Inducción Magnética
En algunos textos modernos recibe el nombre de intensidad de campo magnético (aunque inducción magnética e intensidad de campo magnético no son lo mismo), ya que es el campo real.
La inducción magnética (
) se induce por la intensidad de campo magnético (
), los cuales no son lo mismo, y depende de la siguiente fórmula:
Donde u es la permeabilidad magnética del material al cual se le está induciendo el magnetismo. Para el caso del aire
; donde es henrio y 
es metro. La Intensidad de campo magnético () se mide en 
en S.I., donde 
es amperio y metro.La unidad de la densidad en el SI es el tesla.
Está dado por:
donde
es la densidad del flujo magnético generado por una carga que se mueve a una velocidad 
a una distancia 
de la carga, y 
es el vector unitario que une la carga con el punto donde se mide (el punto ).o bien también:
donde
es la densidad del flujo magnético generado por un conductor por el cual pasa una corriente 
, a una distancia .La fórmula de esta definición se llama ley de Bio-Savart, y es en magnetismo la equivalente a la ley de Coulomb de la electrostática, pues sirve para calcular las fuerzas que actúan en cargas en movimiento.
Aplicaciones
Antes del descubrimiento de la inducción electromagnética , la única fuente de energía era la pila de Volta o la de Daniell, que producían energía cara y en pequeñas cantidades. Gracias a la inducción electromagnética, una gran cantidad de trabajo mecánico puede transformarse en energía eléctrica de forma rápida y económica, induciendo una corriente en un circuito. Algunos fenómenos basados en la inducción electromagnética son el funcionamiento de generadores y motores eléctricos.
-Un generador eléctrico es un dispositivo de una instalación eléctrica que transforma una determinada forma de energía en energía eléctrica. Si el generador produce corriente eléctrica continua suele recibir el nombre de dinamo y, si produce corriente alterna, se le llama alternador.
En las centrales eléctricas se produce energía eléctrica a gran escala utilizando una fuerza electromotriz para mover una turbina unida a un generador eléctrico (alternador). La fuerza que mueve las turbinas puede provenir del agua, el vapor, el viento, etc. Según la fuente de energía primaria que se transforma en energía eléctrica, existen distintos tipos de centrales:
Hidroeléctricas: Las turbinas son movidas por el agua que cae por un desnivel. La energía primaria es energía mecánica (energía potencial del agua).
Térmicas: Las turbinas son movidas por vapor. El calor necesario para obtener vapor procede de la combustión de materiales fósiles, como carbón, petróleo o gas natural.
Nucleares: Las turbinas son movidas por vapor, que se obtiene de la fisión nuclear en un reactor, (energía nuclear).
También existen centrales que utilizan otras fuentes de energía: eólica (viento), maremotriz (las olas del mar), geotérmica (el interior de la Tierra)…
El alternador y dinamo
El alternador
Consiste en una espira plana que gira a velocidad angular constante en el seno de un campo magnético uniforme creado por imanes permanentes. Los extremos de la espira están conectados a dos anillos que giran solidariamente con esta. Un circuito externo se acopla a los anillos mediante dos escobillas.
A medida que gira la espira va variando el número de líneas de campo magnético que la atraviesan, debido a que varía la superficie de la espira expuesta a los polos del imán. Aparece una corriente eléctrica (una fuerza electromotriz) en la espira que hace circular la corriente eléctrica en el circuito exterior.
La fuerza electromotriz inducida (fem) varía en el tiempo de forma sinusoidal, es decir, es periódica y cambia alternativamente de polaridad.
En los alternadores de uso común se usa una bobina de N espiras para aumentar en un factor N el flujo magnético y la fuerza electromotriz inducida.
Dinamo
Consiste en una espira plana que se hace girar entre los polos de un imán, de modo que la variación de flujo magnético que atraviesa la espira genera una corriente inducida.
Los extremos de la espira están conectados a dos semianillos apoyados sobre las dos escobillas. A cada media vuelta de la espira los semianillos cambian de escobilla y así, la corriente del circuito externo circula siempre en el mismo sentido.
Se llama receptor eléctrico a cualquier dispositivo que transforma energía eléctrica en cualquier otra forma de energía. Si transforma energía eléctrica en trabajo mecánico, recibe el nombre de motor eléctrico.
El motor eléctrico consiste en una espira plana por la que circula una corriente eléctrica situada entre los polos de un imán. El campo magnético del imán ejerce sobre la espira un par de fuerzas que la hacen girar. Así se consigue realizar trabajo mecánico.
-Holger Gomez Calderon.
U00105423
“MODELACIÓN
Y CONTROL DE UN SISTEMA PILOTO DE CALENTAMIENTO DE FLUIDOS POR INDUCCIÓN
MAGNÉTICA”
En esta tesis se desarrolló un trabajo de
modelación, simulación e implementación experimental de un sistema de control
de temperatura para un equipo de calentamiento inductivo orientado a calentar
fluidos de pasada. Lo anterior, con el propósito de estudiar el control de una
variable de gran interés industrial: la temperatura del fluido calentado, ya
que la mayoría de los procesos requieren para su operación óptima mantener un
buen manejo de esta variable. Para tal efecto, se analizaron cinco estrategias
de control, de las cuales cuatro de ellas corresponden a esquemas adaptables
por modelo de referencia (MRAC): Control Adaptable Directo, Control Adaptable
indirecto con enfoque Dinámico, Control Adaptable Indirecto con enfoque Algebraico
y Control Adaptable Combinado, y otra de tipo clásica Proporcional-Integral
(PI), a modo de encontrar ventajas comparativas entre sí y validar si una
estrategia avanzada puede superar el desempeño de una más sencilla. La
metodología seguida consistió, en primer lugar, en la elaboración de un modelo
fenomenológico detallado, dinámico y de parámetros concentrados, que considera
los principales fenómenos físicos relacionados con el sistema, como el
Electromagnetismo y la Trasferencia de Calor, así como el comportamiento de la
variables eléctricas en el equipo de alimentación, cuyos componentes son
mayoritariamente de Electrónica de Potencia. En seguida, con un modelo de
planta bien definido y calibrado, se diseñaron las estrategias de control de
temperatura, y posteriormente se simuló el sistema en lazo cerrado,
sometiéndolo a determinados seguimientos de referencia y perturbaciones
medibles y programadas. Luego, a través de indicadores comparativos de
desempeño de la respuesta, sea en términos del error de control y la energía
utilizada en la acción de control, entre otras, se evaluó objetivamente cuál de
las estrategias reunía las características más favorables para controlar un
sistema real. Finalmante, en una planta piloto de 15 [kW] se realizaron pruebas
experimentales, las cuales permitieron validar tanto la controlabilidad y
estabilidad de la planta, como contrastar las respuestas con el modelo
propuesto. Los resultados obtenidos en todas las actividades realizadas,
demostraron que es posible implementar estrategias de control adaptable por
modelo de referencia (MRAC) con resultados favorables y coincidentes, tanto a
nivel experimental como en simulaciones, con un desempeño similar o mejor que
una estrategia PI clásica. También, se pudo verificar que una combinación
ponderada de las estrategias de control adaptable directa e indirecta
constituye una mejora significativa en el desempeño de la planta, en términos
de tiempos de estabilización, oscilaciones y sobrepasos. Por ello, se sugiere
al esquema Adaptable MRAC Combinado como la mejor alternativa a implementar
para estos sistemas de calentamiento inductivo. Finalmente, fue posible
implementar herramientas sencillas de compensación de retardo en la variable
controlada, producto de la ubicación del sensor con respecto a la zona de
calentamiento, mediante métodos adaptables y predictivos con la incorporación
del modelo, de modo de evitar en futuros diseños de equipos eventuales
inestabilidades de la planta producidas por la demora en la variable controlada.
Finalmente, es importante expresar que esta Tesis se desarrolló en el marco del
proyecto Fondef D05I10098, “Mejoramiento de Operaciones de Biolixiviación de
Minerales de Cobre y Electro-Obtención en Plantas a Gran Altura Mediante
Calentamiento de Soluciones por Inducción Magnética”.
SÁNCHEZ ÁLVAREZ,
Marco Sebastián. Modelación y control de un sistema piloto de calentamiento de
fluidos por inducción magnética. 2009.
Elian Hernando Gil Sierra
Hernan Dario Gomez
Arley Eduardo Buenaver
EXPERIMENTO INDUCCIN MAGNETICA
JAVIER ANDRES PEREZ GOMEZ
MARIA ALEJANDRA GUTIERREZ PALENCIA
WILMER ANDREY CACERES