Electroiman.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA

Proyecto: Electroimán INTEGRANTES:      

Aguilar Ramírez Adrián Regalado Villegas Juan Carlos Rodriguez Chambergo Manuel Serrepe Valverde Mario Valdiviezo Cieza Justo Jorge Vásquez Cornejo Oscar

CURSO: Maquinas Eléctricas

DOCENTE: Ing. Thauso Pachamango Bautista

CICLO ACADEMICO: 2018 – l

Lambayeque, julio del 2018

¿Qué es un electroiman? 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. Los electroimanes generalmente consisten en un gran número de espiras de alambre, muy próximas entre sí que crean el campo magnético. Las espiras de alambre a menudo se enrollan alrededor de un núcleo magnético hecho de un material ferromagnético o ferrimagnético, como el hierro; el núcleo magnético concentra el flujo magnético y hace un imán más potente. ¿Cuál es su ventaja? La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente, es que el campo magnético se puede cambiar de forma rápida mediante el control de la cantidad de corriente eléctrica en el devanado. Sin embargo, a diferencia de un imán permanente que no necesita de alimentación, un electroimán requiere de una fuente de alimentación para mantener los campos. ¿Dónde podemos encontrar electroimanes? Los electroimanes son ampliamente usados como componentes de otros dispositivos eléctricos, como motores, generadores, relés, altavoces, discos duros, máquinas MRI , instrumentos científicos y equipos de separación magnética. Los electroimanes también se emplean en la industria para recoger y mover objetos pesados, como la chatarra de hierro y acero.

Un electroimán simple consiste en una bobina de alambre aislado envuelto alrededor de un núcleo de hierro. Un núcleo de material ferromagnético, como el hierro sirve, para aumentar el campo magnético creado. La fuerza del campo magnético generado es proporcional a la cantidad de corriente que atraviesa los arrollamientos

Parte teorica: formulas a usar Principalmente queremos que nuestro electroiman levante un peso aproximado de 20 Kg, entonces: En el desarrollo usaremos una estructura o nucleo de forma tipo “U” recto, como se detalla en la figura, en la cual los pequeños rectangulos del lado derecho son los que entraran en contacto con la superficie metalica a la que se adherira:

Para que nuestro electroiman funcione necesitamos dos cosas importantes:  El numero de espiras o vueltas que usaremos sobre nuestra superficie o nucleo (N)  Y la intensidad de corriente que pasara por cada espira (I) Tambien sabemos que si multiplicamos ambos valores obtenemos lo que llamamos la fuerza magnetomotriz: 𝐹𝑇 = 𝑁𝐼 Ahora, en dicha fuerza magnetomotriz intervienen dos factores o dos fuerzas: la fuerza magnetomotriz que se ejerce en el aire y la fuerza sobre el hierro. Es decir que tendremos una fuerza total que sera la suma de ambas: 𝐹𝑇 = 𝐹𝑎𝑖𝑟𝑒 + 𝐹𝐹𝑒 Pero para calcular la fuerza magnetomotriz se multiplica la intensidad de campo (H) por la longitud (L): 𝐹𝐹𝑒 = 𝐻𝐹𝑒 𝐿𝐹𝑒 𝐹𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝐻𝑎𝑖𝑟𝑒 𝐿𝑎𝑖𝑟𝑒

Dicha longitud del hierro sera la longitud tomada en el centro de nuestra superficie.

Es decir que : 𝐿𝐹𝑒 = (13.46 + 11 + 13.46 + 11)𝑐𝑚 ⇒ 𝐿𝐹𝑒 = 48.92 𝑐𝑚 Y para calcular ese “H” tanto para el hierro como para el aire debemos recurrir a la formula de la permeabilidad, donde: 𝜇=

𝐵 𝐻

𝜇 = 𝜇𝑟 𝜇 0 𝜇0 = 4𝜋(10−7 ) 𝑁𝐴−2 Donde: 𝜇𝑟 es la permeabilidad relativa y 𝜇0 es la permeabilidad en el vacio. Cuando el medio es el aire tenemos que 𝜇 = 𝜇0 debido a que la permeabilidad relativa vale 1; y “B” es la induccion magnetica 𝐹 𝐵=√ 40000𝑆 Donde: F es la fuerza para levantar el peso (expresada en kilopondio) y S es el area en contacto Ahora que tenemos nuestras formulas procedemos a realizar nuestro calculos en la siguiente parte, para asi saber que valores de corriente y cuentas espiras tendremos que utilizar.

Parte operativa: Cálculo de valores 1) Calculamos el valor de nuestra inducción magnética B, recordando que queremos levantar un peso aproximado de 20 Kg. 𝑆 = 2(0.06)(0.0254)𝑚2 (Se multiplica por 2 porque tenemos dos rectángulos con esas dimensiones) 𝑆 = 3.048𝑥10−3 𝑚2

20 𝐵=√ 40000(3.048𝑥10−3 ) 𝐵 = 0.405 𝑇 2) Calculamos los valores de nuestras intensidades de campo (H) del aire y del hierro. 2.1) Para el hierro: 𝜇𝐹𝑒 = 𝜇𝑟𝐹𝑒 𝜇0 𝜇𝐹𝑒 = 1500(4𝜋(10−7 )) 𝜇𝐹𝑒 = 1.885𝑥10−3

𝐻𝐹𝑒 =

𝐵 0.405 = 𝜇𝐹𝑒 1.885𝑥10−3

𝐻𝐹𝑒 = 214.85 𝐴𝑣ൗ𝑚 𝐴𝑣: 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎 2.2)

Para el aire: 𝜇𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝜇0 𝜇𝑎𝑖𝑟𝑒 = 4𝜋(10−7 )

𝐻𝑎𝑖𝑟𝑒 =

𝐵 𝜇𝑎𝑖𝑟𝑒

=

0.405 4𝜋(10−7 )

𝐻𝑎𝑖𝑟𝑒 = 322288.7598 𝐴𝑣ൗ𝑚

3) Calculamos el valor de ambas fuerzas magnetomotrices: 3.1) Para el hierro: 𝐹𝐹𝑒 = 𝐻𝐹𝑒 𝐿𝐹𝑒 𝐹𝐹𝑒 = (214.85 𝐴𝑣ൗ𝑚)(0.4892𝑚) 𝐹𝐹𝑒 = 105.105 𝐴𝑣

3.2)

Para el aire: 𝐹𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝐻𝑎𝑖𝑟𝑒 𝐿𝑎𝑖𝑟𝑒 𝐹𝑎𝑖𝑟𝑒 = (322288.7598 𝐴𝑣ൗ𝑚)(0.004𝑚) 𝐹𝑎𝑖𝑟𝑒 = 1289.155 𝐴𝑣 Tomamos 𝐿𝑎𝑖𝑟𝑒 = 0.4𝑐𝑚 como un valor de separación de contacto para que se adhiera una superficie con la otra por efecto del campo.

4) Hallamos la fuerza total: 𝐹𝑇 = 𝐹𝑎𝑖𝑟𝑒 + 𝐹𝐹𝑒 (1289.155 𝐹𝑇 = + 105.105)𝐴𝑣

𝐹𝑇 = 1394.26 𝐴𝑣 5) Calculamos nuestro número de vueltas y la cantidad de corriente: 𝐹𝑇 = 𝑁𝐼 Queremos hacer un bobinado que soporte una corriente de 3A Por lo tanto: 𝐼 = 3𝐴

𝑁=

1394026 𝐴𝑣 3𝐴

𝑁 ≅ 465 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 EN CONCLUSION: Usaremos un alambre que soporte 3A de corriente (#18 en la tabla de valores), y le daremos 465 vueltas alrededor de la parte izquierda de la figura señalada al principio.

Anexos: Imágenes de desarrollo Piezas del nucleo:

Enrrollamiento del alambre en el nucleo:

Prueba de levantar el peso: