Come funziona un riscaldatore a induzione: La facile magia del calore a induzione

Vi siete mai chiesti come fa un pezzo di metallo a diventare rovente in pochi secondi senza fuoco? Non è un trucco, è scienza. Si chiama calore a induzione. Questo metodo di riscaldamento è rapido, pulito e molto potente. Molte fabbriche e officine in tutto il mondo lo utilizzano.

Questo articolo vi mostrerà esattamente come funziona un riscaldatore a induzione. Utilizzeremo parole semplici e buoni esempi. Imparerete le prime cose da sapere su questa grande tecnologia. Scoprirete anche perché di solito è una scelta migliore rispetto ai metodi di riscaldamento tradizionali. Al termine della lettura, comprenderete uno strumento di riscaldamento molto importante, utilizzato oggi nelle aziende.

Quali sono le basi del riscaldamento a induzione?

Le basi del riscaldamento a induzione sono facili da imparare. Il riscaldamento a induzione è un processo utilizzato per riscaldare qualcosa che può trasportare elettricità. Di solito si tratta di un pezzo di metallo. È un tipo di riscaldamento senza contatto. Ciò significa che nessun fuoco o oggetto caldo tocca la parte da riscaldare. Al contrario, utilizza un tipo di energia unico per generare calore dall'interno dell'oggetto.

Immaginate una speciale bobina ricavata da un tubo di rame. Una corrente elettrica attraversa questa bobina. In questo modo si forma un campo magnetico intorno alla bobina. Quando si mette un pezzo di metallo in questo campo, accade qualcosa di sorprendente. Il campo fa sì che delle piccolissime correnti elettriche si muovano in cerchio all'interno del metallo. Queste correnti causano attrito e calore. Questo è il segreto del funzionamento del calore a induzione. È un metodo di riscaldamento molto diretto e a risparmio energetico.

Qual è la breve storia dell'induzione?

La scienza che rende possibile il calore per induzione non è un'idea nuova. La storia dell'induzione ha inizio molto tempo fa, negli anni Trenta del XIX secolo. Uno scienziato di nome Michael Faraday scoprì qualcosa di interessante. Vide che un campo magnetico mutevole poteva indurre una corrente elettrica in un materiale vicino che conduceva elettricità. Questa è l'idea principale alla base del funzionamento di molte cose, dai motori elettrici alle macchine che producono calore per induzione.

Per molto tempo, questo è stato solo un fatto interessante per gli scienziati. Ma all'inizio del 1900, gli ingegneri scoprirono come rendere questo processo molto più forte. Costruirono i primi sistemi di riscaldamento a induzione. Le fabbriche li usarono per produrre parti di carri armati e aerei durante le guerre. Da allora, la tecnologia del riscaldamento a induzione è migliorata molto. Oggi il riscaldamento a induzione è utilizzato per molti tipi di applicazioni di riscaldamento.

Come fa una bobina a induzione a indurre effettivamente il calore?

La parte più importante di qualsiasi riscaldatore a induzione è la bobina di induzione. Questa bobina ha il compito più importante da svolgere. Una corrente elettrica alternata attraversa la bobina. Questo crea un forte campo magnetico intorno alla bobina che cambia molto rapidamente. Questo campo speciale, il campo magnetico alternato, è ciò che avvia il processo di riscaldamento. La bobina non si riscalda da sola. Al contrario, fa sì che il pezzo da lavorare inserito al suo interno diventi molto caldo.

Quando si colloca un materiale conduttivo come l'acciaio o il rame all'interno della bobina a induzione, due cose lavorano insieme per produrre calore a induzione.

1. Correnti indotte (riscaldamento Joule): Il campo magnetico della bobina fa muovere piccole correnti in cerchio all'interno del metallo. Queste correnti sono chiamate correnti parassite. Il metallo cerca di fermare queste correnti. Questa lotta per fermare le correnti produce molto calore. Questo fenomeno è noto anche come riscaldamento a joule o a resistenza. Il calore è generato dalla resistenza della corrente nel pezzo.
2. Riscaldamento isteretico: Si verifica solo con i metalli magnetici, come il ferro. Il campo magnetico della bobina fa girare piccoli magneti all'interno del metallo. Si muovono avanti e indietro milioni di volte al secondo. Questo rapido capovolgimento crea attrito all'interno del materiale. Questo attrito crea ancora più calore per induzione. Questo riscaldamento isteretico si aggiunge all'effetto di riscaldamento totale delle correnti parassite per riscaldare il pezzo ancora più rapidamente.

Che ruolo hanno gli alimentatori in un sistema di riscaldamento a induzione?

Un sistema di riscaldamento a induzione non è costituito solo da una bobina. Ha anche bisogno di qualcosa che funga da cervello e da alimentazione. Gli alimentatori svolgono entrambi questi compiti. Prendono la normale elettricità da una presa a muro. Poi, la trasformano nel tipo speciale di elettricità che la bobina a induzione deve avere. Gli alimentatori a induzione sono una parte fondamentale del controllo del calore a induzione.

L'alimentatore è responsabile di due aspetti principali: la frequenza e la potenza. La frequenza indica la velocità con cui la corrente cambia direzione nella bobina. La potenza è l'energia totale inviata alla bobina. Lavori diversi richiedono impostazioni diverse. Ad esempio, il riscaldamento a induzione ad alta frequenza produce calore solo sulla pelle esterna di una parte metallica. Una frequenza di induzione più bassa consente al calore di induzione di scendere in profondità nel pezzo. L'alimentatore lavora con una parte speciale chiamata circuito del serbatoio. Insieme, inviano la giusta quantità di potenza di riscaldamento.

Perché la progettazione della bobina è così importante per le soluzioni di riscaldamento a induzione?

La bobina è la parte più importante per qualsiasi lavoro di riscaldamento a induzione. Si può pensare alla bobina di riscaldamento a induzione come allo strumento di riscaldamento principale. La forma e le dimensioni della bobina controllano la direzione del calore a induzione. Inoltre, controlla il buon funzionamento del processo. Un buon design della bobina è il segreto per ottenere un ottimo risultato. Se la bobina ha la forma sbagliata per il pezzo, si perderà energia e il risultato non sarà buono.

L'obiettivo principale è far sì che il campo generato dalla bobina concentri la sua energia. Deve concentrarsi sull'area esatta del pezzo da riscaldare. Per un'asta lunga e diritta, una semplice bobina di riscaldamento rotonda è la soluzione migliore. Per un pezzo piatto, una bobina "pancake" piatta potrebbe essere una scelta migliore. Anche lo spazio tra la bobina e il pezzo è molto importante. Il pezzo si riscalda maggiormente per induzione quando è più vicino alla bobina. La bobina genera una corrente molto forte. Per questo motivo, di solito è costituita da un tubo di rame cavo. In questo modo è possibile utilizzare il raffreddamento ad acqua per evitare che la bobina si sciolga.

In che modo la tempra a induzione utilizza questa tecnologia?

Un lavoro molto comune per il calore a induzione è la tempra a induzione. Si tratta di un metodo utilizzato per rendere l'esterno di una parte metallica molto duro e resistente. Parti come ingranaggi o assi hanno bisogno di una superficie dura per non usurarsi. Allo stesso tempo, si desidera che l'interno del pezzo sia un po' più morbido per evitare che si rompa.

Nella tempra a induzione si utilizza una bobina di lavoro appositamente realizzata. Questa riscalda rapidamente solo la superficie del pezzo. Il calore dell'induzione viene indirizzato con molta attenzione. La superficie diventa molto calda in pochi secondi. Subito dopo, il pezzo viene raffreddato molto rapidamente con acqua o olio. Questo rapido riscaldamento e raffreddamento modifica il modo in cui il metallo è costruito sulla superficie, rendendolo molto duro. L'interno del pezzo non si scalda e rimane morbido. In questo modo si ottiene il meglio di entrambe le cose: un pezzo duro con una superficie che dura a lungo.

La fusione a induzione è un uso comune di questa potenza di riscaldamento?

Sì, la fusione a induzione è un altro modo molto importante di utilizzare la tecnologia di riscaldamento a induzione. Le stesse idee utilizzate per riscaldare un pezzo di metallo possono essere utilizzate anche per fonderlo. Per questo tipo di lavoro si utilizza un sistema di riscaldamento a induzione molto potente. È dotato di una pentola speciale chiamata crogiolo. Il materiale conduttivo viene inserito nel crogiolo e il crogiolo viene inserito nella bobina.

Il forte calore dell'induzione fa salire rapidamente la temperatura del metallo fino al punto di fusione. Uno dei vantaggi speciali del riscaldamento a induzione per la fusione è il modo in cui il campo magnetico agita il metallo liquido. Questa azione di agitazione mescola molto bene il metallo. Ciò consente di ottenere un prodotto finale di qualità superiore e più uniforme. Un sistema di fusione a induzione è pulito e non spreca molta energia. La perdita di calore è minima rispetto ai vecchi forni.

Quali sono i vantaggi del riscaldamento a induzione rispetto a quello tradizionale?

Se si confronta il calore a induzione con metodi di riscaldamento più vecchi, come i forni a gas o il riscaldamento a fiamma, si notano grandi differenze. Il riscaldamento a induzione ha molti punti di forza che lo rendono una scelta migliore per molti lavori nel settore del riscaldamento a induzione.

Ecco un semplice grafico che mostra le principali differenze:

Come si può vedere, i vantaggi del riscaldamento a induzione lo rendono oggi una scelta privilegiata per la produzione di oggetti. È un modo più intelligente di utilizzare il calore a induzione.

A che profondità arriva il calore dell'induzione? Capire la profondità del riscaldamento

Spesso ci si chiede quale sia la profondità di riscaldamento. Fino a che punto si spinge il calore dell'induzione all'interno del metallo? È una domanda molto importante. È controllata dalla frequenza della corrente alternata all'interno della bobina. Gli ingegneri possono controllare con molta attenzione la profondità di penetrazione del riscaldamento.

La regola è molto semplice:

• Alta frequenza: Questo metodo produce un calore di induzione poco profondo. Il flusso di corrente rimane molto vicino alla superficie del materiale del pezzo. È ideale per indurire la superficie dei pezzi più piccoli. È anche utile per i lavori in cui si desidera che si scaldi solo lo strato esterno.
• Bassa frequenza: Questo metodo produce un calore di induzione profondo. Il flusso di corrente si spinge molto più in profondità nel metallo. Si utilizza per lavori come la forgiatura a induzione. La forgiatura avviene quando è necessario riscaldare un grosso pezzo di metallo fino in fondo prima di modellarlo. Si usa anche per fondere pezzi più grandi.

Scegliendo la frequenza giusta, un sistema a induzione può essere impostato per riscaldare un pezzo nel punto esatto in cui è necessario. Questo livello di controllo è uno dei maggiori vantaggi del riscaldamento a induzione.

Quali sono i principali vantaggi del riscaldamento a induzione?

Abbiamo parlato di molti aspetti positivi del riscaldamento a induzione. Vediamo di elencare i principali vantaggi del riscaldamento a induzione, in modo che siano facili da ricordare. L'uso del riscaldamento a induzione offre molti vantaggi a officine e fabbriche.

• Rapidità e risparmio energetico: il riscaldamento a induzione è molto veloce. Invia il calore proprio dove lo si desidera. Ciò significa che l'energia dispersa è minima, il che consente di risparmiare denaro. Quanto è efficiente il riscaldamento a induzione? In molti casi, oltre l'80% dell'energia svolge il vero lavoro di riscaldamento.
• Esatta e controllata: È possibile controllare molto bene il punto esatto, la temperatura e la quantità di calore. Ciò consente di realizzare pezzi migliori con meno scarti.
• Sicuro e pulito: Non ci sono fiamme libere, quindi il posto di lavoro è molto più sicuro. È un tipo di riscaldamento senza fiamma. Il processo è anche molto pulito e non produce fumo o inquinamento.
• Sempre uguale: Dopo aver impostato l'apparecchiatura di riscaldamento a induzione per un compito, è possibile eseguire lo stesso processo di riscaldamento più volte. Ogni parte sarà riscaldata nello stesso identico modo. Questo è molto importante per garantire una qualità elevata.
• Può essere utilizzato per molti lavori: Il campo di applicazione del riscaldamento a induzione è molto ampio. L'induzione viene utilizzata per molti compiti diversi. Possono essere piccoli come l'unione di minuscole parti elettroniche o grandi come la fusione di tonnellate di acciaio. Altre tecniche di riscaldamento non sono in grado di svolgere così tanti lavori diversi.

Punti chiave da ricordare

• Il calore a induzione utilizza un campo magnetico proveniente da una bobina. Questo campo viene utilizzato per indurre un flusso di corrente elettrica all'interno di una parte metallica.
• Questa corrente interna è chiamata corrente parassita. Produce calore perché il metallo si oppone ad essa. Si tratta di un tipo di riscaldamento joule.
• La bobina è la parte più importante. La sua forma e il modo in cui è realizzata decidono dove andrà il calore.
• Il riscaldamento a induzione è molto più rapido, pulito, sicuro e consuma meno energia rispetto ai metodi di riscaldamento tradizionali, come le fiamme o i grandi forni.
• La frequenza dell'alimentazione controlla la profondità del riscaldamento. In questo modo è possibile scegliere se riscaldare solo la superficie o anche l'interno.
• Questa straordinaria tecnologia a induzione viene utilizzata per molti lavori, come la tempra a induzione, la fusione a induzione e la forgiatura a induzione.