ELECTROIMAN

Gamboa Parra, Faiber Isain Suarez rueda, Jhon Alexander Calderón Rodríguez, Jonnathan
fgamboa3@unab.edu.co jsuarez17@unb.edu.co jcalderon6@unab.edu.co
Ingeniería en Energía Ingeniería mecatronica Ingeniería Mecatronica
Este artículo describe un proceso que se llevo a cabo durante todo el semestre acerca de la investigación, análisis, y la construcción de un electroimán. La metodología utilizada para la realización del proyecto fue investigar los principios físicos y el funcionamiento de un electroimán, después realizamos cálculos aproximados para saber datos indispensables para la construcción del mismo, como lo fue el número de vueltas en cada bobina, la corriente y la tensión la cual debería estar sometido nuestro electroimán para cumplir el objetivo. Decidimos realizar este proyecto porque al construir un electroimán podemos comprende algunos principios físicos como el flujo magnético, campo magnético, reluctancia y leyes fundamentales como la ley de Ampere, Ley de Hopkinson que son ampliamente aplicados y utilizados diariamente en las aéreas de ingeniería, Su principal uso es a nivel industrial, para levantar gran cantidad de chatarra, o transportar grandes pesos en cortas distancias.

Palabras Clave— Electroimán, Flujo magnético, Inductancia, Ley de Amper.

INTRODUCCIÓN

Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente, es producido mediante el contacto de dos metales; uno en estadoneutro y otro hecho por cables e inducido en electricidad.

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Fue inventado por el electricista británico William Sturgeon en 1825. Los electroimanes son los componentes esenciales de muchos interruptores, siendo usados en los frenos y embragues electromagnéticos de los automóviles. En algunos tranvías, los frenos electromagnéticos se adhieren directamente a los rieles. Se usan electroimanes muy potentes en grúas para levantar pesados bloques de hierro y acero, y para separar magnéticamente metales en chatarrerías y centros de reciclaje, también se usan en los motores eléctricos rotatorios para producir un campo magnético rotatorio y en los motores lineales para producir un campo magnético itinerante que impulse la armadura.
Para la realización de este electroimán, se realizo un proceso de 3 etapas: investigación, análisis y experimentación. El primer paso fue consultar que conceptos físicos se requerían para armar un electroimán, materiales requeridos y que leyes de la física debía cumplir. Luego se procedió a hacer cálculos de que voltaje necesitaba, que corriente puede resistir, cuantas espiras necesita alrededor de su núcleo de hierro y que flujo magnético corría a través de él. Una vez obtenidos estos datos, se adquirieron todos los materiales necesarios para su construcción, que fueron un núcleo de hierro, alambre de cobre #17 y material aislante.

CONTENIDO DEL INFORME

až¢ LEY DE AMPERE

ley de Ampere, también conocida como efecto Oersted, relaciona un campo magnético estático con la causa que la produce, es decir, una corriente eléctrica estacionaria. Es análoga a ley de Gauss.



až¢FLUJO MAGNETICO

El flujo magnético, representado con la letra griega Φ, es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y el ángulo de incidencia formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes elementos de dicha superficie.

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až¢ FUERZA MAGNETOMOTRIZ

Es aquella capaz de producir un flujo magnético entre dos puntos de un circuito magnético
.
F = N . I

N: número de espiras de la bobina
I: intensidad de la corriente en amperios.

až¢ PERMEABILIDAD

la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de sí los campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la intensidad de campo magnético existente y la inducción magnética que aparece en el interior de dicho material.

µ = 6000 ;

až¢ CAMPO MAGNETICO

La inducción magnética o densidad de flujo magnético, cuyo símbolo es B, es el flujo magnético por unidad de área de una sección normal a la dirección del flujo, y en algunos textos modernos recibe el nombre de intensidad de campo magnético, ya que es el campo real.

až¢ RELUCTANCIA

La reluctancia magnética de un material, es la resistencia que éste posee al verse influenciado por un campo magnético. Se define como la relación entre la fuerza magnetomotriz (f.m.m.) (SI: amperio) y el flujo magnético (SI: weber). La reluctancia R de un circuito magnético uniforme se puede calcular como



až¢ FUERZA SOBRE LOS MATERIALES

Calcular la fuerza sobre materiales ferromagnéticos sedebe a las líneas de campo de contorno y a las complejas geometrías. Puede simularse usando análisis de elementos finitos. Sin embargo, es posible estimar la fuerza máxima bajo condiciones específicas. Si el campo magnético está confinado dentro de un material de alta permeabilidad, como es el caso de ciertas aleaciones de acero, la fuerza máxima viene dada por



Reemplazando tenemos:



Realizados los cálculos, se construyó el electroimán con las especificaciones dadas, utilizamos la siguiente tabla para escoger el calibre del alambre para el embobinado el cual fue de cobre #17, además de un material aislante para prevenir posible sobrecalentamiento del embobinado.

Tabla I
Units for Magnetic Properties
|SYMBOL |QUANTITY |CONVERSION FROM GAUSSIAN AND |
|CGS EMU to SI a |
|( |magnetic flux |1 Mx ( 10(8 Wb = 10(8 V·s |
|B |magnetic flux density, |1 G ( 10(4 T = 10(4 Wb/m2 |
magnetic induction
|H |magnetic field strength |1 Oe ( 103/(4() A/m |
|m |magnetic moment |1 erg/G = 1 emu |
|( 10(3 A·m2 = 10(3 J/T |
|M |magnetization |1 erg/(G·cm3) = 1 emu/cm3 |
|( 103 A/m |
|4(M |magnetization |1 G ( 103/(4() A/m |
|( |specific magnetization |1 erg/(G·g)= 1 emu/g ( 1 A·m2/kg |
|j |magnetic dipole |1 erg/G = 1 emu |
moment |( 4( ( 10(10 Wb·m |
|J |magnetic polarization |1 erg/(G·cm3) = 1 emu/cm3 |
|( 4( ( 10(4 T |
|(, ( |susceptibility |1 ( 4( |
|(( |mass susceptibility |1 cm3/g ( 4( ( 10(3 m3/kg |
|( |permeability |1 ( 4( ( 10(7 H/m |
|= 4( ( 10(7 Wb/(A·m) |
|(r |relative permeability |( ( (r |
|w, W |energy density |1 erg/cm3 ( 10(1 J/m3 |
|N, D |demagnetizing factor |1 ( 1/(4() |

RESULTADOS

Los resultados obtenidos luego de realizar las pruebas con el electroimán, es que levanta más peso al trabajar con corriente continua, que al trabajar con corriente alterna, además la corriente alterna ocasiona ruido al entrar en contacto con la placas metálicas que sostiene, eso debido a que el voltaje y la corriente varían. Con corriente continua, se necesita de menor voltaje (con 12 V y 13 A levanta más de 80 kg fácilmente), doblando nuestro objetivo planteado al principio del curso el cual era levantar 40kg. Vale aclarar que para que el electroimán funcione correctamente, debe tocar el material que va a levantar, para que el flujo magnético siga su curso y logre una buena fuerza de atracción, es decir, el imán no levantara peso a menos que toque lasuperficie de dicho material.

CONCLUSIONES

Al trabajar con un electroimán, es mejor trabajar con corriente continua y ser conectado en paralelo para aprovechar al máximo sus propiedades físicas, debido a que tiene un flujo constante de corriente y el voltaje no varía.

El material del que este fabricado el núcleo es de los aspectos más importantes en un electroimán, debido a que este materia es el que se opondrá al paso del flujo magnético, a mayor reluctancia, menor es el flujo que pasa por unidad de área.

Al aplicarse mayor corriente, el electroimán logra levantar mayor peso, con bajo voltaje, esto lo demuestra la ley de Hopkinson

REFERENCIAS

1] J. Cathey. Maquinas eléctricas. Editorial McGraw Hill.
2] www.sapiesman.com/circuito_magnetico
3] https://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_electromag/ke_electromag_3.htm
4] https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico

Autores

Faiber Isain Gamboa Parra: Estudiante de 6to semestre de Ingeniería en Energía en la Universidad Autónoma de Bucaramanga (UNAB), egresado del colegio municipal de bachillerado de Cúcuta, en la especialidad de ciencias.

Jonnathan Alexander Calderón Rodríguez: Estudiante de 7to semestre de Ingeniería Mecatronica en la Universidad Autónoma de Bucaramanga (UNAB), egresado del Instituto Técnico Superior 'Damaso Zapata', en la especialidad de Sistemas.

Jhon Alexander Suarez Rueda: Estudiante de 5to semestre de Ingeniería Mecatronica en la Universidad Autónoma de Bucaramanga (UNAB), egresado del Colegio Agustiniano de Floridablanca, en la especialidad de Ciencias.

1 Ejemplo: Nota al pie de página