1

Informe de Investigacio n de F sica Esta Investigacin est hecha en base de experimentos, hiptesis, mtodos, investigacin rgida

de la induccin electromagntica y su uso ms moderno en los hogares, industrias, empresas por

todo el mundo, incluyendo el impacto social que tiene, y el beneficio que le da al medio

ambiente.

Asi que est prohibida su reproduccin total o parcial de este documento, y el plagio que hagan a

este trabajo. Este sirve como una fuente bibliogrfica de investigacin a usuarios online

interesado en el tema; en este caso, deben citarlo asi de acuerdo con las normas APA:

Cartuche, J. y Salas, D. (2009). Informe de Investigacin de Fsica: La cocina de Induccin

Electromagntica. Recuperado de la direccin web de scribd completa

O

O

2

2

TEMA:

La Cocina de Induccin Electromagntica

PROBLEMA:

El electromagnetismo es una rama de la fsica que estudia y unifica los

fenmenos elctricos y magnticos en una sola teora, el principio de

calentamiento a induccin es una parte del electromagnetismo que estudia el

fenmeno por el cual una fuerza electromotriz produce un campo magntico y

una corriente variable o esttico dependiendo de la cantidad de flujo magntico.

Debido a este principio fsico hemos visto una importancia en la aplicacin del

mismo en los hogares lojanos especficamente, para ayudar a sus condiciones

econmicas, y contribuir tambin a la descontaminacin ambiental que se da

por el uso del gas de petrleo.

Ha habido una falta de aplicacin del Principio de Calentamiento a Induccin en

actividades cotidianas en la que puede prestar beneficios importantes, por las

escasas y ambiguas fuentes de informacin que hay en el Ecuador, que llevan

a un bajo conocimiento en su funcionamiento, desarrollo e importancia.

Una vez conocida profundamente las leyes que rigen el Electromagnetismo y el

calor inducido, el artefacto de induccin ser mucho ms fcil de llevarlo a

cabo.

Este principio de induccin calorfica funciona solo con corriente elctrica para

generar campo magntico en forma de calor inducido al estar en contacto con

los recipientes de acero, donde se evita el excesivo uso del petrleo que

demanda en la economa del Ecuador. Su uso ya se da en otros pases y el

resultado ha sido muy satisfactorio.

JUSTIFICACIN:

La situacin econmica del Ecuador en general y de Loja en particular ha

disminuido progresivamente en los ltimos aos por el uso del petrleo con sus

derivados.

La ciencia busca superar las condiciones de vida de las personas, y junto a la

tecnologa, el artefacto que se basa en la induccin electromagntica ayudar a

contribuir para ello.

He aqu la importancia de reemplazar el gas por otra forma ms beneficiosa,

que ayudara reducir los subsidios de gas que van alrededor de los 1000

3

3

millones de dlares cada ao, ya que se estima en forma real que el 60% del

gas licuado de petrleo se destina para el sector domstico. El costo del gas

real es de $12,00 sin subsidio, ya que con este tiene un precio de $1.60.

La validez de este proyecto es especialmente de carcter cientfico-social, por

ser una investigacin de las 4 leyes fsicas fundamentales del

electromagnetismo, que actualmente es aplicado a artefactos novedosos y

trascendentes para las personas.

OBJETIVOS:

Objetivo general: Importancia del principio de induccin electromagntica en

el uso domstico.

Objetivo especfico:

Estudiar las leyes fsicas que intervienen en el principio de induccin

electromagntica.

Explicar la importancia de la aplicacin de la induccin electromagntica en

el uso domstico y en el medio ambiente.

MARCO TEORICO:

Captulo 1: Induccin electromagntica

1.1. Ley de Induccin electromagntica de Faraday

1.2. Ley de magnetismo de Ampere

1.3. Campo magntico de una corriente elctrica

1.3.1. Corriente Rectilnea

1.3.2. Corriente Circular

1.3.3. Solenoide

1.4. Flujo magntico de Induccin

Captulo 2: La Cocina de Induccin

2.1. Principio de Induccin calorfica

2.2. Estructura bsica de la Cocina de Induccin

2.3. Funcionamiento de la Cocina de Induccin

2.4. Eficacia con relacin las cocinas de gas de petrleo

4

4

Captulo 1: Induccin Electromagntica

1.1. Ley de Induccin Electromagntica de Faraday

La ley de induccin electromagntica de Faraday (o simplemente ley de

Faraday) establece que: El voltaje inducido en un circuito cerrado es

directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo

magntico que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde.

Esta es la original frmula matemtica:

Donde es el campo elctrico, es el elemento infinitesimal del

contorno C, es la densidad de campo magntico y S es una superficie

arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de estn

dadas por la regla de la mano derecha.

Esta ley fue formulada a partir de los experimentos que Michael Faraday realiz

en 1831. Esta ley tiene importantes aplicaciones en la generacin de

electricidad.

As descubri:

Si se mueve un imn en las proximidades de una

espira, aparece una corriente en sta, circulando la

corriente en un sentido cuando el imn se acerca y

en el opuesto cuando se aleja. El mismo resultado se

obtiene si se deja el imn quieto y lo que se mueve

es la espira.

En lugar de un imn pueden usarse dos bobinas

y se obtiene el mismo resultado. De nuevo, es

indiferente cul de las dos se mueva con tal de que

haya un movimiento relativo.

Fig. 1: Ley de Faraday demostrada en una bobina sin corriente

Fig. 2: Bobinas interactuando corriente

5

5

Faraday mostr que si

arrollan dos bobinas alrededor

de un ncleo de hierro, si por

una de ellas circula una

corriente continua, en la otra no

hay corriente alguna. Sin

embargo, justo tras el cierre del interruptor, cuando la corriente del primario

cambia en el tiempo, se induce una corriente en el secundario. Asimismo,

tras la apertura del inter ruptor tambin aparece una corriente en el

secundario, pero de sentido contrario a la anterior.

Para manejar la frmula matemtica de Faraday es necesario conocimientos

de clculo integral y diferencial. Ya que pues Faraday junto con Lenz

(trabajaban independientemente) manejaban el clculo descubierto por Leibniz

y Newton, en donde no dependen de las unidades de medida.

La frmula de induccin electromagntica se la puede expresar como derivada

del flujo magntico respecto del tiempo. Esta derivada es una variacin en el

tiempo del flujo magntico en una superficie, la que se conoce como voltaje

inducido o fuerza electromotriz de induccin (f.e.m.i) medida en voltios:

= Voltaje inducido o f.m.e.i. Se mide en voltios (V)

= Flujo magntico. Se mide en weber (Wb)

= tiempo empleado en la rapidez del cambio del flujo magntico. Se mide en

segundos (s)

En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la frmula anterior se la

multiplica por N (nmero de vueltas)

Fig. 3: Bobina con ncleo de hierro en una corriente contnua

6

6

El flujo magntico est dado por la ley de Lenz para el campo electromagntico

que relaciona cambios producidos en el campo elctrico en un conductor con la

variacin de flujo magntico en dicho conductor, y afirma que las tensiones o

voltajes inducidos sobre un conductor y los campos elctricos asociados son de

un sentido tal que se oponen a la variacin del flujo magntico que las induce.

Est dada por:

La combinacin de las frmulas de Faraday y Lenz para su aplicacin prctica

es:

| |

Esta ley es de aplicacin muy prctica en los motores elctricos, generadores y

transformadores, electroimanes, frenos magnticos, bobinas, guas de onda,

electrovlvulas, radiofona, televisin, telefona, ventiladores, cocinas de

induccin, etc.

2.3. Ley del Magnetismo de Ampere

En Magnetosttica y electromagnetismo, la ley de Ampere, modelada por su

creador Andr-Marie Ampere en 1831, relaciona un campo magntico esttico

con la causa que la produce, es decir, una corriente elctrica estacionaria.

James Clerk Maxwell la corrigi posteriormente y

ahora es una de las ecuaciones de Maxwell, formando

parte del electromagnetismo de la fsica clsica.

Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro

ecuaciones que describen los fenmenos

electromagnticos, fueron reunidos de

descubrimientos Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros. Ahora abarca la

ley de Gauss, de Faraday-Lenz y de Ampere

7

7

La ley de Ampere explica, que la circulacin de la intensidad del campo

magntico en un contorno cerrado es igual a la corriente que lo recorre en ese

contorno.

El campo magntico es un campo angular con forma circular, cuyas lneas

encierran la corriente. La direccin del campo en un punto es tangencial al

crculo que encierra la corriente. El campo magntico disminuye inversamente

con la distancia al conductor.

La ley de Ampere se la enuncia as: La circulacin de

un campo magntico a lo largo de una lnea cerrada

es igual al producto de su permeabilidad magntica en

el vaco por la intensidad neta que atraviesa el rea

limitada por la trayectoria La frmula es:

= Densidad del campo magntico o induccin magntica. Se mide en Tesla

para el Sistema I. y en gauss para el Sistema c.g.s

= permeabilidad magntica en el vaco

= Intensidad del campo elctrico

n = densidad de vueltas

= Intensidad del campo magntico

= Longitud del conductor

La permeabilidad magntica es la capacidad de una sustancia o medio para

atraer y hacer pasar a travs de ella campos magnticos, se representa

mediante el smbolo y en las unidades del SI se define como:

Fig. 4: Direccin de la intensidad del campo magntico El campo magntico es

perpendicular a las lneas de

fuerza circulares

8

8

La aplicacin de esta ley es el hilo conductor, en telefona e internet, torres de

electricidad, circuitos electrnicos, entre otros.

2.4. Campo magntico de una corriente elctrica

Antiguamente se ha considerado que los fenmenos elctricos y magnticos

son independientes; sin embargo los fsicos mediante una serie de

experimentos de la Electroesttica y Magnetosttica han revelado que el

magnetismo es una manifestacin de la Corriente Elctrica en movimiento,

denominado electricidad explicada en el Electromagnetismo.

La experiencia fundamental fue realizada en 1820 por el fsico dans Hanz. C.

rsted. Explica que si sobre una aguja magntica se dispone paralelamente un

conductor por el que pasa una corriente, la aguja magntica gira tendiendo a

disponerse perpendicularmente a la corriente.

Esta experiencia parecida al de una brjula se puede determinar mediante la

regla prctica.

Regla del pulgar: Si se coge un conductor con la mano derecha de modo que

el pulgar indique el sentido de la corriente, los dedos indican el sentido en que

se mueve el polo norte de la aguja magntica

Esta experiencia y muchas ms como la de Ampere que formulo su ley

prctica, que concuerda con la de rsted, nos permite afirmar que para

cualquier conductor de cualquier estructura y permeabilidad magntica se

cumple: Toda corriente crea a su alrededor un campo magntico que se

manifiesta por las acciones que dichas corrientes ejerce sobre los imanes. Este

campo magntico realmente puede ser muy pequeo en un conductor.

Ahora veremos los campos magnticos creados por determinadas corrientes

2.4.1. Corriente rectilnea

9

9

El campo magntico creado por una corriente

rectilnea est representado por lneas de fuerza

circulares perpendiculares al conductor y con su

centro sobre el mismo. El sentido del campo

magntico se determina con la siguiente regla:

Si se toma el conductor con la mano derecha de

modo que el pulgar indique el sentido de la corriente, los dedos indican el

sentido de las lneas de fuerza.

Cuando se tiene un conductor por el que pasa una

corriente que sube, se representa con un circulo con un

punto dentro y, si la corriente baja, se pone una cruz

dentro.

La Intensidad del campo magntico de una corriente rectilnea est dada por

Ley de Biot-Savart que establece que: El campo

magntico creado por una corriente rectilnea I

indefinida en un punto a la distancia r es directamente proporcional a la

Intensidad de la corriente e inversamente proporcional a la distancia.

De acuerdo a los sistemas de medidas: El S.I. (M.K.S.C) y el c.g.s (u.e.m.) las

formulas estn expuestas en ese orden, el campo magntico se miden en

Tesla y gauss respectivamente. Adems la constante electromagntica k tiene

dos valores para cada sistema de medida:

La frmula original para calcular el campo magntico de la corriente elctrica es

aplicando el uso de integrales. La ms generalizada es:

Fig. 5: Regla de la mano derecha para la corriente rectilnea

Fig. 6: Representaciones de las lnea de fuerza del campo magntico

10

10

La permeabilidad magntica depende del medio donde se encuentre la

corriente y es influyente en la constante electromagntica siendo directamente

proporcional a ella e inversa al cudruple de la constante .

Este campo magntico es en muy pequeas cantidades, la

cual no magnetiza los cuerpos de mayor masa, sin

embargo se puede aumentar el campo magntico si se le

aumenta el nmero de conductores. Un ejemplo son los

cables de hilos de cobre para hacer conexiones sencillas.

Campo magntico de una corriente rectilnea con un

Angulo formado con las lneas de fuerza del campo magntico y limitada

por su longitud

El campo magntico de una corriente rectilnea en donde se dispone un

conductor en un medio con una longitud del conductor y el ngulo que se forma

con las lneas de fuerza del campo magntico est dado por la siguiente

formula:

2.4.2. Corriente circular

El campo magntico creado por una corriente circular

llamada tambin espira est representado por lneas de

fuerza cerradas y circundan por la corriente pero no son

circulares. Estas lneas de fuerza pasan por el centro de la

espira perpendicularmente a dicha espira. Esta corriente

circular se emplea en las bobinas

Fig. 8: Campo magntico de una corriente circular

Fig. 7: Campo magntico en un punto de las lneas de fuerza

11

11

Para saber la direccin y sentido de las lneas de fuerza

se emplea la siguiente regla: Si los dedos de la mano

derecha sealan el sentido de la corriente, el pulgar

indica el sentido de las lneas de fuerza a travs de la

corriente.

El campo magntico de una espira viene dado en

general por la frmula:

Para aumentar el campo magntico se emplea el

multiplicador, formado por un conjunto compacto de espiras o

corrientes circulares por las que pasa la misma corriente

elctrica de modo que el campo total es la superposicin de

los campos producidos por cada una de las espiras. Asi que si

N es el nmero de espiras, el campo es:

El campo circular es de muy importante

aplicacin en el calentamiento de

metales y su fundicin, ya que al

producir magnetismo tambin se

produce energa con desprendimiento

de calor, y usando el multiplicador, el

incremento es mucho mayor; este

fenmeno se llama calentamiento por induccin.

Las lneas de fuerza se intensifican ms cuando hay ms espiras en una

corriente circular que solo una. Experimentalmente se las demuestra con las

limaduras de hierro en una superficie plana expuesta al campo magntico de la

Fig. 11: Campo magntico de una corriente circular: unitaria y, con un multiplicador respectivamente

Fig. 9: Regla de la mano derecha para la corriente circular

Fig. 10: Multiplicador

12

12

corriente. Tambin se puede hacer este experimento con la corriente rectilnea

y solenoide

2.4.3. Solenoide

Se llama solenoide al sistema formado por varias

corrientes circulares paralelas por las que circula la

misma corriente, utilizada como un dispositivo fsico

capaz de crear un campo magntico sumamente

uniforme e intenso en su interior, y muy dbil en el

exterior. En la prctica los solenoides se construyen

enrollando un alambre en espiral. Las lneas de fuerza

que representan en campo magntico se obtienen

combinando las lneas de las distintas espiras.

El solenoide no es lo mismo que un multiplicador de una corriente circular, ya

que este sistema es formado por un solo conductor enrollado, y generalmente

tiene forma de cilindro largo en comparacin con los multiplicadores que son

espiras formadas por conductores unitarios del mismo material compactados

entre s por la que pasa la misma corriente.

Para determinar el sentido de las lneas de fuerza se

puede emplear la siguiente regla:

Regla de la mano derecha: Se agarra el solenoide con la

mano derecha de modo que los dedos indiquen el

sentido de la corriente circular. Entonces el pulgar indica

el sentido del campo en el interior del solenoide.

El campo magntico exterior de un solenoide es

idntico al de un imn recto que coincide con su eje y

cuya lnea Sur-Norte (S-N) est en el sentido de las

lneas de fuerza interiores. Por sta razn podemos

hablar de los polos N y S de un solenoide. En el

Fig. 12: Campo Magntico de un Solenoide

Fig. 13: Regla de la mano derecha para el Solenoide

Fig. 14: Imn S-N en un solenoide

13

13

extremo N es por donde salen las lneas de fuerza y en el polo S es por donde

entran.

Esta propiedad es utilizada para magnetizar a los ncleos de hierro

generalmente, transformndose en electroimanes, teniendo el solenoide un

ncleo apropiado en el centro, a manera de enrollarse en l. Se utiliza en gran

medida para generar un campo magntico uniforme.

El campo magntico en el centro de un solenoide es:

Donde es la longitud del solenoide y es el nmero de espiras. El cociente

es el nmero de espiras por unidad de longitud.

Los solenoides tambin producen energa elctrica an mayor que las

corrientes circulares, utilizado con fines domsticos e industriales.

Hay miles de aplicaciones para el solenoide de las cuales

las ms destacadas son: el motor elctrico, que transforma

energa elctrica en mecnica para mover poleas, ruedas;

en los tubos de receptores de tv, en los microscopios

electrnicos, en la memoria magntica de la computadora,

en circuitos electrnicos y en muchos instrumentos y

equipos.

Un ejemplo para explicar el magnetismo

hacia los imanes sera en los ventiladores.

Su funcionamiento radica en un rodete con 4

bobinas e imanes detrs de cada una, que

giran produciendo una diferencia de

presiones.

Al pasar la corriente en los solenoides los

Fig. 16: Bobinas de un ventilador de computadora

Fig. 15: Aplicaciones de la Solenoide

14

14

imanes se excitan y entre ellos interactan las lneas de fuerza cambiando de

direccin a manera de girar una rueda, y la superposicin de estas lneas,

hacen girar a los ventiladores llegando como mnimo 1500 rpm hasta 3000

rpm.

El campo magntico vara segn el medio o sustancia en donde se encuentre,

este factor ya hablado en captulos anteriores que se llama permeabilidad

magntica se acerca a la unidad excepto en el hierro y nquel. Son clculos

necesarios para la construccin de bobinas

2.5. Flujo magntico de Induccin

El flujo magntico representado por la letra griega , es una medida de la

cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magntico, la

superficie sobre la cual acta y el ngulo de incidencia formado entre las lneas

de campo magntico y los diferentes elementos de dicha superficie.

De acuerdo a esta teora se denomina flujo magntico a la cantidad de lneas

de fuerza que pasan por un circuito magntico.

La unidad de flujo magntico en el Sistema Internacional de Unidades es el

weber y se designa por Wb. El nombre de esta unidad fue dado en honor al

fsico alemn Wilhelm Eduard Weber.

En el sistema cegesimal se utiliza el maxwell y sus equivalencia es: 1 weber

=108 maxwells. El nombre de la unidad honra a James Clerk Maxwell, quien

present la teora unificada del electromagnetismo; fue establecida por el IEC

en 1930.

Si el campo magntico B es vector paralelo a la vector superficie de rea S, el

flujo magntico que pasa a travs de dicha rea es simplemente el producto

del valor absoluto de ambos vectores:

15

15

En muchos casos el campo magntico no ser normal a la superficie, sino que

forma un ngulo con la normal ( ), por lo que podemos generalizar un poco

ms tomando vectores:

Generalizando an ms, podemos tener en cuenta una superficie irregular

atravesada por un campo magntico heterogneo. De esta manera, tenemos

que considerar cada diferencial de rea:

Fritz London en 1948 predijo que es posible observar la cuantizacin del flujo

magntico en sustancias superconductoras. El cuanto de flujo magntico es

una constante fsica:

El inverso del cuanto de flujo magntico se suele conocer como

constante de Josephson, utilizado en el efecto Josephson, denominado as por

Brian David Josephson.

Empleando el efecto Josephson es posible medir con mucha precisin el

cuanto de flujo magntico, lo cual se ha empleado junto con el efecto Hall

cuntico para medir la constante de Planck con la mxima precisin hasta en la

actualidad, utilizado en sistemas microscpicos de la mecnica cuntica.

16

16

CAPITULO 3: La Cocina de Induccin

Captulo 2: La Cocina de Induccin

2.1. Principio de Induccin Calorfica

El calentamiento por induccin es un mtodo para obtener calor continuo y rpido

en las que haya que alterar las propiedades de los metales u otros materiales

conductores de la electricidad. Este calentamiento en el caso de las cocinas de

induccin est regulado solo para elevar su temperatura y no deformarlo.

El proceso utiliza las corrientes elctricas inducidas en el material para producir

calor. Aunque los principios bsicos de la induccin son bien conocidos, los

ltimos avances en la tecnologa del estado slido han simplificado notablemente

el calentamiento por induccin, haciendo de ella un mtodo de calentamiento muy

rentable para aplicaciones que impliquen empalmes, unin o ablandamiento,

calentamiento y prueba de materiales.

Los principios bsicos del calentamiento por induccin se han aplicado a la

fabricacin desde los aos 20. Durante la Segunda Guerra Mundial, la tecnologa

se desarroll rpidamente para cumplir con los requisitos urgentes en tiempos de

guerra: crear procesos fiables y rpidos para endurecer las piezas metlicas del

motor. Recientemente, el centro sobre las tcnicas de eficiencia productiva y el

nfasis sobre el control de calidad mejorado han liderado el redescubrimiento de

la tecnologa de induccin en paralelo al desarrollo de sistemas de potencia para

induccin de estado slido con un control preciso.

El elemento principal para el calentamiento de un metal por un conductor es la

alta frecuencia con la que viajan las cargas elctricas en un conductor.

Existe una relacin entre la frecuencia de la corriente alterna y la profundidad con

la que penetra en la pieza de trabajo; frecuencias bajas de 5 a 30 kHz son

efectivas para materiales ms gruesos que requieran una penetracin profunda

del calor, mientras que las frecuencias ms altas de 100 a 400 kHz son ms

efectivas en partes pequeas o con poca profundidad de penetracin.

17

17

Cuanto mayor es la frecuencia, mayor es el flujo de calor; una buena analoga

podra ser el acto de frotarse las manos para calentarse. Cuanto ms rpido se

frote uno las manos, ms calor produce.

Otro fenmeno fsico en el principio de induccin calorfica es el Efecto Joule; este

se lo conoce como el fenmeno irreversible por el cual si en un conductor circula

corriente elctrica, parte de la energa cintica de los electrones se transforma en

calor debido a los choques que sufren con los tomos del material conductor por

el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es puesto en honor

a su descubridor, el fsico britnico James Prescott Joule.

El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca

continuos choques entre ellos y como consecuencia un aumento de la

temperatura en el propio cable.

Una de las aplicaciones del principio de induccin en la actualidad y el ms usado

en los hogares es la cocina de induccin, la cual es muy eficiente en la coccin de

alimentos con poco consumo de energa.

2.2. Estructura bsica de la Cocina de Induccin

La cocina de Induccin est compuesta principalmente por:

Bobina inductora

Circuitos electrnicos de potencia

Vitriocermica

Bobina inductora

La bobina es un componente pasivo de un circuito elctrico que, debido al

fenmeno de la autoinduccin, almacena energa en forma de campo magntico.

Est compuesta por cables de cobre puro enrollado en forma de espiral y las

barras de hierro distribuidos uniformemente por el reverso de la espiral. Estn

18

18

sujetados por un soporte termoplstico ABS (Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno) en

forma de crculo.

La corriente alterna pasa por la bobina generando un campo magntico de una

corriente circular y las barras de hierro actuando como imanes distribuyen

uniformemente la energa electromagntica a los utensilios de cocina. Las

bobinas en el anverso estn cubiertas por un aislante hecho de esponja y cartn

que reducen el exceso de campo electromagntico y el contacto con otros

circuitos. Estas bobinas estn conectadas a un circuito electrnico de potencia

que interactan coordinada y simultneamente.

Los alambre de cobre en un cable de hilos estn enrollados entre si formando

unidades de cables; entre ellos estn separados por circunferencias paralelas de

menor a mayor que se encuentran en el soporte.

Fig. 17: Bobina de Induccin A: Alambres de cobre en forma de espiral sostenidas por un soporte. B: El anverso de la bobina cubierta

por un aislante. C: El reverso de la bobina formada por barras de hierro

A B C

Fig. 18: Seccin de una bobina inductora La bobina presenta separaciones entre los cables de cobre para

evitar su contacto y formar campo magntico circular

19

19

Las circunferencias no permite el contacto con las unidades de cables de cobre

para no producir corto-circuito, y obligar a la corriente a viajar por la espira.

Circuitos electrnicos de potencia

Los circuitos son redes elctricas formadas por resistencias, inductores,

condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores que actan como

microprocesadores en la utilizacin de artefactos elctricos; contiene una

trayectoria cerrada. Son utilizados por la

organizacin coordinada y simultneamente

de los componentes elctricos para responder

funciones que desea el usuario.

Los circuitos de la cocina de induccin son de

tipo PBC (tarjeta de circuito impreso) y son

utilizados para aumentar la frecuencia de la

corriente alterna lo bastante posible para

producir calor, por arriba de los 85 Hz.

Tambin sirven para regular la induccin en

un tiempo deseado, operado por el usuario en los mandos de control tctiles.

Vitriocermica

Es una cermica que tiene las propiedades del vidrio y que es muy resistente a

las altas temperaturas y a los

cambios bruscos. Sirven para

evitar la salida de calor

producido por las bobinas y solo

permite el paso del campo

magntico, que solo inducir a

los recipientes. Esta es la razn

de porque no sentimos calor en

la superficie de la cocina.

Fig. 20: Vitriocermica en las cocinas de induccin La Vitriocermica a ms de resistir el calor y los golpes,

representan la esttica de las cocinas.

Fig. 19: Circuitos electrnicos de potencia Estos circuitos presentan componentes

electrnicos para formar un dispositivo que

aumenta la frecuencia cuando sea necesario.

20

20

Otra razn de su utilizacin es la demanda de los clientes por artefactos fciles de

su mantenimiento; la vitriocermica es mucho ms fcil de limpiar por ser casi de

vidrio y no se mancha.

2.3. Funcionamiento de la Cocina de Induccin

Las cocinas de induccin funcionan

solo con corriente alterna, pero debe

ser de 220 V, ya que necesitan

mucho voltaje para el campo

electromagntico. En Ecuador la

corriente elctrica es de 110 V, no

satisfacera las necesidades de los

clientes, ya que solo produce la cuarta

parte del calor, y no aumentara la frecuencia necesaria.

La naturaleza de este calentamiento lo hace mucho ms eficiente que el

tradicional, pues se calienta directamente el recipiente a utilizar, y no

indirectamente como se hace con las tradicionales vitriocermicas basadas en

resistencias. Esto contribuye a un ahorro de energa cada vez ms apreciado en

la sociedad actual; incorpora las ms modernas tcnicas de procesado de seal

para lograr un control eficiente de la potencia.

El funcionamiento interno de estas cocinas sigue un procedimiento coordinado:

1. La corriente alterna de 220 V viaja por el conductor hasta llegar a los

circuitos electrnicos.

2. Los circuitos electrnicos de potencia por medio de inductores aumenta la

frecuencia de 50 Hz a ms de 85 Hz.

Estos circuitos estn conectados a los comandos tctiles para regular el calor y

el tiempo de coccin, y despus mandan la corriente modificada a las bobinas

inductoras.

Fig. 21: Cocina de Induccin Las cocinas de induccin es la tecnologa novedosa en

el mundo actual por su funcionamiento

21

21

3. Las bobinas al paso de la

corriente crean: un campo

magntico inductor variable y el

desprendimiento de calor por las

altas frecuencias producido por los

alambres de cobre; y la fluctuacin,

cambio de direccin, y distribucin

uniforme del campo regulado por

las barras de hierro que se transforman en electroimanes. Este campo se

opone a las corrientes de Foucault, lo cual hacen moverse el campo magntico

con mucha ms fuerza, e incluso se produce energa.

4. El campo magntico induce corrientes parsitas en el recipiente. Las

corrientes parsitas fluyen a travs de la resistencia elctrica de la olla

ordenndose en una sola direccin de fluido para producir energa en los

electrones, la cual se desprenden en forma de calor y calientan los alimentos.

Este proceso tiene menos prdidas de energa, el material se agita

magnticamente, y la velocidad con la que se produce la energa es en solo

unos segundos.

Fig. 23: Calentamiento por el campo electromagntico 1. La corriente elctrica

2. Campo magntico.

3. Las corrientes de Foucault

4. Efecto Joule.

5. Corrientes parsitas

Fig. 22: Campo magntico fluctuante activado al poner una olla El campo magntico cambia constantemente de

direccin, generando calor en el interior de la olla

22

22

5. La corriente retorna por los circuitos al ventilador para mantener la

temperatura ambiente dentro de la cocina, y evitar el calentamiento de los

circuitos.

6. La corriente retorna a los tomacorrientes.

Al momento de estar encendida, y sin un recipiente en la cocina, no produce

calor; las bobinas son como sensores que detectan la olla para inducirla,

permaneciendo la superficie de vitriocermica fra.

2.4. Eficacia con relacin las cocinas de gas de petrleo

Segn informes de los organismos gubernamentales, el 96% de la demanda del

Gas Licuado de Petrleo (GLP) se destina al sector domstico o residencial y el

restante 4% se destina para uso industrial y comercial. No obstante, se estima en

forma real que el 59% se destina para el sector domstico, 11% al uso industrial y

comercial, 8% al vehicular y el 22% hacia el contrabando por las fronteras.

El Estado subsidi en el 2012 el valor de USD 522.3 millones que corresponde a

la diferencia entre USD 643.7 millones por concepto de pago en la importacin y

USD 121.4 millones que el Estado recibi por la venta del GLP.

Las cocinas de gas producen ms calor al quemarse los gases metano, propano

contenido en el cilindro, y al combinarse con el oxgeno forman plasma

manifestndose como llama. Se necesita 1 cilindro de gas licuado de petrleo que

dura un mes para su funcionamiento.

Analizando las cifras del Censo del 2010 realizado por el Instituto Nacional de

Estadsticas y Censos - INEC, se determin que de 3, 810,548 hogares

ecuatorianos, el 90.98% usa el GLP como combustible para cocinar, en tanto que

el 9.02% usa otros tipos de combustibles.

El uso del GLP para coccin en cada uno de los hogares en el Ecuador es de

2.01 Bls al ao, equivalente a 263.99 kg o expresado en nmeros de cilindros de

23

23

17.60 al ao o 1.47 cilindros mensuales (de 15 kg), valor calificado como real en

razn del alto porcentaje de contrabando.

Es aqu de donde proviene la eficacia de las cocinas de induccin, que ayudaran

a reducir los subsidios del GPL, la contaminacin por la explotacin del petrleo

destinado al GPL y mejorar la economa del Ecuador.

En caso que se otorgue el subsidio total a los 100 kWh de los hogares, el Estado

deber reconocer por este concepto el valor de USD 234.0 millones que sumado

al dficit tarifario de USD 109.2 millones resulta el valor total de USD 343.2

millones. Existiendo un ahorro para el Estado de 260.7 millones al ao.

La equivalencia entre combustibles comienza con la consideracin de los

contenidos calorficos de la electricidad y del gas licuado de petrleo. Si la

electricidad y el GLP fueran utilizados al 100% de eficiencia, se llegara a

comparar que 1 kilogramo de GLP equivale a 13.66 kWh de electricidad.

Tanto la electricidad como el GLP poseen diferentes eficiencias de

aprovechamiento, por tanto las comparaciones entre ellos no pueden ser

realizadas solamente con el contenido calorfico.

Fig. 24: Equivalente energtico entre GLP y electricidad

24

24

METODOLOGA:

En virtud de que nuestro inters es confrontar la teora con la realidad, del

impacto econmico y cientfico que tiene la cocina de induccin, nuestra

investigacin para el proyecto ser aplicada, ya que nuestro propsito es evaluar

y contrastar la teora cientfica. Por otro lado tomando en cuenta el alcance,

nuestra investigacin ser documental e histrica, porque recolectaremos la

informacin que est producida en la fsica respecto a nuestro problema para

fundamentarlo.

Por esta razn aplicaremos el mtodo deductivo y la tcnica de observacin de

campo de laboratorio con sus respectivos instrumentos.

La investigacin del proyecto seguir por un camino cientfico, pues se basa en la

observacin del fenmeno que da una posible explicacin de ello, adems se

necesitar una recopilacin de su experimentacin y la generalizacin de su

principio, especialmente el de la cocina de induccin. Para una mejor compresin

mencionaremos los mtodos utilizados:

Mtodo cientfico: es un proceso destinado a explicar fenmenos, establecer

relaciones entre las variables y los hechos y enunciar leyes que expliquen los

fenmenos fsicos del mundo y permitan obtener, con estos conocimientos,

aplicaciones tiles al hombre.

Los cientficos emplean el mtodo cientfico como una forma planificada de

trabajar. Sus logros son acumulativos y han llevado a la Humanidad al momento

cultural actual.

Mtodo deductivo: consiste en la totalidad de reglas y procesos, con cuya ayuda

es posible deducir conclusiones finales a partir de unos enunciados supuestos

llamados premisas y aplicarlos a casos particulares.

Este mtodo es considerado como un mtodo cientfico que considera que la

conclusin se halla implcita dentro las premisas. Cuando las premisas resultan

25

25

verdaderas y el razonamiento deductivo tiene validez, no hay forma de que la

conclusin no sea verdadera.

La tcnica de la observacin: es una actividad realizada por un ser vivo que

detecta y asimila los rasgos de un elemento utilizando los sentidos como

instrumentos principales.

La observacin, como tcnica de investigacin, consiste en ver y or los hechos y

fenmenos que queremos estudiar, y se utiliza fundamentalmente para conocer

hechos, conductas y comportamientos colectivos. Esta tcnica es de mucha

ayuda para la investigacin de laboratorio ya que se basa en la observacin de

los fenmenos y sus variables.

A s mismo, esta proyecto est orientada a los hogares por el uso beneficioso y

eficacia que se va dando, por eso se incentiva la profundizacin del tema ya que

ha producido en los ltimos aos desde la creacin de la cocina de induccin, una

atraccin a este artefacto.

26

26

RECURSOS:

Recursos Humanos:

Asesor asignado: Ing. Jorge Granda

Investigadores:

Jos Andrs Cartuche Valverde

Deivy M. Paucar Salas

Recursos Materiales: Confidencial; para ms informacin sobre su construccin

contacten al autor del informe o visite a los constructores de las cocinas

27

27

REFERENCIAS

Alcano, J. (2009). Ley de induccin de Faraday. Recuperado de http://cmagne

tico.blogspot.com/2009/06/ley-de-induccion-de-faraday.html

Alonso, M. y Acosta, V. (1986). Introduccin a la Fsica II. Bogot, Colombia:

Editorial Cultural.

Annimo (2003). Tecnologas electrnicas aplicadas a coccin por induccin.

Recuperado de http://www.aragoninvestiga.org/Tecnologias-electronicas-

aplicadas-a-coccion-por-induccion/

Annimo (2004). Ley de Faraday-Henry: Corriente elctrica en una espira.

Recuperado de http://www.dfists.ua.es/experiencias_de_fisica/index14.html

Annimo (2006). Teora de la gran unificacin. Recuperado de

http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_gran_unificaci%C3%B3n

Annimo (2008). Electromagnetismo. Recuperado de http://www.sociedadelain

formacion.com/departfqtobarra/magnetismo/introduccion/introduccion.htm

Annimo (2008). Introduccin a la electricidad. Recuperado de http://ntic.educa

cion.es /w3/recursos/fp/electricidad/ud1/inicio_elect_1.html

Annimo (2009). Accin de un campo magntico sobre una corriente.

Recuperado de http://www.principia-malaga.com/k/images/pdf/web-accion-

campo-magnetico.pdf

Annimo (2010). Ley de Biot-Savart. Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki

/Ley_de_Biot-Savart

Annimo (2010). Ley de Faraday. Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/

Ley_de_Faraday

Annimo (2011). La cocina de Induccin. Recuperado de http://www.taringa.net

/posts/ciencia-educacion/6721877/La-cocina-a-induccion.html

Annimo (2012). Experimentos de Faraday. Recuperado de

http://fisicabonjovi.blogspot.com/2012/07/experimento-de-faraday-faraday-

en.html

Annimo (2013). Cocina de Induccin. Recuperado de http://es.wikipedia.org/wi

ki/Cocina_de_inducci%C3%B3n

28

28

Annimo (2013). Cocinas de induccin: Por qu no nos quemamos?.

Recuperado de http://www.soyteleco.net/articulos/curiosidades-y-

ciencia/cocinas-de-induccion-por-que-no-nos-quemamos.html

Annimo (2013). Induccin electromagntica. Recuperado de http://es.wikipedi

a.org/wiki/Inducci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica

Annimo (2013). Induction cooking. Recuperado de http://en.wikipedia.org/wiki/

Induction_cooking

Annimo (2013). Induction Cooking: Induction Cookware. Recuperado de http://

theinductionsite.com/induction-cookware.shtml

Annimo (2013). Induction. Recuperado de http://www.bigs.de/BLH/en/index.ph

p?option=com_content&view=category&layout=blog&id=65&Itemid=233,

Annimo (2013). Inductor. Recuperado de http://es.wikipedia.org/w/index.php?ti

tle=Inductor&oldid=73782437

Annimo (2013). Ley de Ampere. Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/Le

y_de_Amp%C3%A8re

Annimo (2013). Ley de Faraday (GIE). Recuperado de http://laplace.us.es/wiki

/index.php/Ley_de_Faraday_(GIE)#Cocinas_de_inducci.C3.B3n

Annimo (2013). Magnetosttica. Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/

Magnetost%C3%A1tica

Annimo (2013). Significado de Perseverancia. Recuperado de http://www.signi

ficados.info/perseverancia/

Annimo (2014). Appliance and Equipment Standards result in Large Energy,

Economic, and Environmental Benefits. Recuperado de http://energy.gov/node/

773531/residential/pdfs/cookgtsd.pdf

Annimo (2014). Interaccin Electromagntica. Recuperado de http://es.wikipe

dia.org/wiki/Interacci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica

Annimo (2014). Interacciones Fundamentales. Recuperado de http://es.wikipe

dia.org/wiki/Fuerzas_fundamentales

Burnett, R. (2002). Induccin Heating. Recuperado de http://www.richieburnett.

co.uk/indheat.html.

Garca, A. F. (2000). Ley de Faraday. Recuperado de http://teleformacion.edu.

aytolacoruna.es/FISICA/document/teoria/A_Franco/elecmagnet/fem/fem.htm

29

29

Gmez, A. (2011). Electroesttica. Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/E

lectrost%C3%A1tica

Gomez, A. (2014). Electromagnetismo. Recuperado de http://es.wikipedia.org/

wiki/Electromagnetismo.

Microsoft Corporation (Ed.) (2008). Electrodinmica cuntica. Microsoft Encarta

2009 Biblioteca Premium. Washington, Estados Unidos de Amrica.

Mitchell, A. A. (1965). Flue gas Analysis. Recuperado de http://www.asge-

national.org/Content/Library/Flue_Gas_Analysis.pdf

Muoz, J. (2013). Anlisis de la incidencia del uso de cocinas elctricas de

induccin. Recuperado de http://www.monografias.com/trabajos96/analisisincid

encia-del-uso-cocinas-electricas-induccion/analisis-incidencia-del-uso-cocinas-

electricas-induccion.shtml

Ori, J. (2009). Calentar el agua por induccin. Recuperado de http://www.ehow

enes panol.com/calentar-agua-induccion-sobre_147170/

R. Nave, O. (2000). Ley de Faraday. Recuperado de http://hyperphysics.phy-

astr.gsu.edu/hbasees/electric/farlaw.html

Saval, R. E. (2013). La Perseverancia. Recuperado de http://www.leonismoarge

ntino.com.ar/INST285.htm

Sawyers, H. (2010). How Induction Stoves Work: Elements of the Cooktop.

Recuperado de http://www.popularmechanics.com/home/improvement/electrical

-plumbing/how-induction-stoves-work-elements-of-the-cooktop

Sawyers, H. (2010). How Induction Stoves Work: How the Heat Happens.

Recuperado de http://www.popularmechanics.com/home/improvement/electrical

-plumbing/how-induction-stoves-work-how-the-heat-happens

Sawyers, H. (2010). Top 3 Induction Stove Myths. Recuperado de http://www.

popularmechanics.com/home/improvement/electrical-plumbing/top-3-induction-

stove-myths

Semiatin, S. & Zinn, L. (1998). Elements of Induction Heating Desing Control

and Applications. Estados Unidos de Amrica: Editorial ASM International.

Tarantola, A. (2006). How Induction Cooktops Make Meals with Magnets.

Recuperado de http://gizmodo.com/5955643/how-induction-cooktops-make-

meals-with-magnets

30

30

Waisman, I. (2012). Funcionamiento de estas cocinas a induccin. Recuperado

de http://www.taringa.net/posts/info/15443690/Funcionamiento-de-estas-

cocinas-a-induccion.html

Walker, E. (2013). Induction Cooking: Pross and Cons. Recuperado de http://th

einductionsite.com/proandcon.shtml