Definizione di Corrente Turbinosa
Secondo la legge di Lenz, quando un circuito conduttore è esposto a un campo magnetico variabile, genera una f.e.m. che induce una corrente che si oppone al cambiamento. Analogamente, quando un campo magnetico varia attraverso un corpo conduttore, come un filamento o una lamina, causa il flusso di correnti attraverso le sezioni del materiale.
Queste correnti prendono il nome di correnti turbinose, in analogia con i vortici d'acqua, piccole turbolenze osservate nei laghi e negli oceani. Questi anelli di corrente turbinosa possono essere sia benefici che indesiderati.
Mentre causano perdite termiche elevate indesiderate nel materiale, come ad esempio nel nucleo di un trasformatore, le correnti turbinose trovano applicazioni in vari processi industriali come il riscaldamento per induzione, la metallurgia, la saldatura, il frenaggio, ecc. Questo articolo affronta la teoria e le applicazioni del fenomeno delle correnti turbinose.
Perdite per Correnti Turbinose nel Trasformatore
Il campo magnetico all'interno del nucleo del trasformatore induce una f.e.m., portando a correnti turbinose secondo la legge di Faraday e la legge di Lenz. Nella sezione del nucleo, il campo magnetico B(t) generato dalla corrente i(t) nell'avvolgimento produce correnti turbinose ieddy.
Le perdite dovute alle correnti turbinose possono essere scritte come segue :
Dove, ke = costante che dipende dalle dimensioni e inversamente proporzionale alla resistività del materiale,
f = frequenza della sorgente di eccitazione,
Bm = valore massimo del campo magnetico e
τ = spessore del materiale.
L'equazione sopra mostra che la perdita per correnti turbinose dipende dalla densità di flusso, dalla frequenza e dallo spessore del materiale e è inversamente proporzionale alla resistività del materiale.
Per ridurre le perdite per correnti turbinose nel trasformatore, il nucleo è realizzato con lastre sottili sovrapposte chiamate laminazioni. Ogni lastra è isolata per limitare le correnti turbinose a aree sezioni trasversali piccole, minimizzando il loro percorso e riducendo le perdite.
Questo è rappresentato nella figura sottostante :
Per aumentare la resistività del materiale, viene utilizzato l'acciaio orientato a grana fredda, CRGO, come nucleo del trasformatore.
Proprietà delle Correnti Turbinose
Queste sono indotte solo all'interno dei materiali conduttori.
Queste sono distorte da difetti come crepe, corrosione, bordi, ecc.
Le correnti turbinose si attenuano con la profondità, con l'intensità maggiore presente sulla superficie.
Queste proprietà permettono alle correnti turbinose di essere utilizzate nelle industrie dell'energia, aerospaziale e petrolchimica per la rilevazione di crepe e danni metallici.
Applicazioni delle Correnti Turbinose
Levitazione Magnetica: È un tipo repulsivo di levitazione che trova applicazione nei moderni treni ad alta velocità Maglev per fornire un trasporto senza attrito. Il flusso magnetico variabile prodotto da un magnete superconduttore posizionato sul treno in movimento produce correnti turbinose su una lamina conduttrice stazionaria su cui il treno levita. Le correnti turbinose interagiscono con il campo magnetico per produrre forze di levitazione.
Trattamento del Cancro per Ipertermia: Riscaldamento per correnti turbinose utilizzato per il riscaldamento dei tessuti. Le correnti turbinose indotte nei tubi conduttori da avvolgimenti di filo prossimali collegati a un condensatore per formare un circuito oscillante, che è collegato a una sorgente di radiofrequenza.
Frenatura per Correnti Turbinose: L'energia cinetica convertita in calore a causa delle perdite per correnti turbinose trova numerose applicazioni nell'industria.
Frenatura dei treni.
Frenatura di un montagne russe.
Sega elettrica o trapano per il suo spegnimento d'emergenza.
Riscaldamento per Induzione: Questo processo riscalda elettricamente un corpo conduttore inducendo correnti turbinose con un elettromagnete ad alta frequenza. È utilizzato principalmente per la cottura a induzione, forni per fondere metalli, saldatura e brasatura.
Azionamenti a Velocità Regolabile con Correnti Turbinose: Con l'aiuto di un controllore a retroazione, può essere ottenuto un azionamento a velocità regolabile con correnti turbinose. Trova applicazioni nella lavorazione dei metalli, nastro trasportatore, lavorazione del plastico, ecc.
Rilevatori di Metallo: Rileva la presenza di metalli all'interno di rocce, terreni, ecc. con l'aiuto dell'induzione di correnti turbinose nel metallo, se presente.
Applicazioni di Elaborazione Dati: La prova non distruttiva con correnti turbinose è utilizzata per investigare la composizione e la durezza delle strutture metalliche.
