Entrehierro
¿Qué es un entrehierro?
El «entrehierro» es de especial relevancia en la tecnología de campos magnéticos. Este consiste en un espacio (lleno de aire) en el núcleo ferromagnético de los electroimanes. Si se calcula con precisión, el entrehierro implica que el electroimán puede funcionar con corrientes muy diferentes y puede almacenar energía magnética mejor que un imán sin entrehierro. El entrehierro también evita la saturación magnética prematura, en la que el campo magnético no sigue aumentando a altas corrientes y la energía se pierde en forma de calor.Índice
En general, un entrehierro es un espacio lleno de aire.
En tecnología, suele tratarse de la distancia entre superficies opuestas en componentes.
En la tecnología de electroimanes, un entrehierro no es simplemente un espacio que surge por casualidad debido al diseño, sino que cumple funciones importantes.
¿Qué función cumple el entrehierro?
En los núcleos de hierro de los transformadores, hay un entrehierro para evitar la saturación magnética del núcleo de hierro durante el funcionamiento normal. Además, el campo magnético en el entrehierro es significativamente mayor que en el material de hierro, lo que significa que la energía magnética se almacena en el entrehierro. El transformador actúa entonces como un almacén de energía a corto plazo, lo que resulta ventajoso para determinadas aplicaciones.Un transformador consta de dos electroimanes opuestos. El campo magnético de un electroimán induce una tensión en la bobina del segundo electroimán. La magnitud de esta tensión depende de la relación entre el número de espiras de las dos bobinas. Por tanto, el transformador modifica la magnitud de las tensiones y corrientes. Un núcleo ferromagnético (normalmente de hierro) en los electroimanes favorece este proceso.
Si un transformador se va a utilizar en un amplio rango de potencias, es decir, si va a funcionar tanto a potencias bajas como altas y si sus propiedades deben cambiar lo menos posible, se instalan núcleos de hierro con entrehierro en los electroimanes del transformador.
Un entrehierro en el núcleo de hierro de un electroimán cumple una función técnicamente importante.
El entrehierro reduce la saturación magnética.
La energía magnética también se almacena en el entrehierro.
El aire presenta una permeabilidad
magnética mucho menor que el hierro.
Por tanto, el entrehierro reduce la densidad de flujo magnético
en el núcleo de hierro interrumpido en comparación con un núcleo de hierro sin entrehierro.
Por otra parte, el campo magnético en el entrehierro es muy alto.
Esto significa que el transformador funciona de una manera algo menos eficiente a niveles de potencia bajos, pero la saturación magnética del núcleo de hierro no se produce tan rápidamente a niveles de potencia más altos. La menor densidad de flujo magnético global en un electroimán con entrehierro es proporcional al campo magnético en un rango más amplio que sin entrehierro.
Muchos materiales ferromagnéticos presentan una magnetización de saturación de 1-2 teslas. Esto no es mucho; en muchas aplicaciones técnicas se producen densidades de flujo magnético significativamente mayores.
La razón física de la saturación magnética es que los espines atómicos del material ferromagnético (núcleo de hierro) están totalmente alineados en un determinado campo magnético externo. A pesar de un aumento de la corriente, la densidad de flujo magnético ya no aumenta.
Los espines de los electrones
en todos los dominios de Weiss
del ferromagneto están alineados en paralelo.
En un transformador, la corriente en el llamado circuito primario, es decir, en la bobina cuya tensión se va a transformar, puede aumentar bruscamente.
Esto reduce la eficiencia del transformador y provoca una pérdida significativa de energía debido al calentamiento.
La elección adecuada del espesor del entrehierro ayuda a optimizar el transformador para el rango de potencia deseado.
Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt
El Dr. Franz-Josef Schmitt es físico y director científico del Curso Práctico Avanzado de Física de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg. Trabajó en la Universidad Técnica entre 2011 y 2019 y dirigió varios proyectos docentes y el laboratorio de proyectos de Química. Su investigación se centra en la espectroscopia de fluorescencia con resolución temporal en macromoléculas biológicamente activas. Asimismo, es director general de la empresa Sensoik Technologies GmbH.
Dr. Franz-Josef Schmitt
El Dr. Franz-Josef Schmitt es físico y director científico del Curso Práctico Avanzado de Física de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg. Trabajó en la Universidad Técnica entre 2011 y 2019 y dirigió varios proyectos docentes y el laboratorio de proyectos de Química. Su investigación se centra en la espectroscopia de fluorescencia con resolución temporal en macromoléculas biológicamente activas. Asimismo, es director general de la empresa Sensoik Technologies GmbH.
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