Fornalhas elétricas convertem energia elétrica em calor alta temperatura para fusão, tratamento térmico, processamento materiais. Três tecnologias principais dominam, cada uma com física e aplicações distintas.
1. Fornalhas Resistência (Aquecimento Joule)
Princípio: Corrente através elementos resistivos (NiCr, FeCrAl, Mo, W, grafite) → I²R aquecimento.
- Elementos: Bobinas fio, fita, hastes, tubos. Operam até 1300°C (NiCr) ou 1800°C (Mo/W vácuo/inerte).
- Transferência calor: Radiação (dominante >600°C), convecção, condução.
- Controlo: SCR/SSR phase-angle ou burst-firing para temperatura precisa (±1–5°C).
- Aplicações: Tratamento térmico (recristalização, têmpera), sinterização, cerâmica, vidro, fornalhas lab.
- Tipos: Caixa, tubo, campânula, vácuo, atmosfera (endotérmica, nitrogénio, argónio, hidrogénio).
2. Fornalhas Indução
Princípio: Bobina AC alta frequência → campo magnético alternado → correntes parasitas carga condutora → I²R aquecimento dentro próprio metal.
- Frequências: Rede (50/60 Hz) grande metal fundido; MF (150–10.000 Hz) fusão; HF/RF (100 kHz–MHz) tratamento térmico, brasagem.
- Vantagens: Sem contacto, limpo, rápido, ação agitação (bombeamento magnético), controlo potência preciso.
- Aplicações: Fusão aço/ferro (coreless), metais preciosos (channel), fundição precisão, tratamento térmico, soldadura tubos.
- Vacuum Induction Melting (VIM): Superligas, metais reativos.
3. Fornalhas Arco Elétrico (EAF)
Princípio: Elétrodos grafite → arco elétrico (plasma, 3000–6000°C) → aquecimento radiante/convectivo sucata/carga.
- AC EAF: 3-fases, 3 elétrodos. Standard fusão sucata aço.
- DC EAF: Elétrodo único + soleira condutora. Menor flicker, menor consumo elétrodo.
- Potência: 50–200+ MVA. Ultra-high power (UHP) >1 MVA/ton.
- Aplicações: Minimills aço (sucata → aço líquido), ferro-ligas, não-ferrosos.
- Fornalhas Panela (LF): Refinamento secundário — aquecimento arco sob escória para temp/química trim.
Comparação
| Tipo | Temp Máx | Taxa Aquecimento | Controlo Atmosfera | Escala Típica |
|---|
| Resistência | 1800°C | Lenta–Média | Excelente (vácuo, inerte, redutora) | kg–toneladas |
| Indução | 1600°C (aço) | Rápida | Boa (vácuo, inerte) | kg–100 ton |
| Arco (EAF) | 3500°C (arco) | Muito Rápida | Limitada (cobertura escória) | ton–300 ton |
Vantagens Sobre Combustível Fóssil
- Controlo temperatura preciso → consistência produto
- Sem produtos combustão → metal mais limpo, melhor controlo atmosfera
- Eficiência térmica maior (60–80% vs 30–50% gás)
- Compacto, automatizável, integrável Indústria 4.0
Desafios
- Custo eletricidade por kWh vs gás por therm
- Capacidade rede grande EAF (subestação dedicada, mitigação harmónicos)
- Custo elétrodo/grafite (EAF)
- Desgaste refratário
Fornalhas elétricas não são uma coisa — são família tecnologias matched a material, temperatura, volume, requisitos pureza. Escolha certa depende o que aquece e quão limpo deve ser.
