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PRINCIPIOS FÍSICOS DEL ELECTROIMÁN EN PROCESO INDUSTRIAL DE ELECCIÓNDE RESIDUOS METÁLICOSAlvaro Zuloeta M. , Anthony Vasquez M. , Gabriela Yauri B. , Ibett Zavala V. , Sofia Soriano O., Sulay Sandoval G. , Walter Siri V. ,Estudiante de 6° ciclo de ingeniería Industrial, UTPEstudiante de 4° ciclo de ...

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Informe de proyecto del curso Cálculo Para la Física 2

PRINCIPIOS FÍSICOS DEL ELECTROIMÁN EN PROCESO INDUSTRIAL DE ELECCIÓN DE RESIDUOS METÁLICOS Alvaro Zuloeta M. , Anthony Vasquez M. , Gabriela Yauri B. , Ibett Zavala V. , Sofia Soriano O. , Sulay Sandoval G. , Walter Siri V. , Estudiante de 6° ciclo de ingeniería Industrial, UTP Estudiante de 4° ciclo de ingeniería mecatrónica, UTP Estudiante de 4° ciclo de ingeniería de sistemas e informática, UTP Estudiante de 6° ciclo de ingeniería de software, UTP Estudiante de 4° ciclo de ingeniería biomédica, UTP Estudiante de 3° ciclo de ingeniería en seguridad laboral y ambiental, UTP Estudiante de 4° ciclo de ingeniería de software, UTP RESUMEN El proyecto tiene como fin el análisis y funcionamiento de un electroimán en usos industriales, ya que incluso el imán natural más fuerte no puede levantar un objeto de acero pesado; esto es porque el electroimán consiste en un núcleo de hierro blando y gira de un cable eléctricamente conductor, así, al aumentar el tamaño del núcleo el nivel de corriente que fluye a través del cable puede producir un imán más fuerte que uno natural. En grúas industriales pesadas se emplean enormes electroimanes para levantar, mover, y soltar objetos de hierro o acero; donde los electroimanes están contenidos en una carcasa de acero maquinado, aislados de los devanados de cobre en su interior. Además, se puede controlar la fuerza magnética mediante la conexión o desconexión de la corriente que fluye a través de ella. También se emplean en el frenado de ciertos tipos de grúas pesadas; estos generalmente están acoplados en la parte trasera del motor de la grúa, junto a un ventilador que asegura la circulación de aire. Palabras clave: Electroimán, bobina, solenoide, grúa industrial, campo eléctrico,ley de Lenz, Ley de Faraday.

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INTRODUCCIÓN El electroimán, a diferencia de los imanes regulares, se encuentran constituidos de forma que no es permanente su campo magnético, de manera que cuando la electricidad se apaga, se desvanece u culmina. También son aptos para invertir los polos norte y sur, característica que también los imanes regulares carecen. Por ello, los electroimanes están reemplazando, en la mayoría de las aplicaciones, a los imanes naturales y artificiales por varias razones; una de ellas es que el campo magnético del electroimán puede ser manipulado rápidamente en un rango amplio controlando totalmente la cantidad de corriente eléctrica. A pesar de ello, se necesita de una fuente de energía eléctrica continua para poder mantener el campo. En las aplicaciones donde no se necesita un campo magnético que varié, los imanes permanentes suelen ser superiores. Además de ello, es posible elaborar imanes permanentes que generen campos magnéticos aún más fuertes que un electroimán de similar tamaño.

a. Descripción del proyecto: El núcleo magnético del electroimán antes de conectarse a la fuente de alimento sus moléculas se encuentran desordenados y conectando el núcleo magnético a la fuente de alimento logramos que esas moléculas se ordenen en cargas positivas y negativas formando el campo magnético y cuando los separamos las moléculas se vuelven a desordenar desapareciendo el campo magnético. b. El objetivo de este trabajo es el poder explicar y demostrar la funcionalidad del electroimán en el proceso industrial de recolección de residuos metálicos. c. Alcances y limitaciones: Por tema de la pandemia y las restricciones respectivas, el trabajo está enfocado principalmente en lo teórico y en la búsqueda de información, por la parte práctica nos enfocamos en la presentación de un simulador , en donde se mostrará cómo funciona el electroimán.

(La figura en cuestión muestra la aplicación de un electroimán.)

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METODOLOGÍA Lo primero que se estará desarrollando es en la búsqueda de información por fuentes confiables para analizar de la vista teórica al electroimán, ayudado además por videos demostrativos con el fin de observar el funcionamiento del electroimán y, finalmente en la realización de la maqueta, en dónde se demostrará cómo funciona. Para la maqueta, lo principal serán los materiales que se usarán: el alambre, el núcleo magnético (que será de hierro) y la fuente de alimento (una pila) y, según avancemos en el trabajo se puede ir agregando más cosas para un correcto funcionamiento.

(La figura muestra un electroimán casero)

Principio de inducción de Faraday Establece que el voltaje o fuerza electromotriz (fem) que se desarrolla en un circuito cerrado es directamente proporcional a la velocidad con que se modifica en el tiempo.

B= Campo magnético

Φ= Flujo electromagnético t= Tiempo S= Superficie de estudio E= campo eléctrico l= Longitud de estudio

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Ley de Lenz Establece que los voltajes inducidos serán de un sentido tal, que se opongan a la variación de flujo magnético que las produjo. Esa ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.

Φ= Flujo electromagnético t= Tiempo N= Número de espiras

Autoinductancia:

Cuando se tiene un circuito por el cual pasa una corriente eléctrica que cambia con el tiempo. Esta corriente producirá un flujo magnético que variará temporalmente. Esto ocasionará un voltaje autoinducido en el circuito. A esto se le llama autoinductancia.

L: Coeficiente de autoinductancia o inductancia I: Corriente eléctrica N: Número de espiras Definición de términos básicos

Fuerza electromotriz (ɛ): Es el cambio de energía potencial que hay en un circuito. Por ello, describe el trabajo realizado por unidad de carga. Su unidad es el Voltio (V). Flujo magnético (φ): Son el número de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie. Su unidad de medida es el Weber (Wb). CONCLUSIONES

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-Cuanto mayor es la concentración de alambre de cobre en una determinada parte del clavo, mayor es el flujo de energía de la batería, lo que resulta en un mayor magnetismo en forma de líneas de fuerza circulares el electroimán -Con la ayuda de una simple batería, podemos generar un campo magnético alrededor del clavo rodeado de alambres de cobre, para que el campo magnético sea más potente se debe dar más vueltas al clavo pues a mayor cantidad de cable será más fuerte el campo, también para que no sea tan grande el experimento pues al darle más vueltas se hará más grande es -Es recomendable que esté el puro alambre de cobre. -Si pulsamos el interruptor, el electroimán se comportará como un imán y atraerá al clavo. Los metales de este experimento presentan características lo cual permite la creación de campos magnéticos y por medio de la batería se la generación de electromagnetismo. -En las máquinas autopropulsadas, funcionan conectadas a un generador hidráulico integrado en la máquina o vehículo de transporte que las utiliza. El generador hidráulico proporciona la potencia de 220 V que requiere el electroimán. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA Sears, Zemansky (2009) Física universitaria con física moderna Serway, R. A., Jewett, J. W. (2008) Física para ciencias e ingeniería. Balone, A. (2014) Que es y cómo funciona un electroimán. ¿Qué es? ¿Cómo Funciona? Recuperado de http://comofunciona.org/que-es-y-como-funciona-un-electroiman/

Ciencia en Desarrollo vol.7 no.1 Tunja Jan./June 2016

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