Diseño de un Aerogenerador de imanes permanentes para bajas ...
Imanes permanentes de tierras raras
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Departamento de Ingeniera Elctrica
Facultad de Ingeniera
Universidad Nacional de Mar del Plata
Monografa
Tema: Imanes Permanentes de
Tierras Raras
Alumno: FISCHER, Eric Andrs.
Matricula: 10992.
Carrera: Ingeniera Elctrica.
Plan: 2003
Fecha de entrega: 6 de junio de 2014
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
2
ndice
IntroduccinPag. 4
Materiales Magnticos..Pag. 5
Historia de los imanes....Pag. 11
Tierras Raras
Qu son las tierras raras?........................................................................................ Pag. 16
Dnde estn las tierras raras?................................................................................. Pag. 20
Imanes permanentes de tierras raras....Pag. 23
Samario-Cobalto.....Pag. 23
Neodimio-Hierro-Boro...Pag. 25
Comparacin de propiedades de imanes permanentes.. Pag. 29
Aplicaciones...Pag. 30
Usos para imanes de neodimio en misiones espaciales..Pag. 30
Aplicaciones de NEOMAX..Pag. 31
Motores de alto rendimiento... Pag. 38
Motor de imanes permanentes como motor propulsor naval.. Pag. 39
Generadores sncronos multipolares con imanes permanentes.. Pag. 45
Generadores Elicos de la marca Alfasolar .. Pag. 48
Servomotores brushless (sin escobillas) de imn permanente... Pag. 52
Motores de imanes permanentes sin reductores....... Pag. 55
Motor de paso en aplicaciones industriales..... Pag. 58
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
3
Fabricantes
Hitachi-metals....Pag. 63
Dexter Magnetic Technologies. Pag. 65
IMA Ingeniera Magntica Aplicada.... Pag. 68
Artic S.A. ...... Pag. 70
Problemtica del mercado de tierras raras
La problemtica.... Pag. 71
Soluciones.. Pag. 72
Conclusin.... Pag. 73
Apndice.... Pag. 73
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
4
A continuacin abordare la importancia que los imanes tienen en el desarrollo de la
humanidad.
Introduccin
Los materiales han formado parte de la humanidad y su desarrollo est ntimamente
relacionado con la evolucin y la historia del hombre. En este sentido, es interesante citar a Sir
George Thomson, premio Nobel de Fsica en 1937, que denomin a nuestro siglo como la Edad de
los Materiales en clara alusin a la denominacin habitual de los perodos de la historia del
hombre: Edad de Piedra, Edad del Bronce y Edad del Hierro, que hacen mencin a los materiales
caractersticos utilizados en estas pocas en la que la humanidad comienza a desarrollarse. Dicho
desarrollo, ha estado basado entre otros aspectos en la bsqueda de nuevos materiales que han
contribuido de una manera manifiesta al desarrollo de la calidad de vida del hombre.1
Los imanes y las brjulas guiaron a Coln y a otros en la edad de la exploracin. Hace un siglo
los imanes de hierro y acero en los motores, transformadores y telfonos impulsaron la era de la
electricidad. Hoy, los imanes son mucho ms potentes y ms pequeos y, sin ser vistos, impulsan
la nueva era de la informacin.2
La energa que es capaz de almacenar un imn puede sencillamente transformarse en
informacin. Un material magntico puede acumular energa imanndose hacia arriba o hacia
abajo. Cada uno de estos dos estados puede hacerse corresponder con un 0 y un 1,
respectivamente, y generar, por tanto, un sistema binario.3
Adems de este uso, el desarrollo de nuevos imanes permanentes ha sido una pieza clave en el
desarrollo de nuevas tcnicas de deteccin biomdicas. As los imanes permanentes actualmente
son usados en infinidad de sensores y transductores, y su presencia oculta es indispensable en los
modernos aparatos de resonancia magntica, y otros equipos claves en el desarrollo de la clnica y
bioingeniera moderna. Estos ejemplos muestran que cualquier enumeracin de aplicaciones de
1 Tierras raras: materiales avanzados R. Sez Puche, C. Cascales, P. Porcher y P. Maestro. 2 Imanes y neomagnetos - James D. Livingston. 3 Imanes hoy-Antonio H. Grande.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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los imanes permanentes va a terminar siendo incompleta, pero sirva como ejemplo cotidiano de
esta relevancia el siguiente dato: una nevera posee en torno a 70 imanes mientras que un coche
cerca de 400. Esta estrecha integracin en la vida cotidiana de la sociedad moderna hace que la
produccin mundial de imanes permanentes se haya estimado en 500.000 toneladas anuales, lo
que supone un mercado de 6000 millones de euros. Juegan a su vez un papel fundamental en el
desarrollo ecolgico de la tecnologa, como as lo demuestra su uso masivo en turbinas elicas y
coches hbridos, lo cual contribuye a que se espere en los prximos aos un crecimiento anual del
7% de dicho mercado.4
Principales caractersticas del proceso de magnetizacin de los materiales, energas
intervinientes, ciclo de histresis y curvas de desmagnetizacin.
Materiales Magnticos
Las propiedades magnticas se derivan de la naturaleza de los electrones apareados o
desapareados. Los compuestos con todos los electrones apareados son muy dbilmente repelidos
por un imn o campo magntico y se conocen como compuestos diamagnticos. Los materiales
que tienen electrones desapareados son dbilmente atrados por un campo magntico y se
conocen como paramagnticos. En los compuestos paramagnticos los espines debidos a los
electrones desapareados estn desordenados al azar debido a la agitacin trmica. Sin embargo,
cuando se enfra esos materiales suelen tener una transicin a un estado ordenado
magnticamente. Cuando los espines se ordenan de forma paralela resulta en un momento
magntico neto y estos compuestos se denominan ferromagnticos. Cuando los espines se
ordenan de forma antiparalela el momento neto es cero y los compuestos se denominan
antiferromagnticos. Hay una situacin intermedia cuando hay varios elementos con diferente
nmero de electrones desapareados. En este caso aunque se dispongan de forma antiparalela el
momento magntico resultante es diferente de cero ya que uno de los elementos tiene mayor
momento magntico que el otro, y estos compuestos se conocen como ferrimagnticos. La
4 El reto de los imanes permanentes- Adrin Quesada.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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temperatura de transicin puede ser mayor o menor que temperatura ambiente. Para
compuestos antiferromagnticos se denomina temperatura de Neel y para ferromagnticos
temperatura de Curie. Por ejemplo, las temperaturas de Curie de hierro (Fe), cobalto (Co) y nquel
(Ni) son 770, 1123 y 358 C, respectivamente.
Dentro de un material ferromagntico hay subestructuras conocidas como dominios. Un
dominio magntico es una regin microscpica de volumen pequeo, aproximadamente 10-4 mm3,
donde todos los espines estn alineados de forma paralela mientras que el momento magntico
resultante de cada dominio est aleatoriamente orientado respecto de los restantes. Cuando un
campo magntico externo se aplica sobre un material ferromagntico desmagnetizado, los
dominios alineados en la direccin del campo crecen a expensas de los menos favorecidos, los que
no estn orientados en esa direccin. El crecimiento de los dominios tiene lugar por el movimiento
de la pared de los dominios. Esto ocurre primero, ya que este proceso requiere menor energa que
la rotacin del dominio. Cuando el crecimiento del dominio acaba, si el campo aplicado aumenta
sustancialmente, sucede la rotacin del dominio, lo que requiere considerablemente ms energa.
Una vez retirado el campo magntico la muestra magnetizada permanece magnetizada, aunque
parte de la magnetizacin se pierde debido a la tendencia de los dominios de volver a la situacin
inicial.5
La estructura del dominio de un material ferromagntico est determinada por muchos tipos
de energa, de las cuales la estructura ms estable se alcanza cuando el conjunto de la energa
potencial del material es mnimo. La energa magntica total del material ferromagntico es la
suma de las siguientes contribuciones:
Energa de cambio. Es la energa potencial dentro de un dominio de un slido
ferromagntico. Es mnima cuando todos sus dipolos atmicos estn alineados en una nica
direccin, energa de cambio positiva. La energa potencial externa se incrementa por la formacin
de un campo magntico externo.
Energa magnetosttica. Es la energa potencial magntica de un material ferromagntico
producida por su campo magntico externo. Puede ser mnima por la formacin de dominios. La
5 Materiales magnticos y pticos - Ciencia de Materiales, 4 curso, 2004/2005.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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formacin de mltiples dominios reduce la energa magnetosttica por unidad de volumen del
material.
Energa de anisotropa magnetocristalina. Es el trabajo realizado para rotar los dominios
debido a las diferentes orientaciones de los granos (anisotropa). Las curvas de magnetizacin para
un monocristal varan en funcin de la orientacin relativa del cristal frente al
campo aplicado.
Energa de la pared del dominio. La pared del dominio es el lmite entre dos dominios
cuyos momentos magnticos globales tienen diferentes orientaciones. Las fuerzas de cambio
tendern a dilatar el dominio de pared y la energa de anisotropa magnetocristalina se
incrementa cuanto ms ancha es la pared. Se alcanzar la anchura de equilibrio cuando la suma de
ambas energas sea mnima.
Energa magnetoestrictiva. Es la energa debida a los esfuerzos mecnicos de la
magnetoestriccin, deformacin elstica reversible inducida magnticamente. El material se
expandir o se contraer en la direccin de magnetizacin.6
Todo ello resulta en las curvas de histresis de la induccin magntica (B, Tesla) creada por un
campo magntico aplicado (H, A/m), figura 1.
6 Captulo 11 - Materiales Magnticos.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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Figura 1. Curva de histresis para un material magntico tpico.7
Cuando aumenta el campo aplicado H aumenta la induccin magntica B hasta un valor
mximo conocido como induccin de saturacin Bs. Cuando cesa el campo externo, queda un
valor de la induccin conocida como induccin remanente Br. Para eliminar la induccin
remanente se necesita aplicar un campo externo, en sentido contrario, conocido como campo
coercitivo Hc. La lnea negra de la figura 1 muestra el comportamiento del material que se conoce
como ciclo de histresis. La energa que encierra esta curva se invierte en alinear los dominios
magnticos que constituyen el material, y su rea interna es una medida de la energa perdida o
del trabajo hecho por el ciclo de magnetizacin y desmagnetizacin.8
Para desestabilizar la magnetizacin del material es necesario un campo Hci. Con un campo de
magnitud ligeramente superior, la magnetizacin cambia de sentido y los dipolos del material se
orientan en el sentido inverso. Este campo crtico se denomina coercividad intrnseca y es una
propiedad caracterstica del material, y depende nicamente de la anisotropa magnetocristalina y
la magnetizacin de saturacin. En la figura 2 se ilustra grficamente este comportamiento.
Figura 2. Curva de magnetizacin intrnseca.
7 Materiales Magnticos y Aplicaciones- Juan C Fernndez. 8 Materiales magnticos y pticos - Ciencia de Materiales, 4 curso, 2004/2005
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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El imn permanente mantiene una magnetizacin +Msat hasta que se le aplica un campo inverso de magnitud -Hci, momento en el cual la magnetizacin se vuelve inestable y salta (idealmente) a -Msat. Se requiere entonces aplicar un nuevo campo +Hci para que la magnetizacin salte nuevamente a +Msat. Resulta as una grfica que es la curva de magnetizacin intrnseca del material. El segundo cuadrante representa la regin en que el imn realiza trabajo en contra de un campo aplicado reverso, pero de valor menor que -Hci, y se conoce como curva intrnseca de desmagnetizacin.
Podemos transformar esta grfica intrnseca M vs. H en una grfica normal B vs. H usando la
relacin: B = 0 (H +M) con lo que se obtiene la grfica de la figura 3. Esta grfica es de mayor
utilidad ya que M existe solamente dentro del material magntico mientras que B existe en todo el
espacio.
Figura 3. Curva de magnetizacin normal.
Para el material ideal Br = o.Msat, pero en el caso general Br es el valor de la densidad de flujo
magntico cuando el imn no tiene fmm (Br H = 0). La remanencia es un ndice de la habilidad
del material como imn permanente.
Para el material ideal Hc = Msat, pero en el caso general es la fmm requerida para anular el
flujo magntico dentro del imn. Ntese que en los casos reales los valores de Hc y Hci no son
iguales, ya que el valor de H necesario para anular a B dentro del material en general es menor
que el requerido para revertir la direccin de la magnetizacin del material. La coercividad es un
ndice de la habilidad del imn para soportar factores desmagnetizantes.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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El mximo producto de energa (BxH)max es el punto sobre el segundo cuadrante de la curva B
vs. H en el que el producto BxH es mximo. Sobre la curva ideal, est exactamente a mitad de
camino sobre la recta del segundo cuadrante. El valor de (BxH)mx indica la mxima densidad de
energa que puede almacenarse en el imn.
Podemos describir ahora el comportamiento de un imn real, y nos restringiremos al segundo
cuadrante de la curva B vs. H, regin conocida como curva de desmagnetizacin. En relacin a la
curva de histresis para un caso real, ni el imn alcanza su coercividad intrnseca terica -Hci ni se
produce la inversin completa de la magnetizacin cuando se llega a este valor. La curva intrnseca
de desmagnetizacin real tiene una transicin gradual en lugar del salto abrupto de la curva ideal.
La curva de desmagnetizacin normal (B vs. H) tambin presenta un codo gradual. Las
coercividades -Hci y -Hc se definen ahora como las intersecciones de las curvas intrnseca y normal
reales con el eje H.
Figura 4. Comparacin de curvas de magnetizacin.
La curva normal de magnetizacin determina la densidad de flujo magntico B que genera el
imn de acuerdo al valor de la fuerza de desmagnetizacin H. A partir de esta descripcin
introductoria del comportamiento de un material ferromagntico, podemos decir que las
caractersticas importantes en la seleccin de un material para usar en imanes permanentes son:
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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- Alta remanencia. Cuanto mayor es la remanencia mayor es el flujo magntico que puede crear
un imn.
- Alta coercividad. Cuanto mayor es la coercividad es ms difcil que el imn se desmagnetice
por acciones mecnicas o cambios de temperatura.
- Alto producto (BxH)mx. Cuanto mayor es este valor, se requerir menos material para
producir un dado flujo magntico en un circuito.9
Resea histrica acerca de los imanes permanentes y el electromagnetismo.
Historia de los Imanes
Si bien desde el comienzo del Universo, hace ms de diez mil millones de aos, el
electromagnetismo ya estaba ah, los seres humanos hemos sabido adecuadamente de su
existencia hace relativamente poco.10 Los primeros imanes conocidos fueron, por supuesto los
imanes naturales. Las primeras evidencias registradas de haber observado fenmenos de
atraccin magntica datan del ao 2500 a.C. Al parecer, la punta metlica de los bastones de los
pastores era atrada por ciertas piedras de la antigua Magnesia. Cerca del 700 a.C.
aproximadamente el filsofo griego Thales de Miletus hizo traer las misteriosas piedras de
Magnesia para estudiarlas, cuyo material fue llamado magnetita. La capacidad de los imanes de
orientarse de norte a sur, era conocida por los chinos desde el ao 200 a.C. o antes, y en Europa se
conoci aparentemente cerca del ao 1200.11
Las piedras de magnetita se encuentran en todas las minas de hierro del mundo y contienen un
xido de hierro, Fe3O4. Debieron causar una gran sorpresa y asombro entre los primeros hombres
por sus extraos poderes. Cuando se logr la fusin del hierro y se extendi el uso del hierro
probablemente se extendi el conocimiento de que ste se volva un imn. Hasta hace unos 300
aos eran los nicos materiales magnticos conocidos.12
9 Materiales Magnticos y Aplicaciones- Juan C Fernndez. 10 Imanes hoy-Antonio H. Grande. 11 Cmo Funcionan las Cosas - Jos Luis Giordano. 12 Imanes y neomagnetos - James D. Livingston.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
12
Las primeras agujas magnticas de las brjulas no conservaban la imantacin, Cristbal Coln
conoca estas limitaciones y frecuentemente remagnetizaba sus agujas con una piedra imn que
cuidaba con su propia vida. Si bien la magnetita tiene propiedades permanentes, el hierro
magnetizado es, en realidad, un fuerte imn temporal. Durante el siglo XVI ambos tipos de imanes,
duros y blandos, fueron combinados para producir un imn permanente ms poderoso que cada
uno de los materiales por separado. La magnetita, con aadidos de hierro, conocido como imn
armado era el ms potente de los disponibles.13
El mtodo experimental permiti que un conjunto de investigadores, entre los que destacaron,
Coulomb, Gauss, Poisson, Oersted, Ampere, Faraday y Maxwell descubrieran las leyes que
gobiernan el funcionamiento de las interacciones electromagnticas entre el fin del siglo XVIII y la
segunda mitad del siglo XIX.14
La piedra imn fue el material magntico ms potente hasta los inicios del siglo XVIII, cuando
comenzaron a fabricarse imanes de acero al carbono (hierro con 1% de carbono) en Inglaterra.15 A
partir de 1819, con los trabajos de Oersted, los imanes se empezaron a usar en forma masiva para
aplicaciones en motores, generadores, dnamos, etc. En esta primera etapa se utilizaron lo que
llamamos "aceros magnticos". Estos materiales permitieron reducir el tamao de los imanes
porque, en menor volumen, tienen igual o mayor capacidad de generar un campo magntico en el
exterior del material.16
Los adelantos en las aceras durante los siglos XIX y XX llevaron a la produccin de aleaciones
de acero con tungsteno, molibdeno, cobalto, cromo y otros elementos que daban lugar a imanes
ms potentes. Aunque su coercitividad era menor que la de la piedra imn su saturacin
magntica era mucho mayor. Los ingenieros, entonces, desarrollaron una medida sencilla para la
calidad de un imn, sta dependa de la saturacin magntica y de la coercitividad: el producto de
energa. Los aceros con cobalto y cromo de 1920 tenan productos de energa 4 veces mayores
que los aceros al carbn y casi 10 veces el de la piedra imn.17
13 Imanes y neomagnetos - James D. Livingston. 14 Imanes hoy-Antonio H. Grande. 15 Imanes y neomagnetos - James D. Livingston. 16 Magnetismo de sistemas nanoscopicos, algunas aplicaciones Rodolfo D. Sanchez, Roberto D. Zysler. 17 Imanes y neomagnetos - James D. Livingston.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
13
A pesar de estos valores de producto de energa, la baja coercitividad, aproximadamente 100
gauss, obligaba a hacer los imanes muy largos a fin de disminuir el efecto desmagnetizador. Los
imanes largos fueron doblados en la tradicional forma de herradura a fin de permitir que ambos
polos hicieran contacto con el objeto por atraer. Hasta el desarrollo de imanes ms permanentes,
en 1930, el auricular del telfono estaba separado del micrfono ya que ste estaba formado por
un potente imn de herradura. Los imanes actuales raramente tienen esta forma, pero esta
imagen ya se ha vuelto un estereotipo para representar campos magnticos.
Los imanes de acero fueron superados en 1930 por los que contienen hierro, aluminio, nquel y
cobalto con productos de energa y coercitividades mucho mayores que los de acero.18 Estas
aleaciones se conocen como alnicos, palabra formada por los smbolos de los elementos qumicos
que estn presentes en la aleacin y fueron desarrolladas en Japn. Los alnicos fueron los
primeros materiales ferromagnticos en donde se trabaj directamente sobre la microestructura
del material.19 Estos imanes redujeron el tamao de los telfonos y de muchos otros dispositivos
que tuvieron un lugar importante en la Segunda Guerra. Los magnetrones, capaces de generar
extremadamente altas frecuencias, fueron la clave del sistema de radar. Despus de ser un
componente del radar el magnetrn pas a la vida domstica en el horno de microondas.
Los imanes de alnico an se emplean, pero estn perdiendo mercado frente a dos nuevos tipos
de magnetos permanentes: los de ferrita y los de tierras raras. Los primeros estn formados por
xidos de hierro, bario y estroncio; fueron introducidos en 1950 por la compaa holandesa
Philips. Cercanos qumicamente a la piedra imn, las ferritas tienen baja saturacin magntica; en
consecuencia, sus productos de energa son menores que los de los imanes de alnico.20
A pesar de su debilidad, las ferritas alcanzaron casi el 90% de la produccin mundial, en peso,
de imanes a fines de 1990. Sus dos ventajas son la coercitividad de varios miles de gauss (los
imanes de alnico tienen cientos de gauss) y el bajo costo. Su alta resistencia a la desmagnetizacin
les permite ser delgados en la direccin de la magnetizacin, lo cual es una gran ventaja para el
diseo de motores, bocinas y otros dispositivos electromagnticos. Su bajo costo les permite
tener, entre todos los materiales magnticos duros, una caracterstica ms importante que el
18
Imanes y neomagnetos - James D. Livingston. 19
Magnetismo de sistemas nanoscopicos, algunas aplicaciones Rodolfo D. Sanchez, Roberto D. Zysler. 20
Imanes y neomagnetos - James D. Livingston.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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producto de energa: el precio por unidad de producto de energa. En este punto las ferritas son
los mejores.21 Es por ello, que casi el 55% de los imanes producidos en el mundo son de este
material.
Otra clase de imanes ms recientes son las aleaciones de elementos denominados tierras raras
y ocupan casi la otra mitad de la produccin mundial.22 En tanto que el producto de energa de los
imanes de alnico est limitado por la baja coercitividad, y el de las ferritas por las bajas
saturaciones magnticas, los imanes de tierras raras tienen valores mayores en ambos
parmetros, lo que aumenta notablemente sus productos de energa.23
A final de los setenta, las aleaciones de samario, una tierra rara, con cobalto, un metal de
transicin, mostraron tener un producto de energa que casi duplicaba al de los mejores alnicos
producidos y es diez veces superior al de las ferritas. En la actualidad las aplicaciones principales
de estos sistemas son la miniaturizacin de auriculares pequeos, de motores de pasos o de
equipos cientficos con prestaciones particulares donde el costo no es determinante para la
produccin en masa.24
En los aos ochenta se produjo un encarecimiento ms especulativo que real en el precio del
cobalto materia prima clave en la fabricacin de estos imanes, lo que oblig a las empresas
dedicadas a su fabricacin a la bsqueda de nuevos imanes permanentes en los que el cobalto no
estuviera presente y el material resultante tuviera un precio competitivo.25 En la lnea de mezclar
una tierra rara con un metal de transicin, se comenzaron a investigar aleaciones de la ms
abundante de esta familia, el neodimio, con un metal de transicin. Hay veintisiete elementos de
la tabla peridica con los que pueden hacerse aleaciones con elementos magnticos resultando en
casi 2100 aleaciones binarias y ternarias posibles. Aunque la aleacin de neodimio y hierro, los
elementos ms abundantes, no existe en la naturaleza y no puede sintetizarse, se explor agregar
otro elemento para formar una aleacin ternaria. As se encontr que aquellas que incluan boro
21
Imanes y neomagnetos - James D. Livingston. 22
Magnetismo de sistemas nanoscopicos, algunas aplicaciones Rodolfo D. Sanchez, Roberto D. Zysler. 23
Imanes y neomagnetos - James D. Livingston. 24
Magnetismo de sistemas nanoscopicos, algunas aplicaciones Rodolfo D. Sanchez, Roberto D. Zysler. 25
Tierras raras: materiales avanzados R. Sez Puche, C. Cascales, P. Porcher y P. Maestro.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
15
presentaban valores altos del producto de energa.26 En el ao 1984 de modo simultneo la
General Motors en USA y la Sumitomo en Japn descubren un nuevo material de frmula Nd2Fe14B
que posee un valor de (Br x Hc)mx superior a 450 kJ/m3 el valor ms elevado conseguido hasta ese
momento.27 Estos nuevos materiales se comenzaron a aplicar rpidamente en aparatos
electrnicos, componentes de computadoras, en motores para los molinos de viento, en la
industria del automvil o en motores de elevadores.28 Se produjo una gran actividad en la
fabricacin de imanes que permiten almacenar energas magnticas elevadas en imanes de
pequeo volumen, lo que rpidamente dio lugar a la denominada miniaturizacin de
dispositivos.29
En el siguiente grfico, figura 5, se muestra como evolucionaron a lo largo de los aos los
imanes, notndose claramente el gran aumento del producto de energa en las ltimas dcadas.
Figura 5. Energa magntica a lo largo de los aos.30
26
Magnetismo de sistemas nanoscopicos, algunas aplicaciones Rodolfo D. Sanchez, Roberto D. Zysler. 27
Tierras raras: materiales avanzados R. Sez Puche, C. Cascales, P. Porcher y P. Maestro. 28
Magnetismo de sistemas nanoscopicos, algunas aplicaciones Rodolfo D. Sanchez, Roberto D. Zysler. 29
Tierras raras: materiales avanzados R. Sez Puche, C. Cascales, P. Porcher y P. Maestro. 30
El reto de los imanes permanentes- Adrin Quesada.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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A continuacin tratar el tema de que son las tierras raras y donde se ubican las principales
minas de extraccin de estas tierras raras.
Qu son las Tierras Raras?
Durante la primera mitad del siglo XIX, luego de la teora atmica de Dalton y con los avances
acelerados en la Qumica, se expandi el conocimiento acerca de los elementos qumicos.
Actualmente se conocen 114 elementos, ordenados en la Tabla Peridica por sus nmeros
atmicos y agrupados por sus propiedades. Su abundancia vara ampliamente: ms del 90% de la
corteza terrestre est formada solo por 5 elementos: oxgeno 49,5%, silicio 25,7%, aluminio 7,5%,
hierro 4,7% y calcio 3,4%; mientras que en el 9,2% restante estn incluidos los otros 109
elementos (Figura 6).
Figura 6: Abundancia de los elementos en la corteza terrestre.
El qumico Lavoisier propuso que los elementos qumicos se clasificaran en metales, no metales
y metaloides (o metales de transicin); dentro de estos ltimos se encuentran los metales de
transicin interna, ms conocidos como Lantnidos y Actnidos, que en la Tabla Peridica se ubican
debajo de los metales de transicin (Figura 2). La Tabla Peridica de los elementos qumicos fue
presentada en 1869 simultneamente por el alemn Meyer y el ruso Mendeleyev; en ella los
elementos qumicos son dispuestos en orden creciente de sus respectivas masas atmicas. Se
debe tener en cuenta que en aquellos tiempos no se conoca la existencia de protones ni
electrones. La Tabla Peridica moderna clasifica los elementos en funcin de su nmero atmico.
Los Lantnidos son conocidos tambin como Tierras Raras, presentan propiedades fsicas y
qumicas muy similares entre s, por lo que se los encuentra juntos en la naturaleza. A pesar de
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
17
que inicialmente se consider que su abundancia absoluta en la corteza terrestre era escasa (de
ah su nombre) actualmente se sabe que su abundancia es relativamente alta, a excepcin del
Promecio (Pm) que es radiactivo y rpidamente se transforma en otros elementos qumicos
aunque sus propiedades qumicas existen y se lo puede obtener de forma sinttica en laboratorio.
Las Tierras Raras son elementos muy parecidos qumicamente entre s y ocupan un lugar
particular en la Tabla Peridica, debido a su configuracin electrnica (Figura 7). A este grupo se lo
suele dividir en dos subgrupos de acuerdo a su masa atmica, el de la Tierras Raras Livianas
(Lantano, Cerio, Praseodimio, Neodimio, Promecio, Samario, Europio) y Pesadas (Gadolinio,
Terbio, Disprosio, Holmio, Erbio, Tulio, Iterbio, Lutecio). El trmino rara data de principios del
siglo XX, debido a que eran elementos difciles de separar de los minerales que los contienen y
porque raramente se les daba una utilidad. El trmino tierra es una antigua denominacin para
los xidos y para aquellos minerales que presentaban aspecto terroso.
Aunque la calificacin Tierras Raras nos podra hacer pensar que son elementos con escasa
abundancia en la corteza terrestre, esto no es as. Algunos elementos como el Cerio, el Itrio y el
Neodimio son ms abundantes que el Plomo; el Tulio, el ms escaso de las tierras raras, es an
unas 200 veces ms abundante que el Oro o el Platino. Lo raro, en realidad, de estos elementos
raros son los depsitos minerales concentrados y de grandes dimensiones en donde los minerales
que los contengan puedan ser extrados por mtodos de minera convencional y de forma
sustentable.
Figura 7: Tabla peridica de los Elementos Qumicos.
Durante muchos aos no se le dio importancia a este grupo de elementos raros debido a que
eran muy difciles de separar unos de otros. Desde el punto de vista econmico, a estos elementos
se le suman otros dos elementos que por su estructura atmica no se consideran dentro del
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
18
grupo, pero s presentan propiedades fsicas y qumicas muy similares, y adems adquieren
importancia econmica; estos elementos son Escandio (Sc, 21) e Itrio (Y, 39) (Figura 8).
Figura 8: Aspecto metlico de las Tierras Raras.
Estos elementos qumicos son importantes en el mundo actual debido a que estn
incorporados en muchos productos y tecnologas bsicas que permiten mejorar nuestra calidad de
vida; sin embargo, es poco conocido su origen, qu son o por qu son tan importantes para
nuestro futuro. Desde hace aos se les da un uso intensivo poco conocido para muchos; un
ejemplo es el Cerio, que se utiliza en aleacin con otros metales para la fabricacin de las piedritas
que generan la chispa en los encendedores.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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El Lutecio se utiliza en las refineras de petrleo como catalizador, ya que favorece las reacciones en el craqueo cataltico fluido, que es un proceso complejo que produce rupturas en los hidrocarburos para la obtencin de naftas.
Las Tierras Raras se utilizan tambin para fabricar imanes permanentes fuertes, materiales
superconductores, lser, vidrios y cermicas especiales de alta resistencia, etc. Sin ellos las pantallas LCD, los telfonos celulares, las lmparas de bajo consumo y las unidades de disco duro de las computadoras no podran ser fabricados. Tambin forman parte de todos los automviles hbridos, turbinas de viento, telefona mvil, aleaciones especiales para la odontologa e incluso en equipos de rayos X que se utilizan a diario en medicina.
Otro caso particular es la utilizacin del Erbio y Lantano en las fibras pticas para aumentar el
ancho de banda e incrementar la transferencia de datos. El Europio es utilizado para generar el color rojo en las pantallas de LCD y junto con el Disprosio se utilizan en los reactores nucleares por su capacidad de absorcin de neutrones; el Samario es un elemento imprescindible en la fabricacin de los micrfonos de las guitarras elctricas.
Muchos especialistas coinciden que las Tierras Raras harn la diferencia en nuestra
supervivencia en el futuro, debido a que en la actualidad son componentes fundamentales de las tecnologas verdes.
Uno de los usos ms curiosos, poco conocido y cotidianos de las tierras raras, es la fabricacin de las camisas incandescentes para los soles de noche a gas. sta consiste en una malla de nylon impregnada en una solucin de nitrato de Itrio (hasta el ao 2000 se utilizaba nitrato de
Torio, pero al ser radioactivo se consider nocivo para la salud), a la cual se le agrega Cerio para aumentar el brillo de la luz emitida y Berilio para la resistencia de la camisa.
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Desde el punto de vista econmico existen 17 elementos clasificados como Tierras Raras (La,
Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Y, Lu, Sc, Y); de stos, algunos son ms valiosos que otros. La demanda mundial de algunos de estos metales es superada por la oferta actual y la demanda ya no se mide en Kg/ao sino en Kg/mes.
En la industria se utilizan principalmente las Tierras Raras Pesadas, lo que es un efecto vinculado a su proceso de obtencin, separacin y seleccin, ya que las Tierras Raras con mayor peso atmico son las ms fciles de separar de los minerales que las contienen. Esto provoca que la mayora de las compaas se centren actualmente en la minera de las Tierras Raras Pesadas, lo que impone un nuevo reto para muchos cientficos, quienes deben abocarse a los complejos desafos que presenta la tarea de desarrollar mtodos de procesamiento mineral y metalrgico ptimos para separar tanto las Tierras Raras Pesadas como Livianas del mineral que las contiene, de una forma sencilla y econmicamente viable.31
Dnde estn las Tierras Raras? Existen diferentes tipologas de yacimientos minerales donde se pueden encontrar las Tierras
Raras, pero estos yacimientos son muy escasos. Entre los ms importantes a nivel mundial est la mina Longman, en Xunwu (China) donde los elementos de Tierras Raras se encuentran adsorbidos en arcillas, por lo que son depsitos residuales. Existe adems otros tipos de depsitos vinculados a carbonatitas, ejemplos de esta tipologa a nivel mundial son: Mt. Pass (USA), Weshan, Maoniuping (China), Mount Weld (Australia), Arax, Catalo y Barra do Itapirapu (Brasil). En Argentina tambin existen carbonatitas, en la Sierra de Rangel, en la regin de la Puna en el lmite de las provincias de Salta y Jujuy. Adems, existen tambin otro tipo de depsitos vinculados a rocas magmticas en el Batolito Las Chacras, en la provincia de San Luis.
Hay muchos sitios en el mundo en donde se encuentran disponibles las Tierras Raras, pero son muy pocos en los que se encuentran como depsitos comercialmente rentables. Actualmente China controla entre el 95%97% del suministro mundial de Tierras Raras y recientemente decidi que necesita aumentar y buscar nuevas reservas para fuentes de suministro, ya que estn al lmite de sus necesidades internas.32
31
Tierras raras elementos claves del Siglo XXI- Mauro de la Hoz. 32
Tierras raras elementos claves del Siglo XXI- Mauro de la Hoz.
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Productores y reservas mundiales de tierras raras.33
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Tierras raras el nuevo oro-Francisco Domnech.
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Mapa de ubicacin geogrfica de la Sierra de Rangel.34
Vista desde el Norte de la Sierra de Rangel35
34
Tierras raras elementos claves del Siglo XXI- Mauro de la Hoz. 35
Tierras raras elementos claves del Siglo XXI- Mauro de la Hoz.
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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Se trataran los tipos de imanes de tierras raras, estructura, composicin y curvas de
desmagnitacin
Imanes permanentes de tierras raras
Los imanes de Neodimio y Samario representan la ltima generacin de los materiales
magnticos. Dichos imanes poseen propiedades muy superiores a las tradicionales. Su alta
coercitividad y su elevada remanencia nos permiten nuevos diseos. La utilizacin de estos imanes
est condicionada, sobre todo, por el factor temperatura: disponemos de una amplia gama que
abarca desde los 80 C hasta los 180 C en la calidad Neodimio (Nd) y de los 200 C hasta los 350
C en la calidad Samario (Sm).36
Samario-Cobalto
tomos de los elementos llamados tierras raras tienden a formar compuestos intermetlicos
con metales de transicin como Fe, Ni o Co, y en la primera poca del desarrollo de los imanes de
estos materiales la teora predeca que los elementos ms livianos en particular el samario se
combinara de la forma ms favorable con el cobalto para producir una alta anisotropa cristalina.
La experiencia confirm la factibilidad de varios compuestos intermetlicos, y el primer imn
prctico se construy con el compuesto SmCo5, seguido ms tarde por Sm2Co17. Los imanes de
samario-cobalto se fabrican segn las mismas lneas que las ferritas. Dado que tanto el samario
como el cobalto son elementos relativamente caros, se fabrican imanes anistropos con
propiedades preferenciales a lo largo de un eje. Los imanes de tierras raras tienen un mecanismo
de fronteras de dominio mucho ms complicado que el derivado de la pura anisotropa
magnetocristalina, lo que lleva a que las mejores propiedades magnticas se obtienen con un
tamao de grano mayor que el correspondiente a partculas mono-dominio. Esto significa que no
slo las fronteras de dominio pueden existir, sino que se mueven con relativa facilidad dentro del
grano. Mientras que esta caracterstica permite que se alcance la magnetizacin de saturacin an
con un modesto campo aplicado, una alta coercividad intrnseca depender de la habilidad del
grano para resistir la formacin de un dominio invertido cuando se aplica un campo de
desmagnetizacin. Esta propiedad vital se controla por las fronteras de grano, que estn
compuestas de desviaciones de la composicin primaria del material que proveen una fuerte
fijacin de las fronteras de dominios en estos lugares. Este mecanismo, conocido como
nucleacin, se da en imanes de SmCo5. Un grano en proceso de nucleacin se muestra en el
diagrama (a) de la figura. Sm2Co17 difiere de SmCo5 en que sus granos contienen una estructura
de pequeas celdas como se ilustra en el diagrama (b).
36
Imanes tierras raras
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FISCHER, Eric Andrs Imanes Permanentes de Tierras Raras
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El tratamiento trmico de este compuesto promueve la formacin de estas celdas de Sm2Co17,
separadas por delgadas paredes de SmCo5 que son las que proveen la fijacin de las paredes de
dominio (en lugar de las fronteras de grano). La fijacin, en lugar de la nucleacin, es entonces el
mecanismo de control en imanes de Sm2Co17, y mientras que este mecanismo provee una mayor
coercividad intrnseca, debe aplicarse un campo mucho mayor para llevar inicialmente este
material a su magnetizacin de saturacin.
Ya sea un imn de tipo-nucleacin SmCo5 o de tipo-fijacin Sm2Co17, es decir, ya sea que las
paredes de dominio estn fijas a las fronteras de grano o de celda, se movern bastante
libremente una vez superadas estas fuerzas de fijacin, y Msat se invertir en forma abrupta al
alcanzar el campo aplicado el valor -Hci, en una forma similar al comportamiento terico derivado
de la anisotropa magnetocristalina. Como ejemplo, en la figura se muestran curvas de
desmagnetizacin para di-versos compuestos de SmCo.
Curvas de desmagnetizacin para di-versos compuestos de SmCo.37
Los imanes de SmCo son generalmente muy caros para aplicaciones masivas. Se suelen utilizar
37
Materiales Magnticos y Aplicaciones- Juan C Fernndez.
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en instrumental de laboratorio o especiales debido a sus excelentes propiedades de directividad.
Aspecto fsico de los imanes de samario-cobalto38
Neodimio-hierro-boro
Luego del exitoso desarrollo de imanes de samario-cobalto, se trat de desarrollar imanes de
tierras raras de menor costo. El hierro es un metal de transicin mucho ms barato que el cobalto,
y el neodimio es una tierra rara liviana mucho ms abundante que el samario. Diversas tierras
raras X se combinaron con hierro en compuestos X2Fe17, pero todos presentaron temperaturas
de operacin muy bajas para propsitos prcticos. Una mejora significativa ocurri con el
descubrimiento de que el agregado de boro formaba un compuesto ternario con fuerte
anisotropa magnetocristalina uniaxial, y una mayor temperatura de operacin. Un compuesto de
neodimio-hierro-boro de frmula aproximada a Nd2Fe14B present la mejor combinacin de
propiedades magnticas y trmicas. La estructura de la celda unitaria de este material se muestra
en la figura9 y consiste de 68 tomos. 56 son de Fe, que ocupan sitios cristalogrficamente no
equivalentes denominados 16k1, 16k2, 8j1, 8j2, 4e y 4c.
Figura9
Los imanes comerciales de Nd-Fe-B vienen en muchas combinaciones de proporciones de Nd y
Fe, lo que produce un amplio rango de propiedades disponibles.
38
Imanes tierras raras
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Sinterizado: Hay diferentes mtodos de produccin de imanes de Nd-Fe-B. El sinterizado es
similar a los ya vistos. El polvo se moldea en una estructura compacta anistropa mediante
compactacin y sinterizado en un campo orientador. Este proceso produce un imn de
tiponucleacin en el que las fronteras de grano se componen de desviaciones ricas en Nd de la
composicin primaria Nd2Fe14B, proveyendo la fijacin de las fronteras de dominio. Uno de los
problemas de este mtodo es que los granos de Nd-Fe-B son muy susceptibles de oxidarse en su
superficie, lo que limita seriamente el tamao de grano que puede obtenerse y hace muy difcil
obtener en la prctica imanes tiles.
La oxidacin de un material comienza en su superficie, y si no se usa ningn recubrimiento de
proteccin, el oxgeno del ambiente se difundir hacia dentro del material produciendo reacciones
qumicas y alterando sus propiedades magnticas. Este proceso de difusin aumenta fuertemente
con la temperatura. Otros fenmenos de corrosin involucran otros agentes que se difunden y
producen reacciones qumicas destructivas dentro del material. Desde el comienzo de la
utilizacin tcnica de los imanes, cuando el hierro era el material fundamental, se ha utilizado la
pintura como recubrimiento protector.
Se ha encontrado en los compuestos de Sa-Co que el cobalto dificulta el proceso de difusin del
oxgeno y que el producto fundamental del proceso de oxidacin es Sm3O3. Por lo tanto se suele
agregar cobalto en exceso de la cantidad estequiomtrica del compuesto para mejorar el
comportamiento frente a la oxidacin.
En el caso de los imanes de Nd-Fe-B la oxidacin progresa selectivamente a lo largo de las
fronteras de grano ricas en Nd. El compuesto ms importante de este proceso es Nd2O3. Se ha
hallado que el agregado de Co al compuesto mejora la situacin ya que el Co migra a las fronteras
de grano y reduce la proporcin de Nd pasible de oxidacin.
Templado rpido: Un proceso completamente diferente involucra el templado rpido de la
aleacin fundida de Nd-Fe-B, usando una tcnica de melt-spinning para producir una cinta que
luego es convertida en polvo. Mientras que una cinta obtenida por conformacin mecnica
produce partculas de polvo en forma de grandes placas, el templado rpido lleva a una
microestructura extremadamente fina como la que se ilustra en la figura (c), nuevamente con
fronteras de grano que se desvan de la composicin primaria Nd2Fe14B, aunque en mucha menor
medida que en el proceso de sinterizado. Sin embargo, este no es un imn de tipo-nucleacin,
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porque el polvo tiene una microestructura muy pequea que se adecua al modelo de dominio
nico de las ferritas cermicas. Este proceso de fabricacin produce imanes cuyo magnetismo
permanente se basa en la anisotropa magnetocristalina, y requieren un fuerte campo aplicado
para llevar inicialmente los granos del material a la magnetizacin de saturacin. Como sugiere el
diagrama (c), no es prctico moler el material a tamao de mono-dominio, de forma que el polvo
es inherentemente istropo. Sin embargo, puede consolidarse en un imn compacto y anistropo
por la deformacin plstica que ocurre en la compactacin en caliente. La proteccin natural que
esta la microestructura aporta a las fronteras de grano por la disminucin de la cantidad no
estequiomtrica de Nd hace que el polvo sea muy estable respecto de la oxidacin, de manera que
es fcil fabricar imanes de cualquier forma por moldeo.
HDDR: Hemos mencionado el problema de la oxidacin en la preparacin de polvo de Nd-Fe-B,
de modo que tambin puede predecirse que absorbe hidrgeno con facilidad, lo que convierte al
material en un polvo muy frgil y quebradizo. Esta caracterstica facilita la conversin del material
en polvo, y se ha convertido en la base del proceso llamado HDDR (por Hidrogenacin,
Desproporcionacin, Desorpcin y Recombinacin, un proceso metalrgico muy complejo para
detallar aqu). Este proceso tambin da al polvo de Nd-Fe-B una estructura ultrafina con granos de
tamao cercano al mono-dominio, y pueden obtenerse partculas de polvo de este tamao. El
polvo de Nd-Fe-B preparado con la tcnica HDDR es inherentemente istropo, pero los imanes
fabricados por compactacin en caliente o moldeo son generalmente anistropos debido a las
condiciones de procesamiento y el agregado de aditivos que inducen un mayor grado de textura
en la aleacin. Los imanes de Nd-Fe-B fabricados con el proceso HDDR exhiben curvas
caractersticas de desmagnetizacin con codos bien definidos de inversin de la magnetizacin. En
las figuras siguientes se muestran curvas de desmagnetizacin para diversos compuestos de Nd-
Fe-B.39
39
Materiales Magnticos y Aplicaciones- Juan C Fernndez.
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Curvas desmagnetizacin imanes Nd-Fe-B obtenidos por sinterizado.40
Curvas desmagnetizacin imanes Neoform obtenidos por moldeo cermico.41
40
Materiales Magnticos y Aplicaciones- Juan C Fernndez.
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Aspecto fsico de los imanes de neodimio-hierro-boro42
Comparacin de propiedades de imanes permanentes
Existen mltiples tipos de materiales para sintetizar los imanes siendo los ms importantes los
siguientes:
Alnico: Estos imanes estn fabricados por fundicin o sinterizacin. Poseen el mejor
comportamiento a temperaturas elevadas. Tienen una elevada remanencia, pero su
coercitividad es bastante baja.
Ferrita: Este tipo de imanes se obtienen sobre todo por sinterizacin. Son los ms
utilizados por su relacin calidad/precio. Existen muchas calidades diferentes.
Presentan buena resistencia a la desimantacin.
Neodimio-Hierro-Boro: Son los imanes con las mejores caractersticas magnticas
existentes en la actualidad. Su comportamiento en funcin de la temperatura ha
mejorado bastante. Se pueden utilizar para aplicaciones de hasta 150C.
Samario-Cobalto: Estos imanes estn fabricados a partir de elementos de la familia de
las tierras raras. Sus caractersticas magnticas permiten reducir sus medidas. Su
producto de energa es considerablemente elevado Tienen un comportamiento muy
bueno a temperaturas elevadas.43
41
Materiales Magnticos y Aplicaciones- Juan C Fernndez. 42
Imanes tierras raras 43Sistema de generacin elctrica para aerogeneradores
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Comparacin de Propiedades de Compuestos comerciales.44
Algunas aplicaciones de los imanes de tierras raras, en mquinas elctricas y dispositivos
electrnicos.
Aplicaciones
Usos para los imanes de neodimio en misiones espaciales.
Recogedor de polvo espacial en marte. La NASA utiliza imanes de neodimio en cada uno de los
Mars Exploration Rovers. Los imanes son utilizados para recoger polvo espacial para su
examinacin durante la misin. En la imagen se muestra tres juegos de imanes del Rover. Un
conjunto de dos imanes se monta en la parte frontal del Rover en un ngulo tal que las partculas
no magnticas tienden a caerse. Estos imanes son accesibles para el anlisis de varios
instrumentos. Un segundo imn est montado en la parte superior del Rover en la vista de la
cmara panormica. Este iman es lo suficientemente fuerte para desviar el polvo magntico
llevado por el viento. Un tercer conjunto de imanes es llevado por la herramienta de abrasin de
rocas (RAT por sus siglas en ingles). A medida que el RAT es incrustado en las rocas marcianas, los
cientficos tienen la oportunidad de estudiar las propiedades del polvo estas rocas superficiales.45
44 Sistema de generacin elctrica para aerogeneradores
45 K&J Magnetics - Uses for Neodymium Magnets.pdf
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Aplicaciones de NEOMAX (imanes permanentes de Nd-Fe-B).
Aplicaciones en Automviles
En la actualidad los vehculos son equipados con motores y actuadores elctricos los cuales
brindan mayor confort, seguridad y estos adems ahorran combustible. Un automvil de lujo
Japons contiene ms de 100 motores en su interior. La mayor parte de estos motores elctricos
son de corriente continua con carbones e imanes permanentes de ferrita. Como estos motores de
automviles requieren alta eficiencia y potencia, el uso de NEOMAX est en aumento. Las dos
principales aplicaciones de NEOMAX son las de motor/generador de vehculos elctricos hbridos
y direccin asistida elctrica. NEOMAX es usado tambin en otros motores, actuadores, sensores
y parlantes como se muestra en la figura siguiente.
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32
Los automviles hbridos Japoneses recorren con la misma cantidad de combustible cerca de un 80% ms distancia que el mejor automvil no hibrido.
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El costo y la fiabilidad son factores claves para los motores de automviles. Motores de imanes permanentes son utilizados generalmente en vehculos hbridos como en motores de los compresores en aires acondicionados. La alta coercitividad de NEOMAX se utiliza para alcanzar la mayor resistencia a la temperatura. Cerca de 0,5 millones de automviles hbridos fueron vendidos en 2007. Esto es solo el 0,7% de todos los vehculos comercializados ese ao. La demanda de este tipo de vehculos est en aumento.
Los vehculos elctricos a batera (del tipo plig-in) tambin utilizan imanes de Neodimio, y se espera que sean comercializados en un futuro cercano.
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La direccin asistida elctrica es usada para mejorar la eficiencia de combustible de 2 a 5%. 20 millones de vehculos fueron equipados con direccin asistida elctrica en 2007 y su nmero va en aumento.46
Motor elctrico de bajo consumo Japon depende de fuente de energas externas. Luego de la crisis petrolera de 1970, se realizaron una gran cantidad de esfuerzos para ahorrar energa. Una reglamentacin gubernamental denominada Top Runner permiti grandes avances en la eficiencia de los aparatos de aire acondicionado. Los principales factores son el control del inversor y los motores de alta eficiencia llamados motor de interior de imn permanente (interior permanent magnet motor o IPM motor). El motor IPM no solo utiliza el par magntico sino tambin el par de reluctancia. Los motores IPM contienen lminas de NEOMAX en el interior del rotor. La eficiencia del motor IPM es de un 10 a 20% mayor que la de un motor de induccin.47
46
Hitachi Metals_Products_NEOMAX_Applications of NEOMAX_Automotive applications.pdf 47
Hitachi Metals_Products_NEOMAX_Applications of NEOMAX_Energy-saving motor.pdf
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Servomotores y automatizacin de fbricas Nuestros investigadores fueron exitosos en el aumento de la coercitividad para ampliar el campo de aplicacin de NEOMAX. Desde finales de 1980, la mejora de NEOMAX ha sido aplicada servomotores sin escobillas, servomotores lineales y sus aplicaciones tales como robots industriales. NEOMAX contribuy a alcanzar motores compactos de alta potencia de muy preciso control. Estos son la base de la automatizacin moderna. A estos servomotores se los puede ver en las lneas de produccin de automviles, centros de mecanizado, mquinas de transporte, mquinas de envasado, equipos semiconductores, lnea de produccin de paneles fotovoltaicos y en muchas otras mquinas autnomas de lneas de producciones automatizadas.48
48
Hitachi Metals_Products_NEOMAX_Applications of NEOMAX_Servomotor and factory automation (FA).pdf
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Voice coil motor (VCM)
La aplicacin de VCM para la unidad de disco regido (HDD) fue la primer aplicacin importante de
NEOMAX. NEOMAX fue aplicado a los discos rgidos en 1986, 4 aos despus de su invencin.
Ms de tres mil millones de VCM se han fabricado con NEOMAX y con licencias de imanes de Nd-
Fe-B hasta el ao 2007. Antes de que NEOMAX fuese inventado, se utilizaban imanes de Samario-
Cobalto. Debido al costo de los imanes de Samario-Cobalto la revolucin en tecnologa de la
informacin no hubiera podido ser sin los suministros abundantes y costo accesible de
NEOMAX.49
49
Hitachi Metals_Products_NEOMAX_Applications of NEOMAX_Voice coil motor.pdf
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Otras aplicaciones
Existen otras aplicaciones de NEOMAX, como telefona celular, generadores de energa elicos,
equipos mdicos y cientficos.50
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Hitachi Metals_Products_NEOMAX_Applications of NEOMAX_Other applications.pdf
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Motores de alto rendimiento
En los motores elctricos, el uso de imanes de tierras raras permite un mayor rendimiento,
obtenido a travs de motores ms pequeos y ligeros. Es evidente el atractivo de esto en
vehculos elctricos, en los que un motor ms liviano y eficiente reduce la cantidad de energa que
debe ser transportada en forma de combustible fsil, hidrogeno o almacenada en bateras; segn
Rare Earth Metals Inc, el automvil elctrico hibrido Toyota Prius contiene alrededor de 30 Kg de
componentes de tierras raras, utilizados en los motores, bateras, vidrios, catalizadores y
equipamiento electrnico.
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En aplicaciones industriales los beneficios de los imanes de tierras raras estn relacionados a
mayor rendimiento a partir de un motor del mismo tamao o motores ms livianos para equipos
mviles.51
Motor de imanes permanentes como motor propulsor naval
Actualmente la propulsin elctrica est tomando importancia tanto en buques de guerra como
en buques mercantes. Esta alternativa de propulsin no debe ser descartada frente a otras
alternativas puesto que representa ventajas comparativas importantes frente al vapor, gas o el
mismo motor diesel.
Ejemplos recientes de la aplicacin de motores PM en la propulsin de buques son:
Submarino Scorpene, Francia-Espaa.
Submarino "U-212, Alemania.
Destructor "DD-21" (En estudio), perteneciente a la marina de los Estados Unidos.
En general se puede decir que los motores elctricos son de mayor tamao, ms pesados y ms
caros que un sistema mecnico, como los motores diesel o las turbinas a gas, sin embargo, con el
advenimiento de los motores de PM ha sido posible disminuir estas condiciones desfavorables lo
que hace pensar que su aplicacin sea mayor en el futuro.
La seleccin y diseo de una planta elctrica de propulsin naval debe satisfacer ciertos
requerimientos especficos con respecto a las demandas propias del proyecto. En general los
proyectos exitosos han redundado en el desarrollo de conceptos tales como:
Bajo nivel de ruido mecnico producto de la conversin electromecnica de energa.
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High-performance motors dispense with expensive rare-earth magnets _ Engineer Live1
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40
Alta eficiencia general del sistema.
Alta resistencia al schock mecnico.
Alta versatilidad y redundancia.
Equipamiento de bajo peso y volumen.
Buena capacidad de refrigeracin y dispositivos asociados.
Alta capacidad para controlar los niveles permitidos de temperatura y humedad.
Requerimientos Planta Propulsin Elctrica.
Algunas de las ventajas del motor elctrico frente a otras alternativas son las siguientes:
1. Flexibilidad.
El sistema elctrico es mucho ms flexible ya que permite instalar al conjunto motor-generador en
un lugar distinto al sistema propulsor. Esto quiere decir, que se puede optimizar en todos aquellos
conceptos estructurales como lo son el eje, descansos, dimetro del casco presin para
submarinos, etc. Es notable destacar que una disminucin de la cantidad de componentes de los
anteriormente sealados hacen disminuir las posibilidades de falla. La flexibilidad se traduce en un
ahorro substancial y comprobado de combustible, lo que permite considerar al sistema en su
globalidad.
2. Menor ruido.
Este aspecto es muy importante sobre todo para los buques de guerra que deben mantener una
tasa de discrecin bastante alta y que aumenta en el caso de los submarinos. En este sentido la
mayora de los motores elctricos poseen excelentes niveles de ruido frente a otras alternativas
como la propulsin con turbinas a vapor, gas o diesel. Prueba de lo anterior, ha sido el desarrollo
de fragatas antisubmarinas como es el caso de la fragata tipo 23 de la Real Armada Britnica. Sin
embargo, los motores de excitacin alterna son an ms silenciosos que los motores de corriente
continua, hasta ahora los ms populares.
3. Altas cargas auxiliares.
Este concepto va a depender de la naturaleza del buque, es decir, de su propsito. Las cargas
pueden ser como: winches, gras, hlices de empuje lateral, etc. La carga auxiliar del buque en
determinadas situaciones es posible que alcance la misma potencia que la requerida por la
propulsin. De aqu que sea necesario explotar el hecho de que cuando la mxima carga auxiliar se
produce, el sistema de control distribuya eficientemente el poder elctrico. Lo ltimo se logra al
tener integrado el sistema elctrico de servicio con el de propulsin del buque.
4. Control.
Los sistemas de control en el mbito elctrico tienen un mayor desarrollo tecnolgico que el resto
de los sistemas asociados a la propulsin y adems permite actualizar el sistema de control a un
menor costo. Las mquinas elctricas proveen control rpido de velocidad y/o torque sobre todo
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en el rango de velocidad/potencia de diseo. Queda por lo dicho, que los motores elctricos
presentan excelentes condiciones para aquellas aplicaciones donde se requiere un gran control
posicional. Por esta razn los accionamientos elctricos son elegidos para buques oceanogrficos
de investigacin, cazaminas, de rescate, antrticos y remolcadores.
Aplicacin Naval de los Motores PM.
Quizs dentro de las aplicaciones actuales y posibles de un motor PM es su utilizacin como motor
de propulsin de unidades submarinas con potencias instaladas que bordean como lmite superior
los 5MW. En la aplicacin submarina, los sistemas de propulsin deben cumplir con dos
importantes funciones, estas son:
Proveer la propulsin.
Proveer la fuente de potencia para el resto del submarino.
Estudiando las caractersticas actuales de los submarinos convencionales, se debe observar los
siguientes aspectos al momento de elegir un determinado sistema propulsor:
Hlice nica acoplada directamente al sistema propulsor.
Motores elctricos de propulsin con sistemas auxiliares.
Sistemas diesel para la generacin y recarga de los bancos de bateras principales,
ocupando aire mediante el snorkel.
Sistemas de transmisin de potencia elctrica.
Control y monitoreo.
Posibilidad de implementacin de sistemas modernos AIP (Air Independence Propulsion).
Las ventajas comparativas de los motores PM sern en definitiva la mejor defensa frente a otros
sistemas de propulsin. Actualmente es posible desarrollar motores PM de potencias elctricas
que satisfacen plenamente los requerimientos de potencia para submarinos convencionales, tal es
el caso del submarino francs Scorpene. Otras aplicaciones del mbito naval pueden ser
generadores de energa elctrica, que a iguales potencias reducen notablemente el volumen de
los generadores actuales.
Motores PM como Motor Propulsor.
Ventajas de su empleo.
No son necesarios los devanados del rotor, puesto que el flujo es creado por imanes.
La eficiencia del motor es mayor que en un motor sincrnico, de induccin o de corriente
continua a igual potencia, puesto que las prdidas del rotor vienen a ser muy bajas al no
contar con devanado de campo.
La refrigeracin del motor se simplifica, puesto que no se requiere de enfriamiento del
rotor. El rango de operacin del estator puede ser aumentado debido a la reduccin de las
prdidas totales y al aumento de la eficiencia del agua de refrigeracin.
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Es posible construir motores con dimetros mayores que permitan desarrollar torques
altos a bajas RPM sin considerar un aumento de peso, situacin inversa a lo que sucedera
en una mquina sincrnica convencional con devanado de campo. La obtencin de bajas
RPM es especialmente importante para aquellas donde se quiera disminuir los efectos de
la cavitacin de la hlice.
Desventajas.
El motor alimentado de una fuente DC, requiere imperiosamente de un dispositivo inversor,
ya que su operacin sincrnica requiere de excitacin alterna. Esto hace que se dependa de
una gran cantidad de componentes de electrnica de potencia, los que deben cumplir con los
requerimientos de potencia exigidos. Un alto nmero de elementos aumenta
significativamente la tasa de fallas.
La inversin de corriente continua a alterna implica necesariamente la introduccin de un alto
contenido armnico en la seal elctrica de excitacin, las que por su naturaleza no son
deseables y altamente perjudiciales en la conversin de energa, eficiencia y calidad de
servicio. Las armnicas generan torques parsitos y ruidos perfectamente detectables y
audibles. Por lo anterior se debe establecer las tcnicas de control, objeto minimizar los
efectos perjudiciales.
La prdida del flujo de los imanes es algo factible. Se debe guardar especial atencin con las
temperaturas de servicio del motor, como tambin determinar los puntos de operacin en las
caractersticas B-H para los imanes para evitar la desmagnetizacin que de ocurrir sera
irreversible.
Debe contar con dispositivos sensores de realimentacin y de proteccin tanto para la
operacin normal como para las eventuales fallas a las que podra enfrentar, especialmente la
falla de cortocircuito de una fase.
Criterios Bsicos Motor PM.
Los criterios a usar en el diseo de un motor PM se pueden resumir en:
1. Simetra Electromagntica.
Con el objeto de no proporcionar modulaciones en las inductancias de los devanados del
estator debido a la posicin angular del rotor, de tal manera de minimizar las posibles
pulsaciones del torque de salida. En otras palabras se debe construir un rotor lo ms
cercano al diseo terico perfecto.
2. Gran Nmero de Polos.
Tiene relacin con la reduccin de peso y tamao del motor.
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3. Alto Nmero de Fases.
Interesa tener un gran nmero de fases por dos razones, estas son:
Fuerte reduccin de las armnicas espaciales debido a las formas de ondas y la
conversin de potencia, y su correspondiente consecuencia en las vibraciones del
motor.
Reduccin de la potencia de cada fase, optimizando el funcionamiento de los
inversores, utilizacin de una alta frecuencia de conmutacin reduciendo el
contenido armnico, ruido y vibraciones.
Ventajas motor PM versus motor DC.
Las ventajas comparativas entre un motor PM versus un motor DC pueden ser resumidas en los
siguientes aspectos:
Gran ajustabilidad sobre el 100% de la velocidad nominal, tanto avante como dando atrs.
No existe ningn cambio en la configuracin de los bancos de bateras como es en el caso
de los motores DC, evitando el ruido de los contactores que esto implica.
Mayor eficiencia.
Menor peso y tamao para una misma potencia instalada (alrededor de un 50%).
Alta redundancia interna.
Sistemas de control de conmutacin que pueden ser alojados en reas pequeas.
Mejoramiento de la maniobrabilidad.
Menor mantenimiento.
Reduccin de peaks de torque.
Sistemas simplificados de operacin.
Facilidad para remover el calor generado por las prdidas debido a las corrientes del
estator.
El punto ms notable en cuanto a la eficiencia del motor PM son las prdidas debido a la
excitacin de campo y el enfriamiento, que en comparacin con el resto de los motores
actualmente usados en la propulsin de buques. Adems debe observarse que el peso y tamao
de los motores PM es sustancialmente menor por lo que las ventajas de este tipo de motor en
estos aspectos es algo relevante y categrico.
Experiencias navales actuales de Motor PM como Motor Propulsor.
Son tres las aplicaciones navales ms recientes de motores PM como motores utilizados en la
propulsin principal de buques, tanto de superficie como submarinos. Los pases que llevan la
delantera son principalmente Francia, Alemania y tambin Estados Unidos. Quizs esta sea una de
las mejores evidencias de que el motor PM si tendr en el futuro mayor aplicacin.
1. Buque armada alemana Schwedeneck.
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Actualmente se encuentra en servicio un motor sincrnico de imanes permanentes a bordo del
buque multipropsito de la Armada alemana Schwedeneck. El sistema de propulsin del
Schwedeneck est constituido por el motor "Permasyn" de la empresa Siemens, el cual est
alimentado por un sistema de potencia a bordo de 1.1 MW a 230 RPM desde 660 V, 60 Hz. Son
dos los convertidores independientes de 6 pulsos que alimentan a dos circuitos independientes de
corriente continua. El devanado del estator consiste en 6 fases las cuales son alimentadas
independientemente por un inversor modulador de ancho de pulso (PWM). La mayor ventaja de
este concepto de propulsin y las positivas experiencias obtenidas a bordo del Schwedeneck, han
tenido por consecuencia que la Marina alemana decida la incorporacin de este tipo de motor
como sistema de propulsin en los desarrollos de sus nuevas unidades submarinas.
2. Destructor "DD-21" Armada de Estados Unidos.
La Armada de Estados Unidos se encuentra en un perodo de reestructuracin de la flota de
superficie y submarina. Las alternativas tecnolgicas han permitido la incorporacin de nuevos
dispositivos competitivos, como por ejemplo, la elctrica. En los ltimos aos se ha venido
terminando la fase de diseo de un nuevo tipo de destructor de flota que se ha denominado como
DD- 21. Las caractersticas del nuevo destructor son las siguientes:
Reduccin de costos en combustible por aproximadamente 100 millones de dlares a lo
largo de la vida de cada buque.
Reduccin en un 24% del volumen de la maquinaria.
Gran aumento de los rangos de operacin.
Incorporacin de tecnologa Stealth.
La clave del xito de este destructor consiste en la disminucin de los costos de operacin del
buque, adems de una avanzada tecnologa, logrndose sistemas modulares. Los motores PM
ofrecen una alta densidad de potencia, peso ms ligero, menor costo de mantenimiento y de
operacin. Los dispositivos de electrnica de potencia hacen posible el uso militar de los motores
PM, lo que justifica plenamente su incorporacin como alternativa real de solucin para el
problema de propulsin de las futuras unidades de superficie como tambin de las submarinas. La
eficiencia de los sistemas de propulsin elctricas son comparables a los sistemas mecnicos, sin
embargo la ventaja del primero radica en los bajos costos de mantencin y en la versatilidad que
presenta un sistema elctrico frente a uno de propulsin mecnico.
3. Submarino Scorpene.
Sin duda alguna que este tipo de motores sern en el futuro una alternativa eficiente y razonable
para la solucin del problema de la propulsin tanto de buques de superficie como submarinos. El
motor del submarino Scorpene ha sido desarrollado por la empresa francesa Jeumont-Schneider,
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la que tiene una vasta experiencia en fabricacin y diseo de motores y dispositivos elctricos. Si
bien es cierto an no se ha construido el motor definitivo para el submarino, se ha logrado
desarrollar un prototipo de 1,8 KW, siendo catalogadas las pruebas iniciales como exitosas y muy
alentadoras. El motor del submarino Scorpene tiene un alto desarrollo tecnolgico, aplicando
todas las alternativas actuales de electrnica de potencia.52
Generadores sncronos multipolares con imanes
permanentes.
Otra aplicacin relacionada son los generadores elicos, en el que el aumento de la eficiencia a
largo plazo hace que sea redituable la instalacin de generadores de alto rendimiento de mayor
costo.53
Durante la ltima dcada la tecnologa asociada a la industria elica ha evolucionado
enormemente mejorando la calidad de la energa elctrica entregada a las redes interconectadas,
aumentando la confiabilidad de los sistemas de generacin, y reduciendo el costo de cada kWh. El
parque elico mundial instalado ha crecido a una tasa promedio del 27% anual durante los ltimos
10 anos. Muchos pases ya tienen importantes industrias elicas que producen y exportan
equipamiento, prestan servicios o generan electricidad a partir del viento.
En lo que respecta a los generadores impulsados por turbinas elicas, las mquinas de imanes
permanentes estn siendo utilizadas cada vez en mayor medida y para potencias ms grandes.
Esto es debido principalmente al desarrollo reciente de imanes de alta energa, como por ejemplo
los de Neodimio-Hierro-Boro (Nd-Fe-B) o Samario-Cobalto (Sm-Co).
Las Maquinas Sincrnicas de Imanes Permanentes (MSIP) poseen, en general, un alto rendimiento
y una alta densidad de potencia. Estas mquinas pueden construirse con un elevado nmero de
polos para trabajar a baja velocidad, en sistemas donde es necesario el acoplamiento directo (sin
caja reductora) para operar a velocidades reducidas. Por estas razones, este tipo de mquinas es
altamente utilizado en sistemas de generacin elica de pequea potencia54
En aerogeneradores de pequea potencia (hasta 12 kW) se utilizan mayormente generadores
sncronos de imanes permanentes. Esto es debido principalmente a su robustez y su bajo
mantenimiento, evitan el uso de cajas multiplicadoras, aunque su precio es algo mayor. Este tipo
de generadores se est utilizando cada vez ms en aerogeneradores de gran potencia debido a lo
reducido de su peso y volumen al utilizar imanes de alto magnetismo
52
Motor de imanes permanentes como propulsor naval 53
High-performance motors dispense with expensive rare-earth magnets _ Engineer Live1 54
Estrategias de control de torque en generadores de imanes permanentes para turbinas elicas
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En ste tipo de generadores la tensin de salida depende nicamente de la velocidad de giro del
rotor, al no poder variar la corriente de excitacin del circuito inductor. Para una determinada
velocidad de rotacin el generador se saturar. Ver caracterstica de vaco.
Caracterstica voltaje-Velocidad de rotacin de un generador de imanes permanentes de 24 voltios
(caracterstica de vaco).
Existen distintas topologas de generadores de imanes permanentes. La mayor diferencia estriba
en el camino de flujo magntico. Este puede ser radial (normalmente en generadores de pequea
potencia) o axial.
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Los imanes giraran frente a las bobinas que componen los distintos polos e inducirn una fuerza
electromotriz de frecuencia variable. El imn tender a alinearse con el polo, evitando cualquier
variacin de posicin.
El cambio de alineacin entre el polo y el imn provocara un par senoidal que depender de la
geometra y de las propiedades del material. Este par, denominado de reluctancia no es deseado.
Generadores de imanes permanentes de flujo radial
Aerogenerador con generador sncrono de imanes permanentes de flujo radial de 660 kW de
potencia (GENESYS) y axial de 750 kW (JEUMON J48)
Es tpico ver generadores de imanes permanentes de dos, de tres y de hasta seis o ms fases.
Sin embargo el nmero de imanes es mucho ms flexible, desde 2 a 30 en generadores de
pequea potencia, debido a su geometra y de hasta 90 imanes en generadores de gran
potencia. Hay que tener en cuenta que un mayor nmero de imanes ofrece un mayor par para
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el mismo nivel de corriente. Por otro lado, un mayor nmero de imanes implica un menor sitio
para implementarlo. El nmero ideal de imanes depender de la geometra del generador y de
las propiedades de los materiales utilizados.
Se puede establecer una relacin entre el par de un generador de imanes permanentes y la
geometra de ste a travs de la siguiente frmula:
T = k D2L
Siendo:
T: Par [Nm], k : Constante, D: Dimetro del rotor [m], L: Longitud axial del rotor [m]55
Generadores Elicos de la marca Alfasolar (Uruguay)
Generadores Elicos de 600 watts de potencia. Modelo GEH-600-DR desconectado de la red.
Ventajas de este producto:
Equipado con rulemanes sellados de marcas reconocidas.
A prueba de agua.
Eficiente diseo aerodinmico.
Alta resistencia, aleacin de aluminio resistente a la corrosin.
Imn permanente de material de Neodimio- Hierro-Boro.
Bajo nivel de ruido.
55
Sistemas de generacin elctrica para aerogeneradores
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Calidad garantida
Dos aos de garanta.
Las ms altas normas de calidad (ISO9001).
Amplio rango de tolerancia de temperatura (-20C a 65C)
Alta resistencia a la salinidad, polvo y arena.
Gran resistencia al viento y alta velocidad de supervivencia.
Materiales y componentes de alta durabilidad
Caractersticas principales
Baja velocidad de viento para el arranque. Solamente 3 m/s.
Gran rango de utilizacin de velocidad del viento: 3m/s a 20m/s.
Valor Cp de 0,43.
Sistema totalmente automtico
Configuracin del sistema
Solamente en sistemas autnomos desconectados de la red elctrica.
Elico puro.
Hbrido solar y elico.
Especificaciones Tcnicas y curva de respuesta56
Generador Elico de 5 kW. Modelo GEH-5000.
56
Catalogo Alfasolar
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Ventajas de este producto:
Equipado con rulemanes sellados SKF-6208 suecos o NSK japoneses.
A prueba de agua.
Eficiente diseo aerodinmico.
Alta resistencia, aleacin de aluminio resistente a la corrosin.
Imn permanente de material de Neodimio- Hierro-Boro.
Bajo nivel de ruido.
Dos modelos, una o dos colas.
Calidad garantida:
Dos aos de garanta.
Las ms altas normas de calidad (ISO9001).
Amplio rango de tolerancia de temperatura (-20C a 65C).
Alta resistencia a la salinidad, polvo y arena.
Gran resistencia al viento y alta velocidad de supervivencia.
Materiales y componentes de alta durabilidad.
Caractersticas principales:
Baja velocidad de viento para el arranque. Solamente 3 m/s.
Gran rango de utilizacin de velocidad del viento: 3m/s a 20m/s.
Valor Cp de 0,43.
Sistema totalmente automtico.
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Especificaciones tcnicas y curva de respuesta57
Servomotores brushless de imn permanente
Un Servomotor podra definirse genricamente como un motor utilizado para obtener una
salida precisa y exacta en funcin del tiempo. Dicha salida esta expresada habitualmente en
trminos de posicin, velocidad y/o torque. Si bien existen diferentes tecnologas de motores que
pueden ser utilizadas como servomotor, trataremos solo los servomotores brushless a imn
permanente.
La aplicacin industrial de dichos motores est desarrollndose significativamente por
mltiples razones entre las que podemos mencionar: nuevos y ms potentes componentes
magnticos para los motores como los imanes de tierras raras, reduccin de costo de los motores
y los equipos electrnicos necesarios para el control de los mismos, incorporacin en dichos
equipos electrnicos de nuevas funciones para un control preciso y confiable del movimiento que
permiten utilizarlos eficientemente e incorporar nuevas reas a su dominio de aplicacin.
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Catalogo Alfasolar
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Esencialmente un motor brushless a imn permanente es una maquina sincrnica con la
frecuencia de alimentacin, capaz de desarrollar altos torques (hasta 3 o 4 veces su torque
nominal) en forma transitoria para oponerse a todo esfuerzo que trate de sacarla de sincronismo.
La denominacin brushless deviene del hecho de que no posee escobillas y es una forma de
diferenciarlo de sus predecesores los servomotores a imn permanente alimentados con corriente
continua. En comparacin con motores asncronos a jaula de ardillas (que eroguen el mismo
torque /velocidad en su eje) la inercia de un servomotor brushless es sustancialmente menor.
Ambas caractersticas: sobre torques importantes e inercias reducidas son caractersticas
apreciadas y tiles para el control del movimiento pues permiten rpidas aceleraciones y
deceleraciones as como control preciso de posicin en altas velocidades.
Constructivamente el servomotor brushless posee un estator parecido al de un motor de
jaula con un ncleo laminado y un bobinado trifsico uniformemente distribuido. El rotor est
constituido por un g