associadas ao ferro e ao aço. Exemplos são cobre, latão, alumínio, zircônio, aço inoxidável não magnético e urânio. As correntes parasitas são correntes elétricas induzidas pela ação do transformador no material. Como o seu nome indica, elas parecem fluir em redemoinhos sobre eddies dentro de uma massa sólida de material. As perdas por correntes parasitas são muito mais importantes do que as perdas por histerese no aquecimento por indução. Note que o aquecimento por indução é aplicado a materiais não magnéticos, onde não ocorrem perdas por histerese.

Para o aquecimento do aço para endurecimento, forjamento, fusão ou qualquer outro propósito que requeira uma temperatura acima da temperatura Curie, não podemos depender da histerese. O aço perde as suas propriedades magnéticas acima desta temperatura. Quando o aço é aquecido abaixo do ponto Curie, a contribuição da histerese é geralmente tão pequena que pode ser ignorada. Para todos os efeitos práticos, o I2R das correntes parasitas é a única forma pela qual a energia eléctrica pode ser transformada em calor para fins de aquecimento por indução.

Duas coisas básicas para o aquecimento por indução a ocorrer:

  • Um campo magnético variável
  • Um material condutor de electricidade colocado no campo magnético

Vantagens do aquecimento por indução

Aquecimento por indução é particularmente útil onde são realizadas operações altamente repetitivas. Uma vez que uma máquina de aquecimento por indução é devidamente ajustada, peça após peça é aquecida com resultados idênticos. A capacidade do aquecimento indutivo de aquecer peças sucessivas de forma idêntica significa que o processo é adaptável a uma operação completamente automática, onde as peças são carregadas e descarregadas mecanicamente.

Aquecimento indutivo tornou possível localizar operações, como o endurecimento, em linhas de produção juntamente com outras máquinas-ferramentas, em vez de em departamentos remotos e separados. Isto poupa o tempo de transportar as peças de uma parte da fábrica para outra. O aquecimento por indução é limpo. Ele não emite calor desagradável. As condições de trabalho nas máquinas de aquecimento por indução são boas. Não libertam o fumo e a sujidade que por vezes estão associados aos departamentos de tratamento térmico e oficinas de forja.

Uma outra característica desejável do aquecimento por indução é a sua capacidade de aquecer apenas uma pequena porção de uma peça de trabalho, oferecendo vantagens onde é desnecessário aquecer a peça inteira. Esta vantagem é fundamental em peças essenciais com poucas áreas de alto desgaste localizadas durante o funcionamento normal. Anteriormente, seria necessário um material de maior qualidade e mais caro para suportar o desgaste da operação. Com a indução, materiais menos caros podem ser processados localmente para atingir a durabilidade necessária.

Aquecimento por indução é rápido. Uma máquina de aquecimento por indução devidamente sintonizada pode processar grandes volumes de peças por minuto, utilizando um design eficiente de bobina e manuseio de peças. Como as máquinas de aquecimento indutivo são bem adequadas para automação, elas podem se integrar facilmente às linhas de produção de peças existentes. Ao contrário das soluções de aquecimento radiante, o aquecimento indutivo aquece apenas a peça dentro da bobina sem desperdiçar energia em aquecimento desnecessário.

Aquecimento por indução é limpo. Sem operações de chama que deixam fuligem ou requerem limpeza após o aquecimento, a indução é uma opção para peças que requerem aquecimento limpo, como em operações de brasagem. Como o aquecimento por indução utiliza campos magnéticos que são permeáveis através do vidro ou outros materiais, o aquecimento controlado da atmosfera por indução é uma possibilidade.

História do Aquecimento por Indução

Faraday (1791-1867) estava familiarizado com os princípios fundamentais subjacentes à indução. A princípio, a ênfase foi colocada nos efeitos indesejáveis do fenômeno. Muita atenção foi dada à descoberta de métodos para reduzir os efeitos da indução de modo que dispositivos como transformadores, motores e geradores pudessem tornar-se mais eficientes.

Michael Faraday (1791-1867) é geralmente creditado com a descoberta dos princípios fundamentais subjacentes ao aquecimento por indução em 1831. Entretanto, o foco da pesquisa por indução foi encontrar métodos para reduzir os efeitos da indução para que dispositivos como transformadores, motores e geradores pudessem se tornar mais eficientes no início.

Interesse na possibilidade de fundição de metais por indução iniciada em 1916. Uma das primeiras aplicações comerciais foi a fusão de pequenas cargas utilizando osciladores de faiscamento. Outra aplicação inicial era o aquecimento de elementos metálicos de tubos de vácuo para a remoção de gases absorvidos antes da vedação.

Durante alguns anos antes da Segunda Guerra Mundial, várias empresas, mais ou menos independentemente, começaram a perceber que a indução segurava a solução para uma grande variedade de aplicações especializadas de aquecimento. Embora a indução não tivesse se tornado um processo industrial por muito tempo após sua descoberta teórica, seu crescimento foi rápido durante a Segunda Guerra Mundial quando surgiu a necessidade imediata de produzir um grande número de peças com o mínimo de mão-de-obra.

Hoje, a indução tomou seu lugar em nossa economia industrial como um meio de acelerar a produção de peças, reduzindo os custos de produção e alcançando resultados de qualidade.

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The Future of Induction

With the coming age of highly engineered materials, alternative energies and the need for empowering developing countries, the unique capabilities of induction offer engineers and designers of the future a fast, efficient, and precisely method of heating.

Como a tecnologia de escolha para aquecimento rápido, limpo e repetível, preciso e eficiente, a indução se estabeleceu firmemente no futuro da fabricação como uma pedra angular da indústria. A rápida maturidade da indução desde a sua descoberta lhe rendeu uma reputação de tecnologia de ponta, fundamental para descobrir novos processos que são mais eficazes. Hoje, a indução é sinónimo de soluções inovadoras, abrindo caminho para um novo paradigma na tecnologia de fabrico.

A tecnologia Radyne está na vanguarda do aquecimento por indução, inovando em novas formas para desenvolver ainda mais técnicas e processos de aquecimento por indução em áreas novas, anteriormente abandonadas. Somos um fabricante líder mundial e pioneiro no desenvolvimento de equipamentos avançados de aquecimento por indução e atmosfera controlada. Clique aqui para saber mais sobre a fonte de alimentação TFD.

Outras leituras

Outras discussões sobre o tema dos fundamentos do aquecimento indutivo podem ser encontradas continuando o nosso artigo sobre conceitos avançados de aquecimento indutivo, cobrindo tópicos que foram construídos sobre os fundamentos da teoria do aquecimento indutivo aqui estabelecidos. Para ainda mais recursos de aquecimento indutivo, a Radyne fornece alguns recursos para sua conveniência, permitindo-lhe aproveitar a teoria da indução para uma operação informada: incluindo cartazes para referência de gráficos comuns de laboratório e chão de fábrica e livros de referência sobre o tópico dos fundamentos da indução.

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