FRENO MAGNÉTICO
Los fenómenos magnéticos están en todas partes, incluso en los frenos.
Las cosas en movimiento tienen energía cinética y, si quieres detenerlas, tienes que deshacerte de esa energía de alguna manera.
Por ejemplo, si vas en bicicleta, puedes simplemente bajar los pies para que se arrastren por el suelo, las plantas de tus pies actúan como frenos.
La fricción (roce) entre el suelo y el agarre en las suelas te ralentizarán, convirtiendo la energía cinética de la bicicleta en energía térmica en la suela de tus zapatos.
Hazlo el tiempo suficiente y verás como las suelas de tus zapatos se calentarán.
Los frenos de los vehículos funcionan de la misma manera, pero con "zapatas" que presionan las pastillas de goma contra los discos montados en las ruedas que giran para detener su movimiento.
Pero además de los sistema de fricción mecánica contra un disco o un tambor, también existen otros sistemas que frenos por medio del magnetismo, son los llamados frenos magnéticos o de corrientes parásitas.
Aquí puedes ver el funcionamiento de los sistemas de frenos convencionales: Sistemas de Frenos.
Índice de Contenidos:
- ¿Qué son los Frenos Magnéticos?
- Electricidad y Magnetismo
- ¿Cómo Funcionan los Frenos Magnéticos?
- ¿De Qué Depende la Fuerza de Frenado?
- Experimento Freno Imán Bajando por Tubo
- Tipos de Frenos Magnéticos
- ¿Dónde se Usan los Frenos Magnéticos?
Veamos como esto es posible
Es lo que se conoce como electromagnetismo, y muchas máquinas, incluido los motores y los generadores eléctricos se basan en ello.
Recuerda que los campos magnéticos los producen los imanes y son regiones del espacio donde si introducimos, por ejemplo un metal, le afectaría ese campo del imán, atrayéndolo o repeliéndolo.
Para saber más visita: Campo Magnético.
Para producir electricidad, todo lo que tenemos que hacer es mover un conductor eléctrico, por ejemplo un cable de cobre, a través o dentro de un campo magnético.
También valdría al contrario, mover el campo magnético y que el conductor permanezca estático. Más adelante hay un experimento con este caso.
Si conecta el cable a un amperímetro o galvanómetro, es decir cerrando el circuito eléctrico por el amperímetro, verás que la aguja se mueve cada vez que mueves el cable, pero solo cuando está en movimiento y dentro del campo magnético.
Se llama ley de inducción de Faraday en honor al científico inglés Michael Faraday, quien descubrió el efecto a principios del siglo XIX.
Al no tener un circuito cerrado la corriente inducida en la placa no puede moverse por ningún circuito, pero siguen induciéndose corrientes que circularán por el interior de la placa.
Estas corriente inducidas en lugar de fluir por un circuito, se arremolinarán por dentro del material.
Son lo que llamamos corrientes de Foucault o corrientes parásitas.
Una de las cosas interesantes de las corrientes de Corrientes de Foucault es que no son completamente aleatorias, fluyen o se mueven de una manera particular para tratar de detener lo que sea que las cause.
Esta se expresa en la llamada ley de Lenz que dice que un cambio de flujo magnético a través de un conductor siempre establecerá una corriente por el conductor que contrarreste el cambio de flujo.
En otras palabras las corrientes inducidas en nuestra placa se opondrán a lo que las produce.
¿Y qué las produce?
Pues el movimiento de la placa dentro del campo, o sea que se opondrán a ese movimiento.
Lo que realmente hacen las corrientes parásitas es crear un campo magnético contrario al que las genera, por lo que frenará el movimiento de la placa al ser campos magnéticos opuestos.
Resumiendo: Un freno magnético consta de un imán permanente, que induce corrientes en un disco de cobre giratorio.
Las corrientes parásitas resultantes interactúan con el flujo magnético para producir fuerzas contrarias al movimiento y, posteriormente, un par de frenado.
La fuerza de desaceleración o el frenado se produce sin contacto entre las piezas y por lo tanto, el freno magnético está libre de desgaste.
Si el disco está unido al eje de una rueda de un coche, tren etc., ya tenemos nuestro freno magnético.
Los frenos magnéticos aparecieron por primera vez en la montaña rusa en 2000.
La primera montaña rusa que tenía derecho a ellos fue Millennium Force, la montaña rusa Intamin de Cedar Point.
Hoy en día este fenómenos de las corrientes parásitas también se usan para las cocinas de inducción y hornos de inducción, ya que uno de los efectos que producen estas corrientes parásitas cuando circulan por la chapas metálicas es el calor.
- De la conductividad del metal de la placa: las corrientes inducidas son directamente proporcionales a la conductividad eléctrica del material.
Entonces una placa de cobre, siendo por lo demás igual a todas las demás condiciones, frena más que una placa de aluminio.
- Del espesor de la placa: también aquí las corrientes inducidas son directamente proporcionales al espesor del material.
- De la superficie de la placa: para permitir el libre flujo de las corrientes inducidas, la superficie de la placa que está sometida al campo magnético debe ser lo más ancha posible y también debe extenderse ligeramente hasta fuera del campo magnético.
- De la forma de la placa: la presencia de agujeros o hendiduras en la placa también puede inhibir fuertemente, para anular prácticamente el efecto de frenado, como se sabe por los experimentos clásicos de laboratorio en física.
- De la intensidad del campo magnético: las corrientes inducidas son proporcionales al cuadrado de la inducción magnética. Por tanto, es especialmente ventajoso utilizar campos magnéticos grandes.
- De la dirección del campo magnético: La máxima acción de frenado se obtiene cuando el movimiento se produce en una dirección perpendicular a las líneas de fuerza del campo magnético y lo más uniforme posible.
- De la velocidad: el efecto de frenado depende en gran medida de la velocidad relativa entre el campo magnético y la placa conductora. Experimento Freno de Imán Bajando Por Tubo Vamos hacer un freno magnético siendo la parte que se mueve el imán, es decir el campo magnético y la parte fija la placa conductora
La placa conductora será un tubo de cobre por el que vamos a dejar caer un metal-imán por su interior.
Cuando el imán cae a través del tubo, en las paredes del tubo se inducen corrientes parásitas, ya que el imán al estar en movimiento su campo magnético corta las paredes del tubo de cobre.
Es una fuerte corriente que solo dura un breve momento mientras pasa el imán.
Ahora el campo magnético creado por estas corrientes parásitas estará en la dirección opuesta al campo magnético del imán.
En otras palabras, el campo magnético creado por la corriente de Foucault se opone al campo del imán, de la misma manera que un par de imanes repelentes se repelen entre sí.
Mientras que la gravedad tira del imán hacia abajo, las corrientes parásitas crean un campo magnético que resiste el movimiento.
Lo que se produce es un frenado o retardo en el movimiento de caída del imán por dentro del tubo.
Si el metal no tuviera campo magnético caería por el tubo mucho más rápido.
En los electromagnéticos controlamos los frenos mejor ya que el campo magnético lo producimos mediante un electroimán, es decir un imán al que se le rodea con un conductor (bobina) por el que metemos corriente para hacer más grande el campo magnético producido por el imán.
Cuando queremos frenar solo tenemos que activar un interruptor para meter corriente por la bobina del electroimán.
En los frenos solo magnéticos no es necesaria la intervención de una fuente de energía para frenar, pero de alguna manera debemos interrumpir el campo magnético del imán permanente para que no este el sistema frenado constantemente.
Además también podemos tener frenos magnéticos lineales y circulares, ya que la placa puede ser una placa redonda o una lámina conductora.
También pueden ser que el campo magnético esté en movimiento y la placa conductora fija o al revés, el campo magnético estático y lo que se mueva es la placa conductora.
Como complemento de los frenos de fricción en los camiones semirremolques para ayudar a prevenir el desgaste y el sobrecalentamiento de los frenos.
Para detener las herramientas eléctricas rápidamente cuando se apaga la energía, por ejemplo las sierras circulares.
Las bicicletas estáticas fijas son un gran ejemplo de corrientes de Foucault en acción.
Programar la bicicleta para que simule una subida cuesta arriba aumenta la resistencia entre el conductor no magnético y el imán permanente de la bicicleta, lo que hace que sea más difícil seguir pedaleando.
Al continuar aumentando la inclinación, las corrientes de Foucault se vuelven cada vez más fuertes y continúan creando un trabajo más difícil.
Los medidores electromecánicos, por ejemplo el contador de energía que consumimos, son quizás el lugar más común para encontrar tecnología de corrientes parásitas.
Los medidores se ponen en uso cada vez que se usa energía utilizando la red única de imanes para impulsar un disco dentro del cual se registran los números en el exterior de los medidores.
Los usos extremos del freno de corrientes parásitas se ven en parques de atracciones y centros de entretenimiento por todas partes.
Ya sea en montañas rusas u otras atracciones, la tecnología de frenado como esta es vital para los parques de diversiones de todo el mundo.
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Las cosas en movimiento tienen energía cinética y, si quieres detenerlas, tienes que deshacerte de esa energía de alguna manera.
Por ejemplo, si vas en bicicleta, puedes simplemente bajar los pies para que se arrastren por el suelo, las plantas de tus pies actúan como frenos.
La fricción (roce) entre el suelo y el agarre en las suelas te ralentizarán, convirtiendo la energía cinética de la bicicleta en energía térmica en la suela de tus zapatos.
Hazlo el tiempo suficiente y verás como las suelas de tus zapatos se calentarán.
Los frenos de los vehículos funcionan de la misma manera, pero con "zapatas" que presionan las pastillas de goma contra los discos montados en las ruedas que giran para detener su movimiento.
Pero además de los sistema de fricción mecánica contra un disco o un tambor, también existen otros sistemas que frenos por medio del magnetismo, son los llamados frenos magnéticos o de corrientes parásitas.
Aquí puedes ver el funcionamiento de los sistemas de frenos convencionales: Sistemas de Frenos.
Índice de Contenidos:
- ¿Qué son los Frenos Magnéticos?
- Electricidad y Magnetismo
- ¿Cómo Funcionan los Frenos Magnéticos?
- ¿De Qué Depende la Fuerza de Frenado?
- Experimento Freno Imán Bajando por Tubo
- Tipos de Frenos Magnéticos
- ¿Dónde se Usan los Frenos Magnéticos?
¿Qué son los Frenos Magnéticos?
Frenos donde el frenado se realiza por corrientes parásitas producidas por campos magnéticos y donde no existe fricción o rozamiento en ninguna parte del sistema de frenado.Veamos como esto es posible
Electricidad y Magnetismo
Cuando tienes electricidad, también podrás obtener magnetismo, y viceversa.Es lo que se conoce como electromagnetismo, y muchas máquinas, incluido los motores y los generadores eléctricos se basan en ello.
Recuerda que los campos magnéticos los producen los imanes y son regiones del espacio donde si introducimos, por ejemplo un metal, le afectaría ese campo del imán, atrayéndolo o repeliéndolo.
Para saber más visita: Campo Magnético.
Para producir electricidad, todo lo que tenemos que hacer es mover un conductor eléctrico, por ejemplo un cable de cobre, a través o dentro de un campo magnético.
También valdría al contrario, mover el campo magnético y que el conductor permanezca estático. Más adelante hay un experimento con este caso.
Si conecta el cable a un amperímetro o galvanómetro, es decir cerrando el circuito eléctrico por el amperímetro, verás que la aguja se mueve cada vez que mueves el cable, pero solo cuando está en movimiento y dentro del campo magnético.
Se llama ley de inducción de Faraday en honor al científico inglés Michael Faraday, quien descubrió el efecto a principios del siglo XIX.
¿Cómo Funcionan los Frenos Magnéticos?
¿Qué pasa si en lugar de un conductor es una placa conductora, por ejemplo una lámina, o un disco conductor?Al no tener un circuito cerrado la corriente inducida en la placa no puede moverse por ningún circuito, pero siguen induciéndose corrientes que circularán por el interior de la placa.
Estas corriente inducidas en lugar de fluir por un circuito, se arremolinarán por dentro del material.
Son lo que llamamos corrientes de Foucault o corrientes parásitas.
Una de las cosas interesantes de las corrientes de Corrientes de Foucault es que no son completamente aleatorias, fluyen o se mueven de una manera particular para tratar de detener lo que sea que las cause.
Esta se expresa en la llamada ley de Lenz que dice que un cambio de flujo magnético a través de un conductor siempre establecerá una corriente por el conductor que contrarreste el cambio de flujo.
En otras palabras las corrientes inducidas en nuestra placa se opondrán a lo que las produce.
¿Y qué las produce?
Pues el movimiento de la placa dentro del campo, o sea que se opondrán a ese movimiento.
Lo que realmente hacen las corrientes parásitas es crear un campo magnético contrario al que las genera, por lo que frenará el movimiento de la placa al ser campos magnéticos opuestos.
Resumiendo: Un freno magnético consta de un imán permanente, que induce corrientes en un disco de cobre giratorio.
Las corrientes parásitas resultantes interactúan con el flujo magnético para producir fuerzas contrarias al movimiento y, posteriormente, un par de frenado.
La fuerza de desaceleración o el frenado se produce sin contacto entre las piezas y por lo tanto, el freno magnético está libre de desgaste.
Si el disco está unido al eje de una rueda de un coche, tren etc., ya tenemos nuestro freno magnético.
Los frenos magnéticos aparecieron por primera vez en la montaña rusa en 2000.
La primera montaña rusa que tenía derecho a ellos fue Millennium Force, la montaña rusa Intamin de Cedar Point.
Hoy en día este fenómenos de las corrientes parásitas también se usan para las cocinas de inducción y hornos de inducción, ya que uno de los efectos que producen estas corrientes parásitas cuando circulan por la chapas metálicas es el calor.
¿De Qué Depende la Fuerza de Frenado?
La fuerza de frenado depende de varios parámetros:- De la conductividad del metal de la placa: las corrientes inducidas son directamente proporcionales a la conductividad eléctrica del material.
Entonces una placa de cobre, siendo por lo demás igual a todas las demás condiciones, frena más que una placa de aluminio.
- Del espesor de la placa: también aquí las corrientes inducidas son directamente proporcionales al espesor del material.
- De la superficie de la placa: para permitir el libre flujo de las corrientes inducidas, la superficie de la placa que está sometida al campo magnético debe ser lo más ancha posible y también debe extenderse ligeramente hasta fuera del campo magnético.
- De la forma de la placa: la presencia de agujeros o hendiduras en la placa también puede inhibir fuertemente, para anular prácticamente el efecto de frenado, como se sabe por los experimentos clásicos de laboratorio en física.
- De la intensidad del campo magnético: las corrientes inducidas son proporcionales al cuadrado de la inducción magnética. Por tanto, es especialmente ventajoso utilizar campos magnéticos grandes.
- De la dirección del campo magnético: La máxima acción de frenado se obtiene cuando el movimiento se produce en una dirección perpendicular a las líneas de fuerza del campo magnético y lo más uniforme posible.
- De la velocidad: el efecto de frenado depende en gran medida de la velocidad relativa entre el campo magnético y la placa conductora. Experimento Freno de Imán Bajando Por Tubo Vamos hacer un freno magnético siendo la parte que se mueve el imán, es decir el campo magnético y la parte fija la placa conductora
La placa conductora será un tubo de cobre por el que vamos a dejar caer un metal-imán por su interior.
Cuando el imán cae a través del tubo, en las paredes del tubo se inducen corrientes parásitas, ya que el imán al estar en movimiento su campo magnético corta las paredes del tubo de cobre.
Es una fuerte corriente que solo dura un breve momento mientras pasa el imán.
Ahora el campo magnético creado por estas corrientes parásitas estará en la dirección opuesta al campo magnético del imán.
En otras palabras, el campo magnético creado por la corriente de Foucault se opone al campo del imán, de la misma manera que un par de imanes repelentes se repelen entre sí.
Mientras que la gravedad tira del imán hacia abajo, las corrientes parásitas crean un campo magnético que resiste el movimiento.
Lo que se produce es un frenado o retardo en el movimiento de caída del imán por dentro del tubo.
Si el metal no tuviera campo magnético caería por el tubo mucho más rápido.
Tipos de Frenos Magnéticos
Los frenos magnéticos pueden ser electromagnéticos o de imanes permanentes.En los electromagnéticos controlamos los frenos mejor ya que el campo magnético lo producimos mediante un electroimán, es decir un imán al que se le rodea con un conductor (bobina) por el que metemos corriente para hacer más grande el campo magnético producido por el imán.
Cuando queremos frenar solo tenemos que activar un interruptor para meter corriente por la bobina del electroimán.
En los frenos solo magnéticos no es necesaria la intervención de una fuente de energía para frenar, pero de alguna manera debemos interrumpir el campo magnético del imán permanente para que no este el sistema frenado constantemente.
Además también podemos tener frenos magnéticos lineales y circulares, ya que la placa puede ser una placa redonda o una lámina conductora.
También pueden ser que el campo magnético esté en movimiento y la placa conductora fija o al revés, el campo magnético estático y lo que se mueva es la placa conductora.
¿Donde se Usan Los Frenos Magnéticos?
Se utilizan para reducir la velocidad de los trenes de alta velocidad y las montañas rusas.Como complemento de los frenos de fricción en los camiones semirremolques para ayudar a prevenir el desgaste y el sobrecalentamiento de los frenos.
Para detener las herramientas eléctricas rápidamente cuando se apaga la energía, por ejemplo las sierras circulares.
Las bicicletas estáticas fijas son un gran ejemplo de corrientes de Foucault en acción.
Programar la bicicleta para que simule una subida cuesta arriba aumenta la resistencia entre el conductor no magnético y el imán permanente de la bicicleta, lo que hace que sea más difícil seguir pedaleando.
Al continuar aumentando la inclinación, las corrientes de Foucault se vuelven cada vez más fuertes y continúan creando un trabajo más difícil.
Los medidores electromecánicos, por ejemplo el contador de energía que consumimos, son quizás el lugar más común para encontrar tecnología de corrientes parásitas.
Los medidores se ponen en uso cada vez que se usa energía utilizando la red única de imanes para impulsar un disco dentro del cual se registran los números en el exterior de los medidores.
Los usos extremos del freno de corrientes parásitas se ven en parques de atracciones y centros de entretenimiento por todas partes.
Ya sea en montañas rusas u otras atracciones, la tecnología de frenado como esta es vital para los parques de diversiones de todo el mundo.
¿Te ha gustado la web sobre el Freno Magnético? Pulsa en Compartir. Gracias
© Se permite la total o parcial reproducción del contenido, siempre y cuando se reconozca y se enlace a este artículo como la fuente de información utilizada.
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