EOW May 2007

italiano

resistività del conduttore, dalla frequenza della corrente alternata e dalla permeabilità effettiva del conduttore. La profondità effettiva di penetrazione della corrente, sotto formametrica, è fornitadalla seguente formula:

Inoltre, utilizzate profondità di penetrazione di corrente diverse per diversi materiali e temperature a varie frequenze. Nel processo di riscaldamento ad indu- zione, un componente metallico posto all’interno di una bobina d’induzione o adiacente alla stessa viene riscaldato grazie al passaggio di corrente induttrice attraverso ad essa, la quale introduce a sua volta della corrente aggiuntiva all’interno del componente. Il calore è generato dalla resistenza a tale corrente indotta secondo la legge I²R (dove I = Corrente e R = Resistenza) e inoltre per perdita di isteresi nei materiali magnetici: un effetto che scompare alla temperatura di Curie (circa 1.400°F / 760°C). Selezione della potenza (per fili riscaldati completamente) Una volta determinata la frequenza corretta e selezionate le unità di potenza appropriate, il passo successivo consiste nel considerare le esigenze di potenza, e innanzi tutto, nel determinare il contenuto di calore del conduttore. Il contenuto di calore di un filo in movimento è semplicemente una funzione della quantità di materiale, del calore specifico e dell’aumento della temperatura. Tuttavia questo calcolo apparentemente semplice è complicato dal fatto che il calore specifico varia all’aumentare della temperatura. Considerando come esempio un acciaio a medio contenuto di carbonio, il calore specifico varia in funzione di un fattore pari a 1,3 da 68°F (20°C) a 1.022°F (550°C), e 1,5 da 68°F (20°C) a 1.652°F (900°C). possono essere

Di conseguenza, al fine di determinare il contenutodi caloreper riscaldare l’acciaioal carbonioa 1.022°F (550°C) e 1.652°F (900°C), come metodo empirico approssimativo, si possono utilizzare valori di calore specifico pari a 0,58 e 0,63. Accentando questa regola, il contenuto di calore del filo riscaldato a 1.022°F (550°C) sarà pari a 2,31 x lb/min (1,05 x kg/min), mentre a 1.652°F (900°C) sarà pari a 4,27 x lb/min (1,94 x kg/min) con un risultato espresso in kW. Una volta determinato il contenuto di calore del prodotto, il passo successivo consiste nel determinare la potenza di uscita dell’unità di potenza stabilendo un rendimento termico corrispondente all’uscita dell’unità di potenza. Rendimento termico Un tipico sistema ad induzione consiste in un’unità di potenza, in un sistema di riscaldamento a serpentina e negli equipaggiamenti necessari per“accoppiare” la serpentina di riscaldamento (ed il filo trattato) all’unità di potenza. L’unità di potenza è anche nota come convertitore, invertitore o generatore. convertire un’alimentazione trifasica di 50 o 60Hz ad una frequenza di uscita nominale da 250Hz a 800kHz in una sola fase, con potenze d’uscita da 1kWa 4MW, in una vasta gamma di combinazioni di frequenze di potenza, e con la possibilità di combinazioni a doppia frequenza. Queste unità di potenza possono essere costituite da tiristori o da transistori. Il sistema a serpentina di riscaldamento utilizzato per applicazioni di riscaldamento dei fili, consiste in un tubo di rame avvolto a spirale. Di forma rotonda, quadrata o rettangolare, il tubo presenta spesso delle piattine di rame aggiuntive con brasatura sul diametro interno della spirale. La lunghezza della bobina, il diametro interno, il numero di spire e la percentuale di rame rispetto allo spazio libero lungo il diametro interno della spirale sono tutti parametri importanti in termini di rendimento del sistema. Tutte le unità di potenza funzionano in una banda di frequenze di, ad esempio, 7-11kHz, 20-25kHz, e 40-50kHz per frequenze di uscita nominali di unità rispettivamente di 10kHz, 25kHz e 50kHz. Al fine di ottenere un funzionamento all’interno di questa banda, l’induttanza della bobina, la tensione di funzionamento della bobina e la capacità (KVAR) del circuito serbatoio dell’unità di potenza, possono essere variati per adattarsi alle esigenze specifiche delle dimensioni del filo, dei materiali, dei tassi di produttività e delle temperature. Quest’unità consente di

F μ π ρ 10 r

20 1

=

Nella precedente formula: p = profondità di penetrazione della corrente r = resistività espressa in microhom/cm µ = permeabilità effettiva (µ = 1 per materiali non magnetici) Selezionando la frequenza corretta, è possibile controllare la quantità di materiale riscaldato: frequenze elevate determinano bassi livelli di penetrazione effettiva, mentre frequenze inferiori implicano una penetrazione più profonda. Considerando la formula, circa il 90% del calore totale è generato alla profondità “p”, con profondità superiori riscaldate per conduzione attraverso il materiale. Tuttavia, per ottenere un riscaldamento efficace attraverso tutto il materiale è necessario evitare la sovrapposizione di correnti opposte che fluiscono sulle superfici opposte del conduttore al fine di impedire l’annullamento della corrente. Generalmente il valore “p” dovrebbe essere inferiore alla metà del raggio del conduttore, sebbene questa regola non sia sempre applicata.

Figura 1 . Linea di processo di indurimento e rinvenimento per fili ▼

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EuroWire – Maggio 2007