Freno por corrientes de foucault (ayuda)

[GustavoT]

Si ponen dinamometer en google van a encontrar varias compañías que arman estos equipos al parecer muy caros, pero lo curiosos es que la mayoría eran frenos a agua, y los mas grandes, de mayor potencia de frenado, eran magnéticos y a agua, una mezcla de los dos, lo que es logico si nos ponemos a ver la cantidad de calor que se puede llegar a generar en el disco, seria obligatorio que tenga un sistema de enfriamiento con un flujo constante de agua para sacar los kw que se están metiendo.

Otra cosa que se debería estudiar es como medir la fuerza que se esta haciendo, y no veo algún otro método que colocar una galga extensiométrica sobre el eje y hacer una calibración. Otra seria colocar celdas de carga sobre los electroimanes que son los que van a recibir la fuerza ejercida sobre el eje, creo que esta última seria mas simple.

Según una ecuación que pasaron por ahí la fuerza era proporcional a la velocidad y al flujo al cuadrado, seria interesante tener una fuente variable para generar el flujo y de esta manera tener para velocidad constante diferentes torques.

Me gustaría ayudarlos con la matemática pero me dan un poco de dolor de cabeza, ya bastante me tiene en la facultad con eso, pero veo que la llevan bien

Espero lleguen a buen puerto

Atte Gustavo T

[Arbolito]

Bien si la relacion de resistencias que menciona jfh900 es correcta el asunto estaria casi terminado.
El problema es que en mi opinion la resistencia R viene dada por el volumen  y por lo tanto con el area ,y es aca donde al menos yo no puedo asegurar que el calculo de esa area sea sencillo.
jfh900 podrias indicarme cmo realizas el calculo de esta? es que de momento no veo la posibilidad de calcularla.

chaly en este momento no puedo pasarte un ejemplo con numeros porque no tengo word en esta maquina pero de seguro hoy mas tarde o mañana pongo uno.

lo que dice gustavo es verdad seguramente abra que ingeniarse un sistema de enfriamiento porque de seguro se disipara mucha temperatura o sea abra una potencia disipada que abra que calcularla pero yo sugiero realizar este calculo despues. igual no presentara tanto problema.

bien a ver jfh900 si me puedes aclarar un oco.

por cierto consulte con unos fisicos de por aca los pasos que emos dados y la respuesta a primera vista fue positiva, igual lo analizaran con mas detenimiento por si hay algun error encubierto (eso les llevara unos dias porque se encuentran tomando y corrigiendo evaluaciones). Ademas mandan felicitaciones al foro por discutir y difundir de alguna manera estos temas.
un saludo.
y .........................mas paciencia estamos mas cerca.

[MSK]

Hola encontre esta informacion sobre este tipo de frenos, lo que no entiendo es como funcionaria sobre el disco de ALUMINIO que decis, si el principio de funcionamiento es magnetico...



Las corrientes inducidas se cierran sobre sí mismas en torno a las líneas de flujo magnético y son estas corrientes turbillonarias las que propician el frenado de las masas metálicas en movimiento y reciben el nombre de Corrientes de Foucault.
La ralentización de las masas metálicas (rotores) genera una gran cantidad de calor, que procede de la energía cinética de rotación del árbol de la transmisión al que va acoplado el ralentizador, al ser frenado. En la Fig.1 se aprecia cómo giran dos masas ( rotores ) intercaladas en la transmisión y solidarias a la misma. En la Fig.2 se ve cómo existe un estator (2) fijo al chasis del vehículo y que lleva montadas una serie de bobinas, que son las que crean el campo magnético, llevando alternadas sus polaridades. En la Fig.3 se aprecia cómo, cuando circula la corriente por las bobinas, se crea un campo magnético, que atraviesa los rotores y crea las citadas Corrientes de Foucault y por tanto la fuerza, que se opone al giro de dichos rotores y aminora el de la transmisión, frenando al vehículo.

[Arbolito]

Hola MSK.
Es verdad que el aluminio no tiene propiedades magneticas pero es buen conductor de la corriente con lo que es un buen material para proyectos donde nesecites inducir una corriente sin que el objeto se pege al iman o electroiman.
Que se inducen corrientes en el aluminio es facilmente demostrable mediante la experiencia de lenz.
que consiste en un simple tubo de aluminio por el que se deja caer en su interior un iman ,veras que el iman no se pega al aluminio pero cae lentamente.
esto se deve a que se estan induciendo corrientes que generaran una fuerza contraria al movimiento de caida del iman.

[jfh900]

Bueno vamos a ver si podemos esplicar este fenomeno sin utilizar casi las mátematicas.

En primer lugar hay que explicar el concepto (elemental) de influencia del campo magnético sobre las cargas eléctricas. Podemos decir que el campo magnético tiene la propiedad de interactuar con las cargas eléctricas de tal forma que forma un tiedro de tres vectores, estos vectores son: vector velocidad, vector campo magnético y el vector fuerza. Entre si estos tres vectores forman 90º. Siempre tenemos que tener el vector campo magnético por que si no no tendriamos magnetismo y estariamos hablando de otra cosa, y de los otros dos vectores es suficiente que tengamos el otro para que automaticamente aparezca el tercero. Veamos un ejemplo, si tengo el vector campo magnético y tengo el vector velocidad formando entre si 90º, por ejemplo moviendo un conductor dentro de un campo magnetico (las cargas estan dentro del conductor, por consiguiente al mover este movemos las cargas a la misma velocidad), aparecerá una fuerza sobre las cargas que las movera hacia un extremo del conductor, por ejemplo los electrones iran todos hacia un extremo debido a la fuerza que aparece, en el otro extremo tendremos deficit de electrones en definitiva habra aparecido una diferencia de potencial y tendremos un generador eléctrico.

Si la fuerza que aparece es perpendicular al conductor las cargas no se moveran (se saldrian del conductor) y la fuerza aparecera sobre todo el conductor moviendo al mismo con lo que tendremos un motor.

El tiedro lo podemos ver en la siguiente figura.

Un saludo.

[Chaly29]

Hola juanacho_ar, si es por hacer una medisión fisica yo podría hacerla, pero vos me tendrías que decir desde que punto a que punto la debo hacer, ya que según estos esten separados de seguro cambiará el valor, entonces a mi se me complica en poder decidir donde estan hubicados esos puntos.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[jfh900]

Como es un freno electromagnético?. Pues es un disco que gira en el seno de un campo magnético.

Se suele utilizar aluminio que es conductor pero es diamagnético, o lo que es lo mismo no se siente atraido por el campo magnético para evitar que el iman toque al disco por atracción.

En esta situación si observamos un electrón perteneciente al aluminio que este bajo el campo magnético, primero observaremos que se mueve con una velocidad tangencial (V = velocidad angular x radio) [se da la primera condición] por estar contenido en el disco que gira, en segundo lugar tendremos el campo magnético que es perpendicular a la velocidad del electrón [segunda condición] y por consiguiente se formará el tiedro apareciendo una fuerza perpendicular a los otros dos vectores (ya tenemos el tiedro).

En la figura la velocidad es hacia la izquierda el campo magnñetico perpendicular al disco (no esta dibujado por que veriamos un ounto al mirar el vector de frente) y aparece sobre el electrón una fuerza que tiende a moverlo hacia afuera, tal y como esta dibujado.

En las siguientes figuras se puede ver lo expueto.

Un saludo.

[Arbolito]

Exactamente ese es el problema ya que ,al menos yo ,no puedo asegurar de como devemos tomar el area para la resistencia y es eso lo que me responderan mañana con exactitud.
Si bien jfh90 nos dice que la resistencia la podemos calcular por la relacion de volumenes sigo sin darme cuenta como calcularla.
Digo si el area a tener en cuenta (que para mi es esta) es la que describen las corrientes ,pues no me parece tan cencillo.
Pero bueno escuchemos que tienen para decir los demas al respecto.
Por mi parte ya tengo arreglado para mañana una consulta y alli me aseguraran como se toma el area para la bendita resistencia.
Por otro lado Chaly pdrias ponernos todos los datos que tengas por ejemplo el ancho del disco ,bla bla bla.
Digo asi ya bamos tirando algunos numeros y ver que vamos obteniendo.

[jfh900]

Estando en esta situación que ocurre con los electrones, pues sencillamente si estan sometidos a una fuerza y estan dentro de un material conductor (permite el movimiento de las cargas), estos se moverán impulsados por la fuerza hacia fuera del disco, dejando en la parte contraria huecos o lo que es lo mismo cargas positivas. La pregunta es hasta donde se moveran los electrones, la respuesta es sencilla hasta donde se termina el campo magnético ya que la fuerza que los mueve la origina la velocidad tangencial de las cargas y el campo magnético, luego si este se extinge la fureza deja de actuar y la carga se para. Por consiguiente llegaran hasta el borde del área del iman y aqui se pararan. Las cargas positivas sufren el mismo efecto pero sobre el lado contrario. Que es lo que tenemos, pues tenemos una concentración de cargas negativas en el borde del área bajo el imán en el lado mas extremo del disco y concentración de cargas positivas en el borde del imán en el lado interior del área. Y esto que significa, sencillamente aparece una diferencia de potencial debida a la acumulación de cargas, o lo que es lo mismo tenemos un pequeño generador sobre el área bajo el imán. Esta d.d.p. será la que cree las corrientes de foucault.

En la siguiente figura podemos ver lo expuesto.

Un saludo.

[Chaly29]

Hola gente, el problema del calor lo e pensado, pero como el freno será usado por periodos cortos de tiempo no será gran problema, 30 seg en funcionamiento y 5 min parado en promedio, aparte de eso por supuesto el disco sera como una turbina la cual estaría continuamente impulsando el aire a trabes de ella, de manera que lo enfrie, aparte de lo anterior tambien posee un soplador que le ayuda de ser necesario.

La forma de medir la fuerza que ejerce el freno es la suguiente, todos los electroimanes estarán montados sobre una plataforma en común, la cual pibota sobre el mismo eje de disco, por lo tanto cuando entren en acción los electroimanes esta plataforma tenderá a girar en el mismo sentido que el disco, pero este giro será detenido por una celda de carga la cual medira la fuerza que ejerce el freno.

juanacho_ar te e pedido un ejemplo de los cálculos para poder llevar los mismos a un freno de menor tamaño (1HP) que es el que hare en primer momento para comprobar que los cálculos se aproximan a la realidad y estimar que ajustes realizar, por supuesto cuando puedas hacerlo te estaré muy agradecido, por lo tanto no te sientas presionado de mi parte, se que estas colaborando sin ningun tipo de compromiso y por ese motivo no pretendo que dejes de hacer tus hobligaciones por este tema, cuando puedas si tienes tiempo y ganas me los pasas, de todas maneras ya estoy más que agradecido con vos y con todos los que aportan su granito de arena por el solo hecho de trarar de ayudarme.

Gracias a todos, el tema va tomando color  

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[jfh900]

Retomando el tema, que pasa con los electrones (de momento nos olvidamos de los huecos o cargas positivas) esta claro se se repelen entre ellos y tienden a separarse, hacia donde se moveran, hacia el centro del disco no pueden pues la fuerza ejercida por el campo magnético los lleva al borde. Hacia los lados tampoco por que hay otros electrones que los repelen, solo pueden avanzar hacia delante, hacia el borde del disco. Entonces los electrones salen por este lado del área y se cierra para buscar los huecos que hay en el extremo opuesto formando un circuito y en definitiva una corriente eléctrica, que es la corriente de foucault. Como se calcula, ya conodemos por inducción electromagnética el valor de la fuerza electromotriz inducida y si conocemos las resistencias podemos calcular I=E/(r+R) donde "r" minuscula es la resistencia del área bajo el imán y "R" mayuscula la resistencia del resto del disco.

Con otra figura lo vemos.

Un saludo.

[Chaly29]

Hola juanacho_ar, con respecto a las medidas del disco en realidad no tengo nada pensado, pero como es un disco que gira a altas revoluciones (hasta 5000 en el peor de los casos) y estará sometido a una temperatura superior a la atmosférica no me gustaría que tubiera un diámetro mayor a 30cm, el leido que un espesor de 6mm es más que suficiente para las corrientes, pero como irán electroimanes de ambos lados diría que un espesor de 12mm debería ser el mínimo, pero claro, como mis pensamientos estan solo basados en ideas sin fundamento las dimenciones podrían ser distintas a las deseadas, tampoco me molestaría colocar dos o tres discos de ser insuficiente un solo disco.

Bueno, te dejo las medidas fisicas para que las adaptes a tus gustos, un saludo.

Atte. CARLOS.

[jfh900]

Para ir terminando "r" minuscula es facil de calcular ya que es una pieza rectangular (depende de la forma de los polos del iman) y que tiene como altura la altura del disco. Pero lo dificil es calcula "R" eso como los podemos calcular sabiendo que es la resistencia que se mediria si quitaramos el trozo de material bajo el iman y midieramos la resistencia que hay entre las caras tangenciales, tomando como superficie de contacto todo el área de las dos caras. Bueno tal vez lo importante es que la resistencia "r" y "R" solo dependen de consideraciones geométricas (forma y superficie del área de los polos y tamaño del disco). Esto permite determinarlo experimentalmente, osease, despejamos de la fórmula R/r y conocidas las otras magnitudes calculamos esta relación, que permanecerá constante.

De aquí tambien podemos deducir que el iman no debe de estar muy próximo al centro del disco por que la velocidad tangencial de las cargas seria pequeña, ni muy próximo al borde por que si así fuera no abria superficie de salida de las cargas eléctricas. Esto implica que hay un punto intermedio donde la fuerza es máxima y que se puede determinar experimentalmente.

También hay que tener cuidado con la saturación del núcleo magnético si utilizamos un electroimán.

Si utilizamos un motor eléctrico para hacer los ensayor, podremos obtener la potencia de frenada por diferencia de la consumida en vacío a la potencia del motor frenado y realizar los cálculos para determinar el valor de R/r.

Perdón por el plomazo, pero me parecia interesante explicarlo y llegar a estas conclusiones.

Un saludo.

[Chaly29]

Hola jfh900, no es plomazo, como ya e comentado todo es ayuda mientras no sea molestia 

Al margen de la joda, esa es precisamente la idea de montar un freno en un motor electrico, de poder comparar los cálculos con la realidad y mi idea es directamente medir la fuerza que ejerce el iman sobre la selda para poder tener una medición mas real, si bien las diferencias de potencia pueden ser vastante proximas, las perdidas producidas por el propio motor no las podriamos tener en cuenta, entonces me e decidido hacerlo como si fuera el frano grande, pero en escala.

Gracias por los aportes, un saludo.

Atte. CARLOS.

[Arbolito]

perfecto chaly realizo un ejemplo y lo cuelgo.
Not e preocupes que nada mas lejos de mi que dejar de lado mis obligaciones,el tema es que puedo dedicarle tanto tiempo porque de esto se trata en gran medida mi trabajo,siempre me estan pidiendo realizar tal o cual aparatito para demostrar en la practica que se cumple tal o cual ley.
jfh900 no es un plomazo  siempre sirve bueno mañana traigo novedades.
un saludo a todos.