EOW May 2007

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la resistividad del conductor, de la frecuencia de la corriente alterna y de la efectiva permeabilidad del conductor. La profundidad efectiva de penetración de la corriente, en formamétrica, se obtiene con la fórmula:

Además, se utilizan distintas profundi- dades de penetración de corriente para diferentes materiales y temperaturas a varias frecuencias. En el proceso de calentamiento por inducción, un componente de metal situado dentro o cerca de una bobina de inducción se calienta debido al paso de una corriente de inducción a través de la bobina, que a su vez, introduce otra corriente dentro del componente. El calor es generado por la resistencia a esta corriente inducida, según la ley I²R (donde I = Corriente y R = Resistencia) y también por pérdida por histéresis en materiales magnéticos: un efecto que desaparece a la temperatura de Curie (aprox. 1.400°F / 760°C). Selección de la potencia (para alambre calentado completamente) Después de seleccionar la frecuencia correcta y las unidades de potencia adecuadas, lo siguiente es considerar los requisitos de potencia; lo primero será determinar el contenido de calor del conductor. El contenido de calor de un alambre en movimiento es simplemente una función de la productividad, del calor específico y del aumento de temperatura. Sin embargo, este cálculo aparentemente simple, es complicado porque el calor específico varía al aumentar la temperatura. Tomando como ejemplo un acero de medio contenido de carbono, el calor específico varía en función de un factor de 1,3 entre 68°F (20°C) y 1.022°F (550°C), y 1,5 entre 68°F (20°C) y 1.652°F (900°C).

Por lo tanto, para determinar el contenido de calor necesario para calentar acero al carbono a 1.022°F (550°C) y 1.652°F (900°C), como regla empírica aproximativa, se pueden usar valores de calor específico de 0,58 y 0,63. Con esta regla, el contenido de calor del alambre calentado a 1.022°F (550°C) será 2,31 x lb/min (1,05 x kg/min), mientras que a 1.652°F (900°C) será 4,27 x lb/min (1,94 x kg/min) con el resultado expresado en kW. Tras determinar el contenido de calor del producto, el paso siguiente es determinar la salida de potencia de la unidad de potencia seleccionando el rendimiento térmico correspondiente a la salida de la unidad de potencia. Rendimiento térmico Un sistema de inducción típico consiste en una unidad de potencia, una bobina de calentamiento y los equipos necesarios para “acoplar” la bobina de calentamiento (y el alambre procesado) a la unidad de potencia. La unidad de potencia puede ser un convertidor, un invertidor o un generador. Esta unidad permite convertir una alimentación trifásica de 50 ó 60 Hz a una frecuencia de salida nominal de entre 250Hz y 800kHz en una sola fase con salidas de potencias de 1kW a 4MW en una amplia gama de combinaciones de frecuencias de potencia, y con la posibilidad de combinaciones de doble frecuencia. Estas unidades de potencia pueden ser de tiristores o transistores. La bobina de calentamiento que se usa para calentar alambres consiste en un tubo de cobre enrollado en espiral. El tubo puede ser redondo, cuadrado o rectangular, y a menudo presenta bandas de cobres soldadas en el diámetro interno de la espiral. La longitud de la bobina, su diámetro interno, número de espiras y el porcentaje de cobre respecto al espacio libre a lo largo del diámetro interno de la espiral son todos parámetros importantes para el rendimiento del sistema. Todas las unidades de potencia funcionan en una banda de frecuencia de, por ejemplo, 7-11kHz, 20-25kHz, y 40-50kHz para frecuencias de salida nominales de unidades de 10kHz, 25kHz y 50kHz respectivamente. Para que el sistema funcione dentro de esta banda, se pueden variar la inductancia de la bobina, la tensión de funcionamiento de la bobina y la capacidad (KVAR) del circuito tanque (resonante) de la unidad de potencia para cumplir requisitos específicos de dimensiones del alambre, materiales, velocidades de producción y temperaturas.

F μ π ρ 10 r

20 1

=

En esta fórmula: p = profundidad de penetración de la corriente r = resistividad en microohmios centímetros µ = permeabilidad efectiva (µ = 1 para materiales no magnéticos) Seleccionando la frecuencia correcta, se puede controlar la cantidad de material calentada: con altas frecuencias se obtendrán niveles bajos de penetración efectiva, mientras que se obtendrá una penetración más profunda con frecuencias más bajas. aproxi- madamente un 90% del calor total se produce en la capa de penetración “p”, con capas interiores calentadas por conducción a través del material. Sin embargo, para obtener un calentamiento óptimo a través de todo el material, se debe evitar que las corrientes opuestas que fluyen por las superficies opuestas del conductor se sobrepongan, porque en este caso se anularía la corriente. Normalmente “p” debería ser menos de la mitad del radio del conductor, aunque esta regla no se aplica siempre. Aplicando nuestra formula,

Figura 1 . Línea de proceso de temple y revenido de alambre ▼

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EuroWire – Mayo de 2007