Fundamentos do aquecimento por indução
Aquecimento por indução ocorre em um objeto eletricamente condutor (não necessariamente em aço magnético) quando o objeto é colocado em um campo magnético variável. O aquecimento por indução é devido à histerese e perdas por correntes de Foucault.
Aquecimento por indução é o processo de aquecimento de um objeto eletricamente condutor (geralmente um metal) por indução eletromagnética, através do calor gerado no objeto por correntes de Foucault. Um aquecedor de indução consiste em um eletroímã e um oscilador eletrônico que passa uma corrente alternada de alta frequência (CA) através do eletroímã. O campo magnético que se alterna rapidamente penetra no objeto, gerando correntes elétricas no interior do condutor, chamadas correntes de Foucault. As correntes de Foucault que fluem através da resistência do material aquecem-no pelo aquecimento de Joule. Em materiais ferromagnéticos (e ferrimagnéticos) como ferro, o calor também pode ser gerado por perdas de histerese magnética. A frequência da corrente utilizada depende do tamanho do objeto, tipo de material, acoplamento (entre a bobina de trabalho e o objeto a ser aquecido) e a profundidade de penetração.
As perdas por histerese ocorrem apenas em materiais magnéticos como aço, níquel e muito poucos outros. A perda por histerese indica que isso é causado por atrito entre as moléculas quando o material é magnetizado primeiro em uma direção e depois na outra. As moléculas podem ser consideradas pequenos ímãs que giram a cada inversão de direção do campo magnético. O trabalho (energia) é necessário para girá-los. A energia se converte em calor. A taxa de gasto de energia (energia) aumenta com um aumento da taxa de reversão (frequência).
Perdas de corrente parasita ocorrem em qualquer material condutor em um campo magnético variável. Isso faz com que o rumo, mesmo que os materiais não possuam nenhuma das propriedades magnéticas geralmente associadas ao ferro e ao aço. Os exemplos são cobre, latão, alumínio, zircônio, aço inoxidável não magnético e urânio. Correntes parasitas são correntes elétricas induzidas pela ação do transformador no material. Como o próprio nome indica, eles parecem fluir em redemoinhos em redemoinhos dentro de uma massa sólida de material. As perdas por corrente parasita são muito mais importantes do que as perdas por histerese no aquecimento por indução. Observe que o aquecimento por indução é aplicado a materiais não magnéticos, onde não ocorrem perdas por histerese.
Para o aquecimento de aço para endurecimento, forjamento, fusão ou qualquer outra finalidade que requeira uma temperatura acima da temperatura Curie, não podemos depender de histerese. O aço perde suas propriedades magnéticas acima dessa temperatura. Quando o aço é aquecido abaixo do ponto de Curie, a contribuição da histerese é geralmente tão pequena que pode ser ignorada. Para todos os efeitos práticos, o I2R das correntes de Foucault é a única maneira pela qual a energia elétrica pode ser transformada em calor para fins de aquecimento por indução.
Duas coisas básicas para o aquecimento por indução:
- Um campo magnético em mudança
- Um material eletricamente condutor colocado no campo magnético