MAGNETISMO • Las máquinas eléctricas basan su funcionamiento en los fenómenos del magnetismo y del electromagnetismo, por tanto será necesario conocerlos para comprender cómo están constituidas, cómo funcionan y cómo actuar en caso de reparación o mantenimiento. • Se denomina magnetismo a la propiedad que tienen determinados materiales, en estado natural o artificial (forzado mediante la aplicación de alguna técnica externa), para atraer el hierro. Así, dicha propiedad puede ser aprovechada para la transformación de energía eléctrica en mecánica, y viceversa. A los elementos que tienen esa propiedad de atracción se les denomina imanes, pudiendo clasificarse en permanentes y temporales según su capacidad de mantener el magnetismo. MAGNETISMO • Imanes permanentes. Son aquellos en los que los efectos de imanación se mantienen de forma continuada. Pueden estar magnetizados de forma natural o artificial. MAGNETISMO • Imanes temporales. Son aquellos que mantienen el magnetismo solamente mientras se produce un fenómeno físico de magnetización sobre ellos. Este es el caso de los electroimanes, que solamente mantienen el magnetismo si se aplica corriente a un circuito eléctrico de excitación. MAGNETISMO Otra clasificación posible los divide en naturales y artificiales en función de cómo haya sido generada la magnetización. • Imanes naturales. Son de origen mineral y poseen de forma natural esa propiedad de atracción. Pueden ser cerámicos o de tierras raras. Los de tipo cerámico están formados por bases de óxido de hierro, de estroncio o de bario. Los de tierras raras, de elementos como el neodimio y el samario, son la última generación de materiales magnéticos. Son mucho más potentes que los cerámicos, poseen una elevada remanencia y son capaces de trabajar a elevadas temperaturas. MAGNETISMO • Imantes artificiales. En ellos el campo magnético se genera mediante un estímulo externo, como puede ser el acercamiento de otro imán o el paso de una corriente eléctrica próxima al metal a magnetizar. Así, dependiendo del tipo de material, la magnetización puede hacerse de forma permanente o temporal. Esta última propiedad es aprovechada para el funcionamiento de las máquinas eléctricas que aquí se van a estudiar Las partes de los imanes que poseen mayor fuerza magnética son los denominados polos, que se identifican como norte y sur. La línea de unión de ambos polos se denomina línea neutra, ya que es el lugar en el que es menor la magnetización. MAGNETISMO • De todos son conocidas las propiedades de atracción y repulsión de los imanes, según estas, si se intenta unir dos imanes por los polos del mismo signo, estos se repelen Por otro lado, si se hace lo mismo por polos de signo contrario, estos se atraen. Por tanto, este comportamiento de los elementos magnéticos es ampliamente utilizado para hacer funcionar máquinas eléctricas, especialmente las de tipo rotativo MAGNETISMO La Tierra se comporta como un gran imán, lo cual ha sido aprovechado durante siglos para tareas de orientación. Para ello se utiliza la conocida brújula magnética, que se orienta con el campo magnético terrestre. Es importante geográfico no magnético. Así, entre ambos se magnética. saber que el norte coincide con el norte al ángulo comprendido le denomina declinación MAGNETISMO Hasta no hace mucho tiempo, el uso de los imanes permanentes en el campo de las maquinas eléctricas se reducía a la construcción de motores de baja potencia. Sin embargo, con la introducción en los años 90 de elementos magnéticos como en neodimio, se ha permitido su aplicación en una amplia gama de máquinas de aplicación industrial. CAMPO MAGNETICO Es la región del espacio en la que se perciben las fuerzas magnéticas de un imán o de un elemento magnetizado. En él se produce un desplazamiento de cargas cuyo sentido se ha establecido por convención, del polo norte al polo sur. Se representan de forma gráfica mediante las de nominadas líneas de fuerza o de inducción magnética. Así, si se pudieran visualizar las líneas de fuerza que se producen cuando dos imanes se acercan entre sí, se observaría algo similar a lo representado en las siguientes figuras. Cuando se unen dos polos del mismo signo, las líneas se enfrentan y por tanto se repelen. CAMPO MAGNETICO Por el contrario, si se unen dos polos del diferente signo, las líneas de fuerza se suman y los imanes se atraen. CAMPO MAGNETICO • FLUJO MAGNETICO Es el número total de líneas de fuerza que forman un campo magnético. El flujo magnético se representa mediante la letra griega Φ (fi), cuya unidad es el weber (Wb). • INDUCCION MAGNETICA Es la cantidad de líneas de fuerza que traspasa una unidad de superficie. La inducción magnética, también denominada como densidad de flujo magnético, se representa con la letra B, aunque durante mucho tiempo se ha estado utilizando la letra griega β (beta). La unidad es el tesla (T). La relación existente entre el flujo y la inducción magnética es la siguiente: Φ=B·S La variable S representa la superficie que atraviesan las líneas de campo. Se mide en m2. Para saber mas……… El Sistema Internacional de medida (SI) es ampliamente aceptado por la mayoría de los países. Este ha sustituido casi por completo al sistema cegesimal (CGS); sin embargo, algunos autores y miembros de la comunidad científica siguen usando el formato CGS para tomar medidas en sistemas electromagnéticos. Por tanto, es conveniente saber que el maxvelio (Mx) es la unidad del flujo magnético, y el gauss (Gs) la de la inducción magnética. La relación entre las unidades de la misma magnitud para el Sistema Internacional es la siguiente: 1 Wb = 108 Mx 1 T = 104 Gs CAMPO MAGNETICO El instrumento que permite conocer el valor de inducción magnética en un campo magnético se denomina teslámetro. Dicho aparato funciona a partir de la recepción de los valores enviados por una sonda basada en un sensor de efecto Hall. En la siguiente figura pueden distinguirse las partes de un teslámetro: La calidad de la chapa magnética utilizada en las máquinas eléctricas depende de la información que da el fabricante en función de los valores de la inducción magnética. Así, con valores altos de inducción, los resultados en el circuito magnético serán mejores. De hecho, los materiales empleados en este caso serán más caros y no resultarán válidos para todas las aplicaciones. Un ejemplo podría ser el de un transformador que utiliza una chapa metálica que trabaja a 1,5 T, en este caso el rendimiento de dicho transformador sería mayor que en el caso de trabajar con una chapa para 1 T. Aun así, es importante recordar que el acabado del primero sería más caro que el del segundo. ELECTROMAGNETISMO Se denomina electromagnetismo a aquella parte de la electrotecnia que estudia en conjunto los fenómenos eléctricos y magnéticos, así como los efectos que entre ellos producen. . Campo magnético en un conductor Cuando un conductor rectilíneo es atravesado por una corriente eléctrica, a su alrededor se crea un campo magnético cuyas líneas fuerza son circulares y concéntricas al conductor. Así, si el campo es lo suficientemente intenso y se colocan a su alrededor una o más agujas imantadas (por ejemplo, una brújula), dichas agujas se orientarían en el sentido del campo magnético. Para conocer el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético producido en este conductor, se puede aplicar la denominada regla de la mano derecha. Según dicha regla, el pulgar define el sentido de la corriente eléctrica, y el cierre de los dedos sobre el conductor muestra el sentido del campo magnético. ELECTROMAGNETISMO . Campo magnético en un conductor Así, el campo magnético creado alrededor del conductor es mayor cuanto mayor es la corriente eléctrica que lo atraviesa. No obstante, dicho campo se encuentra muy difuminado y no tiene fácil aplicación práctica. Sin embargo, si la disposición del conductor se realiza formado una espira, los campos magnéticos generados tienden a concentrarse en el interior de la misma, ampliándose los efectos de las líneas de fuerza. ELECTROMAGNETISMO . Campo magnético en una espira En una espira es fácil saber el sentido del campo magnético utilizando la regla de la mano derecha. El sentido de la corriente está marcado por el dedo pulgar, y el del campo magnético por el cierre de los dedeos sobre la mano. Así la polaridad en ambas caras de la espira es la siguiente: SABER MAS………. Otra forma de averiguar el sentido del campo magnético en un conductor rectilíneo se basa en la regla del sacacorchos, donde el avance de este representa el sentido de la corriente, y el giro que realiza al avanzar indica el sentido de las líneas de fuerza. ELECTROMAGNETISMO . Campo magnético en una bobina Si se desea conseguir un campo magnético superior, se pueden unir en serie varias de estas espiras y así sumar sus campos parciales. Esto se consigue realizando con el conductor una bobina o solenoide. En este caso, para conocer cuál es el sentido del campo magnético, se utiliza también la regla de la mano derecha, pero con una interpretación diferente a la utilizada anteriormente. Ahora el sentido de cierre de los dedos sobre la bobina indica el sentido de la corriente y el del dedo pulgar representa el campo magnético. ELECTROMAGNETISMO . Intensidad de campo magnético Esta magnitud indica la fuerza de un campo magnético. Se representa con el símbolo H y tiene como unidad el amperio-vuelta/metro (Av/m). Así, un campo magnético es más intenso cuanto mayor es la corriente que lo recorre (I) y el número de espiras (N) que lo forma. Por otro lado, será menor cuanto mayor es la longitud de la bobina (L). . Fuerza magnetomotriz H=N·I L Es la fuerza que permite mantener el campo magnético en un circuito electromagnético, por ejemplo en el de una bobina. La fuerza magnetomotriz se representa por la letra F, aunque en ocasiones puede mostrarse como f.m.m, y se mide en amperios-vuelta (Av). Matemáticamente la fuerza magnetomotriz es directamente proporcional a la corriente (I) que recorre el circuito, siendo la constante de proporcionalidad el número de espiras (N) que lo forman. F=N·I ELECTROMAGNETISMO Así, se puede afirmar que la intensidad de campo magnético (H) es directamente proporcional a la fuerza magnetomotriz (F) e inversamente proporcional a la longitud de la bobina (L). H=F L . Circuito magnético Si a una bobina se le introduce una barra de hierro en su interior, se comprueba que los efectos del campo magnético generado aumenta de forma considerable. Esto es fácilmente comprobable acercando la sonda de un teslametro a un circuito con núcleo y a otro sin el. SABER MAS……….. El físico danés Hans Cristian Oersted fue el primero en evidenciar (en 1820) la relación que había entre electricidad y magnetismo. Probó que el paso de una corriente eléctrica por un circuito provocaba un campo magnético a su alrededor.