ELECTROIMANES

Los electroimanes son dispositivos capaces de generar una fuerza magnética por medio de una corriente eléctrica.

Suelen consistir en un núcleo de hierro rodeado de una bobina formada por un conductor, que se imanta a voluntad cuando hacemos pasar una corriente eléctrica por la bobina, y se desimanta en el momento en que interrumpimos esa corriente.

Esto precisamente es su gran ventaja, que podamos controlar la fuerza magnética del imán, es decir, que lo podemos encender y apagar a voluntad.

Son diferentes de los imanes permanentes, ya que pueden imantar y desimantarse, por lo que pertenecen a la categoría de imanes temporales.

Sus aplicaciones comunes incluyen levantar, sujetar y mover objetos en un entorno industrial, así como en dispositivos electrónicos, como televisores y discos de computadora.



Pero empecemos por el principio, aprendiendo lo que son las fuezas y campos magnéticos.

Índice de Contenidos:

- Imanes, Fuerzas y Campos Magnéticos
- Funcionamiento de los Electroimanes
- Fuerza de Atracción de un Electroimán
- Aplicaciones de los Electroimanes
- Inventor del Electroimán

Imanes, Fuerzas y Campos Magnéticos

Como ya sabes, los imanes tienen dos polos, "norte" y "sur", y atraen cosas hechas de acero, hierro o alguna combinación de los mismos, vamos metales.

Los polos iguales se repelen y los opuestos se atraen.

Por ejemplo, si tiene dos imanes de barra con sus extremos marcados como "norte" y "sur", el extremo norte de un imán atraerá el extremo sur del otro.

Por otro lado, el extremo norte de un imán repelerá el extremo norte del otro (y de manera similar, el sur repelerá al sur).

Esta repulsión y atracción son fuerzas, fuerzas magnéticas.

Pero estos imanes que se atraen o se separan, llegará un momento que no se atraigan o repelan por estar demasiado separados, es decir, la atracción o repulsión solo se produce en una región de espacio, fuera de la cual no hay fuerza de atracción.

Pues bien, si tenemos un imán, la región del espacio donde existe esa fuerza de atracción, donde si dejamos un metal u otro imán, el imán lo atrae, es lo que se llama el "campo magnético" de ese imán.

Según lo explicado, podemos definir el campo magnético como: "La región del espacio donde existen fuerzas magnéticas, fuerzas que atraen o repelen metales".

También se puede definir como la región del espacio donde existe magnetismo (fuerzas magnéticas).



Esta región se puede representar por líneas, llamadas líneas de campo magnético y la cantidad de líneas es la que se conoce como el flujo magnético.

La fuerza de atracción o repulsión en un punto dentro de ese campo magnético, es lo que se conoce cómo fuerza magnética.

Cualquier imán permanente tiene su campo magnético, y dentro de ese campo tendremos diferentes fuerzas magnéticas, dependiendo ala distancia que esté el punto del imán.

Cuanto mas líneas de fuerza genere el imán permanente, más fuerte es el imán, es decir mayores fuerzas magnéticas produce.

Un electroimán trabaja de la misma manera, excepto que es "temporal", como ahora veremos.

Funcionamiento de los Electroimanes

Un electroimán funciona gracias a la propiedad que experimentan todos los conductores eléctricos: cuando circula una corriente por un conductor, siempre se genera un campo magnético.

Recuerda corriente eléctrica = movimiento de electrones = cargas en movimiento.

Las cargas en movimiento crean campos magnéticos, por lo que cuando hacemos circular una corriente eléctrica por unas bobinas de material conductor (cable o hilo), las bobinas se comportan como un imán.

Cuando la electricidad deja de fluir, las bobinas ya no actúan como un imán.

Esto es precisamente un electroimán, un imán NO permanente, que genera su campo magnético gracias a la corriente eléctrica.

El electroimán más simple es un trozo de conductor enrollado en una bobina.

Los extremos del cable están conectados a una fuente de alimentación, que es la que produce la corriente eléctrica.


Una bobina cilíndrica con el alambre enrollado en forma de hélice (similar a un sacacorchos) se denomina solenoide.

Pero se pueden producir campos magnéticos más fuertes, es decir podemos aumentar el campo y la fuerza magnética de la bobina anterior si se coloca un núcleo de un material paramagnético o ferromagnético dentro de la bobina, generalmente se usa un núcleo de hierro dulce.

El núcleo concentra el campo magnético para que sea más fuerte que si solo existiera el devanado de la bobina.



Los materiales paramagnéticos y ferromagnéticos son metales que se magnetizan con la exposición de un campo magnético externo sobre ellos, para que lo entiendas mejor, que cuando están sometidos a campos magnéticos se convierten también ellos en un imán.

Nota: si te interesa saber más sobre paramagnético y ferromagnético visita: Diamagnético, Paramagnético y Ferromagnético.

La mayoría de los electroimanes, por no decir todos, están formados por  una bobina de hilo conductor enrollada sobre un trozo de hierro dulce para conseguir mayores fuerzas.

Un electroimán puede funcionar tanto con corriente alterna como con corriente continua.

La característica principal de un electroimán es tener un control absoluto de la fuerza magnética gracias a la intensidad de la corriente eléctrica aplicada.

De esta forma podemos aumentar o disminuir la potencia del electroimán y hacer que el electroimán sea más fuerte o más débil.

Y por supuesto la ventaja de activar o desactivar el campo magnético del cuando queramos.

Fuerza de Atracción de un Electroimán

La fuerza con la que atrae un electroimán a una pieza de hierro móvil (armadura) a través del aire o entrehierro se puede calcular con la ayuda de la siguiente expresión:



Determinarla fuerza con la que atraerá el imán de la figura a la armadura de hierro, si la inducción que aparee en el núcleo es de 1.5 Teslas.



La superficie de atracción de uno de los polos es:

S = 2 x 2 = 4cm2

Como tenemos 2 polos iguales, y queremos calcular la total, entonces la superficie total será:

St = 2 x 4 = 8cm2 = 0,0008m2

La fuerza de atracción del electroimán será:

B = 40.000 x 1,52 x 0,0008m2 = 72Kp

Otro ejercicio:

Determinar la fuerza con la que atraerá un electroimán a la armadura de hierro si la inducción que aparece en el núcleo es de 1,3T y la superficie total de contacto entre el núcleo y el hierro móvil es de 4 cm2.

F = 40.000 x 1,3² x 4 x 10^-4 = 27 Kp.

Aplicaciones de los Electroimanes

Las aplicaciones de los electroimanes son muy variadas.

Seguidamente, exponemos algunas de las más relevantes:

Frenos magnéticos: Se aplican sobre todo en ascensores, montacargas y grúas.

Las zapatas de frenado se abren mediante un electroimán cuando existe una situación normal, es decir, cuando hay tensión en la red.

Si por causa de una avería desaparece el suministro de energía eléctrica, las zapatas se cierran sobre la superficie de un tambor, con lo que frenan el sistema e impiden la caída al vacío de la carga.

Para saber más puedes visitar: Freno Magnético.

Electroválvulas: La válvula abre o cierra el circuito hidráulico o neumático según sea o no alimentada la bobina del electroimán que lleva incorporado.

La aplicación de las electroválvulas está muy extendida en todo tipo de aplicaciones industriales, donde la automatización de los fluidos tiene una gran importancia.

Por ejemplo, las lavadoras automáticas tienen una electro válvula para abrir el circuito de admisión de agua.

Timbres: Los timbres se utilizan para producir señales acústicas.

Cuando pulsamos el timbre hacemos pasar la corriente por el electroimán y la fuerza de atracción mueve una chapa que golpea un metal produciendo el ruido del timbre.

Separadores de Materiales Metálicos y No Metálicos: Se utilizan para separar el acero y el hierro del carbón, piedras o minerales, así como para separar los residuos de acero de la arena de moldeo y las virutas y limaduras de los talleres mecánicos.

Relés y contactores: Cuando cerramos el interruptor simple, la bobina es atravesada por la corriente eléctrica y genera un campo magnético que hace que el núcleo atraiga a la armadura, arrastrando consigo a los contactos móviles.



El resultado es que estos contactos cambian de posición y se cierran.

Para saber más visita: Relé y/o Contactor

Inventor del Electroimán

El inventor del electroimán fue el físico inglés William Sturgeon, en 1825.

El primer electroimán era una pieza de hierro en forma de herradura rodeada por una bobina.

En esta herradura, cuando la corriente pasa por la bobina del electroimán, se magnetiza y cuando se detiene, se desmagnetiza.

Sturgeon demostró las propiedades magnéticas del electroimán levantando unos 4 kg con una pieza de hierro de menos de 200 gramos con una bobina por la que pasaba la corriente de una sola batería.

Además, Sturgeon podía regular su electroimán variando la intensidad de la corriente eléctrica.

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