Fornello a induzione

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Piano cottura con quattro fornelli a induzione

Il fornello a induzione è un tipo di fornello che sfrutta il principio dell'induzione elettromagnetica per scaldare le pentole utilizzate per la cottura dei cibi.

Funzionamento[modifica | modifica wikitesto]

Interno di un piano cottura a induzione, con una delle 4 bobine in vista

Il fornello ad induzione è costituito da una bobina intorno cui viene fatta scorrere una corrente elettrica alternata o comunque variabile nel tempo. La corrente che scorre nella bobina produce un campo magnetico variabile nel tempo, al pari della corrente che lo genera. Per la legge di Faraday, una variazione del flusso del campo magnetico nel tempo produce una forza elettromotrice indotta. Questa forza elettromotrice dà luogo a correnti elettriche indotte, chiamate correnti parassite, che finiscono per circolare nel materiale dei recipienti disposti sul fornello e, per effetto Joule, dissipano energia sotto forma di calore provocando il riscaldamento del recipiente e del contenuto (si tratta di fenomeni dissipativi che, similmente all'attrito in meccanica, dissipano energia sotto forma di calore).

Particolari caratteristiche necessarie al funzionamento[modifica | modifica wikitesto]

  • Corrente variabile nel tempo, per creare un campo magnetico variabile nel tempo e quindi una forza elettromotrice indotta.
  • Materiali con resistenza elettrica sufficientemente bassa da favorire il passaggio delle correnti parassite e da aumentarne l'intensità, quindi i materiali metallici o comunque materiali conduttori in genere sono ottimi per questo tipo di applicazioni, mentre i materiali isolanti sono pessimi.
  • Materiali la cui resistenza elettrica non sia troppo bassa, perché le correnti indotte nel materiale dissipano energia termica solo in presenza di una resistenza, anche minima, ma pur sempre tale, quindi i materiali superconduttori non andrebbero bene. Il compromesso sta nel fatto di riuscire a trovare un materiale con una resistenza elettrica né troppo alta né troppo bassa, e per questo scopo i metalli sono i materiali ideali.
  • Materiali la cui forma favorisca lo scorrere delle correnti parassite. Poiché queste scorrono circolarmente, le forme ideali per i materiali da scaldare sono quelle circolari o a simmetrie circolari (dischi, tori), mentre le forme squadrate (quadrati, rettangoli, triangoli) sono meno efficienti e le forme lineari o "pettinate"[non chiaro](dal fondo NON liscio o irregolare -anche "zigrinate") sono pessime.

Vantaggi[modifica | modifica wikitesto]

Trasferimento di energia attraverso fogli di giornale senza rischi di combustione
Il simbolo del solenoide, al di sotto di una pentola, indica l'idoneità alla cottura a induzione.
  • Assenza di fiamme e dei rischi a esse legati
  • Assenza di emissioni dovute alla combustione
  • Assenza di rischi legati a perdite di gas
  • Se nel locale cucina non sono presenti altri apparecchi a gas viene meno l'obbligo di avere un'apertura di ventilazione a norma, con conseguente risparmio energetico nei mesi in cui è attivo il riscaldamento.
  • Efficienza elevata (90%) con conseguente risparmio energetico
  • Cottura uniforme, dovuta alla diffusione omogenea del calore su tutta la superficie della pentola
  • Velocità di riscaldamento
  • Possibilità di regolare la potenza con elevata precisione
  • Nessuna parte del piano si scalda (sono le pentole stesse a scaldarsi, mentre il piano resta freddo e anche se venisse toccato non causerebbe ustioni)
  • Nessun rischio di combustione o carbonizzazione dei cibi o dei liquidi accidentalmente caduti sul piano
  • Le zone di cottura dispongono di riconoscimento automatico della pentola, attivandosi esclusivamente in presenza di pentolame con fondo magnetico e disattivandosi non appena il pentolame viene tolto
  • Impossibilità di scottarsi o di subire folgorazioni
  • Comodità nella pulizia del piano in vetroceramica, completamente liscio e lineare
  • Stabilità delle pentole, che poggiano su un piano completamente liscio e a prova di ribaltamento
  • Se utilizzato con energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili, risulta una modalità di cucina ecologica.

Svantaggi[modifica | modifica wikitesto]

  • Per il miglior utilizzo è auspicabile innalzare la potenza dell'utenza elettrica oltre i 3 kW, lo standard in Italia per le forniture ad uso domestico residente. L'ottenimento di potenza superiore (i valori possibili sono 4,5 kW o 6 kW) richiede di sottoscrivere un nuovo contratto con tariffa D3, la stessa dei non residenti, con aggravio dei costi fissi di 185,07 euro all'anno IVA inclusa (per potenza 4,5 kW, dato 2017[1]) e un costo una tantum per l'attivazione del contratto (oneri amministrativi, quota potenza, bollo "diritti burocratici" e IVA) tra 145 e 165 euro in relazione al gestore. Con potenza superiore a 3 kW si perde inoltre l'esenzione dall'accisa su 1800 kWh all'anno[2], con un ulteriore aggravio di 44,95 euro all'anno IVA inclusa.
  • L'utilizzo in sicurezza di una potenza maggiore di 3 kW richiede di verificare che l'impianto elettrico casalingo sia sufficientemente dimensionato, provvedendo ad un eventuale adeguamento delle linee di alimentazione. In alternativa diversi piani di cottura offrono un'impostazione chiamata dai fabbricanti limitatore di potenza (AEG, Miele), gestione potenza (IKEA, Whirlpool), power management (Whirlpool), energy tutor (Bosch-Siemens),... Impedisce alla potenza complessiva di superare una soglia che andrà impostata più bassa di quella distacco del contatore, ad esempio a 2,5 kW per un contratto da 3 kW, permettendo di utilizzare il normale allaccio domestico. In tal caso qualora si utilizzino contemporaneamente due o più zone di cottura ognuna di esse può trovarsi ad erogare una potenza ridotta.
  • Costo elevato rispetto ai piani tradizionali. Negli ultimi anni il divario si è comunque ridimensionato.
  • Occorrono pentole adatte, meglio se recanti sul fondo il simbolo del solenoide ad indicare l'idoneità per l'induzione, o comunque dotate di fondo piatto e realizzate in materiale ferromagnetico ossia che viene attirato da una calamita. Quelle non idonee possono utilizzarsi con l'interposizione tra piano e pentola di un adattatore o pannello ferromagnetico, per cui'induzione riscalda il pannello che a sua volta scalda la pentola. Ma così il calore si trasmetterà alla stregua di una normale piastra elettrica perdendo buona parte dei vantaggi dell'induzione.
  • L'operatività dipende dalla presenza di tensione di rete: l'elettrodomestico non può funzionare durante un black-out. È pur vero che gran parte delle cucine a gas sono dotate di accensione elettrica dipendente dalla presenza di tensione di rete, ma si può supplire alla sua mancanza con fiammiferi o accendino.
  • I campi elettromagnetici possono interferire con impianti elettromedicali come il pacemaker cardiaco o il microinfusore di insulina a controllo wireless per i diabetici: i soggetti portatori devono evitare il contatto ravvicinato[3] o dovrebbero indagare col produttore la compatibilità con la cucina a induzione[4]. Apparecchi radioricevitori posti nelle vicinanze possono subire interferenze elettromagnetiche.
  • È consigliabile non adoperare utensili, mestoli e posate in metallo (usati ad esempio per girare i cibi nelle pentole), per evitare che correnti derivate li attraversino e arrivino nel corpo[4].
  • Comporta un assorbimento di energia passivo, detto anche di stand-by, dell'ordine di qualche watt, quando non in funzione (dipendente dai modelli). Consigliabile l'installazione di un interruttore magneto-termico a monte che può anche agire da limitatore di potenza se il piano a induzione ne è sprovvisto.
  • Il foro di incasso nel ripiano di lavoro della cucina ha maggior profondità (tipicamente 49 cm) rispetto ai gruppi di cottura a gas (tipicamente 48 cm) costringendo, in caso si rimpiazzi un vecchio gruppo di cottura in una cucina preesistente, a riadattare il piano di lavoro o a sostituirlo.

Efficienza[modifica | modifica wikitesto]

L'efficienza del 90%, valore indicato nella sezione vantaggi, è riferita al complesso dell'elettronica (alimentatore e circuiti di controllo, oscillatore, bobina, ventola di raffreddamento di diodi e transistor di potenza) che converte l'energia elettrica in campo magnetico oscillante. Quest'ultimo è assorbito dal fondo della pentola dove l'energia magnetica provoca le correnti parassite che producono infine il riscaldamento.

Diversa, e più bassa, è efficienza complessiva ossia quella di cottura. Essa è definita dalla frazione di energia trattenuta dalla pentola e dal suo contenuto al termine di una fase di riscaldamento, rapportata all'energia elettrica consumata durante tutta la fase di riscaldamento. Questa efficienza è perciò quella reale, ossia quella elettronica al netto delle ulteriori perdite per conduzione — verso il piano d'appoggio che seppur poco si scalda — perdite per convezione — l'aria che lambisce le pareti della pentola — e per irraggiamento. In base a test condotti nel 2014, il Dipartimento dell'Energia (Department of Energy: DoE) americano afferma[5] che "gli apparecchi a induzione hanno un'efficienza media del 72,2%, non significativamente maggiore del 69,9% dei piani di cottura lisci [ossia vetroceramica] o del 71,2% di quelli a spiraline incandescenti" [comuni nel nordamerica ma pessoché sconosciuti in Italia]. Per i piani ad induzione valori di efficienza complessiva del 74%-78%, quindi non distanti dai risultati del DoE, vengono indicati dalle stesse aziende produttrici[6] e da laboratori di ricerca indipendenti[7][8].

È evidente che per i fornelli ad induzione risulta "naturale" l'uso di queste due diverse definizioni di efficienza, delle quali la prima è squisitamente appannaggio dei laboratori di progettazione elettronica, ed è quella su cui vengono confrontati prodotti diversi e progressi tecnologici. È altrettanto evidente che quanto più è alta l'efficienza elettronica, tanto più sarà alta l'efficienza finale di cottura. Per i sistemi di cottura tradizionali (non a induzione) non essendovi elettronica l'unica efficienza definibile è quella di cottura. Volendo quindi paragonare tra loro prodotti a induzione e non, è prioritario — per approdare a valutazioni imparziali — assicurarsi di stare utilizzando per entrambi la stessa definizione di efficienza.

La misura di efficienza con lo standard messo a punto dal DoE[9] prevede un ciclo di cottura simulato in cui si scalda sul fornello un cilindro metallico calibrato che simula la pentola, di capacità termica nota e di dimensione rapportata alla grandezza della zona attiva del piano cottura. Il ciclo inizia con ambiente fornello e "pentola" a 25 °C. Il fornello viene acceso alla sua massima potenza. Quando la temperatura della "pentola" è salita di +80 °C rispetto a quella iniziale (ossia 105 °C) il fornello viene abbassato a un quarto della potenza massima ed è così tenuto per 15 minuti. Al termine si misura l'energia termica (il calore) contenuto nella pentola. L'efficienza è il rapporto tra quest'energia e l'energia elettrica consumata nel corso del ciclo. L'utilizzo nel test di due potenze diverse, prima quella massima e poi un quarto, è rappresentativa di un utilizzo prossimo a quello considerato più frequente nell'uso reale (ad esempio cottura di pasta, ortaggi, legumi, ecc.) in cui si porta rapidamente a bollore dell'acqua per la successiva cottura che proseguirà a potenza ridotta.

Nell'Unione europea le misure di efficienza si conformano al Regolamento europeo 66/2014[10] 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 peaesi europei incluso il Comitato Elettrotecnico Italiano[11][12]. 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[13]. 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.

Pertanto sia le risultanze del Department of Energy americano che un'indagine sui dati resi pubblici dai produttori concordano su una riduzione di consumo della tecnologia a induzione dell'ordine del 5%-10% rispetto ai piani di cottura in vetroceramica a riscaldamento convenzionale.

Il luogo comune di un'efficienza dell'induzione assai superiore rispetto ad altri sistemi di cottura elettrici deriva piuttosto dalla percezione di una sua maggior prontezza dovuta alla ridotta massa termica. Misurazioni mostrano che non c'è differenza di consumo significativa tra le diverse tecnologie per portare a bollore un quantitativo consistente (2-2,5 litri)[14]. Lo stesso consumo relativo è confermato da una nota azienda europea per i propri piani a riscaldamento tradizionale[15]. Con piccole preparazioni (0,5 kg) i piani tradizionali evidenziano al contrario un accumulo di calore nelle parti calde dimostrato da un ritardo rispetto all'induzione di 1,5-2 minuti per raggiungere la stessa temperatura. Tale calore potrà andar perso o no in relazione a quantitativi, durata e dinamica della preparazione culinaria.

Impatto ambientale[modifica | modifica wikitesto]

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. Occorre basarsi su valori rappresentativi dell'efficienza media di cottura per i due tipi, ad esempio 78%[5][6][7][8] 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.
I fattori di conversione in energia primaria risultano essere[16] di 1,95 per l'energia elettrica da rete (la sola frazione non rinnovabile) e 1,05 per il gas naturale. La cottura dell'esempio produce quindi per l'induzione un consumo di 1,250 kWh (energia dei combustibili non rinnovabili necessari a generare nelle centrali termoelettriche la quota parte, in base al mix elettrico nazionale, dell'elettricità consumata) e 1,313 kWh per il gas.

L'emissione di CO2 è fissata istituzionalmente (a livello regionale in Piemonte, Lombardia, Veneto, Emilia-Romagna, Marche,...) al valore di 0,4332 kg CO2/kWh per l'energia elettrica poiché una frazione di essa è prodotta da fonti non rinnovabili, e al valore di 0,1969 kg CO2/kWh per il gas naturale. La cottura dell'esempio produrrà quindi 0,278 kg CO2 con l'induzione o 0,246 kg CO2 con il gas.

Entrambi gli indicatori — CO2 generata ed energia primaria non rinnovabile consumata — non paiono mostrare a livello ambientale un deciso vantaggio dell'induzione rispetto al gas.

Un rilievo particolare merita l'analisi dell'impatto sulla rete di generazione e distribuzione elettrica a seguito di una ipotizzabile maggior penetrazione a livello domestico di sistemi di cottura a induzione e più in generale ad alimentazione elettrica. L'Italia vede ancora il predominio del gas per usi di cottura domestica sui fornelli. Un maggior share di fornelli ad induzione comporterebbe quindi un incremento dei consumi elettrici a discapito del gas.
Al di là del resoconto già riportato sul bilancio di energia primaria delle due soluzioni, va sottolineato come gli usi cucina presentino una scarsa elasticità in termini di profilo orario di prelievo elettrico: il picco d'uso dei fornelli in genere precede di poco la fruizione a pranzo e a cena. Rilevazioni a livello nazionale del fabbisogno elettrico orario, che deve sempre essere coperto in tempo reale da una quota parte di produzione elettrica da fonti rinnovabili e non (ossia da combustibili fossili), mostrano come quest'ultima (la non rinnovabile) presenti già oggi il massimo picco di generazione tra le 18:45 e le 22:00. Dalle ultime relazioni dell'Autorità: "Si osserva, in particolare, la maggiore pendenza del profilo di carico [coperto da generatori a combustibili fossili] nelle ore preserali [...] per effetto del contemporaneo venir meno del fotovoltaico quando si sta raggiungendo il picco di carico serale"[17]. La pendenza del profilo di carico influenza a sua volta il rendimento di tutto il sistema elettrico dato che negli "impianti chiamati a funzionare a carico parziale e con continue accensioni e spegnimenti (o variazioni di carico), continuano a diminuire i rendimenti"[18].
In breve l'utilizzo della cottura a induzione nelle ore tardo pomeridiane e serali richiede energia elettrica prodotta per l'85% da impianti termoelettrici tradizionali che lavorano inoltre in condizioni di rendimento complessivo non ideale.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Prezzi di riferimento monorari per la vendita dell'energia elettrica ai clienti finali aventi diritto al servizio di maggior tutela in bassa tensione per usi domestici - III Trimestre 2017 (PDF), acquirenteunico.it, 12 aprile 2017. Confrontare a parità di consumo annuo il totale bolletta annuo in tariffa D2 (pag. 7) e in tariffa D3 (pag. 10).
  2. ^ Imposte gravanti sull'energia elettrica (PDF), servizioelettriconazionale.it, 18 settembre 2014.
  3. ^ (EN) JDRF issues warning over effects of induction cooking hobs on insulin pumps, diabetes.co.uk, 27 febbraio 2017. URL consultato il 9 ottobre 2017.
  4. ^ a b Cucine ad induzione, Ufficio federale della sanità pubblica della Svizzera, 6 febbraio 2012. (archiviato dall'url originale il 10 settembre 2016).
  5. ^ a b (EN) Federal Register, Vol. 79 No. 232, December 3 2014, Part III, Department of Energy, Energy Conservation Program: Test Procedures for Conventional Cooking Products; Proposed Rule (PDF), gpo.gov. URL consultato il 25 aprile 2017.
  6. ^ a b Electrolux sustainability (PDF), ima.kth.se. URL consultato il 19 settembre 2016 (archiviato dall'url originale il 19 settembre 2016). L'efficienza di cottura dell'induzione risulta qui essere del 73%
  7. ^ a b (EN) Induction Cooking Technology Design and Assessment; M. Sweeney, J. Dols, B. Fortenbery, F. Sharp; Electric Power Research Institute (EPRI) (PDF), aceee.org. URL consultato il 19 settembre 2016 (archiviato dall'url originale il 10 settembre 2015). Efficienza complessiva media del 76,3% per l'induzione. Articolo presentato al 2014 ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings
  8. ^ a b (EN) A. Cimini e M. Moresi, Energy efficiency and carbon footprint of home pasta cooking appliances, in Journal of Food Engineering, vol. 204, luglio 2017, pp. 8-17, DOI:10.1016/j.jfoodeng.2017.01.012. L'efficienza complessiva sulla media dei test effettuati è: 75,1% per l'induzione, 65,3% per fornelli elettrici tradizionali, 58,3% per fornelli a gas.
  9. ^ (EN) Code of Federal Regulations, Title 10, Chapter II, Subchapter D, Part 430, Subpart B, Appendix I: Uniform test method for measuring the energy consumption of conventional ranges, conventional cooking tops, conventional ovens, and microwave ovens (PDF), gpo.gov, agosto 2014.
  10. ^ Regolamento (UE) N. 66/2014 della Commissione del 14 gennaio 2014 recante misure di esecuzione della direttiva 2009/125/CE del Parlamento europeo e del Consiglio in merito alle specifiche per la progettazione ecocompatibile di forni, piani cottura e cappe da cucina per uso domestico, Gazzetta ufficiale dell'Unione europea, 31 gennaio 2014.
  11. ^ (EN) CEI EN 60350-2 - Household electric cooking appliances; Part 2: Hobs - Methods for measuring performance, 1º luglio 2015.
  12. ^ (EN) CEI EN 60350-2/A11 - Household electric cooking appliances; Part 2: Hobs - Methods for measuring performance, 1º dicembre 2015.
  13. ^ (EN) G. Beges, J. Drnovsek, J. Ogorevc e J. Bojkovski, Influence of Different Temperature Sensors on Measuring Energy Efficiency and Heating-Up Time of Hobs, in International Journal of Thermophysiscs, vol. 36, 2015, DOI:10.1007/s10765-014-1744-8.
  14. ^ (EN) Is Induction More Efficient Than Electric Coil or Gas? An Energy Efficiency Comparison Between Stoves, centurylife.org. Per portare a ebollizione 2,545 l d'acqua occorrono 277,5 Wh. Il valore di consumo relativo è pertanto 174 Wh/litro
  15. ^ Miele, Istruzioni d'uso e di montaggio Piani di cottura in vetroceramica (PDF), miele.ch, dicembre 2014. Per portare a ebollizione 2,0 l d'acqua con una potenza di 2 kW occorrono 10,5 minuti. Il consumo relativo è 2000 W × (10,5/60) ore / 2 kg = 175 Wh/kg.
  16. ^ Allegato 1, sviluppoeconomico.gov.it al Decreto interministeriale 26 giugno 2015 di adeguamento linee guida per la certificazione energetica
  17. ^ Autorità per l'energia elettrica il gas e il sistema idrico, Relazione sullo stato dei servizi 464/2017/EFR (PDF), autorita.energia.it, 22 giugno 2017.
  18. ^ Autorità per l'energia elettrica il gas e il sistema idrico, Relazione sullo stato dei servizi 339/2016/EFR (PDF), autorita.energia.it, 24 giugno 2016.

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