En Internet hay una cantidad increíble de información contradictoria. Los libros de texto no lo explican en profundidad, así que tengo que preguntar aquí.
Tengo un sistema de calentamiento por inducción que tiene un conducto de bobina al que se le aplica un voltaje de CA que frecuencia puedo regular y uso las ollas de cocina como carga.
Estoy interesado en el consumo de energía de diferentes ollas de cocina. Estoy más interesado en saber por qué las ollas de aluminio no pueden calentarse a las mismas frecuencias que las ollas con mayor permeabilidad.
Una razón podría ser las pérdidas por histéresis, pero muchos documentos dicen que las pérdidas por histéresis solo contribuyen hasta el 10% de las pérdidas de potencia totales dentro del recipiente. Entonces, si esto es verdad, esta no podría ser la razón.
Luego dicen que las pérdidas aumentan si la resistencia del bote aumenta. Pero eso no tiene sentido porque las macetas de plástico tendrían las mayores pérdidas debido a la alta resistencia. Mi pensamiento es que si la olla tiene una resistencia baja, entonces las corrientes serán más altas, lo que aumentará las pérdidas. Si una olla tiene alta resistencia, fluirá menos corriente y las pérdidas serán menores. Pero esto no es lo que observamos.
Entonces, ¿cuál es la razón de esto? Los materiales de baja resistencia inducen pérdidas pobres y los materiales de alta resistencia inducen pérdidas pobres. Si la resistencia no es lo que determina las pérdidas, ¿qué es?
EDITAR para mkeith: estoy más interesado en cómo se inducen las corrientes de Foucault dentro del material y cómo conduce a pérdidas, que a un producto real.
Pero para responder a su pregunta, las cocinas de inducción solo pueden calentar ollas de aluminio a altas frecuencias (alrededor de 100 kHz), mientras que el acero se puede calentar igual de bien a 18 kHz e inferior (utilizan 18 kHz + para evitar el ruido en el rango audible) .
Ahora, la inductancia con las ollas de acero es mucho mayor, y también lo es la resistencia que siente la bobina. Ahora, ¿qué pasa si ponemos una olla de aluminio? La resistencia y la inductancia disminuyen. Esto afecta a la frecuencia resonante del circuito resonante LC. La frecuencia de resonancia aumenta. También debido a la disminución de la resistencia, la corriente aumenta (si aumentamos la frecuencia para que coincida con la nueva frecuencia de resonancia). Esto significaría que debido a que tenemos una resistencia baja, la corriente consumida sería muy grande y debido a la resistencia tan baja, el calentamiento sería aún menor. La gran corriente aumenta las pérdidas negativas debido a la resistencia interna de la bobina y los elementos de conmutación solo pueden tomar una cantidad limitada de corriente.
Esto explica por qué no podemos calentar aluminio en bajas frecuencias. Aumentamos la frecuencia para aumentar la resistencia de las ollas de aluminio debido al aumento del efecto de la piel que nos permite tener una corriente más baja en los elementos de conmutación para la misma cantidad de potencia de calefacción.
Ahora entiendo esto, pero la verdadera pregunta que me interesa es la siguiente. Si tenemos una fuente de corriente que mantiene 10 A a una frecuencia fija. Y en un caso tenemos una olla de aluminio que causa un aumento de 0.3 ohmios en la resistencia sobre la primaria y en la otra una olla de acero que agrega 5 ohmios de resistencia sobre la primaria. En ambos casos, la resistencia interna de la primaria es despreciable.
Vemos que la olla de aluminio está tomando 30 W de potencia mientras que la olla de acero está tomando 500 W. ¿Pero qué sentido tiene esto desde la siguiente perspectiva?
La corriente es la misma en ambos casos, por lo que la fuerza electromotriz creada en ambas ollas es la misma. Debido a que las ollas tienen diferentes resistencias eléctricas, las corrientes de Foucault dentro de ellas también deberían ser diferentes. Las pérdidas se calculan por la corriente que fluye dentro de los potes al cuadrado por la resistencia de los potes.
Debido a que la resistencia del aluminio es menor, las corrientes en su interior son mayores, lo que significa que se deben crear más pérdidas en la olla de aluminio. Pero el resultado real es justo lo contrario. Esta es la parte principal de mi confusión.