Cuando un material conductor de electricidad se expone a un campo magnético, se inducen corrientes de Foucault en el material. Este fenómeno se denomina "calentamiento por inducción". Las corrientes parásitas se concentran en la superficie del material.
La generación de calor en el material se produce debido a las corrientes inducidas de Foucault. Cuando el flujo magnético rodeado por la espira del conductor cambia, se genera un potencial inducido en la espira. Del mismo modo, cuando un conductor se expone a un campo magnético alterno, también genera un potencial inducido bajo la acción de la inducción electromagnética, dando lugar a la formación de corrientes inducidas o corrientes de Foucault en el conductor.
Estas corrientes inducidas vencen la resistencia del propio conductor y generan calor joule. Este calor se utiliza para calentar el propio conductor, haciendo que se caliente, se funda y logre diversos fines de procesamiento térmico. Este es el principio del calentamiento por inducción de media frecuencia.
Los principios físicos que rigen el proceso de calentamiento por inducción son bastante sencillos. En un solenoide o bobina circula una corriente alterna que genera un campo magnético transitorio. Según las ecuaciones de Maxwell, este campo magnético induce corrientes eléctricas (corrientes de Foucault) en los materiales conductores cercanos. Debido al efecto Joule, se genera calor en el material conductor, alcanzándose el punto de fusión del metal que se calienta. Ajustando los parámetros de la corriente, se puede mantener el metal fundido en estado líquido o controlar con precisión su solidificación.
Las corrientes de Foucault generadas fluyen contra la resistividad del metal, lo que produce un calor localizado preciso sin contacto directo entre la pieza y el inductor. Tanto las piezas magnéticas como las no magnéticas pueden generar este calor, que suele denominarse "efecto Joule".
Además del efecto Joule, se genera calor adicional internamente por histéresis. Las piezas magnéticas crean fricción interna al pasar por un inductor. Los materiales magnéticos se resisten de forma natural al rápido cambio del campo magnético dentro del inductor, creando fricción interna, que genera calor.
El funcionamiento de un horno de inducción implica un crisol no conductor que contiene el metal a fundir, rodeado por una bobina de alambre de cobre. Una potente corriente alterna fluye a través del alambre, creando un campo magnético que se invierte rápidamente y penetra en el metal. Este campo magnético induce corrientes parásitas en el interior del metal, que lo calientan mediante el calentamiento Joule. En materiales ferromagnéticos como el hierro, el material también puede calentarse por histéresis magnética, que implica la inversión de los dipolos magnéticos moleculares en el metal. Las corrientes de Foucault también provocan una agitación enérgica de la masa fundida, lo que garantiza una buena mezcla.
Una ventaja del calentamiento por inducción es que el calor se genera dentro de la propia carga del horno, en lugar de ser aplicado por un combustible encendido u otra fuente de calor externa. Esto es especialmente importante en aplicaciones en las que la contaminación es un problema.
Cuando el material de la carga está fundido, la interacción del campo magnético y las corrientes eléctricas que fluyen en la bobina de inducción produce una acción de agitación dentro del metal fundido. Esta acción de agitación obliga al metal fundido a elevarse en el centro, creando un menisco característico en la superficie. El grado de agitación depende de factores como la potencia y la frecuencia aplicadas, el tamaño y la forma de la bobina, y la densidad y viscosidad del metal fundido. La acción de agitación es importante para mezclar aleaciones, fundir virutas y lograr la homogeneidad de la temperatura en todo el horno. Sin embargo, una agitación excesiva puede provocar un aumento de la captación de gases, el desgaste del revestimiento y la oxidación de las aleaciones.
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