Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético es producido por el flujo de una corriente eléctrica. Si el flujo de corriente eléctrica desaparece también desaparece el campo magnético y el efecto dimanante del mismo.
Estos dispositivos eléctricos se utilizan para generar fuerzas magnéticas controlables en aplicaciones industriales como grúas electromagnéticas y sistemas de clasificación. Además, juegan un papel crucial en la tecnología médica, permitiendo la creación de imágenes detalladas en la resonancia magnética (IRM) y en terapias de estimulación magnética.
En la vida cotidiana, los diferentes tipos de electroimanes se utilizan en una gran variedad de ejemplos. Su capacidad para cambiar y controlar campos magnéticos ha impulsado la innovación en una amplia gama de campos, desde el transporte hasta la medicina y la investigación avanzada.
Tipos de electroimanes
Existen diferentes tipos de electroimanes según la dirección de la corriente y la potencia deseada. Entre ellos destacan los de corriente circular, de corriente continua, rectangulares y los de accionamiento.
Electroimanes de corriente circular
Estos electroimanes tienen un alambre enrollado en forma de espiral o círculo. La corriente eléctrica fluye a lo largo de esta espiral circular, generando un campo magnético en una dirección perpendicular al plano del círculo.
Se utilizan en aplicaciones donde se necesita un campo magnético en un área específica y en una dirección particular.
Los motores eléctricos pequeños, como los de un ventilador, son dos ejemplos en los que pueden utilizar electroimanes de corriente circular para generar movimiento.
Electroimanes de corriente continua
Estos electroimanes funcionan con una corriente eléctrica constante y unidireccional. La corriente fluye en una sola dirección a través del alambre enrollado, creando un campo magnético constante.
Son comunes en aplicaciones donde se requiere una fuerza magnética constante, como en relés electromagnéticos.
Este tipo de electroimanes se utilizan en timbres eléctricos. En este ejemplo, la corriente fluye en una sola dirección para accionar un mecanismo de campanilla.
Electroimanes rectangulares
Los electroimanes rectangulares tienen un diseño en forma de rectángulo. La corriente eléctrica fluye a través del alambre enrollado en el perímetro del rectángulo.
Estos electroimanes se utilizan en situaciones donde se busca generar un campo magnético en una dirección específica o cuando la forma rectangular es más adecuada para la aplicación.
Los electroimanes rectangulares se emplean en dispositivos como los altavoces, donde el diseño rectangular ayuda a controlar la forma del campo magnético necesario para mover el cono y producir sonido.
Electroimanes de accionamiento
Los electroimanes de accionamiento se utilizan para ejercer una fuerza o movimiento controlado en respuesta a cambios en la corriente eléctrica. Son comunes en dispositivos de accionamiento, como solenoides, que abren y cierran válvulas, activan interruptores o producen movimientos precisos en sistemas automatizados.
Un ejemplo común de electroimanes de accionamiento son los mecanismos de apertura de puertas automáticas, que utilizan solenoides para controlar el acceso.
Ejemplos de electroimanes
Estos elementos se pueden utilizar directamente o indirectamente. En ambos casos podemos encontrar los siguientes ejemplos:
- Para desviar partículas cargadas eléctricamente, como en tubos de rayos catódicos, o aceleradores de partículas.
- Para levantar grandes masas de hierro. Algunas grúas utilizan potentes electroimán industriales para enganchar y levantar chatarra de hierro.
- Motores eléctricos. Los motores eléctricos funcionan utilizando esta tecnología.
- Generadores eléctricos. Funciona de la misma manera que en los motores eléctricos pero en sentido inverso.
- Cierre de contactos eléctricos en los relés o operar válvulas en las electroválvulas.
- Activar cerraduras eléctricas
- Mover el cabezal de un disco duro
- Frenos y embragues electromagnéticos de los automóviles.
- Para separar magnéticamente metales en centros de reciclaje.
- Los trenes de levitación magnética usan esta tecnología para flotar y reducir enormemente las pérdidas por frotamiento con la vía.
Ejemplo de uso en puertas automáticas
Otro ejemplo de uso es en el campo de las cerraduras, donde se utiliza para mantener una puerta cerrada, asegurando su apertura en caso de un corte de energía.
Hacia 1980, el campo magnético derivado de un electroimán comenzó a utilizarse en la construcción y, más precisamente, en el campo de las ventanas de seguridad.
Una empresa suiza comenzó a producir un electroimán, de muy pequeño tamaño y peso, que alimentado a baja tensión (12Vdc - 24 Vdc) desarrolló un campo magnético capaz de resistir una fuerza de varios miles de newtons.
Esta aplicación fue inmediatamente un gran éxito en el campo de las salidas de emergencia porque garantiza la seguridad contra robos sin necesidad de utilizar piezas mecánicas pero, al mismo tiempo, aseguraba la apertura de la puerta, sin intervención humana, en caso de falta de corriente.
La evolución de este sistema ha llevado al sector de la construcción a utilizar masivamente el electroimán como elemento de cierre eléctrico. Hoy en día se utiliza de diversas formas en función de las dimensiones, usos, perfiles y tipo de puerta.
Los electroimanes en los motores eléctricos
En los motores eléctricos, son los componentes principales responsables de la generación de movimiento a partir de la energía eléctrica. En los motores eléctricos, los electroimanes son utilizados para crear campos magnéticos que interactúan con corrientes eléctricas y generan fuerzas que impulsan el movimiento.
Los motores eléctricos pueden clasificarse en varios tipos, siendo los motores de corriente continua (DC) y los motores de corriente alterna (AC) los más comunes. En ambos casos, los electroimanes desempeñan un papel crucial:
Motores de corriente continua (CC)
En estos motores, el flujo de corriente eléctrica se invierte constantemente para mantener la rotación continua del rotor (parte móvil del motor). Los electroimanes, llamados bobinas, están dispuestos en el estator (parte fija del motor) y generan campos magnéticos que interactúan con las bobinas del rotor.
La conmutación de la corriente eléctrica en las bobinas del estator crea un campo magnético rotativo que hace girar el rotor.
Motores de corriente alterna (CA)
Los motores de corriente alterna pueden ser de inducción o síncronos. En los motores de inducción, el campo magnético se crea en el estator a través de electroimanes alimentados con corriente alterna. Este campo magnético induce corrientes en el rotor, lo que genera movimiento.
En los motores síncronos, el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético rotativo del estator, lo que requiere una sincronización precisa.
Un poco de física: ¿Cómo funciona un electroimán?
Un electroimán funciona gracias a la propiedad que experimentan todos los conductores eléctricos: cuando por un conductor circula una corriente siempre se genera un campo magnético.
El tipo más simple de electroimán es un trozo de cable metálico enrollado en forma de bobina. Una bobina con la forma cilíndrica con el cable enrollado en forma de hélice (similar a un sacacorchos en forma de tirabuzón) suele recibir el nombre de solenoide; un solenoide cerrado sería un toroide. Los extremos del cable están conectados a una fuente de alimentación.
Se pueden producir campos magnéticos más fuertes si dentro de la bobina se pone un núcleo de un material paramagnético o ferromagnético, habitualmente se utiliza un núcleo de hierro dulce. El núcleo concentra el campo magnético de manera que será más intenso que si sólo hubiera el arrollamiento de la bobina.
El tipo de corriente con el que funciona un electroimán puede ser continua o alterna.
Los campos magnéticos originados por las bobinas siguen una forma de la regla de la mano derecha. Si los dedos de la mano izquierda son curvados en la dirección del flujo de la corriente de electrones a través de la bobina, el pulgar apunta en la dirección de la fuerza magnética.
El lado del imán del que surgen las líneas de campo es considerado como el Polo Norte.
Diferencias entre un imán y un electroimán
Las diferencias más importantes entre un imán permanente y un electroimán son las siguientes:
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El campo magnético de un electroimán se puede manipular de manera rápida controlando la cantidad de corriente eléctrica. Por el contrario, es necesario que haya una aportación continuada de energía eléctrica para mantener el campo.
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La fuerza magnética del electroimán depende del suministro eléctrico. Si la corriente deja de fluir, el electroimán pierde sus propiedades.
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 un bobinado. En esta herradura, cuando la corriente pasaba por la bobina del electroimán se magnetizaba y cuando cesaba se desmagnetizar.
Sturgeon demostró las propiedades magnéticas del electroimán levantando unos 4 Kg con una pieza de hierro de menos de 200 gramos con un arrollamiento por el que pasaba la corriente de una batería de una única celda.
Además Sturgeon podía regular su electroimán variando la intensidad de la corriente eléctrica.