Propiedades Magnéticas de los Materiales

Diamagnetismo: Propiedad magnética por la cual un material tiene permeabilidad relativa menor a uno. Al sumergir un átomo dentro de un campo magnético, por Lenz se puede pensar que su nube de electrones aumentará su velocidad promedio de giro, generando un lazo de corrientes que producirán una inducción opuesta a la externa, siendo la B total interna menor que la externa. Como toda la materia está hecha de átomos, toda la materia es diamagnética.

Paramagnetismo: Propiedad magnética por la cual su permeabilidad relativa es mayor a 1. En aquellos materiales que posean electrones libres no apareados por sus espines, estos oficiarán como pequeños imanes, distribuidos dentro del material donde el efecto total es nulo. Al aplicar un campo externo, los espines intentarán orientarse en sentido del campo externo, logrando que la B interna sea mayor que la B externa. Solo ciertos materiales son paramagnéticos (deben tener electrones libres).

Ferromagnetismo: Material cuya permeabilidad relativa es mucho mayor a 1. Es debido a un fenómeno cuántico donde los espines están enlazados, formando grandes dominios magnéticos, que se encuentran orientados en el mismo sentido, lo que produce un gran aumento de la magnetización. Con un pequeño campo externo, se logra una magnetización importante inicialmente, pero si se intenta aumentar la magnetización, el esfuerzo será mayor, llegando a la saturación del material.

Principios de Funcionamiento de Dispositivos Electromecánicos

Válvula de Flujo

Produce una variación de la tensión en el bobinado secundario a partir de una válvula giratoria que varía el flujo que pasa por este. Cuando la válvula está en 1, el flujo pasa por la válvula en su mayoría y no por el secundario. En 2, el flujo no pasa por la válvula, sino que pasa más por la columna del secundario, aumentando U2.

Transformador

Principio del Transformador: Si aplicamos una tensión alterna a un bobinado, esta producirá una corriente también alterna que provocará un flujo también alterno, el cual será concatenado donde el bobinado llamado secundario; en el cual, por la ley de inducción, se producirá una fem inducida que es proporcional a la variación del flujo concatenado.

Solenoide con Núcleo Descentrado

Al aplicar un determinado voltaje en las terminales de la bobina, teniendo un núcleo de material ferromagnético, se generarán líneas de tracción en la bobina, las cuales intentarán moverlo donde pasen en mayor cantidad, lo intentarán centrar; y, por último, un resorte lo volverá al estado original cuando se le deje de aplicar voltaje a los bornes.

Materiales Magnéticos y sus Aplicaciones

Ferrita: Se usa para un imán cuando se necesita que sea barato y resistente a la intemperie, o para un núcleo magnético, para que tenga varias frecuencias porque la resistencia es grande y las corrientes parásitas pequeñas. Son de tamaños chicos por la fragilidad y caros.

Acero de Silicio de Grano Orientado: Tiene mayor permeabilidad magnética que los demás porque puede conducir más flujo en la misma sección (B = μ.H). Se pueden hacer núcleos más chicos.

AlNiCo: Material duro magnéticamente, campo coercitivo bajo (se desmagnetiza fácil), alta temperatura de Curie y gran estabilidad térmica. Se utiliza en elementos de medida y sensores.

Ferrita: Barato y fácil de fabricar, buena estabilidad a la temperatura, casi no lo afecta el medio ambiente, frágil, baja potencia magnética. Se utiliza para imanes, casi no lo afectan las corrientes parásitas (se utiliza en núcleos cuando se quiere minimizar las corrientes parásitas).

Samario: Precio muy alto, muy resistente a agentes químicos, gran estabilidad a altas temperaturas y altas temperaturas de Curie. Se utiliza en la industria aeroespacial o militar.

Neodimio: Los imanes con mayor potencia magnética, más caro que la ferrita, fácilmente atacado por el medio ambiente, baja temperatura de Curie. Se utiliza para equipos pequeños que no necesiten gran estabilidad térmica, como discos duros.

Efecto Hall y sus Aplicaciones

Efecto Hall: Si se coloca un conductor plano por el cual se establece una corriente eléctrica I, sumergido dentro de un campo de inducción magnética ortogonal, por el principio del motor, las cargas libres que realmente se mueven dentro del conductor se agruparán en uno de los laterales del conductor. Esto produce una diferencia de potencial entre los laterales del conductor llamada tensión Hall, la cual es proporcional a la corriente y a la tensión B. (Motor: mano izquierda F = B.l.I) (Generador: mano derecha Fem = B.l.v)

Transformador de Corriente

La corriente del secundario se controla regulando la I1 con una carga, se evita que se queme el secundario. Se utiliza para medición de corrientes grandes I2.

Pinza Amperométrica: Sirve para poder medir la corriente de un conductor sin tener que abrir el circuito. Se puede partir el núcleo. Para poder medir valores chicos en una de estas pinzas, se dan varias vueltas por el conductor y se divide por la cantidad de vueltas.

Ley de Lenz: Todo efecto se opone a las causas que lo producen.

Principio de Funcionamiento de un Transformador de Intensidad: Al aplicarle una corriente I1 alterna al bobinado primario, este producirá un flujo también alterno que circulará en el circuito magnético y será concatenado por un bobinado secundario que se encuentra en cortocircuito en sus bornes. Ese flujo variable genera una fem inducida, lo cual producirá una corriente I2 también alterna que es proporcional a la corriente del primario. I2 = N1/N2.I1

Pinza Amperométrica de Continua

Se basa en el efecto Hall. El conductor genera un flujo en el núcleo toroidal (constante) que genera una inducción B en el entrehierro donde se coloca el conductor, por el que circula una corriente I de la fuente, la cual es desviada por el campo B y genera más diferencia de potencial que puede ser medida. Con esta pinza no se puede medir cerca de un campo magnético porque modifica la medición.

Alternadores y Variación de Tensión

Principio del Alternador

El productor de campo magnético es un imán o un electroimán. Al hacerlo girar como se muestra en el dibujo, por cada medio giro el flujo magnético cambia de sentido, obteniendo un flujo variable con una frecuencia coincidente con la velocidad de giro. Este flujo variable es concatenado por un bobinado secundario, el cual, por la ley de inducción, produce una fuerza electromotriz que es proporcional a la velocidad de giro del imán y su frecuencia es igual a la frecuencia de giro del imán. Si aumentamos la cantidad de pares de polos del imán, la tensión y la frecuencia aumentarán en la misma medida.

Variación de la Tensión y Frecuencia del Secundario

Producimos una variación de flujo para generar una fem en el secundario a partir de un imán permanente. A esta variación la hacemos variando la reluctancia.

Transformador Especial por Variación de Reluctancia

Variamos el entrehierro con un plato dentado. Cuando no pasan los dientes, el entrehierro es máximo, la reluctancia es máxima y el flujo mínimo. Cuando pasan los dientes, disminuye el entrehierro y la reluctancia, produciendo más flujo. Para que la variación de flujo sea lo más senoidal posible, se pueden hacer dientes como engranajes (para generar tensión). Para lograr pulsos, se hacen cuadrados (para contarlos). Pueden ser picos para arriba o para abajo en el caso inverso a dientes (ranuras). La variación de reluctancia varía según el número de vueltas de engranajes y su velocidad: a mayor velocidad, mayor frecuencia y tensión.

Contactores y Relés

Contactor

Contactor: Actuador electromagnético que gobierna contactos de potencia y se puede usar para gobernar circuitos eléctricos.

Tipos:

• Contactos principales: Son con los cuales se puede gobernar grandes potencias y grandes cargas. Son robustos y poseen un sistema de extinción del arco.
• Contactos auxiliares: Son normalmente abiertos (NA) o normalmente cerrados (NC) que sirven para gobernar luces indicadoras, señalizadores, bobinas de otros contactores u otros dispositivos y hasta la bobina del propio contactor. Son contactos menos robustos que los principales y pueden trabajar activándose y desactivándose a una frecuencia mayor.

Resorte Antagónico: Vuelve el núcleo a su estado original.

Relé

Relé: Actuador electromagnético que solo gobierna contactos auxiliares, por lo cual es menos robusto que un contactor y puede trabajar a frecuencias mayores. Se puede usar como memoria autoenclavandolo. Se puede usar como inversor. Trabaja a baja corriente. La ventaja de este es que si hay corte de energía, se abre la llave, pero cuando vuelve la energía no se cierra la llave.

Enclavamiento de Dos Contactores Mutuamente Excluyentes

• Enclavamiento de los pulsadores: Evita que al pulsar los dos pulsadores de activación a la vez, los dos contactores se activen por un instante.
• Enclavamiento de los contactores: Evita que si uno de los contactores está activo, el otro se pueda activar.
• Enclavamiento mecánico de los actuadores electromagnéticos: Evita que los dos núcleos de los dos actuadores electromagnéticos puedan moverse a la vez, uniéndose por medio de un balancín.

Función de una Pinza Amperométrica de Alterna: Funciona con el principio del transformador de intensidad para medir grandes corrientes. Su núcleo está partido, pero pueden abrazar al conductor sin cortar el circuito eléctrico y mide la corriente neta que atraviesa su núcleo.

Los problemas son:

• Sirve en alterna, pero no puede medir en continua, necesita variación de flujo para generar una fem.
• Es un instrumento de precisión, pero para las mediciones industriales no muy bien.
• Una pinza de alterna no necesita una fuente propia, a diferencia de una de continua, donde se debe alimentar el flujo a una corriente.
• Una de continua es mucho más precisa que una de alterna por el imán Hall, esta permite modificar el entrehierro.
• Una de continua sirve también para alterna, mientras que la de alterna no sirve para continua.