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Los acoplamientos magnéticos son acoplamientos sin contacto que utilizan un campo magnético para transferir par, fuerza o movimiento de un miembro giratorio a otro. La transferencia se realiza a través de una barrera de contención no magnética y sin conexión física alguna. Los acoplamientos son pares opuestos de discos o rotores incrustados con imanes.
El uso del acoplamiento magnético se remonta a los exitosos experimentos de Nikola Tesla a finales del siglo XIX. Lámparas Tesla iluminadas de forma inalámbrica mediante acoplamiento inductivo resonante de campo cercano. El físico e ingeniero escocés Sir Alfred Ewing avanzó aún más en la teoría de la inducción magnética a principios del siglo XX. Esto llevó al desarrollo de una serie de tecnologías que utilizan acoplamiento magnético. En el último medio siglo se han producido acoplamientos magnéticos en aplicaciones que requieren un funcionamiento más preciso y robusto. La madurez de los procesos de fabricación avanzados y la mayor disponibilidad de materiales magnéticos de tierras raras lo hacen posible.
Si bien todos los acoplamientos magnéticos utilizan las mismas propiedades magnéticas y fuerzas mecánicas básicas, existen dos tipos que se diferencian por su diseño.
Los dos tipos principales incluyen:
-Acoplamientos tipo disco con dos mitades de disco cara a cara incrustadas con una serie de imanes donde el torque se transfiere a través del espacio de un disco al otro
-Acoplamientos de tipo síncrono, como acoplamientos de imanes permanentes, acoplamientos coaxiales y acoplamientos de rotor, donde un rotor interno está anidado dentro de un rotor externo y los imanes permanentes transfieren el par de un rotor al otro.
Además de los dos tipos principales, los acoplamientos magnéticos incluyen diseños esféricos, excéntricos, en espiral y no lineales. Estas alternativas de acoplamiento magnético ayudan en el uso del par y la vibración, que se utilizan específicamente en aplicaciones de biología, química, mecánica cuántica e hidráulica.
En términos más simples, los acoplamientos magnéticos funcionan utilizando el concepto fundamental de que los polos magnéticos opuestos se atraen. La atracción de los imanes transmite el par de un cubo magnetizado a otro (desde el miembro impulsor del acoplamiento al miembro impulsado). El par describe la fuerza que hace girar un objeto. A medida que se aplica un momento angular externo a un centro magnético, impulsa al otro transmitiendo un par magnéticamente entre los espacios o a través de una barrera de contención no magnética, como una pared divisoria.
La cantidad de torque generado por este proceso está determinada por variables como:
-Temperatura de trabajo
-Entorno en el que se produce el procesamiento.
-Polarización magnética
-Número de pares de polos
-Dimensiones de los pares de polos, incluido el espacio, el diámetro y la altura.
-Desplazamiento angular relativo de los pares.
-Desplazamiento de las parejas
Dependiendo de la alineación de los imanes y los discos o rotores, la polarización magnética es radial, tangencial o axial. Luego el torque se transfiere a una o más partes móviles.
Los acoplamientos magnéticos se consideran superiores a los acoplamientos mecánicos tradicionales en varios sentidos.
La falta de contacto con las partes móviles:
-Reduce la fricción
-Produce menos calor
-Hace el máximo uso de la energía producida.
-Resultados en menos desgaste
-No produce ruido
-Elimina la necesidad de lubricación.
Además, el diseño cerrado asociado con tipos sincrónicos particulares permite que los acoplamientos magnéticos se fabriquen a prueba de polvo, fluidos y óxido. Los dispositivos son resistentes a la corrosión y están diseñados para soportar entornos operativos extremos. Otro beneficio es una función de separación magnética que establece la compatibilidad para su uso en áreas con posibles riesgos de impacto. Además, los dispositivos que utilizan acoplamientos magnéticos son más rentables que los acoplamientos mecánicos cuando se encuentran en áreas con acceso limitado. Los acoplamientos magnéticos son una opción popular para fines de prueba e instalación temporal.
Los acoplamientos magnéticos son muy eficientes y eficaces para numerosas aplicaciones sobre el suelo, entre ellas:
-Robótica
-Ingeniería química
-Instrumentos médicos
-Instalación de la máquina
-Procesamiento de alimentos
-Máquinas rotativas
Actualmente, los acoplamientos magnéticos son apreciados por su eficacia cuando se sumergen en agua. Los motores encerrados en una barrera no magnética dentro de bombas de líquido y sistemas de hélice permiten que la fuerza magnética haga funcionar la hélice o partes de la bomba en contacto con el líquido. La falla del eje de agua causada por la invasión de agua en la carcasa del motor se evita haciendo girar un juego de imanes en un recipiente sellado.
Las aplicaciones submarinas incluyen:
-Vehículos de propulsión para buzos.
-Bombas de acuario
-Vehículos submarinos operados remotamente.
A medida que la tecnología mejora, los acoplamientos magnéticos se vuelven más frecuentes como reemplazos de los variadores de velocidad en bombas y motores de ventiladores. Un ejemplo de uso industrial importante son los motores de grandes turbinas eólicas.
El número, tamaño y tipo de imanes utilizados en un sistema de acoplamiento, así como el par correspondiente producido, son especificaciones importantes.
Otras especificaciones incluyen:
-La presencia de una barrera entre los pares magnéticos, habilitando el aparato para la inmersión en agua.
-La polarización magnética
-El par del número de piezas móviles se transfiere magnéticamente.
Los imanes utilizados en los acoplamientos magnéticos se componen de materiales de tierras raras como el neodimio, el hierro, el boro o el samario y el cobalto. Las barreras que existen entre los pares magnéticos están hechas de materiales no magnéticos. Ejemplos de materiales que no son atraídos por los imanes son el acero inoxidable, el titanio, el plástico, el vidrio y la fibra de vidrio. El resto de los componentes unidos a cada lado de los acoplamientos magnéticos es idéntico a los utilizados en cualquier sistema con acoplamientos mecánicos tradicionales.
El acoplamiento magnético correcto debe cumplir con el nivel requerido de torque especificado para la operación prevista. En el pasado, la fuerza de los imanes era un factor limitante. Sin embargo, el descubrimiento y la mayor disponibilidad de imanes especiales de tierras raras está aumentando rápidamente las capacidades de los acoplamientos magnéticos.
Una segunda consideración es la necesidad de que los acoplamientos estén parcial o totalmente sumergidos en agua u otras formas de líquido. Los fabricantes de acoplamientos magnéticos brindan servicios de personalización para necesidades únicas y concentradas.
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