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Come funziona un fornello ad induzione?

Il fornello a induzione sfrutta il principio dell'induzione elettromagnetica per scaldare le pentole utilizzate per la cottura dei cibi. Nella bobina conduttrice è fatta scorrere una corrente elettrica alternata, ad una frequenza in genere situata tra i 20 kHz e i 50 kHz.La corrente produce un campo magnetico altrettanto variabile nel tempo. Secondo la legge di Faraday o l'equivalente seconda equazione di Maxwell: una variazione nel tempo del flusso di campo magnetico su una superficie produce un campo elettrico non conservativo (a rotore non nullo) su di essa, ossia la circuitazione lungo un percorso chiuso risulta in una forza elettromotrice indotta non nulla. Questa produce correnti elettriche indotte sul fondo del recipiente conduttore posto sul fornello e, per effetto Joule, l'energia elettrica si trasforma in calore provocando il riscaldamento del recipiente e del contenuto.

 

Poiché i fornelli a induzione odierni raggiungono potenze di 1,5 kW - 2 kW, occorre che la bobina che genera il campo magnetico abbia una bassa resistenza elettrica alla frequenza di lavoro, per ottenere un alto rendimento di tutto il fornello, ed evitare che una parte della potenza sia dissipata internamente alla bobina stessa producendo il suo riscaldamento anziché quello del recipiente. A tal fine la bobina è realizzata con un avvolgimento di filo litz di rame, ed è posta immediatamente al di sotto della superficie vetrosa del piano di cottura per migliorare l'accoppiamento magnetico col contenitore.

induzioneSe un conduttore che trasporta corrente è collocato in un campo magnetico, sperimenta una forza dovuta al campo magnetico. D'altra parte, se un conduttore si muove in un campo magnetico, una fem viene indotta attraverso il conduttore (la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica).
Per capire il verso del flusso è stata coniata la Regola della mano destra di Fleming (per generatori ); essa mostra la direzione della corrente indotta quando un conduttore collegato ad un circuito si muove in un campo magnetico . Può essere usata per determinare la direzione della corrente negli avvolgimenti del generatore. Quando un conduttore quale un filo collegato ad un circuito muove attraverso un campo magnetico, una corrente elettrica viene indotta nel filo a causa della Legge di Faraday . La corrente nel filo può avere due possibili direzioni. Regola della mano destra di Fleming dà la direzione in cui scorre la corrente. La mano destra è tenuta con il pollice , indice e dito medio mutuamente perpendicolari tra loro (ad angolo retto), come mostrato nel diagramma.

La generazione della corrente alternata e la sua regolazione in potenza, per graduare l'intensità di riscaldamento, è affidata ad un sistema elettronico contenuto nel fornello stesso, in genere azionabile con comandi touch. Oggigiorno molti prodotti commerciali effettuano la regolazione semplicemente riducendo il duty cycle, ossia la frazione di tempo in cui il fornello resta acceso alla massima potenza. Questa continua accensione/spegnimento è pulsata con una cadenza di circa una volta ogni secondo, normalmente non visibile, ed è di fatto percepita come abbassamento uniforme della potenza riscaldante.

 

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Nell'Unione europea le misure di efficienza si conformano al Regolamento europeo 66/2014 che assume implicitamente (non menzionandola) la norma europea e relativi aggiornamenti EN 60350-2:2013/A11:2014 messa a punto da Cenelec e adottata dai principali enti di normazione dei paesi europei incluso il Comitato Elettrotecnico Italiano. Secondo questa norma il rendimento di un piano di cottura elettrico non va espresso in percentuale, bensì in wattora per chilogrammo equivalente d'acqua riscaldato: Wh/kg. Il test utilizza un contenitore con acqua al suo interno e munito di coperchio. Sono prescritte precise dimensioni del contenitore e quantitativo d'acqua in relazione alla grandezza dell'elemento riscaldante sottoposto a test. La prova prevede il riscaldamento da 15 °C (temperatura iniziale dell'acqua) a 90 °C alla massima potenza, seguito da ulteriori 20 minuti a potenza ridotta ma sufficiente a non far scendere la temperatura al di sotto di 90 °C. Il testo integrale della norma non è di pubblico dominio, ma dettagli sufficienti si trovano in articoli tecnico-scientifici. Il consumo ottenuto con questo tipo di prova non è convertibile in efficienza percentuale, o comunque applicandovi la definizione DoE (energia termica trattenuta alla fine del test diviso energia elettrica consumata) si otterrebbero valori molto più bassi di quelli americani, sia per il maggior tempo ed energia spesi in regime stazionario, sia per l'inevitabile, benché controllata, perdita di calore per parziale evaporazione dell'acqua. I consumi in Wh/kg di specifici modelli in vendita sul mercato possono trovarsi sui libretti d'uso degli apparecchi o sui siti dei produttori, ma non è obbligatorio indicarli: le aziende produttrici sono tenute solo a dichiarare che l'apparecchio è conforme al Regolamento 66/2014, ossia che il suo consumo è inferiore al limite massimo obbligatorio di 200 Wh/kg. Nel concreto un buon numero di costruttori fornisce i dati di consumo conformi alla normativa, sia per i ripiani a induzione che per quelli in vetroceramica non a induzione. Mediamente si osservano valori dichiarati di 170-180 Wh/kg per i fornelli a induzione e di 180-199 Wh/kg per altri ripiani di cottura elettrici in vetroceramica, includendovi sia quelli a irraggiamento infrarosso che quelli a riscaldamento del ripiano con resistenza.

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È lecito stimare gli effetti prodotti sull'ambiente dalla cottura a induzione, ed effettuare un raffronto con quella tradizionale a gas. Gli indicatori di interesse sono fondamentalmente: l'emissione di CO2 (anidride carbonica) responsabile dell'effetto serra e il consumo di risorse energetiche primarie — nella fattispecie elettricità e gas — in parte o totalmente non rinnovabili. Per prima cosa occorre basarsi su valori rappresentativi dell'efficienza media di cottura per i due tipi di fornelli, ad esempio 78% per l'induzione e 40% per il gas. Ciò significa ad esempio che una preparazione culinaria che richiede 0,5 kWh "in pentola" consumerà con l'induzione 0,641 kWh di energia elettrica, oppure 1,25 kWh di energia termica prodotta dalla combustione del gas nel fornello.

 

 

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