¿Qué imanes para el acoplamiento magnético? Guía completa

Los acoplamientos magnéticos son ingeniosos dispositivos que transmiten el par entre los componentes motrices y conducidos sin contacto físico. Esto permite que los líquidos y gases bombeados permanezcan sellados mientras la potencia se transmite a través de una barrera de contención.

En el corazón de los acoplamientos magnéticos hay imanes permanentes de polaridad opuesta. Al girar, los imanes generan campos magnéticos sincronizados que ejercen una fuerza de rotación entre sí. De este modo, los componentes accionados y motrices se acoplan magnéticamente en lugar de mecánicamente.

Pero, ¿qué imanes funcionan mejor para los acoplamientos magnéticos? ¿Y por qué es importante la selección de imanes?

En esta completa guía, como profesional fabricante de acoplamientos magnéticos...trataremos todo lo que necesita saber sobre la elección de imanes para acoplamientos magnéticos, incluyendo..:

• Papel de los imanes en los acoplamientos magnéticos
• Propiedades y rendimiento de los imanes
• Materiales magnéticos comunes para acoplamientos
• Consideraciones de diseño e ingeniería
• Pruebas y validación de circuitos magnéticos

Y mucho más. ¡Manos a la obra!

Por qué son importantes los imanes en los acoplamientos magnéticos

Los imanes permanentes constituyen el núcleo de la funcionalidad del acoplamiento magnético. Sus propiedades determinan esencialmente el rendimiento y la fiabilidad de la transmisión magnética del par.

Al generar campos magnéticos sincronizados, los imanes facilitan la transferencia sin contacto de la fuerza de rotación de los componentes de entrada a los de salida.

Los imanes para acoplamientos magnéticos deben ofrecer una resistencia y estabilidad constantes incluso en entornos exigentes con calor, corrosión, vibraciones o cargas de choque.

La desmagnetización puede perjudicar gravemente el rendimiento. Por eso, los imanes deben soportar condiciones de funcionamiento durante largos periodos sin perder magnetismo.

Mediante la selección de materiales magnéticos óptimos y la ingeniería de conjuntos magnéticos robustos, los fabricantes pueden mejorar la eficacia, durabilidad y fiabilidad de los sistemas de acoplamiento magnético.

Propiedades clave de los imanes para acoplamientos magnéticos

Varios factores clave determinan el rendimiento de los imanes en aplicaciones de acoplamiento magnético:

1. Fuerza y estabilidad magnéticas

Indica la intensidad con la que un imán permanente puede generar campos magnéticos. Los imanes de alta fuerza con mayor intensidad de flujo pueden transmitir más par a través de un entrehierro en comparación con los imanes más débiles.

La estabilidad magnética se refiere a la resistencia contra la desmagnetización en condiciones de funcionamiento que implican calor, vibración, corrosión, etc. Un magnetismo estable durante toda la vida útil del producto garantiza un rendimiento constante del acoplamiento magnético.

2. Temperatura

Esto determina el rango de temperatura de funcionamiento. Los imanes pierden fuerza por encima de su punto de funcionamiento máximo. Por lo tanto, las temperaturas nominales más altas ofrecen una ventana más amplia para aplicaciones que implican calor sin problemas de desmagnetización.

3. Resistencia a la corrosión

Los imanes deben resistir el entorno operativo sin degradar su rendimiento. Los acoplamientos de bombas suelen estar expuestos a la humedad, los ácidos u otros productos químicos. Los recubrimientos adecuados o los materiales resistentes a la corrosión ayudan a conseguirlo.

4. Resistencia mecánica

Los materiales frágiles, como la cerámica, tienen una gran fuerza magnética, pero poca durabilidad mecánica. Necesitan estructuras de soporte para resistir los esfuerzos mecánicos. Los circuitos magnéticos diseñados para ofrecer una gran resistencia mecánica evitan los problemas de fractura.

Si se optimizan estos parámetros mediante la selección de materiales y la ingeniería adecuadas, los imanes pueden ofrecer un rendimiento excepcional durante toda la vida útil del producto de acoplamiento magnético.

Qué imanes para el acoplamiento magnético: Varios tipos

En los conjuntos de acoplamiento magnético se utilizan diversos materiales de imanes permanentes en función de los requisitos de funcionamiento y las consideraciones económicas.

1. Imanes de ferrita

Fabricados con óxido de hierro combinado con carbonato de estroncio o carbonato de bario, estos imanes cerámicos ofrecen una buena relación calidad-precio para aplicaciones de energía baja a media que no impliquen altas temperaturas superiores a 250 °C.

Propiedades clave:

• Densidad de flujo magnético moderada hasta 0,4 Tesla
• Manejar temperaturas inferiores a 250°C
• Bajo coste
• Requieren protección contra la corrosión en entornos húmedos

Las configuraciones más comunes incluyen varillas, discos, bloques o anillos ensamblados en circuitos magnéticos.

2. Imanes de cobalto de samario

Al ofrecer una alta resistencia a la desmagnetización y una estabilidad térmica de hasta 350 °C, el cobalto de samario supera a los imanes de ferrita y de álnico en cuanto a fiabilidad en entornos extremos.

Propiedades clave:

• Gran fuerza magnética
• Temperatura nominal hasta 350°C
• Excelente resistencia a la corrosión
• Soporta cargas de vibración y choque

Las calidades 1:5 y 2:17 tienen un alto contenido en cobalto. Pero el grado 5:3, con menos cobalto, es adecuado para aplicaciones más sensibles a los costes.

3. Imanes de neodimio, hierro y boro

Los imanes de neodimio, actualmente los imanes permanentes más potentes disponibles en el mercado, permiten acoplamientos magnéticos miniaturizados que ofrecen una mayor densidad de par. Su excelente relación calidad-precio los hace muy populares.

Propiedades clave:

• Densidad de flujo magnético muy elevada, superior a 1,4 Tesla
• Temperatura nominal en torno a 180°C (puede aumentarse mediante ingeniería)
• Propenso a la corrosión a menos que esté recubierto
• Material frágil que requiere soporte estructural

Los imanes de neodimio suelen llevar revestimientos de níquel, cobre, niobio o epoxi para evitar la corrosión. Las carcasas de acero inoxidable también protegen los imanes de la degradación en entornos húmedos.

4. Imanes de aluminio, níquel y cobalto

Con una alta resistencia a la desmagnetización y un rendimiento estable hasta 500 °C, los imanes de álnico son idóneos para aplicaciones de alta temperatura, incluidos los acoplamientos magnéticos para uso aeroespacial. Su capacidad para funcionar sin revestimientos externos resulta muy valiosa para soportar el calor extremo.

Propiedades clave:

• Soporta temperaturas de hasta 550°C
• Resiste la desmagnetización
• Cuestan más que los imanes cerámicos o de ferrita
• Baja densidad de flujo magnético en torno a 0,7 Tesla

Fundidos en las formas requeridas, los imanes de álnico se ensamblan en grupos para proporcionar la densidad de flujo magnético necesaria para la transmisión de par en los acoplamientos.

5. Imanes flexibles

Formados por polvo de ferrita o neodimio ligado a una matriz de resina flexible como el vinilo o el plástico, los materiales magnéticos flexibles facilitan el montaje y las capas magnéticas finas para acoplamientos miniaturizados.

Propiedades clave:

• Disponible en planchas o perfiles extruidos
• Robustez mecánica
• Fuerza magnética relativamente baja
• Propenso a la desmagnetización sin refuerzo

La limitada densidad energética de los imanes de enlace flexible los hace inadecuados para aplicaciones muy exigentes, a menos que se aumente su grosor o tengan un respaldo estructural.

Consideraciones sobre el diseño del acoplamiento magnético

Durante el diseño de los acoplamientos magnéticos, los ingenieros tienen en cuenta varios parámetros:

Condiciones de funcionamiento: Esto incluye la temperatura, la humedad, los niveles de vibración, las cargas de choque y la exposición a productos químicos a los que se enfrentarán los imanes. En consecuencia, se incorporan mecanismos de protección al circuito magnético.

Requisitos de par: Las características de la carga determinan las necesidades de transmisión del par. Las cargas más elevadas requieren campos magnéticos más potentes y mecanismos de amplificación como las zapatas de polos para proporcionar una fuerza de rotación suficiente.

Dimensiones del entrehierro: Las limitaciones de espacio dictan aspectos como el grosor del imán y las dimensiones de los polos. Minimizar el entrehierro aumenta la eficacia del acoplamiento magnético. Sin embargo, la holgura mecánica exige una separación mínima.

Minimización de las corrientes de Foucault: Las latas de contención convencionales hechas de elementos metálicos conductores tienden a permitir corrientes parásitas bajo un campo magnético giratorio que calienta los acoplamientos. Los materiales no conductores adecuados evitan este derroche de energía.

Optimización de circuitos magnéticos: Factores como permeancia y el flujo de fuga se ajustan para maximizar la eficacia del acoplamiento magnético en función de las limitaciones de espacio, material y coste.

Comprobación del rendimiento del imán

Los proveedores de imanes y los fabricantes de acoplamientos magnéticos realizan diversas pruebas durante el desarrollo del producto y el control de calidad:

Simulación por ordenador: El software de análisis de elementos finitos ayuda a visualizar la distribución del campo magnético y las fugas de flujo para identificar áreas de mejora en las geometrías de los imanes o los métodos de montaje.

Pruebas de fuerza magnética: Los gaussímetros miden la densidad de flujo superficial de los imanes para garantizar la coherencia y el cumplimiento de las especificaciones. disminuido con el tiempo o debido a la desmagnetización desencadena acciones correctivas adecuadas.

Pruebas de temperatura: Los imanes se someten a pruebas en toda la gama de temperaturas de funcionamiento, incluida la exposición prolongada a altas temperaturas cuando está justificada para validar la estabilidad térmica.

Medición del par: Los bancos de pruebas ayudan a caracterizar la salida de par, la rigidez y otros parámetros tanto a temperatura ambiente como a lo largo de la banda de temperatura de funcionamiento para cuantificar el rendimiento esperado sobre el terreno.

Esta caracterización y mejora garantiza que los conjuntos de imanes de los acoplamientos magnéticos ofrezcan un rendimiento de campo excepcional durante toda la vida útil del producto.

En conclusión

En esta guía exploramos las opciones de imanes más comunes para acoplamientos magnéticos, las propiedades esenciales que hay que buscar, las consideraciones de diseño y los aspectos de las pruebas. Con su eficacia y fiabilidad cada vez mayores, los acoplamientos basados en imanes de neodimio siguen ganando protagonismo en los sistemas de automatización industrial.

Para determinar la mejor solución de acoplamiento magnético que se adapte a sus requisitos específicos, consulte a los equipos de ingenieros expertos al principio de la fase de diseño para obtener recomendaciones adecuadas y asistencia en la personalización.