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Corriente de Foucault

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Corriente de Foucault La corriente de Foucault (corriente par€sita tambi•n conocidas como Corrientes de Eddy o "Corrientes torbellino" en ingles) es un fenƒmeno el•ctrico descubierto por el f„sico franc•s L•on Foucault en 1851. Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magn•tico variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulaciƒn de electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magn•ticos que se oponen al efecto del campo magn•tico aplicado (ver Ley de Lenz). Cuanto m€s fuerte sea el campo magn•tico aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores ser€n las corrientes de Foucault y los campos opositores generados. En los n…cleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a las variaciones de flujo magn•tico a que se someten aquellos n…cleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes par€sitas en el n…cleo (llamadas corrientes de Foucault), que no son ƒptimas para la buena eficiencia el•ctrica de •ste.

A medida que la placa met€lica circular se mueve a trav•s de una peque‚a regiƒn de campo magn•tico constante entrante a la imagen, las corrientes de Foucault son inducidas en •sta. La direcciƒn de esas corrientes est€ determinada por la Ley de Lenz

Las corrientes de Foucault crean p•rdidas de energ„a a trav•s del efecto Joule. M€s concretamente, dichas corrientes transforman formas …tiles de energ„a, como la cin•tica, en calor no deseado, por lo que generalmente es un efecto in…til, cuando no perjudicial. A su vez disminuyen la eficiencia de muchos dispositivos que usan campos magn•ticos variables, como los transformadores de n…cleo de hierro y los motores el•ctricos. Estas p•rdidas son minimizadas utilizando n…cleos con materiales magn•ticos que tengan baja conductividad el•ctrica (como por ejemplo ferrita) o utilizando delgadas hojas de acero el•ctrico, apiladas pero separadas entre s„ mediante un barniz aislante. Los electrones no pueden atravesar la capa aisladora entre los laminados y, por lo tanto, no pueden circular en arcos abiertos. Se acumulan cargas en los extremos del laminado, en un proceso an€logo al efecto Hall, produciendo campos el•ctricos que se oponen a una mayor acumulaciƒn de cargas y a su vez eliminando las corrientes de Foucault. Mientras m€s corta sea la distancia entre laminados adyacentes (por ejemplo, mientras mayor sea el n…mero de laminados por unidad de €rea, perpendicular al campo aplicado), mayor ser€ la eliminaciƒn de las corrientes de Foucault y, por lo tanto, menor el calentamiento del n…cleo.

Or€genes de las corrientes de Foucault Si hacemos oscilar un p•ndulo constituido por una placa de cobre, entre los polos de un electroim€n se observar€ que se va frenando hasta pararse por completo, produci•ndose este efecto m€s r€pidamente cuanto mayor sea la intensidad del campo. Al tratarse de una placa de cobre, material no magn•tico, el frenado del p•ndulo no es debido a la atracciƒn de los polos del im€n. Lo que sucede es que en la placa, al cortar el flujo entre las piezas polares, se induce una fuerza electromotriz, seg…n predice la ley de Lenz. Como el cobre es un buen conductor y la placa ofrece una gran secciƒn al paso de la corriente, su resistencia ƒhmica es peque‚a y las corrientes inducidas intensas. Estas corrientes, se oponen a la acciƒn del origen que las produce, esto es, la propia oscilaciƒn del p•ndulo, por tanto, act…an de freno. La energ„a cin•tica del p•ndulo en movimiento, por el principio conservaciƒn, se transforma en calor por el efecto Joule.

Corriente de Foucault Otros ejemplos claros donde aparecen este tipo de corrientes inductoras lo podemos observar en la mayor„a de maquinaria el•ctrica, dinamos, motores de corriente continua, alternadores, transformadores y en cualquier m€quina donde exista un flujo de inducciƒn. En general, las corrientes de Foucault son indeseadas, ya que representan una in…til disipaciƒn de energ„a en forma de calor.

Aplicaciones El•ctricas Las corrientes de Foucault son usadas para aumentar el efecto en convertidores de movimiento a electricidad como en los generadores el•ctricos y los micrƒfonos din€micos. Tambi•n pueden ser usados para inducir un campo magn•tico en latas de aluminio, lo que permiten que •stas sean f€cilmente separables de otros elementos reciclables. Los superconductores permiten una conducciƒn perfecta, sin p•rdidas, que crean corrientes de Foucault iguales y opuestas al campo magn•tico externo, permitiendo de esta manera la levitaciƒn magn•tica. Por la misma razƒn, los campos magn•ticos dentro de un medio superconductor ser€n exactamente cero, independientemente del campo externo aplicado. Una de las aplicaciones pr€cticas de las corrientes de Foucault, es la utilizada en los medidores de consumo el•ctrico, donde el disco corta l„neas de fuerza, al girar, accionado por el campo de un im€n. Las corrientes que se producen en el disco, generan una fuerza Contador por corriente de Foucault opuesta a la que acciona. Por medio de este frenado de corrientes de Foucault, permite calibrar los contadores modificando la posiciƒn del im€n. Este mismo dispositivo sirve para el ajuste de fin de velocidad de los gira discos y el amortiguamiento de los instrumentos de medida, incluso algunos camiones est€n equipados con frenos accionados esto. Algunos tacƒmetros tienen un im€n que gira a la velocidad que se trate de medir frente a un disco met€lico mƒvil. Las acciones electromagn•ticas debidas a las corrientes de Foucault, lo accionan en sentido de rotaciƒn del im€n. Gracias a un muelle de retorno, se consigue inmovilizar el disco en una posiciƒn de equilibrio, que es funciƒn de la velocidad del im€n. Las corrientes de Foucault se emplean a…n en ensayos no destructivos para detectar discontinuidades superficiales y medir conductividad electrica en metales no magneticos.

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Corriente de Foucault

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Mec‚nicas Las corrientes de Foucault son usadas para frenar al final de algunas monta‚as rusas. Este mecanismo no tiene ning…n desgaste mec€nico y produce una precisa fuerza de frenado. T„picamente, pesadas placas de cobre extendi•ndose desde el carro son movidas entre pares de imanes permanentes muy potentes. La resistencia el•ctrica entre las placas genera un efecto de arrastre an€logo a la fricciƒn, que disipa la energ„a cin•tica del carro. Efecto de frenado Aunque la p•rdida de energ„a …til resulta casi siempre indeseable, a veces tiene algunas aplicaciones pr€cticas. Una de ellas es en algunos trenes y veh„culos pesados, como autocares y camiones, cuyos frenos se act…an a base de inducir corrientes de Foucault (eddy current brake). Durante el frenado, las llantas de metal en las ruedas est€n expuestas al campo magn•tico de un electroim€n, que genera corrientes de Foucault en los n…cleos y llantas de las ruedas. Las corrientes de Foucault encuentran resistencia mientras circulan a trav•s del metal, y disipan energ„a en forma de calor, haciendo que las ruedas disminuyan su velocidad. Mientras m€s r€pido giren las ruedas, m€s fuerte ser€ el efecto, resultando que a medida que el tren disminuye su velocidad, tambi•n lo har€ la fuerza de frenado, consigui•ndose un frenado suave proporcional a la velocidad de las ruedas.

Freno de corrientes de Foucault

Si colocamos un disco de aluminio que gira de forma libre, frente a un im€n, el campo magn•tico producido por el im€n reduce sensiblemente la velocidad de rotaciƒn del disco, es decir, produce un par de frenado proporcional a la velocidad del disco. Este efecto de frenado es tambi•n debido a las corrientes de Foucault, y se aplica en numerosos aparatos de medida, como por ejemplo, en los vatihor„metros o contadores de energ„a el•ctrica. Hay que puntualizar que esta acciƒn de frenado sƒlo se manifiesta en planos perpendiculares a las l„neas de inducciƒn, ya que los circuitos abrazan la mayor parte del flujo, experimentando el m€ximo efecto de las variaciones cuando est€ de forma perpendicular.

Efectos colaterales Las corrientes de Foucault son la causa principal del efecto pelicular en conductores que transportan corriente alterna.

P•rdidas de energ€a Las corrientes de Foucault, como ya se ha comentado, tienen por efecto transformar parte de la energ„a en calor. Dicho calor producido en la masa met€lica sƒlo se utiliza en los hornos el•ctricos de alta frecuencia, por lo que, en general, supone una p•rdida de energ„a. Para el estudio de estas p•rdidas, consideraremos a una chapa de longitud b, anchura x y grosor a, sometida un campo variable de valor:

donde † es la pulsaciƒn y Bm la inducciƒn m€xima. En esta circunstancia el flujo a trav•s de la superficie de dicha espira es:

Donde S es la superficie que atraviesa el flujo, cuyo valor es

Corriente de Foucault Por lo tanto, la ecuaciƒn anterior podemos escribirla en la forma:

Por otra parte, sabemos que la fem inducida en la espira es:

Derivando se tiene:

Si tomamos en la chapa una espira diferencial, su resistencia ser€

y despreciando 2x frente a 2b, escribiremos:

La potencia en la espira ser€,

siendo Eef la tensiƒn eficaz, cuyo valor en funciƒn del m€ximo, Em, es

Por lo tanto la potencia perdida ser€:

Y la potencia total perdida a consecuencia de las corrientes de Foucault:

Si reemplazamos ahora † por 2€ f, se obtiene

o, lo que es lo mismo

en donde b a e, es el volumen de la carga. De todo lo expuesto se deduce que las p•rdidas en vatios por m‡ debidas a las corrientes de Foucault ser€n:

Dado el car€cter perjudicial de las corrientes de Foucault, por los motivos ya apuntados, es necesario tomar las siguientes precauciones: a) Todas las masas met€licas sometidas a variaciones de inducciƒn deben ser laminadas y colocadas en paquetes paralelos. De esta forma se evita el recorrido de las corrientes de Foucault engendradas en planos perpendiculares a los flujos. b) Los remaches y tornillos que unen las chapas no deben cerrar circuitos conductores que abracen flujo variable.

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Corriente de Foucault

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c) Los soportes met€licos de las bobinas han de ser cortados por medio de una incisiƒn paralela a las lineas de inducciƒn, o bien utilizar sustancias no conductoras.

Reducciƒn de las corrientes Si el ejemplo del p•ndulo lo repetimos, modificando la estructura de las placas de cobre, es decir, hendimos la pieza de forma vertical con numerosos cortes, podremos comprobar que el frenado del p•ndulo ha disminuido significativamente. Esto no quiere decir que las corrientes hayan desaparecido, sino que debido a la limitaciƒn de la banda donde act…a, limitado por los cortes realizados, •stas se ven muy mermadas. Para disminuir el desarrollo de las corrientes de Foucault se emplea el sistema de construir los n…cleos de hierro en lugar de macizos, mediante chapas o l€minas superpuestas con un espesor de 0.2 a 0.6 mm, aisladas unas de las otras con barniz o papel. Las chapas se hacen con un acero al silicio de alta resistividad, de modo que la intensidad de la corriente inducida disminuye y las p•rdidas alcanzan as„ un valor admisible. Esta construcciƒn no produce la disminuciƒn del flujo magn•tico, pues se dispone siempre seg…n el plano que recorren las l„neas de fuerza. La calidad de estas l€minas en cuanto a las p•rdidas por hist•resis y corrientes de Foucault se caracteriza por la potencia en vatios(W), disipada por kilo de plancha sometido a una inducciƒn alternativa de una tesla, a razƒn de 50 ciclos de imantaciƒn por segundo. La siguiente tabla da los valores de las p•rdidas especificas en W/kg, para diversas calidades de planchas magn•ticas que existen en el mercado. P•rdida espec€fica (W/kg) Espesor (mm) P•rdida espec€fica (W/kg) Espesor (mm) 3.0

0.5

1.3

0.35

2.6

0.5

1.1

0.35

2.3

0.5

1.0

0.35

2.0

0.5

0.9

0.35

1.7

0.5

0.5

0.35

1.5

0.5

En los n…cleos de hierro utilizados en las bobinas de alta frecuencia, la disposiciƒn cl€sica en l€minas que hemos visto antes, ya no es suficiente, por lo que, estos n…cleos est€n construidos con hierro especial, de polvo comprimido y aglomerado con barniz aislante, de tal manera que cada grano de hierro se encuentra aislado de sus m€s prƒximos, siendo •sta la …nica forma de reducir las p•rdidas en el hierro, hasta conseguir un valor aceptable.

Enlaces externos ˆ Una demostraciƒn en video de corrientes de Foucault [1] ˆ Separadores por corriente de Foucault para materiales no magn•ticos - m€quinas utilizadas en el sector de reciclado. [2] ˆ Videos de los separadores por corrientes de Foucault [3] ˆ Un medidor de conductividad por el metodo de las corrientes de Foucault [4]

Corriente de Foucault

Referencias [1] [2] [3] [4]

http:/ / video. google. com/ videoplay?docid=1660843971041561797& q=neodymium& hl=en http:/ / www. cogelme. com/ eng/ e-eddy-current-metal-separator. htm http:/ / www. cogelme. com/ eng/ e-videos. htm http:/ / zappitec. com. br/ ?p=p& l=s

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Fuentes y contribuyentes del art„culo

Fuentes y contribuyentes del art€culo Corriente de Foucault ‰Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=51250705 ‰Contribuyentes: Airunp, Antur, Digigalos, ECAM, FAR, Felipe Canales, Guille, Koke0 0, Kved, Main1105, Matdrodes, PACO, Phirosiberia, Yix, 33 ediciones anƒnimas

Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentes Archivo:Wikipedia Eddy Currents es.png ‰Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Wikipedia_Eddy_Currents_es.png ‰Licencia: Public Domain ‰Contribuyentes: Original uploader was Razzor7 at en.wikipedia Archivo:Drehstromzaehler offen.jpg ‰Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Drehstromzaehler_offen.jpg ‰Licencia: desconocido ‰Contribuyentes: Jmabel, MdE, Stunteltje, WikipediaMaster Archivo:Freno de foucault.jpg ‰Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Freno_de_foucault.jpg ‰Licencia: Creative Commons Zero ‰Contribuyentes: Danao

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