¿Cómo mejoran las placas calentadas por inducción-la eficiencia energética en los procesos de conformado a alta-temperatura?
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Los calentadores de cartucho de resistencia calientan una platina por conducción masiva. Esto significa que el calor debe conducirse a través de una gran cantidad de masa metálica desde los elementos implantados hasta la superficie de la herramienta. Esto provoca un retraso térmico, una distribución desigual de la temperatura y un gran desperdicio de energía para el edificio circundante. Por otro lado, las placas calentadas por inducción producen calor directamente en la capa superficial mediante campos electromagnéticos. Esto permite una respuesta rápida y una mejor utilización de la energía en operaciones de conformado cíclico.
El cambio a sistemas de conformado eficientes energéticamente con placas calentadas por inducción es un reflejo de una tendencia más amplia de la industria para reducir la inercia térmica y aumentar la controlabilidad en la fabricación a alta temperatura.
Superficie-Primera estrategia térmica de calentamiento por inducción
Deposición directa de energía sobre la superficie de la herramienta
Las placas de calentamiento por inducción funcionan según un principio completamente diferente al de los sistemas basados en resistencia. En lugar de calentar un elemento interno mediante conducción, la inducción electromagnética genera calor directamente en la superficie del metal.
Un sistema típico consta de:
Bobinas de inducción planas en forma de espiral-
Aislamiento eléctrico cerámico de alta temperatura.
Estructura de bobina integrada en el cuerpo de la platina.
Suministro de corriente alterna de alta frecuencia.
Las bobinas suelen funcionar en el rango de kilohercios:
1–50\\text{ kHz}1\\text{–}50\\ \\mathrm{kHz}1–50 kHz
La corriente alterna crea un campo magnético que varía rápidamente y que induce corrientes parásitas en la capa superficial conductora de la platina. Esta corriente se convierte casi rápidamente en calor debido a la resistencia eléctrica del metal.
Superficie-Comportamiento de calentamiento limitado
Un cepillo magnético invisible dirige la energía exactamente donde se necesita rendimiento térmico, calentando la superficie de la platina. La energía se carga principalmente en la superficie de la herramienta de trabajo, no en toda la masa del plato que se calienta.
La estructura de platina más profunda se utiliza como:
ayuda mecanica
buffer térmico
Estructuras de refuerzo
Sin embargo, no es necesario calentarlo completamente hasta la temperatura operativa, lo que reduce considerablemente el desperdicio de energía.
Eficiencia energética de placas calentadas por inducción para aplicaciones de conformado
Respuesta térmica más rápida en operaciones cíclicas
Los procedimientos cíclicos de alta temperatura, como el estampado en caliente, la forja y la conformación superplástica, someten los sistemas térmicos a calentamientos y enfriamientos repetidos. Las placas calentadas por resistencia-convencionales requieren calentar toda la masa térmica de manera cíclica, lo que genera una demanda de energía significativa y tiempos de recuperación prolongados.
En muchas aplicaciones, la deposición de energía específica y la menor inercia térmica permiten que el calentamiento por inducción reduzca el tiempo de calentamiento en más de un 50 %.
Esto hace posible:
Ciclos de inicio-más rápidos
Menor consumo de energía en reposo
Mayor rendimiento de los procesos.
Se reducen los picos de demanda eléctrica
Ahorro de energía frente a calentadores de cartucho
En los sistemas de calefacción por resistencia normales, la energía se puede perder de muchas maneras:
Calentamiento de material a granel no-productivo
Fugas térmicas a los marcos de las máquinas.
Lenta recuperación térmica entre ciclos.
Permanencias más largas a temperatura
Los sistemas de inducción eliminan gran parte de este desperdicio al dirigir la energía hacia donde se necesita.
Ahorro total de energía de aproximadamente: en operaciones cíclicas de alta temperatura
30–40\\%30\\text{–}40\\%30–40%
se han notado en comparación con las placas calentadas por cartuchos bajo ciclos de trabajo similares.
Diseño de serpentines y control de zonificación térmica
Capacidad de calentamiento por inducción multi-zona
La uniformidad de temperatura se puede incorporar a los sistemas de inducción mediante un cuidadoso diseño de la bobina. Se pueden realizar diferentes zonas de calentamiento mediante:
Varias densidades de bobina sobre la platina.
Usar circuitos de bobina controlados-independientemente
Sintonización de frecuencia/amplitud de entrada de energía local
Esto ofrece un control espacial preciso de la temperatura de la superficie, lo cual es crucial para matrices de conformado complejas donde la geometría determina el cambio de calor.
Control uniforme de la temperatura de la superficie
El calentamiento se realiza directamente en la capa superficial, por lo que se reducen los gradientes de temperatura a través del espesor de la placa. Esto da lugar a:
Mejor estabilidad dimensional
Menor distorsión térmica
Condiciones de formación de material más uniformes
Mejor reproducibilidad en las tiradas de producción.
Aspectos de ingeniería de los platos de inducción
Necesidades de refrigeración y construcción del serpentín
Las bobinas de inducción suelen estar hechas de conductores de cobre que requieren aislamiento con materiales cerámicos o compuestos de alta temperatura.
La estabilidad operativa a menudo se logra mediante el uso de bobinas:
Refrigeración por agua internamente mediante canales internos.
Aislado eléctricamente del cuerpo de la platina.
Encapsulado para protección contra tensiones mecánicas.
Las pérdidas resistivas en los devanados pueden provocar un sobrecalentamiento de la bobina en ausencia de enfriamiento activo.
Elección del material para los cuerpos de platina
Los platos deben ser capaces de soportar:
Acoplamiento por inducción - efectivo
Resistencia al estrés mecánico
Resistencia al ciclismo térmico
Los materiales típicos incluyen:
Acero para herramientas para aplicaciones de conformado de alta-resistencia
Aleaciones ferromagnéticas especiales para una inducción más eficiente
TECNOLOGÍA DE CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN E IMPACTO INDUSTRIAL
Ruptura de la inercia térmica en la producción
Uno de los beneficios más importantes del calentamiento por inducción es la reducción de la inercia térmica. Los sistemas convencionales almacenan mucho calor en material a granel, lo que provoca tiempos de respuesta deficientes y un uso excesivo de energía.
Los sistemas de inducción mitigan este efecto al limitar el almacenamiento innecesario de calor, lo que permite:
Rampa térmica rápida
El funcionamiento en modo intermitente es eficiente
Pérdidas reducidas en espera
Eficiencia energética mejorada en procesos de alta-temperatura
Las mejoras en la eficiencia energética en las actividades de conformado a alta temperatura se logran no sólo mediante un menor consumo sino también mediante un suministro de energía mejor controlado.
Los principales beneficios incluyen . . .
Reducir los picos de carga eléctrica
Tiempos de calentamiento más cortos
Reducción de los requisitos de energía de refrigeración
Mejor eficiencia de producción de kw/h
Resumen
La tecnología de calentamiento por inducción está revolucionando el rendimiento de las placas industriales al eliminar las características de calentamiento lento y masivo de los sistemas de resistencia. Con las placas calentadas por inducción, el calor se genera directamente en la capa superficial mediante inducción electromagnética. Esto da como resultado una reacción más rápida, un mejor control de la temperatura y una eficiencia energética dramáticamente aumentada en operaciones de conformado cíclico.
El enfoque de formación de eficiencia energética de placa calentada por inducción muestra la reducción de las pérdidas térmicas entre un 30 y un 40 % mediante el suministro de energía electromagnética adaptada de una manera que también mejora la velocidad y la consistencia de la producción.
A medida que las tecnologías de conformado industrial continúan evolucionando, se prevé que el calentamiento por inducción será cada vez más importante para superar la inercia térmica de los sistemas más antiguos. La próxima generación de equipos de conformado en caliente se definirá cada vez más por la gestión térmica impulsada por campos magnéticos-en lugar de únicamente por la transmisión de calor resistiva.
