Como fazer um aquecedor de indução caseiro a partir de um inversor de soldagem

Caldeiras de aquecimento por indução – são aparelhos que se destacam por sua eficiência muito alta. Eles permitem reduzir significativamente os custos de energia elétrica em comparação com os aparelhos tradicionais equipados com resistências elétricas.

Os modelos de produção industrial não são baratos. No entanto, qualquer artesão doméstico que possua um conjunto simples de ferramentas pode fazer um aquecedor de indução por conta própria. Para ajudá-lo, oferecemos uma descrição detalhada do princípio de funcionamento e da montagem de um aquecedor eficiente.

Princípio de funcionamento do aquecedor de indução

O aquecimento por indução não é possível sem o uso de três elementos principais:

• indutor;
• gerador;
• elemento de aquecimento.

O indutor é uma bobina, geralmente feita de fio de cobre, que gera um campo magnético. Um gerador de corrente alternada é usado para obter um fluxo de alta frequência a partir do fluxo padrão da rede elétrica doméstica com frequência de 50 Hz.

Como elemento de aquecimento, utiliza-se um objeto metálico capaz de absorver energia térmica sob a influência de um campo magnético. Se esses elementos forem conectados corretamente, é possível obter um aparelho de alto desempenho, ideal para aquecer o fluido térmico e aquecimento residencial.

Com a ajuda de um gerador, a corrente elétrica com as características necessárias é fornecida ao indutor, ou seja, à bobina de cobre. Ao passar por ela, o fluxo de partículas carregadas forma um campo magnético.

O princípio de funcionamento dos aquecedores de indução baseia-se na geração de correntes elétricas dentro dos condutores, que surgem sob a ação de campos magnéticos.

A peculiaridade do campo é que ele tem a capacidade, em altas frequências, de mudar a direção das ondas eletromagnéticas. Se um objeto metálico for colocado nesse campo, ele começará a aquecer sem contato direto com o indutor, sob a ação das correntes de Foucault geradas.

A corrente elétrica de alta frequência, proveniente do inversor para a bobina de indução, cria um campo magnético com um vetor de ondas magnéticas em constante mudança. O metal colocado nesse campo aquece rapidamente.

A ausência de contato permite que as perdas de energia na transição de um tipo para outro sejam insignificantes, o que explica o alto rendimento das caldeiras de indução.

Para aquecer a água para o circuito de aquecimento, basta garantir seu contato com um aquecedor metálico. Frequentemente, um tubo metálico é usado como elemento de aquecimento, através do qual simplesmente se passa um fluxo de água. A água resfria o aquecedor ao mesmo tempo, o que aumenta significativamente sua vida útil.

O eletroímã do dispositivo de indução é obtido enrolando um fio em torno de um núcleo de ferromagnético. A bobina de indução resultante aquece e transfere calor para o corpo a ser aquecido ou para o fluido térmico que passa próximo, através de um trocador de calor.

Vantagens e desvantagens do aparelho

As vantagens do aquecedor de indução por correntes de Foucault são inúmeras. São elas: esquema simples para fabricação própria, alta confiabilidade, alto rendimento, custos relativamente baixos de eletricidade, longa vida útil, baixa probabilidade de avarias, etc.

O desempenho do dispositivo pode ser significativo; unidades desse tipo são usadas com sucesso na indústria metalúrgica. Em termos de velocidade de aquecimento do fluido térmico, dispositivos desse tipo competem com confiança com caldeiras elétricas tradicionais, e a temperatura da água no sistema atinge rapidamente o nível necessário.

Durante o funcionamento do aquecedor de indução, o aquecedor vibra levemente. Essa vibração remove o depósito de calcário e outras possíveis impurezas das paredes do tubo metálico, portanto, esse equipamento raramente precisa de limpeza. É claro que o sistema de aquecimento deve ser protegido dessas impurezas com um filtro mecânico.

A bobina de indução aquece o metal (tubo ou pedaços de fio) colocado dentro dela por meio de correntes parasitas de alta frequência; o contato não é obrigatório.

O contato constante com a água minimiza a probabilidade de queima do aquecedor, que é um problema bastante comum em caldeiras tradicionais com resistências. Apesar da vibração, a caldeira funciona extremamente silenciosa, não sendo necessário isolamento acústico adicional no local de instalação do aparelho.

Além disso, os aquecedores de indução são bons porque quase nunca vazam, desde que a instalação do sistema seja feita corretamente. Esta é uma qualidade muito valiosa para o aquecimento elétrico, pois elimina ou reduz significativamente a probabilidade de situações perigosas.

A ausência de vazamentos deve-se ao método sem contato de transferência de energia térmica para o aquecedor. O fluido térmico pode ser aquecido quase até o estado de vapor usando a tecnologia descrita acima.

Isso fornece convecção térmica suficiente para estimular o movimento eficiente do fluido térmico através dos tubos. Na maioria dos casos, não será necessário equipar o sistema de aquecimento com uma bomba de circulação, embora tudo dependa das características e do esquema do sistema de aquecimento específico.

Às vezes, uma bomba de circulação é necessária. A instalação do aparelho é relativamente simples, embora exija algumas habilidades na instalação de equipamentos elétricos e tubulações de aquecimento. Mas este aparelho conveniente e confiável tem uma série de desvantagens que também devem ser consideradas.

Por exemplo, a caldeira aquece não apenas o fluido térmico, mas também todo o espaço de trabalho ao seu redor. É necessário destinar um cômodo separado para esse tipo de equipamento e remover todos os objetos estranhos dele. A permanência prolongada de uma pessoa nas proximidades de uma caldeira em funcionamento também pode ser perigosa.

Para o funcionamento dos aquecedores de indução, é necessária corrente elétrica. Tanto os modelos caseiros quanto os equipamentos fabricados em fábrica são conectados à rede doméstica de corrente alternada.

Para o funcionamento do aparelho, é necessária energia elétrica. Em locais onde não há acesso livre a esse benefício da civilização, a caldeira de indução será inútil. E mesmo onde ocorrem frequentes interrupções de energia, ela demonstrará baixa eficiência. Se o aparelho for manuseado de forma descuidada, pode ocorrer uma explosão.

Se o fluido de transferência de calor superaquecer, ele se transformará em vapor. Como resultado, a pressão no sistema aumentará drasticamente, e os tubos simplesmente não suportarão, rompendo-se. Portanto, para o funcionamento normal do sistema, o aparelho deve ser equipado com pelo menos um manômetro, e melhor ainda – um dispositivo de desligamento de emergência, termostato, etc.

Tudo isso pode aumentar significativamente o custo de uma caldeira de indução caseira. Embora o aparelho seja considerado praticamente silencioso, nem sempre é assim. Alguns modelos, por diferentes razões, ainda podem emitir alguns ruídos. Para um dispositivo feito por conta própria, a probabilidade de tal ocorrência aumenta.

Na construção de aquecedores de indução, tanto industriais quanto caseiros, praticamente não há componentes sujeitos a desgaste. Eles têm longa vida útil e funcionam perfeitamente.

Etapas de fabricação do dispositivo caseiro

Fazer esse dispositivo por conta própria não é tão difícil. Para isso, você precisará de:

1. Fabricar o elemento de aquecimento.
2. Fazer a bobina do indutor com fio de cobre.
3. Pegar um gerador de corrente alternada pronto.
4. Conectar o aquecedor com a bobina ao sistema de aquecimento.
5. Conectar a bobina ao gerador.
6. Fornecer alimentação elétrica ao sistema.
7. Fazer uma partida de teste para verificar o funcionamento do conjunto.

Em modelos industriais, é usado um tubo metálico de paredes grossas como aquecedor, mas garantir potência suficiente em um dispositivo caseiro para aquecer tal elemento é muito difícil e não faz muito sentido. A bobina de indução é capaz de aquecer qualquer metal, portanto o aquecedor pode ser modificado.

Os modelos industriais de caldeiras de indução são equipados com um elemento de aquecimento feito de tubo metálico grosso. Em condições domésticas, copiar tal conjunto é difícil.

Como corpo para o aquecedor de indução a partir de um inversor de solda, utiliza-se um segmento de tubo plástico. Ele deve ter um diâmetro ligeiramente maior que os tubos de aquecimento. O comprimento do tubo para o aquecedor pode ser de aproximadamente um metro, e o diâmetro interno pode variar entre 50-80 mm.

Para conectar o aquecedor ao sistema, devem ser instalados adaptadores na parte inferior e superior do corpo. A parte inferior do tubo deve ser fechada com uma grade, então dentro do corpo é colocado um enchimento composto por pequenas partículas de metal. O enchimento pode ser obtido, por exemplo, de arame, barra, tubo metálico estreito, etc.

O comprimento dos segmentos pode ser variado aleatoriamente. Na maioria das vezes, para isso, usa-se arame de aço com diâmetro de 6-8 mm, que é simplesmente cortado em pequenos pedaços. Alguns artesãos recomendam cortá-lo em barras longas, de aproximadamente 90 cm, ou seja, quase o comprimento do aquecedor.

Para o corpo do elemento de aquecimento da caldeira de indução, que você mesmo construiu, será necessário um tubo de plástico largo, com cerca de 50 mm de diâmetro

Quanto maior a resistência magnética do aço de que é feito o fio, melhor ele aquecerá. Dependendo do tamanho desses pedaços, a malha de proteção também é selecionada e montada na parte inferior do corpo. O material de preenchimento é despejado ou colocado no tubo até o topo. Depois disso, a parte superior também é fechada com a malha.

O esquema permite entender como conectar a espiral de indução ao aquecedor da caldeira e ao aparelho de solda

Assim, o aquecedor caseiro para caldeira de indução parece um tubo de plástico grosso, cheio de pedaços de metal e fechado com malha em ambos os lados. Na parte superior e inferior, o aquecedor tem adaptadores para conectar ao circuito de aquecimento. O tubo de polímero para o aquecedor deve ter paredes suficientemente grossas.

Além disso, qualquer plástico não serve para esses fins; o material deve suportar a ação de um aquecimento bastante forte e, ao mesmo tempo, não liberar substâncias perigosas na atmosfera ou no fluido de aquecimento. Agora, deve-se fabricar a grelha de indução. Para isso, pega-se um fio de cobre e enrola-se diretamente no corpo do aquecedor.

Em alguns modelos de aquecedores de indução caseiros, em vez de tubo de plástico, usa-se um tubo de cobre estreito. Esta não é a melhor opção, pois dobrar corretamente esse elemento em espiral não será fácil

Quanto mais voltas de fio, melhor. Acredita-se que a bobina de indução deve ter pelo menos 90 voltas. O indutor é enrolado no tubo muito firmemente, não deve haver nenhuma folga entre as voltas.

Para o enrolamento, serve um fio de cobre isolado de 1-1,5 mm. Um cabo mais grosso não é necessário aqui, pois dificultará o trabalho de enrolamento e será mais difícil colocar as voltas próximas umas das outras.

Este esquema ajudará a conectar corretamente a bobina do indutor ao aparelho de solda inversor; se feito incorretamente, a bobina se transformará em um eletroímã (+)

A presença de folgas pode causar ruído devido à vibração que acompanha o funcionamento desse conjunto. Com o tempo, essa situação pode levar à destruição do isolamento, causando um curto-circuito entre espiras.

Na parte superior e inferior, além dos adaptadores, devem ser instaladas válvulas de fechamento. Elas são necessárias para permitir, se necessário, interromper o fluxo de água no circuito de aquecimento.

Ao instalar o aquecedor, lembre-se de que sua extremidade inferior deve estar direcionada para o retorno, o tubo destinado a coletar o fluido de aquecimento resfriado em um sistema de aquecimento de dois tubos. A maneira mais simples de obter um gerador de campo alternado – é pegar um inversor de um aparelho de solda.

Os contatos da bobina de indução são conectados aos polos do inversor. Assim que a alimentação elétrica for fornecida ao conjunto e ele for ligado à rede, a caldeira de indução caseira começará a funcionar.

Para fabricar tal dispositivo, até mesmo um aparelho de solda barato pode servir, por exemplo, um modelo de produção chinesa que permite ajustar a corrente a partir de 10 A. Perto do adaptador na alimentação, deve-se instalar um sensor de termostato. A conexão do inversor de solda é feita através deste termostato.

Nas saídas, é necessário colocar diodos retificadores. Para isso, será necessário abrir a carcaça do aparelho de solda e soldar condutores à saída, em seguida, conectá-los aos diodos. Se a conexão for feita sem diodos, diretamente, então a bobina receberá corrente com tensão retificada, e a bobina funcionará como um eletroímã, não como um indutor.

Para criar a espiral de indução, recomenda-se usar fio de cobre com seção de 1,5 mm em um revestimento isolante confiável; é necessário fazer cerca de 90 voltas.

Em alguns aparelhos de solda modernos, há um sensor de toque que inicia o funcionamento no momento em que o eletrodo toca a superfície de trabalho. Este momento deve ser levado em consideração para que o sensor seja acionado no momento certo ou não interfira no funcionamento da caldeira caseira.

Se um artesão inexperiente tiver problemas com a modificação do aparelho de solda, é melhor procurar aconselhamento profissional.

Para fabricar uma caldeira de indução caseira, pode-se usar qualquer aparelho de solda com características adequadas. Se necessário, o aparelho pode ser reutilizado para trabalhos de solda.

Se tudo for feito corretamente, o aparelho de solda poderá ser usado no futuro para sua finalidade original. Será necessário dessoldar os condutores com os diodos e realizar a montagem reversa. Sob a ação da corrente alternada de alta frequência, a bobina de indução criará um campo magnético.

O metal dentro do invólucro de polímero começará a aquecer e transferir calor para a água que circula pelo circuito de aquecimento. O dispositivo levará apenas alguns minutos para aquecer o fluido de aquecimento.

O local para o aquecedor de indução deve ser escolhido corretamente. O conjunto deve estar localizado a 800 mm abaixo do nível do teto, e deve haver uma distância mínima de 300 mm das paredes e móveis.

Algumas palavras sobre segurança

Caldeiras de indução caseiras geralmente não são equipadas com sistemas de controle e proteção, o que as torna inseguras. Portanto, antes de ligar o aparelho, é necessário verificar se a cavidade do corpo está preenchida com um fluido térmico líquido.

Se o corpo polimérico do aquecedor for submetido a aquecimento constante sem ser lavado pelo fluido térmico, ele simplesmente derreterá, às vezes isso leva não apenas à deformação do aquecedor, mas também à sua destruição completa.

Unidades desse tipo são frequentemente usadas para aquecer e fundir metais. As altas temperaturas obtidas do aquecedor de indução exigem atenção cuidadosa às questões de segurança.

Também pode ser perigoso o derramamento do enchimento metálico incandescente do corpo derretido. Nesse caso, será necessário desmontar quase completamente o dispositivo e fazer um novo elemento de aquecimento para ele.

A conexão à alimentação elétrica deve ser feita através de um cabo separado, conduzido a partir do quadro. Naturalmente, é necessário cobrir cuidadosamente todos os contatos com isolamento. O inversor do soldador também deve ser aterrado; este é um ponto importante para garantir a segurança.

Para isso, será necessário um cabo com seção transversal de pelo menos quatro milímetros. Alguns especialistas recomendam optar por um cabo de seis milímetros. Para evitar o superaquecimento do aquecedor de indução caseiro devido à falta de água no sistema, recomenda-se instalar uma válvula de alívio de pressão na entrada do aquecedor.

O aparelho de aquecimento por indução ocupa relativamente pouco espaço, mas deve ser colocado a uma certa distância do teto, paredes, móveis, etc.

Um dispositivo caseiro desse tipo, não equipado com meios de proteção especiais, é um objeto potencialmente perigoso que requer monitoramento constante. Portanto, vale a pena gastar um pouco mais de dinheiro, mas adquirir os dispositivos necessários.

Ao mesmo tempo, não custa avaliar os custos; talvez a compra de uma caldeira de indução pronta não saia muito mais cara. Os dispositivos industriais geralmente são equipados com toda a proteção necessária.

As características e a tecnologia passo a passo de fabricação de mais uma variação da caldeira de indução caseira para sistema de aquecimento são apresentadas aqui.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo #1. Visão geral dos princípios do aquecimento por indução:

Vídeo #2. Opção interessante de fabricação de um aquecedor de indução:

Para instalar um aquecedor de indução, não é necessário obter autorização dos órgãos reguladores; os modelos industriais desses dispositivos são bastante seguros, adequados tanto para uma casa particular quanto para um apartamento comum. Mas os proprietários de unidades caseiras não devem se esquecer das normas de segurança.

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