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EuroWire – Maggio 2007
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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:
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.
Inoltre,
possono
essere
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).
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.
Quest’unità
consente
di
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.
F
r
μ
π ρ
10
20
1
=
Figura 1
.
Linea di processo di indurimento e rinvenimento per fili
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