¿Qué es un electroimán?
Un electroimán es un dispositivo que permite atraer objetos ferromagnéticos mediante el empleo de un campo magnético. En ocasiones a estos dispositivos se les denomina ventosa magnética.
Un electroimán se comporta de forma similar a un imán permanente, pero tiene la gran ventaja de que puede ser activado o desactivado a voluntad y rápidamente, simplemente actuando sobre la corriente suministrada.
Por contra, los electroimánes convencionales tienen el inconveniente de requerir un suministro continuo de corriente para mantener la fuerza que ejerce.
Una variante de los electroimanes usa una combinación con imanes permanentes, cuyo efecto es contrarrestado por el electroimán. De esta forma el dispositivo ejerce fuerza atractiva estando desconectando, y la corriente se aplica para separarlo. Este comportamiento es el opuesto a un electroimán convencional. A estos dispositivos se les denomina electroimán negativo o lapa.
Los electroimanes son dispositivos ampliamente empleados en la industria para accionar mecanismos, levantar cargas, mover objetos. Existe todo tipo de tamaños, desde los que pueden mover objetos de pocos gramos, a grandes grúas como las que podemos ver en los desguaces.
También son componentes fundamentales de un gran número de objetos cotidianos, como timbres, discos duros, motores, generadores, altavoces, relés, entre otros muchos.
Nosotros podemos usar electroimanes en nuestros proyectos de electrónica y robótica, por ejemplo, para incorporarlo en un brazo robótico, para construir una pequeña grúa, o acoplarlo a un robot para que pueda manipular objetos.
Precio
Podemos encontrar una gran variedad de electroimanes y precios, en función de la fuerza que son capaces de ejercer, en vendedores internacionales de eBay o AliExpress.
Así, encontramos pequeños electroimanes de 25N (2,5Kg) por unos 3 €, 50N (5Kg) por 5€, 100N (10Kg) por 6.5€, hasta los más grandes de 800 (80Kg) o 1000 (100Kg) por 12 o 20€
¿Cómo funciona un electroimán?
Es bien sabido desde la antigüedad que ciertos materiales disponen de la capacidad para atraer o repeler otros objetos. A estos materiales se les denomina imanes naturales, y su descubrimiento dio lugar al estudio del magnetismo.
A los materiales atraídos por los imanes naturales se les denomina materiales ferromagnéticos, y entre ellos tenemos el Hierro, Cobalto, Níquel, y la mayoría de sus aleaciones.
En realidad los campos magnéticos influyen en todo tipo de material, pero en el caso de materiales paramagnéticos y diamagnéticos el efecto es muy inferior, por lo que no es apreciable excepto en campos magnéticos enormes
El 1820 el danés Hans Christian Orsted descubrió que las corrientes eléctricas pueden generar campos magnéticos. Poco después, en 1824, el británico William Sturgeron fabricaba el primer electroimán, que fue perfeccionado por el estadounidense Joshep Henry en 1930.
Físicamente, un electroimán está constituido por una bobina arrollada en torno a un núcleo ferro magnético. Usualmente se dispone de una gran cantidad de espiras muy próximas entre sí. Las espiras normalmente se fabrican en cobre o aluminio, y disponen de un barniz aislante para impedir el contacto eléctrico entre ellas.
Al hacer circular corriente por una bobina en su interior se genera un campo magnético, de forma similar a lo que ocurre de forma natural en los imanes permanentes.
El núcleo ferromagnético del electroimán aumenta el efecto del campo magnético, además de concentrarlo y reducir las pérdidas por dispersión.
Los materiales ferrromagnéticos están constituidos por dominios magnéticos, cuyo origen es la rotación de los electrones que lo integran. En estado de reposo estos dominios se encuentran aleatoriamente orientados, siendo el efecto global nulo.
En presencia de un campo magnético los dominios se orientan en la misma dirección, por lo que el materíal pasa a comportarse de forma similar a un imán natural, potenciando los efectos del campo magnético aplicado.
Pasado un cierto punto de intensidad de campo magnético, todos los dominios se encuentran orientados. Se dice que el material ha alcanzado la saturación. Pasado este punto, incrementar la corriente del electroimán supone un leve incremento en la fuerza ejercida por el electroimán.
Por otro lado, al cesar el campo magnético los dominios tienden a volver a orientarse de forma aleatoria, pero siguen teniendo una cierta orientación preferente. Este campo magnético residual se denomina magnetismo remanente. Para eliminar este magnetismo residual es necesario aplicar un campo coercitivo en sentido opuesto, o elevar la temperatura del material por encima de la temperatura de Curie.
Esquema de montaje
El esquema de montaje no es demasiado complicado, simplemente vamos a usar un MOSFET como el IRF520N como interruptor para controlar el encendido del electroimán.
Existen modelos de electroimán de tensión nominal 6V, 12V o 24V. Los más habituales son de 12V, pero debéis ajustar este valor para el componente que hayáis comprado.
También debemos tener en cuenta la corriente requerida por el electroimán. En caso de consumir más de 1A, deberemos añadir un disipador de calor al IRF520N, o usar otro modelo de MOSFET o incluso una salida por relé.
Por un lado, alimentamos el módulo con la tensión entre 6V a 24V, en función de nuestro modelo de electroimán, mediante GND y Vin.
Por otro lado, conectamos la carga mediante la clema de conexión. Al ser el electroimán una carga inductiva debemos añadir un diodo de protección flyback, como vimos en la entrada sobre MOSFET.
Finalmente, alimentamos la electrónica del módulo conectando Vcc y GND a 5V y GND en Arduino, y conectamos el Pin SIG a cualquiera de las salidas digitales de Arduino.
Ejemplo de código
El código necesario es sencillo, ya que para a controlar el electroimán únicamente necesitamos emplear una salida digital, tal y como vimos en la entrada salidas digitales.
Por ejemplo, el siguiente código simplemente encendería y apagaría el eletroimán cada 10 segundos.
const int pin = 9;
void setup() {
pinMode(pin, OUTPUT); //definir pin como salida
}
void loop(){
digitalWrite(pin, HIGH); // poner el Pin en HIGH
delay(10000); // esperar un segundo
digitalWrite(pin, LOW); // poner el Pin en LOW
delay(10000); // esperar un segundo
}Descarga el código
Todo el código de esta entrada está disponible para su descarga en Github. 