Induccion

Preestudio para el desarrollo de un equipo
de calentamiento por inducción.
Mariano Cuenca Alba, Ingeniero Técnico Telecomunicación e-Segainvex, Universidad Autónoma de Madrid.

Objetivos:
Se pretende estudiar la fabricación
de un equipo de calentamiento por
inducción, para utilizar en sistemas de
crecimiento de cristales, como medio para
fundir los cristales a crecer, el sistema
debeser capaz de alcanzar entorno a
1700ºC.
1.Introducción y fundamentos:

Donde i es la corriente que circula por el
conductor, N es el numero de espiras, l la
longitud del circuito y H el campo magnético.
Si la corriente que aplicamos al conductor es
variable en el tiempo, el campo que se genera,
también lo es y por tanto generara un flujo
magnético cambiante. Aplicando la ley de
Faraday enun conductor sometido a un flujo
magnético variable se generará una fuerza
electromotriz cuyo valor es:

ε = −N

Sistemas de producción de calor:

dφ
dt

-Efecto Joule, es el efecto calentamiento que se
produce cuando una corriente atraviesa una
resistencia. Dentro de este efecto, se incluye
también el calentamiento producido por las
corrientes de inducción, que se producen en elinterior de un conductor cuando es introducido
en un campo magnético variable.

Donde ε es la fem inducida, N el número de
espiras y φ el flujo del campo magnético.
Esta fuerza electromotriz inducida en
el interior de conductor, generan una corriente
(corriente de inducción ó corriente de Foulcault)
que son la responsable del calentamiento, por
efecto Joule:

-Perdidas por histéresisque se producen en el
interior de sustancias ferromagnéticas, cuando
son sometidas a un campo magnético variable,
son proporcionales al volumen de materia
introducido en el campo magnético.

P = i 2 Req

-Calentamiento de moléculas dipolares por
medio de microondas, se produce en materiales
no conductores, que contengas moléculas
dipolares a las cuales se pueda hacer vibrar.-Calentamiento dieléctrico, se produce en el
interior de sustancias dieléctricas cuando son
sometidas a campos eléctricos.
El método que hemos venido utilizando
hasta ahora, ha sido el del efecto Joule directo,
aplicando
tensión
a
una
resistencia,
normalmente de Kanthal capaz de resistir las
altas temperaturas necesarias para esta
aplicación. En este caso seguiremos utilizando
el efecto Joulepara producir calor, pero en este
caso lo haremos produciendo directamente
corrientes de inducción en la sustancia a fundir
o en el crisol que la contiene.
1.1 Introducción
inducción.

al

calentamiento

por

La
explicación
teórica
del
calentamiento por inducción se hace por la
aplicación de las leyes de la inducción( ley de
Faraday y ley de Ampere) y como ya
mencionábamos en elpárrafo anterior del
efecto Joule.
En primer lugar tenemos que si
aplicamos una corriente a un conductor, este
genera un campo magnético que cuya
distribución viene dada por la ley de Ampere.

rr
Ni = ∫ Hdl = Hl

Donde

P

es

la

potencia

resistencia equivalente

Req

disipada

en

la

por la que circula

la corriente i.
Todo este entramado es equivalente alfuncionamiento de un transformador, en el cual
el primario es nuestra bobina de inducción, y el
secundario es el elemento a calentar, que es
equivalente a una sola espira, cerrada con una
resistencia, que es la resistencia equivalente.
1.2 Calculo de la resistencia equivalente.
Como hemos visto, un elemento de
calculo fundamental en este sistema es la
resistencia equivalente, para el calculo deesta,
debemos recurrir al efecto pelicular “Skin
effect”.
Si resolvemos las ecuaciones del campo en el
interior del conductor, veremos que la corriente
en el conductor solo circula por la superficie,
esto es debido a que la corriente principal en el
interior del conductor, genera un campo
magnético variable en su seno, el campo
magnético sigue la trayectoria marcada como
1,2,3 y en...