Las empresas de Inductotherm Group utilizan la inducción electromagnética en aplicaciones de fusión, calentamiento y soldadura en múltiples industrias. Pero, ¿qué es exactamente la inducción? ¿Y en qué se diferencia de otros métodos de calentamiento?
Para cualquier ingeniero, la inducción es un método de calentamiento fascinante. Ver un trozo de metal en una bobina ponerse al rojo vivo en cuestión de segundos puede resultar sorprendente para quienes no están familiarizados con el calentamiento por inducción. Los equipos de calentamiento por inducción requieren conocimientos de física, electromagnetismo, electrónica de potencia y control de procesos, pero los conceptos básicos que sustentan el calentamiento por inducción son fáciles de entender.
Los fundamentos
Descubierta por Michael Faraday, la inducción comienza con una bobina de material conductor (por ejemplo, cobre). A medida que la corriente fluye a través de la bobina, se produce un campo magnético en su interior y a su alrededor. La capacidad del campo magnético para realizar trabajo depende del diseño de la bobina y de la intensidad de la corriente que fluye a través de ella.
La dirección del campo magnético depende de la dirección del flujo de corriente;
por lo tanto, una corriente alterna a través de la bobina dará como resultado un campo magnético que cambia de dirección a la misma velocidad que la frecuencia de la corriente alterna. Una corriente alterna de 60 Hz hará que el campo magnético cambie de dirección 60 veces por segundo. Una corriente alterna de 400 kHz hará que el campo magnético cambie 400 000 veces por segundo.
Cuando un material conductor (una pieza de trabajo) se coloca en un campo magnético variable (por ejemplo, un campo generado con corriente alterna), se inducirá tensión en la pieza de trabajo (Ley de Faraday). La tensión inducida provocará el flujo de electrones: ¡corriente! La corriente que fluye a través de la pieza de trabajo irá en dirección opuesta a la corriente en la bobina. Esto significa que podemos controlar la frecuencia de la corriente en la pieza de trabajo controlando la frecuencia de la corriente en la bobina.
A medida que la corriente fluye a través de un medio, se produce cierta resistencia al movimiento de los electrones. Esta resistencia se manifiesta en forma de calor (efecto Joule). Los materiales que ofrecen mayor resistencia al flujo de electrones desprenden más calor cuando la corriente fluye a través de ellos, pero es perfectamente posible calentar materiales altamente conductores (por ejemplo, el cobre) utilizando una corriente inducida. Este fenómeno es fundamental para el calentamiento por inducción.
¿Qué necesitamos para el calentamiento por inducción?
Todo esto nos indica que necesitamos dos elementos fundamentales para que se produzca el calentamiento por inducción: un campo magnético variable y un material eléctricamente conductor colocado dentro de dicho campo magnético.
¿Cómo se compara el calentamiento por inducción con otros métodos de calentamiento?
Existen varios métodos para calentar un objeto sin recurrir a la inducción. Entre las prácticas industriales más comunes se encuentran los hornos de gas, los hornos eléctricos y los baños de sal. Todos estos métodos se basan en la transferencia de calor hacia el producto desde la fuente de calor (quemador, elemento calefactor, sal líquida) mediante convección y radiación. Una vez que la superficie del producto se calienta, el calor se transfiere hacia el interior del producto por conducción térmica.
Los productos calentados por inducción no dependen de la convección ni de la radiación para transferir calor a su superficie. En su lugar, el calor se genera directamente en la superficie del producto mediante la circulación de corriente. A continuación, el calor de la superficie se transfiere al interior del producto por conducción térmica. La profundidad a la que se genera el calor directamente mediante la corriente inducida depende de un parámetro denominado profundidad de referencia eléctrica.
La profundidad de referencia eléctrica depende en gran medida de la frecuencia de
la corriente alterna que fluye a través de la pieza de trabajo. Una corriente de mayor frecuencia dará como resultado una profundidad menor, profundidad de referencia eléctrica mientras que una corriente de menor frecuencia dará como resultado una profundidad mayor profundidad de referencia eléctrica. Esta profundidad también depende de las propiedades eléctricas y magnéticas de la pieza de trabajo. Ver imagen: Profundidad de referencia eléctrica de alta frecuencia (izquierda) y baja frecuencia (derecha)
Las empresas de Inductotherm Group aprovechan estos fenómenos físicos y eléctricos para personalizar soluciones de calentamiento adaptadas a productos y aplicaciones específicos. El control riguroso de la potencia, la frecuencia y la geometría de la bobina permite a las empresas de Inductotherm Group diseñar equipos con altos niveles de control de proceso y fiabilidad, independientemente de la aplicación.
Fusión por inducción
Para muchos procesos, la fusión es el primer paso en la fabricación de un producto útil; la fusión por inducción es rápida y eficiente. Al modificar la geometría de la bobina de inducción, los hornos de fusión por inducción pueden contener cargas cuyo volumen varía desde el equivalente a una taza de café hasta cientos de toneladas de metal fundido. Asimismo, al ajustar la frecuencia y la potencia, las empresas de Inductotherm Group pueden procesar prácticamente todos los metales y materiales, incluidos, entre otros: hierro, acero y 
aleaciones de acero inoxidable, cobre y aleaciones a base de cobre, aluminio y silicio. Los equipos de inducción se diseñan a medida para cada aplicación con el fin de garantizar la máxima eficiencia posible.
Una ventaja importante e inherente a la fusión por inducción es la agitación inductiva. En un horno de inducción, la carga metálica se funde o calienta mediante la corriente generada por un campo electromagnético. Cuando el metal pasa al estado líquido, este campo también provoca el movimiento del baño, un fenómeno conocido como agitación inductiva. Este movimiento constante mezcla de forma natural el baño, lo que genera una mayor homogeneidad y favorece la aleación. El grado de agitación está determinado por el tamaño del horno, la potencia aplicada al metal, la frecuencia del campo electromagnético y el tipo o cantidad de metal en el horno. La intensidad de la agitación inductiva en un horno determinado se puede modular para aplicaciones especiales si es necesario.
Fusión por inducción al vacío
Dado que el calentamiento por inducción se logra mediante un campo magnético, la pieza de trabajo (o carga) se puede aislar físicamente de la bobina de inducción mediante un material refractario u otro medio no conductor. El campo magnético atravesará dicho material para inducir una tensión en la carga contenida en su interior. Esto significa que la carga o pieza de trabajo se puede calentar al vacío o en una atmósfera cuidadosamente controlada. Esto permite procesar metales reactivos (Ti, Al), aleaciones especiales, silicio, grafito y otros materiales conductores sensibles.
Calentamiento por inducción
A diferencia de algunos métodos de combustión, el calentamiento por inducción se puede controlar con precisión independientemente del tamaño del lote. La variación de la corriente, la tensión y la frecuencia a través de una bobina de inducción da como resultado un calentamiento de ingeniería optimizado, perfecto para aplicaciones de alta precisión como el endurecimiento superficial, el temple y revenido, el recocido y otras formas de tratamiento térmico. Un alto nivel de precisión es fundamental para aplicaciones exigentes en sectores como el de automoción, aeroespacial, fibra óptica, así como en el trefilado y temple de alambre para resortes. El calentamiento por inducción es idóneo para aplicaciones de metales especiales que involucran titanio, metales preciosos y materiales compuestos avanzados. El preciso control de calentamiento que ofrece la inducción no tiene igual. Además, utilizando los mismos principios fundamentales de calentamiento que en las aplicaciones de crisol al vacío, el calentamiento por inducción se puede realizar bajo atmósfera controlada en aplicaciones continuas, como por ejemplo el recocido brillante de tubos y tuberías de acero inoxidable.
Soldadura por inducción de alta frecuencia
Cuando la inducción se aplica mediante corriente de alta frecuencia (HF), incluso la soldadura es posible. En esta aplicación, las profundidades de referencia eléctrica muy reducidas que se pueden alcanzar con la corriente de HF. En este caso, una banda de metal se conforma de manera continua y luego pasa a través de un conjunto 
de rodillos diseñados con precisión, cuyo único propósito es forzar la unión de los bordes de la tira conformada para crear la soldadura. Justo antes de que la tira conformada alcance el juego de rodillos, pasa a través de una bobina de inducción. En este caso, la corriente fluye a lo largo de la "V" geométrica creada por los bordes de la tira en lugar de hacerlo solo alrededor del exterior del canal conformado. A medida que la corriente fluye a lo largo de los bordes de la tira, estos se calientan hasta alcanzar una temperatura de soldadura adecuada (por debajo de la temperatura de fusión del material). Cuando los bordes se presionan entre sí, se expulsan todos los residuos, óxidos y otras impurezas, lo que da como resultado una soldadura por forja en estado sólido.
El futuro
Con la llegada de la era de los materiales altamente avanzados, las energías alternativas y la necesidad de potenciar a los países en desarrollo, las capacidades únicas de la inducción ofrecen a los ingenieros y diseñadores del futuro un método de calentamiento rápido, eficiente y preciso.