Il riscaldo ad induzione è una tecnica usata per fornire calore rapido e controllato in molte situazioni produttive, dove siano richieste saldature, o più genericamente variazioni delle proprietà fisiche dei metalli e di ogni altro materiale elettricamente conduttivo. Il processo consiste nello sfruttare le correnti elettriche indotte nel materiale per generare calore. Nonostante i principi elementari dell’induzione siano noti da tempo, soltanto grazie alla moderna tecnologia elettronica dei componenti solidi il riscaldo ad induzione è potuto diventare un metodo davvero semplice ed economico per le innumerevoli applicazioni di incollaggio, trattamento termico, saldatura e prove sui materiali. Volete scoprire i vantaggi del riscaldo induttivo applicato anche a materiali non conduttivi?

I componenti di un sistema di riscaldo ad induzione

I componenti base di un sistema di riscaldo ad induzione sono un generatore di corrente alternata, una bobina induttrice (o “induttore”) e  un “carico” (ovvero il materiale che deve essere riscaldato). Il generatore fornisce la corrente alternata che attraversa la bobina , generando un campo magnetico nel suo intorno. Avvicinando un carico, esso viene percorso dalle cosiddette correnti parassite indotte dal campo magnetico, che producono un preciso, localizzato e controllabile aumento di temperatura nel materiale, senza alcun contatto fisico con la bobina.

La frequenza di lavoro

Esiste una relazione tra la frequenza della corrente alternata e la sua profondità di penetrazione nel materiale;le basse frequenze, da 5 a 30 kHz, sono adatte a materiali più spessi che richiedono una penetrazione profonda del calore, mentre frequenze più alte, da 100 a 400 kHz, sono adatte a parti piccole o a riscaldamenti superficiali. Per riscaldare parti estremamente piccole, Ameritherm offre generatori in grado di operare fino a 60 Mhz. Più alta è la frequenza più alto è il calore prodotto; pensate per analogia a quando ci sfreghiamo le mani per riscaldarle. Più velocemente sfreghiamo le mani, più calore generiamo.

I materiali magnetici e non magnetici

I materiali magnetici si riscaldano più facilmente di quelli non magnetici, a causa dell’effetto di isteresi magnetica. I materiali magnetici offrono una resistenza naturale al rapido cambiamento dei campi magnetici nell’intorno dell’induttore. L’attrito risultante produce un suo calore aggiuntivo – il riscaldamento per isteresi – che si somma al riscaldamento per le correnti parassite. Un metallo che offre una alta resistenza si dice che ha una alta “permeabilità” magnetica. La permeabilità magnetica per i materiali magnetici assume valori tra 100 e 500. I materiali non magnetici hanno permeabilità pari a 1. Il riscaldamento per isteresi si verifica per temperature al di sotto del “punto di Curie” – la temperatura alla quale il materiale magnetico perde le sue proprietà magnetiche.

La profondità di penetrazione

Il flusso di corrente indotta all’interno del materiale è molto concentrata sulla superficie e decresce rapidamente verso l’interno del materiale. Di conseguenza la superficie si scalda molto più velocemente della parte interna; l’80 % del calore prodotto nel materiale si genera nello strato superficiale. Si parla infatti di “effetto pelle“ del materiale. Lo spessore dell’effetto pelle diminuisce al decrescere della resistività, al crescere della permeabilità o al crescere della frequenza.

L’efficienza dell’accoppiamento

L’accoppiamento è il termine usato per indicare la relazione che esiste tra  la quantità di corrente che passa nel materiale e la distanza tra il materiale e l’induttore. In generale, più l’induttore è vicino al materiale, più corrente passa nel materiale, e di conseguenza più calore viene prodotto.

L’importanza della forma dell’induttore

La bobina induttrice, detta “induttore”, è generalmente ottenuta da un tubo di rame elettrolitico, di forma circolare e diametro 3-5 mm, nel quale passa l’acqua di raffreddamento. La dimensione e la forma dell’induttore – con spira singola o multipla, elicoidale, rotonda o quadrata, interna o esterna (al pezzo) – deve essere adeguatamente definita in base al pezzo da riscaldare e alle altre variabili del processo produttivo. Con una buona progettazione dell’induttore, si può ottenere un idoneo profilo di riscaldo e massimizzare l’efficienza del generatore di frequenza, senza rendere difficoltoso l’inserimento e la rimozione del pezzo da riscaldare. Per saperne di più circa questo importante aspetto del riscaldo ad induzione puoi consultare il documento "Coil Design And Fabrication" (EN).

Il generatore di frequenza

Il generatore di frequenza produce il campo magnetico attorno al pezzo da riscaldare, attraverso la corrente alternata che viene fatta passare nell’induttore. La potenza in uscita del generatore determina la velocità relativa di riscaldamento del pezzo. Ad esempio, il processo tipico di applicazione di brasatura che utilizza un generatore da 3 kW, può essere velocizzato con l’uso di un generatore da 5 kW.  Tuttavia, l’uso di maggior potenza può richiedere l’incremento della fornitura elettrica, maggiore dimensioni e peso  e altre esigenze conseguenti; generatori di maggior potenza utilizzano normalmente tensione trifase e apparati di raffreddamento dell’acqua più sofisticati. Per maggiori informazioni circa la nostra gamma di generatori vai alla pagina Catalogo prodotti.

Punti chiave da definire per il riscaldo ad induzione

Come determinare la potenza necessaria

Sono parecchie le variabili che devono essere considerate per determinare la quantità di energia necessaria per una particolare applicazione: la temperatura che deve essere raggiunta; la massa, il calore specifico e le proprietà elettriche del pezzo da riscaldare; l’efficienza di accoppiamento dell’induttore da usare. Inoltre, devono essere considerate anche le perdite termiche dovute alla conduzione del calore lungo i sistemi di fissaggio del pezzo, e perdite dovute alla convezione e alla radiazione del calore. NOTA BENE: i nostri tecnici del laboratorio applicativo hanno una grande esperienza nel quantificare queste variabili e sono a vostra disposizione – continua a leggere!

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