Teoría y Aplicaciones de las Corrientes de Foucault

Definición de Corriente de Foucault

De acuerdo con la ley de Lenz, cuando un bucle conductor se expone a un campo magnético cambiante, genera una f.e.m. que induce una corriente que se opone al cambio. De manera similar, cuando un campo magnético cambia a través de un cuerpo conductor, como un filamento o una lámina, provoca que fluyan corrientes a través de las secciones transversales del material.

Estas corrientes reciben el nombre de corrientes de Foucault, en analogía con los remolinos de agua, pequeños remolinos observados en lagos y océanos. Estos bucles de corriente de Foucault pueden ser tanto beneficiosos como indeseables.

Aunque causan pérdidas de calor indeseables en materiales como el núcleo de un transformador, las corrientes de Foucault encuentran aplicaciones en diversos procesos industriales como calentamiento por inducción, metalurgia, soldadura, frenado, etc. Este artículo trata sobre la teoría y aplicaciones del fenómeno de las corrientes de Foucault.

Pérdida por Corriente de Foucault en Transformadores

El campo magnético dentro del núcleo de un transformador induce una f.e.m., lo que lleva a corrientes de Foucault según la ley de Faraday y la ley de Lenz. En la sección del núcleo, el campo magnético B(t) proveniente de la corriente i(t) en el bobinado genera corrientes de Foucault ieddy.

Las pérdidas debido a las corrientes de Foucault se pueden expresar de la siguiente manera :

Donde, ke = constante que depende del tamaño e inversamente proporcional a la resistividad del material,

f = frecuencia de la fuente de excitación,

Bm = valor pico del campo magnético y

τ = espesor del material.

La ecuación anterior muestra que la pérdida por corriente de Foucault depende de la densidad de flujo, la frecuencia y el espesor del material, e inversamente proporcional a la resistividad del material.

Para reducir las pérdidas por corriente de Foucault en los transformadores, el núcleo se fabrica con placas delgadas apiladas llamadas laminaciones. Cada placa está aislada para restringir las corrientes de Foucault a áreas transversales pequeñas, minimizando su trayectoria y reduciendo las pérdidas.

Esto se representa en la figura siguiente :

Para aumentar la resistividad del material, se utiliza acero de grado CRGO (granos orientados laminados en frío) como núcleo del transformador.

Propiedades de las Corrientes de Foucault

• Estas solo se inducen dentro de los materiales conductores.

• Se distorsionan por defectos como grietas, corrosión, bordes, etc.

• Las corrientes de Foucault disminuyen con la profundidad, siendo la intensidad más alta en la superficie.

Estas propiedades permiten que las corrientes de Foucault se utilicen en la industria eléctrica, aeroespacial y petroquímica para detectar grietas y daños en metales.

Aplicaciones de las Corrientes de Foucault

Levitación Magnética: Es un tipo repulsivo de levitación que se aplica en los trenes de alta velocidad Maglev para proporcionar transporte sin fricción. El flujo magnético cambiante producido por un imán superconductor colocado en el tren en movimiento produce corrientes de Foucault en la hoja conductora estacionaria sobre la cual el tren se levita. Las corrientes de Foucault interactúan con el campo magnético para generar fuerzas de levitación.

Tratamiento de Cáncer por Hipertermia: Se utiliza el calentamiento por corrientes de Foucault para el calentamiento de tejidos. Las corrientes de Foucault se inducen en tubos conductores por bobinados de alambre proximales conectados a un condensador para formar un circuito resonante, que está conectado a una fuente de radiofrecuencia.

Frenado por Corriente de Foucault: La energía cinética se convierte en calor debido a las pérdidas por corriente de Foucault, lo que tiene numerosas aplicaciones en la industria.

• Frenado de trenes.

• Frenado de montañas rusas.

• Cerrado de emergencia de sierras eléctricas o taladros.

  
  

Calentamiento por Inducción: Este proceso calienta eléctricamente un cuerpo conductor induciendo corrientes de Foucault con un electromagneto de alta frecuencia. Se utiliza principalmente para cocinar por inducción, hornos para fundir metales, soldadura y bronceado.

Unidades de Velocidad Ajustable por Corriente de Foucault: Con la ayuda de un controlador de retroalimentación, se puede lograr una unidad de velocidad ajustable acoplada por corriente de Foucault. Encuentra aplicaciones en conformado de metales, transportadores, procesamiento de plásticos, etc.

Detectores de Metales: Detecta la presencia de metales en rocas, suelos, etc., con la ayuda de la inducción de corrientes de Foucault en el metal si está presente.

Aplicaciones de Procesamiento de Datos: La prueba no destructiva por corriente de Foucault se utiliza para investigar la composición y dureza de estructuras metálicas.