Cómo funciona un calentador de inducción: La sencilla magia del calor por inducción

¿Se ha preguntado alguna vez cómo un trozo de metal puede ponerse al rojo vivo en sólo unos segundos sin fuego? No es un truco, es ciencia. Se llama calor por inducción. Este método de calentamiento es rápido, limpio y muy potente. Muchas fábricas y talleres de todo el mundo lo utilizan.

Este artículo le mostrará exactamente cómo funciona un calentador de inducción. Utilizaremos palabras sencillas y buenos ejemplos. Aprenderá lo primero que hay que saber sobre esta magnífica tecnología. También descubrirá por qué suele ser una opción mejor que los métodos de calentamiento anticuados. Cuando termine de leer, comprenderá una herramienta de calentamiento muy importante que se utiliza en las empresas hoy en día.

¿Cuáles son los fundamentos del calentamiento por inducción?

Los fundamentos del calentamiento por inducción son fáciles de aprender. El calentamiento por inducción es un proceso que se utiliza para calentar algo que puede transportar electricidad. Suele tratarse de una pieza de metal. Es un tipo de calentamiento sin contacto. Esto significa que ningún fuego u objeto caliente toca la pieza que se está calentando. En su lugar, utiliza un tipo único de energía para generar calor desde el interior del objeto.

Imagina una bobina especial hecha con un tubo de cobre. Por esta bobina circula una corriente eléctrica. Esto hace que se forme un campo magnético alrededor de la bobina. Cuando se introduce un trozo de metal en este campo, ocurre algo asombroso. El campo hace que corrientes eléctricas muy pequeñas se muevan en círculos dentro del metal. Estas corrientes provocan fricción y calor. Éste es el secreto del funcionamiento del calor por inducción. Es un método de calentamiento muy directo y que ahorra mucha energía.

¿Cuál es la breve historia de la inducción?

La ciencia que hace posible el calor por inducción no es una idea nueva. La historia de la inducción comenzó hace mucho tiempo, en la década de 1830. Un científico llamado Michael Faraday descubrió algo interesante. Vio que un campo magnético que cambiaba podía inducir una corriente eléctrica en un material cercano que conduce la electricidad. Ésta es la idea principal en la que se basa el funcionamiento de muchas cosas, desde los motores eléctricos hasta las máquinas que producen calor por inducción.

Durante mucho tiempo, esto no fue más que un dato interesante para los científicos. Pero a principios del siglo XX, los ingenieros descubrieron cómo reforzar este proceso. Construyeron los primeros sistemas de calentamiento por inducción. Las fábricas los utilizaron para fabricar piezas de tanques y aviones durante las guerras. Desde entonces, la tecnología del calentamiento por inducción ha mejorado mucho. Hoy en día, el calentamiento por inducción se utiliza para muchos tipos de aplicaciones de calentamiento.

¿Cómo induce realmente calor una bobina de inducción?

La parte más importante de cualquier calentador de inducción es la bobina de inducción. Esta bobina es la que más trabajo tiene que hacer. Una corriente eléctrica alterna atraviesa la bobina. Esto crea un fuerte campo magnético alrededor de la bobina que cambia muy rápidamente. Este campo especial, el campo magnético alterno, es el que inicia el proceso de calentamiento. La bobina no se calienta por sí sola. Lo que hace es calentar la pieza que se coloca en su interior.

Cuando se coloca un material conductor como el acero o el cobre dentro de la bobina de inducción, dos cosas trabajan juntas para producir calor por inducción.

1. Corrientes de Foucault (calentamiento Joule): El campo magnético de la bobina hace que pequeñas corrientes se muevan en círculos dentro del metal. Se denominan corrientes de Foucault. El metal intenta detener el movimiento de estas corrientes. Esta lucha por detener las corrientes produce mucho calor. Esto también se conoce como calentamiento por joule o calentamiento por resistencia. Así pues, el calor se genera a través de la resistencia de la corriente en la pieza de trabajo.
2. Calentamiento histerético: Esto sólo ocurre con los metales magnéticos, como el hierro. El campo magnético de la bobina hace que los pequeños imanes del interior del metal se muevan. Se mueven millones de veces por segundo. Esta rápida rotación produce fricción en el interior del material. Esta fricción genera aún más calor por inducción. Este calentamiento histerético se suma al efecto total de calentamiento de las corrientes de Foucault para calentar la pieza aún más rápidamente.

¿Qué papel desempeñan las fuentes de alimentación en un sistema de calentamiento por inducción?

Un sistema de calentamiento por inducción no sólo se compone de una bobina. También necesita algo que le sirva de cerebro y de fuente de alimentación. Las fuentes de alimentación hacen ambas funciones. Toman la electricidad normal de una toma de corriente. Luego, la transforman en el tipo especial de electricidad que debe tener la bobina de inducción. Las fuentes de alimentación de inducción son una pieza clave para controlar el calor de la inducción.

La fuente de alimentación se encarga de dos cosas principales: la frecuencia y la potencia. La frecuencia indica la rapidez con que la corriente cambia de dirección en la bobina. La potencia es la energía total que se envía a la bobina. Cada trabajo requiere un ajuste diferente. Por ejemplo, el calentamiento por inducción de alta frecuencia produce calor sólo en la piel exterior de una pieza metálica. Una inducción de frecuencia más baja permite que el calor de inducción penetre más profundamente en la pieza. La fuente de alimentación funciona con una pieza especial llamada circuito del depósito. Juntos, envían la cantidad correcta de potencia calorífica.

¿Por qué es tan importante el diseño de la bobina en las soluciones de calentamiento por inducción?

La bobina es la pieza más importante para cualquier trabajo de calentamiento por inducción. La bobina es la principal herramienta de calentamiento. La forma y el tamaño de la bobina controlan el recorrido del calor por inducción. También controla la eficacia del proceso. Un buen diseño de la bobina es el secreto para obtener un buen resultado. Si la bobina no tiene la forma adecuada para la pieza, se perderá energía y el resultado no será bueno.

El objetivo principal es hacer que el campo generado por la bobina concentre su energía. Debe concentrarse en la zona exacta de la pieza que necesita calentar. Para una varilla larga y recta, lo mejor es una simple espiral redonda. Para una pieza plana, una bobina plana tipo "tortita" podría ser una mejor opción. El espacio entre la bobina y la pieza también es muy importante. La pieza recibirá más calor por inducción cuando esté más cerca de la bobina. La bobina genera una corriente muy fuerte. Por este motivo, suele estar hecha de un tubo de cobre hueco. Esto permite utilizar refrigeración por agua para evitar que la bobina se funda.

¿Cómo utiliza esta tecnología el endurecimiento por inducción?

Un trabajo muy común para el calor por inducción es el endurecimiento por inducción. Se trata de un método utilizado para hacer que el exterior de una pieza metálica sea muy duro y resistente. Las piezas como engranajes o ejes necesitan una superficie dura para que no se desgasten. Al mismo tiempo, se desea que el interior de la pieza sea un poco más blando para que no se agriete.

En el endurecimiento por inducción se utiliza una bobina de trabajo especial. Sólo calienta rápidamente la superficie de la pieza. El calor por inducción se dirige con mucho cuidado. La superficie se calienta mucho en unos segundos. Inmediatamente después, la pieza se enfría rápidamente con agua o aceite. Este calentamiento y enfriamiento rápidos modifican la forma en que se forma el metal en la superficie, haciéndolo muy duro. El interior de la pieza no se calienta, por lo que se mantiene blando. Así se consigue lo mejor de ambas cosas: una pieza dura con una superficie que dura mucho tiempo.

¿Es la fusión por inducción un uso común de este poder calorífico?

Sí, la fusión por inducción es otra forma muy importante de utilizar la tecnología de calentamiento por inducción. Las mismas ideas que se utilizan para calentar un trozo de metal también se pueden emplear para fundirlo. Para este tipo de trabajo se utiliza un potente sistema de calentamiento por inducción. Dispone de una olla especial llamada crisol. El material conductor se pone dentro del crisol, y el crisol se pone dentro de la bobina.

El fuerte calor de inducción hace que la temperatura del metal suba rápidamente hasta el punto en que se funde. Una de las ventajas especiales del calentamiento por inducción para la fusión es la forma en que el campo magnético agita el metal líquido. Esta acción de agitación mezcla muy bien el metal. El resultado es un producto final de mayor calidad y más homogéneo. Un sistema de fusión por inducción es limpio y no gasta mucha energía. Hay muy poca pérdida de calor en comparación con los hornos antiguos.

¿Cuáles son las ventajas del calentamiento por inducción frente al tradicional?

Si compara el calentamiento por inducción con métodos de calentamiento más antiguos, como los hornos de gas o el calentamiento por llama, verá grandes diferencias. El calentamiento por inducción tiene muchas ventajas que lo convierten en la mejor opción para muchos trabajos en la industria del calentamiento por inducción.

He aquí un sencillo gráfico que muestra las principales diferencias:

Como puede ver, las ventajas del calentamiento por inducción lo convierten en la mejor opción para fabricar cosas hoy en día. Es una forma más inteligente de utilizar el calor por inducción.

¿Hasta dónde llega el calor por inducción? Profundidad de calentamiento

A menudo la gente pregunta por la profundidad de calentamiento. ¿Hasta dónde llega realmente el calor por inducción dentro del metal? Es una pregunta muy importante. Se controla mediante la frecuencia de la corriente alterna dentro de la bobina. Los ingenieros pueden controlar con mucho cuidado la profundidad de penetración del calentamiento.

La regla es muy sencilla:

• Alta frecuencia: Esto hace que el calor por inducción sea poco profundo. El flujo de corriente se mantiene muy cerca de la superficie del material de la pieza de trabajo. Es ideal para endurecer la superficie de piezas pequeñas. También es adecuado para trabajos en los que sólo se desea calentar la capa exterior.
• Baja frecuencia: Esto hace que el calor de inducción profunda. El flujo de corriente penetra mucho más en el metal. Se utiliza para trabajos como la forja por inducción. La forja es cuando se necesita calentar una gran pieza de metal hasta el fondo antes de darle forma. También se utiliza para fundir piezas más grandes.

Eligiendo la frecuencia adecuada, un sistema de inducción puede configurarse para calentar una pieza en el punto exacto en que se necesita. Este nivel de control es una de las mayores ventajas del calentamiento por inducción.

¿Cuáles son las principales ventajas del calentamiento por inducción?

Hemos hablado de muchas cosas buenas del calentamiento por inducción. Pongamos las principales ventajas del calentamiento por inducción en una lista para que sean fáciles de recordar. El uso del calentamiento por inducción aporta muchas cosas buenas a talleres y fábricas.

• Rápido y ahorra energía: El calentamiento por inducción es muy rápido. Envía el calor justo donde usted lo necesita. Esto significa que se pierde muy poca energía, lo que ayuda a ahorrar dinero. ¿Hasta qué punto es eficiente el calentamiento por inducción? En muchos casos, más del 80% de la energía hace el verdadero trabajo de calentar.
• Exacto y Controlado: Puede controlar muy bien el punto exacto, la temperatura y la cantidad de calor. Esto le ayuda a fabricar mejores piezas con menos desechos.
• Seguro y limpio: No hay fuego abierto, por lo que el lugar de trabajo es mucho más seguro. Es un tipo de calefacción sin llama. El proceso también es muy limpio y no produce humo ni contaminación.
• Siempre lo mismo: Después de configurar el equipo de calentamiento por inducción para una tarea, puede realizar el mismo proceso de calentamiento una y otra vez. Cada pieza se calentará exactamente igual. Esto es muy importante para garantizar una alta calidad.
• Se puede utilizar para muchos trabajos: La gama de calentamiento por inducción es muy amplia. La inducción se utiliza para muchas tareas diferentes. Pueden ser tan pequeñas como unir diminutas piezas electrónicas o tan grandes como fundir toneladas de acero. Otras técnicas de calentamiento no pueden realizar tantos trabajos diferentes.

Aspectos clave que conviene recordar

• El calor por inducción utiliza el campo magnético de una bobina. Este campo se utiliza para inducir un flujo de corriente eléctrica en el interior de una pieza metálica.
• Esta corriente interior se denomina corriente parásita. Produce calor porque el metal lucha contra ella. Es un tipo de calentamiento por julios.
• La bobina es la parte más importante. Su forma y su fabricación deciden adónde irá el calor.
• El calentamiento por inducción es mucho más rápido, limpio, seguro y consume menos energía que los métodos de calentamiento convencionales, como las llamas o los grandes hornos.
• La frecuencia de la fuente de alimentación controla la profundidad del calentamiento. Esto le permite elegir entre calentar sólo la superficie o calentar en profundidad.
• Esta asombrosa tecnología de inducción se utiliza para muchos trabajos, como el endurecimiento por inducción, la fusión por inducción y la forja por inducción.