El PorQué De Las Cosas LA COCINA DE INDUCCIÓN 3

Texto, ilustraciones y fotos: José A. García Álvarez

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA El   funcionamiento   de   las   cocinas   de   inducción   se   basa   en el   fenómeno   de   “inducción   electromagnética”   descubierto en   1831   por   el   físico   y   químico   inglés   Michael   Faraday (1791-1867)   y   por   el   físico   norteamericano   Joseph   Henry (1797-1878),   que   sirvió   de   base   para   enunciar   lo   que   se conoce como “Ley de la inducción de Faraday”. La   energía   eléctrica   que   llega   hasta   nuestros   hogares,   ya sea   con   un   voltaje   o   tensión   de   220   V   (volt)   y   50   Hz   (hertz o   ciclos   de   frecuencia),   o   de   110-120   V   y   60   Hz   (según corresponda    a    cada    país    en    particular),    circula    por    los cables   de   la   instalación   eléctrica   como   corriente   alterna (C.A.)    de    baja    frecuencia.    Tanto    esta    corriente,    como cualquier   otra   también   de   componente   alterna   de   mayor   o menor   voltaje   y   con   mayor   o   menor   frecuencia,   al   circular por   los   cables   de   una   instalación   eléctrica   crea   un   campo magnético   a   su   alrededor,   que   varía   tantas   veces   como frecuencia   posea   la   corriente.   Pero   si   tomamos   un   alambre de   cobre,   lo   enrollamos   en   espiras   para   formar   una   bobina y     lo     conectamos     a     un     circuito     eléctrico,     el     campo magnético     que     se     produce     será     de     mucha     mayor intensidad   que   la   del   propio   cable   cuando   se   encuentra   en forma lineal. Si   a   continuación   creamos   un   segundo   enrollado   también con    alambre    de    cobre    y    lo    colocamos    junto    al    primer enrollado   por   donde   se   encuentra   circulando   la   corriente eléctrica   y   de   hecho   se   ha   creado   un   campo   magnético   de mayor    intensidad    a    su    alrededor,    éste    inducirá    en    el segundo   enrollado   otra   corriente   eléctrica,   también   alterna y de la misma frecuencia en Hertz de la original. Este        fenómeno        físico        denominado        “inducción electromagnética”   o   “electromagnetismo”   hace   posible   que funcionen   los   transformadores,   motores   y   generadores   de corriente    eléctrica,    la    radio    y    televisión,    los    teléfonos móviles   y   muchos   aparatos   eléctricos   y   electrónicos   más, incluyendo   cargadores   que   sin   mediación   de   cables   cargan la    batería    de    diferentes    aparatos    y    dispositivos    como cepillos   de   dientes   eléctricos,   teléfonos   móviles   (celulares), etc.   Esta   carga   tiene   lugar   solamente   por   contacto   con   una base   que   posee   un   enrollado   o   bobina   inductora   que   le transfiere     la     carga     eléctrica     por     inducción.     En     este fenómeno         de         inducción         electromagnética         o electromagnetismo   se   basa   también   el   funcionamiento   de las cocinas de inducción. La   Ley   de   Faraday   demuestra,   de   forma   práctica,   que   el campo   magnético   que   produce   una   fuerza   electromotriz (f.e.m.)    o    voltaje    de    corriente    eléctrica    alterna    (C.A.) cuando    circula    por    un    alambre    o    cable    (de    cobre,    por ejemplo),    enrollado    (formando    bobina    primaria),    induce otra   corriente   eléctrica   alterna   de   igual   frecuencia   en   un enrollado    o    bobina    secundaria    sin    conexión    física    ni eléctrica directa, cuando se sitúan una junto a la otra. La   corriente   eléctrica   alterna   que   induce   un   enrollado   o bobina     primaria     en     un     segundo     enrollado     o     bobina secundaria,    mantendrá    siempre    la    misma    frecuencia    en hertz    (Hz)    que    posee    la    corriente    inductora    que    le    da origen.   Contrariamente,   la   tensión   o   voltaje   de   salida   que se    obtiene    en    el    enrollado    secundario    puede    ser    igual, menor   o   mayor   de   la   que   la   original,   ya   que   eso   depende del   número   de   vueltas   de   alambre   de   cobre   que   posea   el enrollado. El     efecto     de     “inducción     electromagnética”     entre     dos bobinas   o   enrollados   de   alambre   de   cobre   es   el   mismo   que emplean   para   su   funcionamiento   los   transformadores   de corriente   eléctrica   para   reducir   o   aumentar   el   voltaje   y   es también,    precisamente,    el    que    emplean    las    cocinas    de inducción   para   generar   calor   dentro   de   un   recipiente   donde se   cocinan   alimentos,   para   lo   que   se   emplea   una   corriente alterna   de   alta   frecuencia   capaz   de   generar   calor.   Aunque el   voltaje   de   entrada   que   emplea   una   cocina   de   inducción para   funcionar   es   de   baja   frecuencia   (50   ó   60   Hz,   según   el país),    en    su    interior,    sin    embargo,    existe    un    circuito electrónico   que   la   eleva   hasta   alcanzar   entre   20   kHz   y   75 kHz   (kilohertz),   o   más,   con   un   voltaje   o   tensión   muy   bajo que    no    ofrece    ningún    peligro    para    la    vida    humana.    La tensión   de   ese   voltaje   es   de   ±1V   solamente,   suficiente para    calentar    el    recipiente    que    situamos    encima    de    la cocina,   ya   que   no   es   el   voltaje,   sino   la   alta   frecuencia   de   la corriente                   la encargada               de generar el calor. La      ilustración      A1   muestra,     de     forma esquemática,            el dibujo         de         dos enrollados               de alambre     de     cobre, uno       primario       en función   de   inductor   y otro     secundario     en función    de    inducido. Si        el        enrollado primario                    lo conectamos     a     una fuente     de     corriente alterna       (C.A.)       de determinado   voltaje   y   frecuencia,   a   su   alrededor   se   origina un   campo   magnético   variable,   tal   como   se   puede   observar en   la   ilustración   A2.    De   esa   forma   el   campo   magnético variable   que   se   crea   en   el   enrollado   primario,   induce   en   el secundario   de   la   otra   bobina   una   corriente   alterna   de   igual, mayor   o   menor   voltaje   (en   dependencia   del   número   de vueltas     de     alambre     de     cobre     que     posea     este     otro enrollado),    pero    manteniendo    la    misma    frecuencia    en ciclos   o   hertz   (Hz)   por   segundo   que   posee   la   corriente aplicada al enrollado primario. A   continuación   en   la   ilustración   B1   se   puede   ver   también un   enrollado   primario   en   función   de   bobina   de   “inducción   o inductor”   y   encima,   en   lugar   de   otro   enrollado,   un   trozo   de metal   ferromagnético.   Ese   trozo   de   metal   hace   función   de “inducido”     sustituyendo     en     este     caso     al     enrollado secundario   como   el   que   aparece   en   A1 .   Si   a   continuación energizamos   el   enrollado   inductor   en   B2    haciendo   pasar una     corriente     alterna     de     determinado     voltaje     y     alta frecuencia,   como   de   60   mil   kilohertz   (kHz),   por   ejemplo,   el campo   magnético   que   se   origina   alrededor   de   la   bobina induce   en   el   trozo   de   metal   ferromagnético   una   corriente circular   o   de   Foucault   igualmente   de   60   kHz   y   un   voltaje muy bajo. El    enrollado    secundario    como    el    que    aparece    en    la ilustración    A2     constituye     un     “circuito     abierto”     normal mientras   no   se   conecte   a   sus   terminales   ningún   tipo   de consumidor   eléctrico.   Cuando   a   ese   enrollado   secundario instalamos     una     bombilla     o     cualquier     otro     tipo     de consumidor    se    transforma    en    un    “circuito    cerrado”    y    la corriente   eléctrica   comenzará   a   circular   normalmente   por el circuito. Sin    embargo,    la    energía    de    la    corriente    eléctrica    de Foucault   inducida   por   el   inductor   del   ejemplo   B2   en   el   trozo de   metal   ferromagnético,   al   no   poder   circular   en   ningún momento    por    no    constituir    un    circuito    eléctrico    normal como    el    de    un    enrollado    secundario,    su    energía    se convierte    en    calor.    Esto    ocurre    así,    porque    el    hierro ferromagnético   constituye   relativamente   un   mal   conductor de   la   electricidad,   ofreciendo   una   alta   resistencia   al   paso de   la   corriente   eléctrica,   que   al   igual   que   cuando   circula por   un   alambre   nicromo,   se   convierte   en   calor.   La   mayor parte   del   calor   generado   en   este   trozo   de   hierro   lo   produce la   corriente   inducida   de   Foulcault,   aunque   en   realidad   no es   la   única   fuente,   sino   también   la   histérisis   magnética   que se    produce    y    el    llamado    “efecto    pelicular”    que    también aparece          en          la          superficie          del          metal. ESQUEM A     SIMPLIFICADO     DE     UNA     COCINA     DE INDUCCIÓN 1 . Recipiente metálico con agua en su interior. 2 . Plancha   de   metal   ferromagnético   fijada   en   el   fondo del recipiente. 3 . Placa    de    vidrio    cerámico    para    colocar    encima    los recipientes. 4 . Inductor   o   bobina   inductora   compuesta   por   alambre de   cobre   enrollado   en   forma   de   espiral,   por   donde fluye      una      corriente      eléctrica      alterna      de      alta frecuencia, de 60 kHz y ± 1 V de tensión . 5 . Circuito    de    control    electrónico    y    convertidor    de    la corriente   de   entrada   de   baja   frecuencia   (50   ó   de   60 Hz   de   la   red   eléctrica   doméstica),   a   otra   corriente   de alta frecuencia de 60 kHz para energizar al inductor. 6 . Interruptor   de   corriente   (alterna   de   baja   frecuencia 220   V,   con   50   Hz,   o   110-120   V   con   60   Hz,   según corresponda    al    suministro    de    energía    eléctrica    de cada país). 7 . Entrada    de    la    corriente    alterna    de    la    red    eléctrica doméstica. ESQUEMA   DEL   FUNCIONAMIENTO   DE   UNA   COCINA DE I NDUCCIÓN 1 . Entrada     de     la     corriente     alterna     (C.A.)     de     alta frecuencia    procedente    del    circuito    electrónico    de control de la cocina. 2 . Enrollado   del   inductor.   La   corriente   eléctrica   alterna de   alta   frecuencia   al   circular   por   la   bobina   o   enrollado de       alambre       de       cobre       crea       un       campo electromagnético   variable   de   igual   frecuencia   que   la corriente que recibe del circuito electrónico. 3 . Placa   de   vidrio   cerámico   que   separa   el   inductor   del fondo   del   recipiente   colocado   encima   de   la   placa   de vidrio cerámico. 4 . Las   corrientes   de   Foucault   que   se   crean   debido   al campo   electromagnético   de   alta   frecuencia   que   se induce    en    el    fondo    de    metal    ferromagnético    del recipiente,   al   no   tener   a   dónde   ir,   liberan   una   gran cantidad de energía en forma de calor. 5 . La    energía    térmica    que    se    libera    principalmente desde    el    fondo    del    recipiente    crea    en    el    agua corrientes    de    convección    que    la    calientan    para cocinar los alimentos en su interior .