¿Cómo diseñar el freno de corrientes de Foucault? | Cinco aplicaciones importantes

Freno de corrientes de Foucault

Un freno de corrientes parásitas es una de las alternativas del freno hidráulico tradicional, también conocido como freno eléctrico. Se trata de un dispositivo empleado para frenar o detener un cuerpo en movimiento disipando su KE, ya que el calor y la fuerza de frenado son proporcionados por una fuerza electromagnética entre un electroimán y el material conductor circundante, como una corriente parásita inducida por inducción electromagnética.

En otras manos, los frenos de fricción funcionan aprovechando la fricción entre 2 caras de material que se fijan juntas. 

  • El freno de corrientes parásitas es para la sustitución del freno hidráulico. 
  • Se han actualizado las aplicaciones de campo creadas por corriente alterna.

Nota: Por lo general, se utiliza un modelado de elementos finitos preciso para validar el análisis de corrientes de Foucault debido a su forma matemática compleja.

¿Cómo funciona un freno de corrientes inducidas?

Diseño de freno de corrientes inducidas

En estos frenos, el campo magnético comúnmente producido por imanes permanentes o por un electroimán debido a la fuerza de frenado del electroimán puede desactivarse o variar según se requiera cambiando la corriente eléctrica de los devanados del electroimán. 

El beneficio de estos frenos no es operado por fricción, no hay ninguna superficie de freno para utilizar, por esta razón esto puede reemplazar el freno de fricción. Su inconveniente es que el frenado es proporcional a la velocidad relativa del freno, y debe transmitir fuerza cuando el objeto en movimiento está inmóvil, por lo que en los automóviles debe complementarse con uno de fricción.

Las corrientes de Foucault se producen, como se explicó anteriormente, cuando un conductor pasa a través de un campo electromagnético, se generarán fuerzas opuestas que circularán por el interior del conductor metálico.

El diseño del freno de corrientes parásitas seguirá:

  • Este tipo podrá ralentizar un objeto creando corrientes parásitas a través de la creación resistencia a través de emf
  • La acción de frenado se proporciona a través del campo magnético cambiante.
  • La fuerza de frenado se aplica mediante electroimanes.

Los electroimanes se utilizan mucho para este tipo de frenos, en lugar de los imanes permanentes, porque se puede alterar la energía del campo magnético y, por tanto, el efecto de frenado. Un problema clave con los frenos de Foucault es no tener suficiente par de “retención” a veces. Por lo tanto, estos frenos se utilizan con frecuencia junto con frenos mecánicos estándar.

Resistencia al freno por corrientes de Foucault

La fuerza de frenado dentro de un freno de corrientes parásitas es una fuerza electromagnética entre un imán y conductores a través de inducción electromagnética.

Freno de corrientes de Foucault
Freno de corrientes de Foucault
Credito de imagen :ChetvornoDiagrama de freno por corrientes de FoucaultCC0 1.0

Ventaja de los frenos de corrientes inducidas

  • Es ideal para muchos tipos de maquinaria debido a la escasez de contacto físico entre las piezas, lo que hace que este freno sea realmente de bajo mantenimiento en comparación con el tradicional de fricción.
  • El diseño rentable también es una ventaja relacionada con estos frenos que los han convertido en la opción favorita entre los ingenieros.
  • La corriente de Foucault tiene un diseño mecánicamente robusto y presenta menos piezas de desgaste. 

Cálculo del freno por corrientes de Foucault

El densidad actual de freno es el siguiente:

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Dónde,

 σ es conductividad, ω es velocidad angular, μ es permeabilidad,

 Rtambor es el radio del tambor, delta es profundo en la piel medido por

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La pérdida de corriente parásita de los frenos se utiliza como fuerza de frenado. los pérdida por corrientes de FoucaultPe) es en términos usuales,

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¿Dónde se utilizan los frenos de corrientes inducidas?

Estos se utilizan para reducir la velocidad de los rieles de alta velocidad y las montañas rusas, incluso como competidores de los frenos de fricción de los camiones semirremolques para ayudar a detener el sobrecalentamiento y el desgaste de los frenos, para evitar herramientas eléctricas lo suficientemente rápido si se apaga la energía, y también en contadores de energía eléctrica utilizados para la generación de facturas eléctricas.

La aplicación de frenos de corrientes inducidas

Esto viene con muchas aplicaciones; un par de casos son los siguientes:

Trenes de alta velocidad

Es una tecnología probada para reducir la velocidad de un tren de alta velocidad considerando la comodidad del pasajero, minimizando el efecto de sacudidas. Mediante el uso de la tecnología, tanto los viajeros como los trenes pueden alcanzar velocidades más rápidas de manera segura y, al mismo tiempo, mantener normas de seguridad más estrictas.

Freno de corrientes parásitas para tren de alta velocidad
Freno de corrientes parásitas para tren de alta velocidad
Take-y en la Wikipedia en japonés
 / CC BY-SA

Herramientas eléctricas y equipos industriales

Una de sus principales aplicaciones es desconectar de emergencia o ralentizar el uso de equipos industriales pesados ​​y herramientas eléctricas. Cuando se activan, estos frenos pueden hacer que una máquina pesada se detenga rápidamente sin demoras.

Equipo De Ejercicio

Posiblemente, los frenos de corrientes parásitas más normales también podrían aprovecharse en el gimnasio.

Bicicleta de freno de corrientes parásitas

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Freno de corrientes de Foucault en bicicleta
Crédito de la imagen: Ciclos de gloria de Greenville, SC, EE. UU., Eddy Merckx Mourenx 69 Disco 105 (29756618873)CC BY 2.0

Parque de diversiones

Las atracciones del parque de atracciones están equipadas con frenos de corrientes parásitas para generar potencia de frenado en equipos deportivos atrevidos. Esto proporciona un alto grado de seguridad; Es posible emplear este cambio rápido de frenos y una aceleración rápida, estas son buenas características para montar en un parque de atracciones.

Este sistema de frenado se utiliza generalmente después de un salto en montaña rusa o después de un exceso de velocidad. Utilizando el freno de corrientes parásitas, cuanto más rápido vaya una montaña rusa, más rápido podrá desacelerar el freno.

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Frenos de corrientes parásitas para fuente de imagen de montaña rusa: pixabay

Contadores de energía eléctrica:

Energía eléctrica Freno del contador de KWh
Energía eléctrica Freno del contador de KWh fuente de imagen : Wikiwand

¿Por qué los coches no tienen frenos de corrientes parásitas?

  • Una desventaja fundamental de los frenos de corrientes parásitas es un menor par de "retención". Por lo tanto, los frenos de corrientes parásitas se emplean con frecuencia junto con el freno mecánico estándar.
  • Esto también disipa el calor durante la operación de rotura. En comparación con el frenado regenerativo, no es posible cargar la batería del vehículo. La alta velocidad y el peso de estos trenes desgastarían los frenos convencionales en poco tiempo.

Tipos de frenos de corrientes inducidas

  1. Frenos lineales por corrientes parásitas. (los conductores se colocan en riel recto)
  2. Frenos de disco de corrientes parásitas. (el conductor está en un rotor de disco plano que gira)

Freno de corriente parásita lineal

Aquí, el imán no toca el riel, sino que se mantiene a una pequeña distancia constante del riel. (Aproximadamente solo unos pocos mm). 

Una ventaja de este freno lineal es que debido a que cada parte del riel pasa solo a través del campo magnético del freno, en comparación con el freno de disco, donde cada segmento del disco toca físicamente a través del freno, menos producción de calor, menos ruido, sin desgaste. -se rompen pero tienen una mayor potencia de frenado que los frenos de disco convencionales. El freno de corrientes parásitas es una mejor opción para usar en frenadas de emergencia.

Las montañas rusas modernas utilizan este tipo de frenado. Para evitar los problemas que plantean los cortes de electricidad, utilizan imanes permanentes en lugar de electroimanes, por lo que no necesitan una fuente de alimentación. Este uso carece de la posibilidad de ajustar la potencia de frenado tan fácilmente como con los electroimanes.

Frenos de disco de corrientes inducidas

corriente de Foucault del disco El freno está compuesto por un disco metálico conductor no ferromagnético (rotor) unido al eje de la rueda.

Este tipo de frenos se calientan fácilmente que los frenos lineales estándar. Estos se utilizan en vehículos, es decir, trenes y aparatos eléctricos como la sierra circular, para detener la hoja instantáneamente cuando se corta la electricidad.

Fabricantes de frenos por corrientes inducidas

Algunos de los buenos fabricantes de frenos por corrientes inducidas son

  • Intamin
  • Pieza de automóvil de Guangzhou Kingan
  • Dinamómetro Taylor
  • Telma
  • Dinamático, etc.

Para saber más sobre la corriente de Eddy, haga clic en Prueba de corrientes de Foucault y Sensor de corriente de Foucault.

Sobre el Dr. Subrata Jana

¿Cómo diseñar el freno de corrientes de Foucault? | Cinco aplicaciones importantesSoy Subrata, Ph.D. en Ingeniería, más específicamente interesado en los dominios relacionados con la ciencia nuclear y energética. Tengo experiencia en múltiples dominios, desde ingeniero de servicio para accionamientos electrónicos y microcontroladores hasta trabajos especializados de I + D. He trabajado en varios proyectos, incluida la fisión nuclear, la fusión con energía solar fotovoltaica, el diseño de calentadores y otros proyectos. Tengo un gran interés en el dominio de la ciencia, la energía, la electrónica y la instrumentación, y la automatización industrial, principalmente debido a la amplia gama de problemas estimulantes heredados de este campo, y cada día cambia con la demanda industrial. Nuestro objetivo aquí es ejemplificar estas materias científicas complejas y no convencionales de una manera fácil y comprensible al punto.
Me apasiona aprender nuevas técnicas y guiar a las mentes jóvenes para que se desempeñen como un profesional, tengan una visión y mejoren su desempeño al enriquecer el conocimiento y la experiencia.
Aparte del frente profesional, me gusta la fotografía, la pintura y explorar la belleza de la naturaleza. Conectamos a través de enlaces: https://www.linkedin.com/in/subrata-jana-399336140/

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