1. ¿Por qué el calor nace dentro de la olla y no en el fuego?
Con una llama o una resistencia eléctrica, el calor se produce fuera de la olla y pasa a ella por contacto. En la inducción es distinto. Según el IEEE (una gran asociación internacional de ingeniería), el método consiste en exponer un material que conduce la electricidad a un campo magnético que cambia con el tiempo. Ese campo provoca dentro del metal corrientes eléctricas en forma de remolino, llamadas corrientes de Foucault o corrientes parásitas, y el metal se calienta porque se resiste al paso de esas corrientes [3].
El IEEE incluye entre las aplicaciones de este método las cocinas de inducción domésticas [3]. La idea, entonces, es esta: bajo la placa hay una bobina por la que circula corriente alterna, esa bobina crea un campo magnético que cambia sin parar, y el fondo metálico de la olla se convierte en la fuente de calor.
Queda una pregunta: ¿por qué un campo magnético que cambia puede producir corriente en un trozo de metal que ni siquiera está conectado a nada?
2. ¿Qué descubrió Faraday en 1831 y qué tiene que ver con la cocina?
El IET fecha en el 29 de agosto de 1831 el descubrimiento de la inducción electromagnética por Michael Faraday, con su «anillo de inducción» [1]. Un comentario publicado por la Royal Society cuenta cómo era el montaje: un anillo de hierro sin imantar con dos bobinas de hilo enrolladas en lados opuestos, una conectada a una batería y la otra a un galvanómetro, un aparato que detecta corrientes pequeñas [2].
Lo sorprendente es cuándo se movía la aguja. Según ese comentario, la corriente en la segunda bobina aparecía solo mientras la batería se conectaba o se desconectaba. Cuando la corriente de la primera bobina fluía de manera constante, la aguja volvía a quedarse quieta [2]. Es decir, lo que producía corriente no era el campo magnético en sí, sino que el campo cambiara. El mismo comentario añade que, al sustituir el hierro por cobre, el efecto resultaba mucho más débil [2].
Faraday descubrió una corriente, no un calentamiento. El uso para calentar vino después. Ahora se entiende la cocina: la corriente alterna cambia de sentido muchas veces por segundo, así que el campo de la bobina cambia todo el tiempo y la olla recibe corriente sin pausa. Es como repetir el interruptor de Faraday a una velocidad enorme. Esta última comparación es una forma de imaginarlo, no una afirmación de las fuentes. ¿Y en qué se usó primero este fenómeno, además de en la cocina?
3. ¿Cómo se usa la misma idea en una fábrica?
El IEEE señala que una de las aplicaciones del calentamiento por inducción es el endurecimiento selectivo de piezas de acero [3].
La página de divulgación técnica tec-science describe el proceso: una pieza se calienta con corrientes inducidas por una corriente alterna de alta frecuencia que circula por un inductor de cobre. Después, la superficie caliente se enfría de golpe con chorros de agua que se mueven junto al inductor [4]. El enfriamiento brusco es lo que deja dura la capa calentada.
El mismo texto compara el proceso con el temple a la llama: según tec-science, la potencia de calentamiento puede ser unas diez veces mayor, y la página señala que el proceso es más rápido y causa menos deformación [4]. Pero hay algo que no queda claro todavía. Si el campo magnético atraviesa toda la pieza, ¿por qué se calentaría solo la superficie?
4. ¿Por qué una corriente muy rápida se queda en la superficie del metal?
Con corriente continua, la corriente se reparte de forma pareja por todo el grosor de un conductor. Con corriente alterna, cuanto más alta es la frecuencia, más se concentra la corriente hacia la parte exterior. Este fenómeno se llama efecto piel [4] [3]. La frase de tec-science lo resume bien: cuanto mayor es la frecuencia, más fuerte es el efecto piel y más delgada es la capa que se endurece [4].
Como el calor aparece donde pasa la corriente, una frecuencia alta calienta una capa fina cerca de la superficie. El IEEE lo expresa así: con la frecuencia de la red eléctrica, las corrientes penetran hondo y calientan toda la sección de la pieza; con radiofrecuencias, el calor se queda en una capa delgada [3].
Para imaginarlo, piensa en un lago helado en el que solo la capa de arriba está caliente y debajo sigue el frío. Es solo una imagen: dentro del metal no hay un borde nítido, la corriente va disminuyendo poco a poco con la profundidad. ¿Cuánta profundidad corresponde a cada frecuencia?
5. ¿Qué profundidad alcanza el calor con cada frecuencia?
Según tec-science, la profundidad de temple depende de la frecuencia [4]:
- con 50 Hz, la frecuencia de la red en Europa, entre unos 10 mm y 20 mm;
- con frecuencias medias, de 1 kHz a unos 10 kHz, entre unos 5 mm y 1 mm;
- con altas frecuencias, hasta varios MHz, unas pocas décimas de milímetro.
La misma página lo dice con una frase corta: la profundidad de temple se controla con la frecuencia de la corriente alterna [4]. Son cifras orientativas de una página de divulgación y de la profundidad real también influyen el material, la potencia y el tiempo de calentamiento. Lo que sí queda claro es la tendencia: más frecuencia, calor más superficial.
6. ¿Para qué sirve endurecer solo la superficie de una pieza?
Según el IEEE, el calentamiento por inducción de alta frecuencia permite endurecer de forma selectiva piezas de acero y deja sin cambios la estructura interior del núcleo [3]. Es la ventaja que justifica el proceso: una superficie dura resiste mejor el roce, mientras que el interior sigue siendo el del acero original. Piensa en un engranaje, cuyos dientes se rozan una y otra vez.
Tec-science avisa de un detalle: una superficie muy dura puede quedar con tensiones internas altas, y a veces hace falta un revenido, un calentamiento suave posterior, para aliviarlas [4]. La fuente no dice qué piezas concretas se tratan así, así que no daremos ejemplos de piezas de vehículos u otras máquinas.
Con esto se completa el hilo: en la cocina interesa calentar el fondo de la olla, y en la fábrica, una capa de profundidad elegida con precisión. La idea física es la misma y la frecuencia es un mando importante. Ten en cuenta que estas fuentes explican la cocina de forma general y no dicen qué frecuencia usa cada modelo, así que no daremos ese dato.
7. ¿Cómo puedes seguir investigando por tu cuenta?
Si en tu casa o en la casa de un familiar hay una cocina de inducción, pídele a un adulto que te deje mirar la ficha del aparato o el manual y buscar la palabra «inducción». No toques la placa ni las ollas después de cocinar: aunque la llama no exista, el metal sigue caliente un buen rato.
Una pregunta para pensar: si el campo magnético tiene que cambiar para producir corriente, ¿por qué crees que una cocina de inducción necesita corriente alterna y no corriente continua?
Para leer más: el comentario de la Royal Society sobre el trabajo de Faraday [2] está en inglés y cuenta con detalle el experimento del anillo. La página de tec-science [4], también en inglés, tiene dibujos del efecto piel y del temple por inducción.