electroimanes


Resumen— El presente documento presenta un informe en el que se describe el proceso realizado para el diseño óptimo de un electroimán teniendo en cuenta distintas variables como el costo de los materiales empleados (Cobre, Hierro), el trabajo a realizar.


Índice de Términos— Cobre, Costo, Diseño, Hierro.,

I. EINTRODUCCIÓN

n el diseño de cualquier dispositivo el costo económico sepuede considerar como una de las variables más importantes, por tal motivo a continuación se presenta el diseño óptimo para la construcción de un electroimán, siempre cumpliendo unas restricciones de trabajo por parte de la maquina entre las cuales esta levantar un objeto con una masa de 5Kg durante un minuto

II. especificaciones del diseño

El problema consistía en diseñar un electroimáncapaz de levantar una masa de 2kg desde la distancia “0”, que se conectara a un tomacorriente común, teniendo un ciclo de trabajo del 50%, que se repite cada 3 minutos, buscando que este fuese el más económico en diez años de trabajo, sabiendo que el hierro tiene un costo de $3000/kg, el cobre de $500/kg y la energía $400kWH a una tasa de interés del 5%.
III. consideraciones para el diseño
A.Consideraciones Previas
El electroimán es realmente un elemento que adquiere las propiedades magnéticas de un imán natural cuando se hace circular una corriente eléctrica a través de un inductor que a su vez esta enrollado en un núcleo de hierro. Cuando circula dicha corriente se produce un flujo magnético a través del núcleo el cual es altamente magnetizado generando atracción sobre materialesmagnéticos cercanos, dicho proceso se puede controlar con el flujo de corriente.

Las principales variables manipulables para tener el control sobre el funcionamiento de un electroimán es:
El flujo de corriente a través del inductor.
Empleando un inductor con mayor número de vueltas de alambre de cobre.
Cambiando el núcleo con mejores propiedades.

B. Análisis Económico
El costo delelectroimán dependerá del costo del hierro y el del cobre:


Por lo que se busco variar la variable peso para observar cual era el optimo, además de saber que esto esta relacionado con la corriente y el consumo en general del dispositivo.

Para realizar el análisis económico se realizo:

1. Núcleo

Los electroimanes normalmente tienen su núcleo en forma de herradura para simular de una uotra forma los dos polos de un imán natural, ya que por lo general las líneas de campo en este tipo de configuración se confinan mejor incrementando el campo y la fuerza del dispositivo.
Se puede llegar a considerar el electroimán con ciertas dimensiones como se presenta a continuación:


Fig. 1. Modelo del núcleo del electroimán

Si se considera el área de contacto en este caso sería de2a2.
Se puede calcular la masa del núcleo conociendo el volumen y la densidad del material, en este caso del hierro, además de su costo. Pero se debe definir a en metros.
(1)


Como se sabe que el hierro tiene un valor de $3000/kg, y que la densidad es de 7874 kg/m3. Con este modelo se calculó la masa, a partir del volumen y la densidad.

2. Devanado

Las bobinas por lo general serealizan en alambre de cobre debido a su baja resistividad, más adelante se mostraran los cálculos realizados para el cálculo de la corriente a emplear y definir con eso el calibre del alambre.

3. Fuerza
La fuerza que debía entregar el electroimán debía ser de 50 N equivalente a
Se sabe que la fuerza sobre un material ferro magnético para una corriente constante está dada por:Siendo Fmm la fuerza magneto motriz:



Y R la reluctancia dada por:



µ es la permeabilidad magnética absoluta y A el área de contacto a2.

4. Análisis de la fuerza

Para el análisis se consideró la imagen 3, en donde se desprecian los efectos de borde, entre otras fenómenos presentes.

Fig. 2...