Teoria Electromagnetica

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

Introducción

El calentamiento por inducción es un método para obtener calor continuo y rápido para aplicaciones industriales en las que haya que soldar o alterar las propiedades de los metales u otros materiales conductores de la electricidad. El proceso utiliza las corrientes eléctricas inducidas en el material para producir calor. Aunque los principios básicos de la inducción son bien conocidos, los últimos avances en la tecnología del estado sólido han simplificado notablemente el calentamiento por inducción, haciendo de ella un método de calentamiento muy rentable para aplicaciones que impliquen empalmes, tratamiento, calentamiento y prueba de materiales.

En el siguiente documento presentamos una investigación sobre el proceso de calentamiento por inducción y los pasos básicos para llevarlo a cabo.

1) DATOS GENERALES DEL PROYECTO

Título del proyecto Calentamiento por inducción

Investigadores principales Batallas Cueva, Pérez Villalva

Tipo de investigación Básica

( x ) Aplicada

( x ) Desarrollo Tecnológico

( x )

Ámbito Juventud

( ) Interculturalidad

( ) Ciencia

( x ) tecnologías

( x )

Línea de investigación Teoría Electromagnética

Proyectos vinculados Fundimiento por inducción

Duración del proyecto 60 días

Localización geográfica Universidad Politécnica Salesiana

Propuesta global Diseñar un dispositivo capaz de calentar un material por medio de inducción electromagnética

2) INFORMACIÓN DE LOS INVESTIGADORES.

Nombres: Carlos Xavier Apellidos: Pérez Villalva

Título Académico Técnico industrial

Instituto En Que Labora: UPS Cargo: Implementación y desarrollo

Nivel de Participación: Excelente

Nombres: Bruno Alexander Apellidos: Batallas Cueva

Título Académico Técnico en Electrónica de consumo

Instituto En Que Labora: UPS Cargo: Investigador

Nivel de Participación: Excelente

Nombres: Frank David Apellidos: Lindao Freire

Título Académico Informático

Instituto En Que Labora: UPS Cargo: Supervisor

Nivel de Participación: Excelente

Nombres: Jeniffer Lidice Apellidos: Suárez Pezo

Título Académico Fisicomatemático

Instituto En Que Labora: UPS Cargo: Investigador

Nivel de Participación: Excelente

3) OBJETIVOS

- Conocer qué es y cómo se realiza el proceso de calentamiento por inducción.

- Demostrar mediante un proyecto los conocimientos adquiridos en el semestre y probar físicamente los cálculos teóricos.

4) MARCO TEÓRICO

¿Qué es?

El calentamiento por inducción es un proceso que se utiliza para endurecer, unir o ablandar metales u otros materiales conductivos. En procesos modernos de fabricación, el calentamiento por inducción ofrece una atractiva combinación de velocidad, consistencia, control y eficiencia energética.

Los principios básicos del calentamiento por inducción se han aplicado a la fabricación desde los años 20. Durante la Segunda Guerra Mundial, la tecnología se desarrolló rápidamente para cumplir con los requisitos urgentes en tiempos de guerra: crear procesos fiables y rápidos para endurecer las piezas metálicas del motor.

Recientemente, el foco sobre las técnicas de eficiencia productiva y el énfasis sobre el control de calidad mejorado han liderado el redescubrimiento de la tecnología de inducción en paralelo al desarrollo de sistemas de potencia para inducción de estado sólido con un control preciso.

¿Cómo trabaja el calentamiento por inducción?

Cuando una corriente alterna se aplica al primario de un transformador, se genera un campo electromagnético. Según la Ley de Faraday, si el secundario del transformador se coloca dentro del campo magnético, se induce una corriente eléctrica.

En una configuración básica de calentamiento por inducción, una fuente de alimentación genera una corriente alterna que atraviesa un inductor (normalmente una bobina de cobre) y la pieza a calentar se sitúa dentro de dicho inductor. El inductor actúa de primario del transformador y la pieza de circuito secundario. Cuando la pieza metálica es atravesada por el campo magnético, se inducen corrientes de Foucault en dicha pieza.

Principios del calentamiento por inducción

Tal y como se muestra en la imagen anterior, las corrientes de Foucault fluyen contra la resistividad eléctrica del metal, generando un calor localizado y preciso sin ningún contacto directo entre la pieza y el inductor. Este calentamiento ocurre con piezas magnéticas y no-magnéticas, y a menudo se conoce como “Efecto Joule” que hace referencia a la primera ley de Joule (fórmula científica que expresa la relación entro calor producido y corriente eléctrica a través de un conductor).

Beneficios del calentamiento por inducción

¿Por qué elegir calentamiento por inducción en lugar otros métodos como convección, radiación o llama?

A continuación se resumen las principales ventajas que el calentamiento por inducción ofrece para la fabricación:

Productividad máxima

Las tasas de productividad pueden maximizarse porque la inducción es muy rápida: el calor se genera directa e instantáneamente en la pieza (ejemplo, más de 1000ºC en menos de un segundo en algún caso). El arranque para el calentamiento es virtualmente instantáneo, no es necesario precalentar ni enfriar. El proceso de calentamiento por inducción se completa en la planta de fabricación, próximo a la máquina de deformación fría o caliente, en lugar de enviar lotes de piezas a un horno remoto o subcontrata.

Eficiencia energética

Este proceso es el único realmente eficiente desde el punto de vista energético. Convierte la energía consumida en calor útil en hasta un 90%; los hornos por lotes lo hacen generalmente hasta un 45%. Además como no necesita ni precalentamiento ni enfriamiento en los ciclos de trabajo, las pérdidas de calor en stand-by (cuando no trabaja) se reducen a mínimos.

Control y automatización del proceso

El calentamiento por inducción elimina

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