Aquecimento por indução – Parte II

Aquecimento por indução – Parte II

Na primeira parte deste artigo falamos dos conversores estáticos, que são a parte principal de um equipamento para tratamento térmico por indução. Dissemos que o sistema como um todo é composto de cinco elementos básicos:

1. Conversor estático de frequência;

2. Bobina de indução;

3. Sistema de controle eletrônico (PLC/CNC);

4. Sistema de posicionamento e movimentação da peça obra;

5. Sistema de recirculação da água de resfriamento.

Neste artigo, iremos tratar do item 2, ou seja, das bobinas de indução ou indutores, como são chamados popularmente. Muito embora sejam considerados como elementos secundários, eles, no entanto, são igualmente importantes e muitas vezes decisivos no sucesso de um tratamento térmico superficial por indução.

O indutor ou bobina de indução, em sua essência, é um elemento feito com material bom condutor de corrente elétrica, no caso cobre eletrolítico.

A partir da corrente elétrica aplicada, ele irá gerar um campo magnético, que por sua vez irá gerar calor na peça obra ou peça a ser aquecida. Por isso, o nome indutor, aquele que induz o campo magnético.

Os indutores são, normalmente, feitos com tubo de cobre eletrolítico e enrolados em formato helicoidal na sua maioria.

Seus terminais elétricos são conectados à fonte de energia controlada ou conversor estático e esses mesmos terminais conduzem a água necessária ao seu resfriamento.

A água de resfriamento é necessária, pois quando do processo de aquecimento é indutivo, o indutor sofre perdas por condução elétrica que provoca o aquecimento do cobre e que, aliado ao calor irradiado pela peça obra, provoca um aumento de temperatura no cobre, que precisa ser compensado através de resfriamento a água.

Nos processos de aquecimento localizado, temos que utilizar indutores com perfil especial, enrolados de acordo com a superfície da peça a ser aquecida e, em muitos casos, temos que usinar esses indutores em cobre maciço, chegando ao perfil desejado.

De qualquer modo, os indutores usinados integram a área de condução da corrente elétrica, a câmara de circulação de água de resfriamento e, em alguns casos, uma câmara integrada para a água de ducha.

Atualmente, com os métodos avançados de modelagem digital do campo magnético, podemos projetar indutores mais eficientes e precisos, e com essas ferramentas podem ser desenvolvidos desenhos em 3D dos indutores, quer sejam de tubo de cobre ou usinados em cobre maciço.

Nos processos de aquecimento por indução para revenimento ou alívio de tensões, não é necessário o uso de duchas de resfriamento, porém, no caso de têmpera temos que utilizar água ou outro meio de resfriamento rápido nas peças aquecidas para que se obtenha a transformação metalúrgica desejada, que provoca o aumento da dureza superficial de modo controlado.

As duchas, por sua vez, são câmaras onde é circulado um grande volume de líquido que é expelido sob pressão através de um crivo ou popularmente chamado de chuveiro. Existem diversos tipos e modelos que são aplicados ao redor do indutor.

Contudo, em alguns casos construímos essas duchas de forma conjugada aos indutores.

Em qualquer modelo de indutor devemos prestar muita atenção a fatores básicos como:

1. Área de condução da corrente;

2. Refrigeração do cobre;

3. Contato elétrico dos terminais;

4. Conexão adequada da água de resfriamento;

5. Soldagem das uniões e emendas.

Um indutor, em sua maioria, é muito simples e fácil de ser construído. Porém, como ele é utilizado de forma contínua para produzir uma grande quantidade de peças, temos que tomar cuidado com os detalhes acima que irão determinar sua vida útil e sua eficácia. Vejamos então:

Como utilizamos um tubo de cobre para conduzir a corrente elétrica, devemos calcular qual a área necessária para a condução de corrente com menores perdas.

Devido à alta frequência utilizada, a corrente elétrica irá circular superficialmente no perfil do cobre pelo efeito pelicular, com isto reduzindo ainda mais a área de circulação da corrente. Esse efeito torna a condução de corrente mais periférica quanto maior for a frequência utilizada. Assim, temos que calcular também o efeito pelicular para determinar a parede correta do tubo de cobre. Já a refrigeração do cobre é calculada levando-se em conta as perdas elétricas que irão ocorrer no cobre do indutor e mais o calor irradiado pela peça obra, chegando-se a uma vazão determinada da água que deverá estar a uma temperatura baixa, conforme a especificação de cada sistema.

Os contatos elétricos devem ser perfeitos para evitar perdas elevadas causadas por mau contato ou restrição da passagem de corrente. É importante lembrar que, normalmente, esses indutores trabalham com correntes elevadas chegando a milhares de amperes. Como exemplo, se utilizarmos um indutor de duas espiras numa potência de 100kW a 100Volts nos terminais, teremos uma corrente de 500 amperes. A corrente estará elevada e exigirá uma boa área de condução e um resfriamento adequado, portanto, um contato perfeito dos terminais para evitar qualquer falha de condução da corrente elétrica.

A água de resfriamento, por sua vez, é conectada nos indutores através dos próprios terminais elétricos ou por conexão externa com engate rápido.

Por fim, temos que garantir que qualquer junção do cobre com outra parte, quer seja de cobre, latão ou aço, seja feita com material adequado, ou seja, solda à base de prata de alto teor, devido a sua excelente capacidade condutiva de corrente e a perfeita união do cobre com outros metais, garantindo rigidez mecânica também. Pela sua importância e custo, os indutores devem ser tratados como ferramental e, portanto, devidamente manuseados, mantidos e armazenados. Sua integridade irá proporcionar a precisão do aquecimento desejado. Recomenda-se o uso de gabaritos e estojos para a armazenagem adequada, assim como sua correta identificação e registro de rastreabilidade.

No próximo capítulo iremos tratar dos demais componentes do aquecimento por indução de tratamento térmico.

 

Edison da Cunha Almeida
Edison da Cunha Almeida
Engenheiro Eletrônico e possui especialização em Eletrônica de Potência Aplicada a Conversores Estáticos. Com mais de 38 anos de experiência em equipamentos e processos de aquecimentos por indução, foi executivo em multinacionais do ramo. É Sócio Diretor da Unica Consulting Representações Ltda

1 Comentário

  1. Olá Edison Cunha, excelente artigo. Busco suporte em tempera por indução de dentes de engrenagens para o mercado eólico. Se puder, entre em contato por gentileza em: jose.rizatti@tgmtransmissoes.com.br
    Obrigado.

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