FRENOS Y EMBRAGUES VI. 2.- PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

Los frenos y embragues a base de partículas magnéticas tienen separado el elemento motriz del conducido y  en el hueco que se forma por esta separación se coloca polvo con partículas que forman cadenas ante la presencia de un campo magnético. Estas cadenas unen los dos lados permitiendo la transmisión de un par.  La transmisión, entonces, no se da en base a la atracción o repulsión entre campos magnéticos, sino en base a la fuerza que une a estas cadenas entre sí y con las superficies tanto del lado motriz y como del lado conducido.

El par máximo que pueden transmitir sin deslizamiento se regula mediante la corriente que pasa por el embobinado que genera el campo magnético. Una vez que se alcanza el par máximo, se produce deslizamiento a par constante. Excepto a velocidades muy bajas, el par de deslizamiento es independiente de la velocidad de giro o de la de deslizamiento. Esta característica los hace atractivos para aplicaciones de par controlado como roscado de tornillos o tapones, control de tensión o bancos de prueba para motores.

El par generalmente varía en forma prácticamente lineal con respecto a la corriente, excepto en la proximidad de los extremos de corriente mínima y máxima. Aunque esta característica permite un manejo a lazo abierto, es común que en estos frenos y embragues se dé el fenómeno de histéresis en que además de la corriente, el par de deslizamiento depende del camino que siguió la corriente para llegar a un nivel en particular. La curva par vs corriente sigue un camino cuando se va  incrementando desde cero y sigue uno distinto, generalmente a par mayor, cuando disminuye desde su valor máximo. Esto significa que no hay una relación única entre el par y la corriente que se suministra a la bobina del electroimán, de manera que las aplicaciones de precisión o en las que hay cambios en el par de deslizamiento pueden requerir de sistemas con retroalimentación (a lazo cerrado). Debido a que la resistencia eléctrica de la bobina depende de su temperatura, la mayoría de los fabricantes recomiendan y ofrecen controles basados en la corriente en lugar del voltaje.

P_s: Potencia perdida en forma de calor por el deslizamiento (W)

N_s: Velocidad de deslizamiento (diferencia de velocidades entre los dos elementos, rpm)

T_t: Par transmitido en deslizamiento (Nm)

De la misma manera en que sucede con cualquier freno o embrague, el deslizamiento genera calor, Ps, de acuerdo a la ecuación anterior, por lo tanto, el freno o embrague seleccionado para una aplicación en particular, debe tener suficiente capacidad para disipar este calor en las condiciones específicas de operación. Los datos de disipación de calor que se publican en los catálogos se refieren a condiciones específicas de velocidad de giro, temperatura ambiente y voltaje aplicado.  De manera que si las condiciones de trabajo quedan fuera de estos supuestos, es necesario consultar con el fabricante para garantizar que la selección será adecuada para la aplicación propuesta.

Aunque no hay contacto directo entre el elemento motriz y el conducido, las partículas magnéticas sufren deterioro por el uso y es necesario reemplazarlas esporádicamente. Un punto que puede ser importante para aplicaciones que requieren mucha limpieza es el riesgo de fugas de las partículas magnéticas. Sin embargo el desgaste y las fugas normalmente son considerablemente menores que en los frenos o embragues a base de fricción.

Esta representación esquemática muestra el diseño básico con eje hueco en el rotor interno, el elemento exterior de transmisión será el alojamiento para la bobina de inducción con la que se genera campo magnético. Cuando se trata de un freno, el alojamiento queda fijo a la estructura de la maquina mediante una base o una brida. En los embragues se usan contactos eléctricos deslizantes para permitir el giro del elemento exterior.  En esta construcción, el eje puede ser hueco o sólido.

Entre las opciones para aumentar la capacidad de disipación de calor que se encuentran en el mercado, están las aletas, como las que muestra esta ilustración, o la circulación forzada de aire mediante ventiladores.

Ésta es una representación esquemática de un embrague con campo magnético estático montado sobre rodamientos. El alojamiento de la bobina es estático y permite que la conexión eléctrica sea mediante terminales para cables.

CONCLUSIÓN

los frenos y embragues a base de partículas magnéticas representan una forma sencilla, limpia y económica de mantener un par controlado en aplicaciones de deslizamiento ya sea intermitente como en el roscado de tornillos y tapones, o continua como en el control de tensión o bancos de prueba para motores. Sus principales ventajas son:

• Desgaste y mantenimiento mínimos.
• El par de deslizamiento es independiente de la velocidad de giro o de deslizamiento.
• El par de deslizamiento varía en forma prácticamente lineal respecto a la corriente que se aplica.
• Se adaptan fácilmente a control manual o automático.