Magnetismo y Electrotecnia: Electroimanes, Inducción y Motores
Guía de magnetismo aplicado: campo magnético, electroimanes, ley de Faraday, inducción electromagnética y su papel en motores y transformadores.
El magnetismo y la electricidad son dos caras de la misma moneda. La inducción electromagnética —descubierta por Faraday— es el principio que hace posible los generadores, transformadores, motores y muchos sensores eléctricos.
Campo magnético y electromagnetismo
Principio fundamental: Toda corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor.
Electroimán: Un cable enrollado en espiral (solenoide) concentra el campo magnético. Al introducir un núcleo de hierro, se multiplica enormemente. Es la base de: relés, contactores, electroválvulas, timbres y altavoces.
Magnitudes magnéticas:
| Magnitud | Símbolo | Unidad | Significado |
|---|---|---|---|
| Flujo magnético | Φ | Weber (Wb) | "Cantidad" de campo |
| Densidad de flujo | B | Tesla (T) | Intensidad del campo |
| Intensidad de campo | H | A/m | Fuerza magnetizante |
| Permeabilidad | μ | H/m | Facilidad de magnetización |
Inducción electromagnética
Ley de Faraday: Cuando el flujo magnético que atraviesa un circuito varía, se induce en él una fuerza electromotriz (tensión).
e = -N × dΦ/dt
- e = fuerza electromotriz inducida (V)
- N = número de espiras
- dΦ/dt = variación del flujo en el tiempo
Formas de variar el flujo:
Aplicaciones directas:
- Generador/alternador: Convierte movimiento en electricidad
- Transformador: Convierte tensión entre niveles
- Motor: Convierte electricidad en movimiento
- Sensor inductivo: Detecta objetos metálicos sin contacto
Aplicaciones prácticas
El contactor (relé de potencia): Un electroimán que, al energizarse, cierra contactos de potencia. Es el actuador más usado en automatismos industriales.
El motor asíncrono (de inducción): El campo magnético giratorio del estátor induce corrientes en el rotor, que a su vez crean un campo que interactúa con el del estátor: el rotor sigue al campo giratorio.
El diferencial (ID): Usa un transformador toroidal: los cables de fase y neutro pasan por el toroide. Si las corrientes son iguales, los flujos se cancelan. Si hay fuga a tierra, el desequilibrio induce tensión en el bobinado de detección, que dispara el mecanismo.
Pinza amperimétrica: Un transformador de corriente: el cable por el que circula corriente actúa como primario de una espira, y la pinza es el secundario. La corriente inducida es proporcional a la que circula por el cable.
Cocina de inducción: Genera un campo magnético alterno que induce corrientes de Foucault en el fondo metálico de la olla. El calor se genera directamente en la olla, no en la placa.
Conclusión
El magnetismo es inseparable de la electricidad. Comprender la inducción electromagnética te permite entender por qué funcionan los transformadores, motores, contactores, diferenciales y pinzas amperimétricas.
Preguntas frecuentes
Por la magnetostricción: el núcleo de hierro se expande y contrae 100 veces por segundo (el doble de la frecuencia de red) al magnetizarse y desmagnetizarse. Este movimiento microscópico genera el zumbido característico a 100 Hz.