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6.1.- Pérdidas por Histéresis. Ciclo de Histéresis
Como sabemos los materiales ferromagnéticos se utilizan para obtener
campos magnéticos artificiales (electroimanes), siendo estos imprescindibles en
las máquinas eléctricas (motores, generadores y transformadores). Sin
embargo, la magnetización de un material ferromagnético sigue un proceso
cíclico que se refleja en una gráfica llamada curva de magnetización, que
podemos ver en fig. 30.
Fig. 30.- Curva de magnetización (Histéresis)
Supongamos un material ferromagnético “virgen”, que nunca ha sufrido
una magnetización, es decir que nunca se utilizó como núcleo para una bobina.
Veamos lo que pasa al introducir en la bobina que lo magnetiza una corriente
alterna, que producirá una excitación magnética (H), también alterna:
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•
Zona 0-1: en el punto 0 no hay ni H ni B, porque nunca se ha
magnetizado. Conforme aumentamos H, B aumenta linealmente hasta
llegar al punto 1.
Zona 1-2.: a partir de 1, B no es lineal con H (codo de saturación), y los
incrementos de H no producen el incremento equivalente de B. Al llegar
al punto 2, B no aumenta más aunque lo haga H, y se dice que el
material está totalmente saturado.
Zona 2-3: al disminuir H los valores de B son mayores que en la zona
1-2, donde se realizó la primera magnetización. Al anular H (H=0), el
campo magnético no se anula (punto 3). A este valor se le llama
“magnetismo remanente (Br)”.
Es decir, aunque anulemos la excitación magnética (H), el campo
magnético no se anula y el núcleo de hierro queda imantado con
magnetismo remanente.
•
Zona 3-4: invertimos la excitación (H<0), pero hasta que no se llegue al
punto 4, B no se anula. A esta excitación magnética negativa se la llama
excitación coercitiva (Hc).
• A partir de este punto 4, ocurre lo mismo pero en sentido contrario
( puntos 2’, 3’ y 4’)
• A partir de 4’, la zona 1-2 de primera magnetización, no se repite más.
En las máquinas de corriente alterna, la excitación magnética H es alterna y
el campo magnético también; por tanto la magnetización del material
ferromagnético evoluciona según un ciclo de histéresis.
Experimentalmente se descubrió que estos núcleos ferromagnéticos
producen un calor que se disipa al ambiente y, que es proporcional al área de la
gráfica de Histéresis. Bajo este criterio, los materiales ferromagnéticos se
clasifican en blandos y duros:
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Blandos (fig. 31): se calientan poco (tienen pocas pérdidas). Ideales para
maquinas eléctricas y aplicaciones donde no se debe producir calor (el
calor es una pérdida de energía que cuesta dinero).
Fig. 31
•
Duros (fig 32): se calientan mucho (tienen muchas pérdidas). Ideales
para hornos de inducción, vitrocerámicas, etc. En general, aplicaciones
donde el objetivo es producir calor.
Fig. 32
Por tanto el flujo magnético alterno produce calentamiento del núcleo. Este
calor recibe el nombre de pérdidas por Histéresis.
6.2.- Pérdidas por corrientes parásitas
Cuando el flujo es variable, se inducen en el interior del núcleo
ferromagnético unas pequeñas corrientes llamadas corrientes parásitas, que
producen más pérdidas de calor. Para minimizarlas, los núcleos no son
macizos, sino que se construyen a base de láminas ferromagnéticas con
sustancias aislantes en sus caras (Fig. 33)
Fig. 33 .- Núcleo ferromagnético laminado de un transformador
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Por tanto los núcleos ferromagnéticos presentan pérdidas de calor por:
Histéresis
Corrientes parásitas
La vitrocerámica de inducción
Como ya vimos, los campos magnéticos al circular por materiales
ferromagnéticos producen calor por histéresis y por corrientes parásitas. Si
la olla donde vamos a cocinar es un material ferromagnético, podemos
aprovechar este calor (Fig. 34 )
Fig. 34 .- Vitrocerámica de inducción magnética
En la Actividad 3 se preguntó qué ocurriría si la olla fuese de aluminio. El
aluminio es un material diamagnético, luego la reluctancia del circuito
magnético sería enorme, el campo muy pequeño y el calor insuficiente para
cocinar.