Calentamiento por inducción: qué es y cómo funcionan las corrientes de Foucault

Cómo funciona

El proceso se basa en la inducción electromagnética. Una bobina por la que circula una corriente alterna genera un campo magnético variable. Según la ley de Faraday, ese campo variable induce corrientes eléctricas cerradas (corrientes de Foucault o eddy currents) en el interior del material conductor situado dentro o cerca de la bobina. Esas corrientes circulantes encuentran la resistencia eléctrica del material y, por efecto Joule, se disipan en forma de calor.

La dirección de las corrientes inducidas y su efecto están gobernados por la ley de Lenz: las corrientes inducidas crean campos magnéticos que se oponen al cambio del campo que las origina. Ese fenómeno explica también por qué se produce calentamiento localizado y por qué el sistema puede oponer una resistencia a la fuente que lo alimenta.

Factores que determinan el calentamiento

• Frecuencia: a mayor frecuencia, más superficiales son las corrientes inducidas (efecto piel), lo que resulta en calentamiento de la capa externa. A frecuencias bajas la penetración es mayor y se calientan volúmenes más grandes.
• Conductividad eléctrica (σ): metales con alta conductividad (p. ej. cobre) generan corrientes intensas, pero su menor resistividad puede reducir la temperatura alcanzada para una misma potencia. Materiales con resistividad mayor convierten más energía en calor por unidad de corriente.
• Permeabilidad magnética (μ): materiales ferromagnéticos (aceros) concentran el flujo magnético y aumentan la eficiencia de calentamiento para ciertas aplicaciones, como el temple superficial.
• Geometría y tamaño de la pieza y la bobina, distancia entre bobina y pieza y el tiempo de excitación.

Profundidad de penetración

El efecto piel determina la profundidad efectiva a la que penetran las corrientes inducidas. La profundidad de penetración aproximada δ viene dada por:

δ = sqrt(2 / (ω · μ · σ)), donde ω = 2πf (f es la frecuencia), μ es la permeabilidad magnética del material y σ su conductividad eléctrica. En la práctica esto significa que con frecuencias de kHz–MHz se consigue un calentamiento muy superficial (útil para templado), mientras que con 50–60 Hz o kHz bajos se puede calentar piezas más gruesas o fundir metales.

Componentes típicos de un equipo de inducción

• Fuente de alimentación de corriente alterna/inverter capaz de proporcionar la frecuencia y potencia deseadas.
• Bobina o “work coil” con diseño adaptado a la pieza (forma, vueltas, diámetro).
• Pieza de trabajo (susceptor), que puede ser el propio metal o una placa/insert ferromagnética acoplada si el material base no es conductor.
• Sistemas de refrigeración (agua) para la bobina y la electrónica.
• Controles y sensores de temperatura para regulación y seguridad.

Aplicaciones

• Tratamiento térmico: temple superficial, revenido, recocido y normalizado.
• Unión y montaje: soldadura por inducción, brasado y soldadura blanda rápida.
• Fundición y fusión de metales en hornos de inducción.
• Procesos industriales: calentamiento para forjado, estampado, ajuste por contracción (shrink-fitting) y desengrase localizado.
• Uso doméstico: cocinas de inducción, que calientan recipientes ferromagnéticos de forma rápida y eficiente.
• Aplicaciones especializadas: sellado de envases, calentamiento de moldes y tratamientos médicos como hipertermia (en contextos controlados).

Ventajas y limitaciones

• Ventajas: calentamiento rápido y controlable, no contacto directo, alta eficiencia en la transferencia localizada de calor, procesos limpios y reproducibles, buen control de la zona afectada térmicamente.
• Limitaciones: inversión inicial relativamente alta, necesidad de que la pieza sea conductora (o usar susceptores), posibles interferencias electromagnéticas, exigencias de refrigeración y blindaje, y en algunos casos difícil acceso a geometrías complejas.

Seguridad y consideraciones prácticas

• Los equipos manejan corrientes y campos magnéticos intensos; el diseño debe incluir blindaje y protección contra interferencias.
• Superficies y piezas se calientan rápidamente y alcanzan temperaturas elevadas; hay riesgo de quemaduras y de daños si no se controlan correctamente.
• Es habitual usar controles de temperatura, detectores de presencia y sistemas de corte por sobrecorriente o sobretemperatura.
• Para materiales no conductores (vidrio, cerámica, plásticos) se emplean susceptores o insertos conductores que se calientan por inducción y transfieren el calor por conducción o radiación.

En resumen, el calentamiento por inducción mediante corrientes de Foucault es una técnica muy eficaz y versátil para aplicar calor de forma rápida, localizada y controlada en una amplia gama de procesos industriales y aplicaciones domésticas.