Resistencia de materiales 2 - Fotoelasticidad

TAREA ACADÉMICA 2013 – 2

Diseño de un electroimán separador

1. Introducción:

En la industria alimentaria, específicamente, en el procesamiento de los alimentos a granel, se puede encontrar frecuentemente la presencia de partículas metálicas contaminantes que pueden afectar nuestra salud al consumirlos. Para evitar esto, se hace uso de un dispositivo llamado electroimán separador.

Unelectroimán es un tipo de imán que funciona en base al uso de la electricidad. Este se encuentra compuesto por cables enrollados (figura 1), en los cuales al circular la corriente eléctrica se genera campos magnéticos. Generalmente en la gran mayoría de electroimanes, para poder aumentar la intensidad de este campo, se utiliza un núcleo de hierro fundido u otro material ferromagnético, el cual esimantado por el campo magnético creado por la bobina (figura 2).

En las siguientes líneas se propondrá un diseño de un electroimán como herramienta de limpieza en una línea de producción.
















2. Presentación descriptiva:

Se plantea diseñar un electroimán que cumpla la función de atraer los contaminantes metálicos presentes en una línea de producción de alimentos(producción de granos de diversas clases de alimentos, producción de harina o azúcar pulverizada). Estos contaminantes pueden ser tornillos, arandelas (huachas), tuercas, clavos, polvillo metálico, etc. Se calculará de manera aproximada la fuerza necesaria que el electroimán debe brindar para que los contaminantes sean retirados de manera eficiente.


3. Fundamento Teórico:

Se debe tener encuenta algunas expresiones válidas para todo circuito magnético, así como algunos conceptos necesarios:

a) Intensidad de campo magnético (H) :

(3.1) Donde: N = Número de espiras (vueltas)
I = Corriente que circula en el conductor (A)
Lm = Longitud media del núcleo (m)


b) Inducción magnética (B):
Número de líneas de flujo magnético por unidad de área.(3.2) Donde: = Flujo magnético (Wb)
A= área (m2)

c) Permeabilidad magnética (µ) :
Es la respuesta de un material ante la presencia de un campo magnético al permitir el paso del flujo magnético a través de este. Se relaciona aproximadamente con la siguiente expresión:
(3.3) Donde: B=Inducción magnética ()
H= Intensidad magnética ()
d) Ley deHopkinson:
Es la Ley que gobierna a los circuitos magnéticos, es equivalente a la ley de ohm en los circuitos eléctricos. Se expresa de la siguiente manera:










(3.4) Donde: Ø = flujo magnético (Wb)

Ɽ = Reluctancia (H-1)

fmm = fuerza magnetomotriz (A –vueltas)

Aclarando algunos términos, la reluctancia es la oposición al paso del flujomagnético y se calcula de la siguiente manera:



Y la fuerza magnetomotriz es la que produce el flujo magnético, esta última se expresa de diferente manera:




4. Fundamentos de diseño:

Requerimientos iniciales:

Los alimentos son transportados a través de un canal de acero inoxidable cuyas dimensiones de su sección transversal rectangular es de 200 mm x 150 mm y espesor de plancha 1,5mm, el cual se encuentra en una línea con una inclinación de 65° a 75° con respecto a la horizontal.








Consideraciones especiales a tener en cuenta:

Se debe considerar que el canal debe ser cerrado ya que podría existir perdidas de materia prima: la harina pulverizada, por ejemplo, podría salir dispersada. Solo la zona donde se colocará el electroimán estará abierto.

Seconsiderará que los contaminantes presentes en los alimentos serán únicamente metálicos y estos tendrán un bajo peso y sus dimensiones serán relativamente pequeñas.

Con estas condiciones iniciales, se pasará a mostrar los requerimientos necesarios para la construcción del electroimán:
Material del núcleo utilizado
Geometría del núcleo ( forma de herradura, cilíndrica o prismática)
Intensidad de...