INICIO > CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN
    
   
Partimos de que conocido será el fenómeno y sus principios de cirtuitería asociada que bastante bibliografía ya existe en la red. Esta técnica es utilizada para cocinas domésticas como también en usos industriales forjando el hierro como una fragua.
   
La novedad que traeremos aquí es dar la explicación del porqué no se usan ollas de aluminio o bien de cobre, y su solución para conseguir implementarlas.

El siguiente dibujo expresa la salida de un inversor típico de onda cuadrada o sinusoidal que por Ley de Faraday induce en la pieza a calentar que contiene en el núcleo, normalmente de hierro, una tensión generando con ello una corriente de Foucault calentando el material. Si bien presentamos el estudio para un inductor solenoide industrial, bien puede extenderse también su utilidad y deducciones para los inductores planos espiralados de cocinas (que suelen llamarse coloquialmente "panqueques").

Son varios los motivos que explican la cuestión que quiero abordar. Seguido las voy enumerando y explicando.

1º) Las Leyes de Faradary y Joule (Foucault)

El flujo que produce el inductor del inversor inducirá por Faraday una tensión interna V al material que dependerá de la velocidad del flujo
, eso ya es conocido: V = d / dt

Al usar un núcleo de hierro y debibo a su alta permeabilidad el flujo es alto y por consiguiente también lo será la tensión inducida. Esto acarreará una alta corriente por Foucault de calentamiento cuya potencia es P = V2/R = I2R, siendo R la resistencia circular que ofrece el núcleo. Pero al utilizar aluminio o cobre, este flujo es muchísimo menor y lo que se llega a calentar es mínimo, despreciable.

2º) El efecto pelicular (skin)

Todo material conductor que estará constituído por átomos, tendrán fijos sus núcleo y algunos electrones en órbita, pero otros viajeros responsables del flujo eléctrico. Así, estos últimos, generan a su derredor por la Ley de Amper debido a sus espines asociados, un flujo magnético entre ellos que los separa. El efecto es que se equidistancian unos de otros y la corriente tiende a ir acumulándose hacia la periferia de material. Este efecto es concido como pelicular (skin) y dependerá, obviamente y en forma inversa de la frecuencia, permeabilidad magnética y conductividad del material. Dicho alejamiento de las paredes es exponencialmente natural y su constante al 37% (1/e) se la suele llamar "profundidad" (o "penetración") de la densidad de flujo eléctrico

( 2 /
)1/2

donde (m), = 2f (r/s), = permeabilidad magnética (Tm/A), = conductividad (S/m). Para los materiales que estamos analizando que son el hierro, el aluminio y el cobre a una frecuencia típica de 100 kHz por ejemplo, resultan las penetraciónes a temperatura ambiente respectivamente 0,02 mm, 0,28 mm y 0,20 mm. En otros términos el primero se separa de los otros por una década de veces.

(mm)
  Fe Al Cu
1 kHz 0,2 2,67 2,08
10 kHz 0,08 0,84 0,66
100 kHz 0,02 0,28 0,20
1 MHz 0,008 0,08 0,08
10 MHz 0,002 0,03 0,02


De esta manera, la corriente de Foucault que llamamos I circulará no por todo el material céntrico del cilindro-núcleo, sino con la profundidad desde el borde de las paredes. El resto del material en el medio enfriará lo poco que calienta esta circulación.



3º) La necesidad de laminar

Centrándonos por ejemplo en el aluminio, si lo laminamos en N chapas, obtendremos para cada una de éstas la misma corriente I pero una total como suma de todas ellas que resultará NI, lo que nos aumentará la potencia de calentamiento obtenida:

P = P1 + P2 + P3 +...  =  I2R + I2R + I2R  =  N. I2R

Si esta cantidad de láminas es lo suficientemente grande, podrá vencer el enfriamiento del centro y conseguir que la pieza se caliente tomando una temperatura requerida.

A su vez, el espesor de estas láminas yo la eligiría de por lo menos el ancho de la penetrración para que no haya interacción.


4º) La Correlación cruzada

Este es un principio por mí bastante estudiado en sus aportes de la Física que puede ver en este link.

Haciendo uso de este concepto, si estas láminas se encuentran unidas, entonces el efecto de la Correlación cruzada sorprenderá porque se verá el fenómeno en su máxima expresión debido a la asociación de fuerzas electromotrices. Recuerde y como se mostró en mis estudios que 2 fuentes generan 4 veces, 3 fuentes lo hacen 9 veces, 4 lo harán 16, etc.

Entonces, para varias láminas

P =  (I + I)2 R   =  (I2 + 2.I2 + I2) R  =  4. I2 R    N = 2
P =  (I + I + I)2 R   =  9. I2 R      N = 3
P =  (I + I + I + I)2 R   =  16. I2 R      N = 4
Etc.

En este video se muestra lo explicado para el aluminio.


Conclusión

Si se utiliza aluminio o cobre debidamente laminados y conectados en muchísimas capas, entonces el calentamiento a inducción será perfectamente posible. Y estimo que más aún que con el hierro.

  
Eugenio Tait
Contacto, Mar del Plata, Argentina, 12/04/21
  
WebMdP  -  Visualización con Pantalla en 1024 píxeles y Fuente en tamaño Mediano