Selección de imanes

Los imanes son de gran importancia en aplicaciones industriales. Se utilizan en diversas aplicaciones, desde motores eléctricos hasta sensores y actuadores. Sin embargo, seleccionar el imán adecuado para una aplicación específica requiere una comprensión profunda de las propiedades magnéticas, los materiales y las características de diseño.

Requisitos previos para el magnetismo

El requisito previo para el magnetismo es la característica física especial de los electrones para rotar alrededor de su propio eje. Sin embargo, la dirección es decisiva para este denominado giro. El magnetismo solo es posible si los electrones están alineados en la misma dirección. Por esta razón, los metales son particularmente adecuados para magnetizarse, porque los átomos se disponen aquí en un patrón en forma de rejilla. Esto permite que los electrones se muevan libremente y se adapten más fácilmente a una dirección de rotación. Los imanes siempre tienen un polo norte (N) y un polo sur (S), que se repelen entre sí. A diferencia de las cargas eléctricas positivas y negativas, no es posible tener un polo positivo o negativo por separado. Cuando se divide un imán, siempre se crea un imán nuevo y más pequeño. La cantidad indivisible más pequeña también se denomina imán elemental. Estos se encuentran en el hierro, por ejemplo, en una forma no alineada.

Descripción general de los imanes

Dependiendo de su capacidad para ser inherentemente magnética o magnetizada por el suministro de energía externa, distinguimos los siguientes tipos de imán:

• Imanes permanentes: En los imanes permanentes, los electrones se mueven alrededor de su propio eje ya en un patrón alineado, generando así un campo magnético permanente. El hierro, el cobalto y el níquel, por ejemplo, son magnéticos por naturaleza. Los imanes permanentes se dividen en imanes duros e imanes blandos. Los imanes duros tienen una alta remanencia (resistencia a la desmagnetización) y una fuerza de campo coercitiva (la fuerza de campo magnético necesaria para desmagnetizar completamente un imán), mientras que los imanes blandos se pueden magnetizar y desmagnetizar fácilmente.
• Electroimanes: En los electroimanes, el magnetismo se genera suministrando corriente eléctrica. Tan pronto como los electrones fluyen a través de un conductor eléctrico, la corriente que los rodea genera un campo magnético. Este es normalmente un cable con bobinados, donde cada bucle de bobinado sirve como conductor circular. En general, esto da como resultado un campo magnético total muy fuerte que supera el de los imanes permanentes.

Propiedades magnéticas básicas

Las propiedades básicas de los imanes incluyen:

• La densidad del flujo magnético (Tesla): La densidad superficial del flujo magnético que pasa verticalmente a través de un determinado elemento superficial. El término inducción magnética se usa a menudo como sinónimo y también describe el mismo fenómeno físico, pero en un contexto diferente (electrodinámica e inducción electromagnética).
• La intensidad del campo magnético (amperios por metro): Asigna una fuerza y dirección del campo magnético generado por el voltaje magnético a cada punto espacial.
• Permeabilidad magnética (también conductividad magnética): Determina la capacidad de los materiales para atravesar campos magnéticos o adaptarse a un campo magnético.

Estas propiedades afectan al rendimiento de un imán en ciertas aplicaciones.

Desmagnetización de imanes permanentes

Es posible desmagnetizar imanes permanentes. Sin embargo, puede que todavía quede una magnetización residual baja. Para la desmagnetización, debe alterarse la alineación de los giros atómicos. Esto puede ocurrir, por ejemplo, por influencias externas como el calor, los impactos fuertes u otros campos magnéticos. Por ejemplo, cada material magnético tiene una temperatura de aplicación máxima, también llamada temperatura de Curie. Por encima de esta temperatura, las propiedades magnéticas cambian. Esta temperatura es de aprox. 769 °C para el hierro, aprox. 1127 °C para el cobalto y aprox. 358 °C para el níquel. Los electroimanes se pueden desmagnetizar desconectando la fuente de alimentación.

Fabricación de imanes y materiales utilizados

Existen varios procesos de fabricación para los imanes. Sin embargo, la metalurgia en polvo, en la que los materiales se pulverizan primero y luego se mezclan y comprimen, es el más común. El proceso de compresión tiene lugar bajo calor y también se denomina sinterización en fase líquida. Finalmente, se produce el proceso de magnetización, en el que los imanes elementales en la pieza de partida se alinean en una dirección mediante el uso de un imán grande o electroimanes. La fuerza magnética de acción debe ser aproximadamente tres veces más alta que la fuerza magnética que debe tener el imán final. Algunos de los materiales comunes son el neodimio-hierro-boro (NdFeB), el samario-cobalto (SmCo), el AlNiCo (aluminio-níquel-cobalto) y las ferritas.

Los materiales seleccionados dependen de factores como la temperatura de funcionamiento, el rendimiento magnético y el coste. Ahora también es posible fabricar imanes unidos con plástico, como imanes de goma.

Selección de imanes

Para poder seleccionar el imán correcto, es importante conocer los parámetros que afectan al rendimiento de un imán:

• Remanencia: La densidad de flujo que un imán mantiene dentro de un bucle cerrado.
• Fuerza del campo coercitivo: La medida de la resistencia a la desmagnetización.
• Producto de energía máxima: Remanencia (Br) de un imán multiplicada por la fuerza del campo coercitivo (Hc).
• Densidad de flujo de lazo abierto: La intensidad del campo magnético (medida en Tesla, anteriormente Gauß). Describe la densidad del campo magnético generado (densidad de flujo). El campo magnético se visualiza como líneas magnéticas a lo largo de la dirección de magnetización. La intensidad de campo es la densidad de estas líneas sobre un área determinada y el número total de líneas describe la densidad de flujo magnético.
• Fuerza adhesiva: La fuerza de atracción de un imán medida en Newtons. La selección del material, la textura superficial y el ángulo de atracción magnético influyen en la fuerza de atracción.

La siguiente tabla muestra los valores de referencia para la selección de imanes basados en la fuerza de adsorción y la densidad de flujo.

Para obtener más información, consulte el catálogo de productos.

El entorno en el que funcionará el imán también afecta al rendimiento y la durabilidad. Además de la temperatura ya mencionada, la humedad (formación de óxido), la tensión mecánica o la corrosión influyen en las propiedades magnéticas. Por lo tanto, se deben tener en cuenta todas las circunstancias para la selección y se deben utilizar imanes con propiedades especiales, como alta resistencia a la humedad, si es necesario.

En MISUMI, ofrecemos imanes para cada uso. La gama incluye imanes de neodimio altamente resistentes al calor, así como imanes de goma flexibles o ganchos magnéticos prefabricados. Por ejemplo: imanes redondos, imanes con soportes, imanes de goma, imanes (enroscables), imanes (rectangulares) o soportes de imanes (conmutables).

Calidad del imán como unidad de medida importante

La calidad del imán es una unidad de medida importante para los imanes. Consiste en una letra seguida de un número, por ejemplo, UH45:

• Letra: La letra indica la temperatura máxima de funcionamiento. Los imanes suelen tener una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C, marcada con la letra N. Puede obtener más información: M hasta 100 °C, H hasta 120 °C, SH hasta 150 °C, UH hasta 180 °C y EH hasta 200 °C.
• Número: El número indica la energía magnética almacenada por volumen. Es el producto de la fuerza del campo magnético H y la densidad de flujo magnético B.

Uso industrial de imanes

Los imanes son indispensables en la industria. Por ejemplo, los electroimanes se utilizan en la industria automotriz dondequiera que se utilicen motores eléctricos. La rotación del motor se ve afectada por las fuerzas de atracción y repelencia del imán. Los imanes también se utilizan para relés. Aquí, se instala un interruptor electromagnético en un circuito y luego se crea un campo magnético a través de una fuente de alimentación débil. El interruptor se cierra cuando se suministra alimentación y se abre tan pronto como se apaga la corriente, lo que disipa el campo magnético. En algunos trenes de alta velocidad y trenes de levitación magnética, se utilizan imanes potentes para levantar vehículos del suelo y permitir que se deslicen sin problemas y rápidamente. Además, los imanes y sus propiedades se utilizan específicamente en sistemas de cintas transportadoras. De este modo, el material transportado puede separarse o clasificarse fácilmente, lo que es especialmente importante en las industrias de reciclaje y procesamiento de residuos.

Los imanes permanentes se utilizan, por ejemplo, en las siguientes aplicaciones:

• Cintas transportadoras: Los imanes permanentes se utilizan para separar los materiales ferromagnéticos de los materiales no ferromagnéticos, por ejemplo, en la industria del reciclaje. El imán permanente recoge y retira los materiales magnéticos.
• Dispositivos de seguridad: En ingeniería mecánica y construcción de máquinas personalizadas, se utilizan imanes permanentes en los alojamientos de las puertas o en las cubiertas protectoras. Por ejemplo, mantienen cerradas las puertas o solapas que permiten el acceso a componentes peligrosos de la máquina.
• Sistemas de control de acceso: Aquí se utilizan imanes permanentes junto con electroimanes. El imán permanente está siempre montado, mientras que el electroimán regula el mecanismo de bloqueo venciendo la fuerza del imán permanente cuando se activa (por ejemplo, mediante una tarjeta de acceso), lo que desbloquea la puerta.

Las opciones de aplicación son muy versátiles y se reflejan en una amplia cartera de productos en MISUMI.