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Entrehierro
En términos técnicos, un entrehierro es una zona del núcleo de hierro de un electroimán que suele llenarse de aire. Esto no sólo garantiza que se genere y almacene más energía, ya que evita la saturación magnética del material. También garantiza que la corriente eléctrica que fluye por el núcleo de hierro o un material ferromagnético similar pueda dosificarse y controlarse mejor. Los entrehierros se utilizan a veces en:
- Transformadores
- Bobinas de choque
- Cabezas magnéticas
- Altavoces
- Relés de corriente continua
Son esenciales para el uso selectivo del magnetismo inducido eléctricamente en los sectores industrial, electrotécnico y médico. Por cierto, un entrehierro no siempre tiene que estar lleno de aire. En ingeniería de sonido, a veces se utilizan materiales diamagnéticos sólidos como entrehierros, que pueden evitar vibraciones no deseadas y, por tanto, zumbidos de red molestos.
¿Cuál es el efecto de un entrehierro en un circuito magnético?
Un circuito magnético -como los que se encuentran en los transformadores- suele estar formado por un núcleo de hierro rodeado por una bobina. A su vez, la bobina está conectada a una fuente de corriente. Dependiendo de la tensión aplicada y de la inductancia de la bobina, se genera la densidad de flujo magnético y se crea un campo magnético más o menos intenso. La permeabilidad del cuerpo del núcleo también es decisiva. Los materiales ferromagnéticos de alta permeabilidad, como el hierro, el níquel y el cobalto, contienen diminutos imanes elementales inicialmente desordenados, pero que se alinean uniformemente cuando entran en contacto con otro imán o se enrollan alrededor de una bobina por la que circula corriente. Esta alineación hace que el propio material se vuelva magnético y la intensidad del campo aumente considerablemente. Para volver a desmagnetizar el cuerpo ferromagnético, hay que sacarlo del campo magnético o eléctrico aplicado. También pueden ser necesarias medidas adicionales como vibraciones, calentamiento o la aplicación de un campo magnético coercitivo.
Si inicialmente se aplica una tensión, que se va aumentando lentamente, tarde o temprano se produce el momento de saturación. Esto significa que todos los imanes elementales del cuerpo ferromagnético se alinean en paralelo y el cuerpo magnetizado alcanza su magnetización máxima. A partir de este punto, una supuesta curva de saturación no seguiría aumentando linealmente, sino que se aplanaría. Para evitar este efecto y poder aprovechar todo el potencial del circuito magnético, se instala una resistencia magnética en forma de entrehierro. Ésta se encuentra en el interior del núcleo y lo atraviesa en forma de un estrecho espacio a un lado.
El entrehierro interrumpe la densidad del flujo magnético. Al mismo tiempo, el campo magnético en el propio entrehierro es especialmente intenso. Por lo tanto, es necesario aumentar la conductividad magnética del núcleo ferromagnético para superar esta resistencia. Al mejorar la conductividad, se puede aplicar una tensión más alta y, por consiguiente, es más fácil controlar el flujo magnético inducido. La fuerza de un imán portador de corriente se concentra y refuerza gracias a los entrehierros.
¿Por qué los espacios de aire en el núcleo de hierro de un transformador deben ser lo más pequeños posible?
En un transformador hay dos bobinas, que a su vez pueden estar conectadas por un núcleo de hierro. Uno de los dos campos magnéticos induce inicialmente una tensión en la bobina opuesta. La intensidad de esta tensión depende de la relación existente entre el número de espiras. El uso de un entrehierro es especialmente necesario si el transformador se va a utilizar a niveles de potencia elevados.
Un circuito magnético con entrehierro en un transformador tiene el efecto de reducir ligeramente la inductancia de la bobina aplicada. En consecuencia, la eficiencia del transformador puede disminuir ligeramente en rangos de potencia más bajos. Sin embargo, el entrehierro es necesario para potencias superiores a fin de crear una resistencia magnética que evite la saturación y permita utilizar corrientes más elevadas. Los entrehierros son también pequeños almacenes de energía, ya que en ellos predomina un campo magnético especialmente intenso. Para evitar una caída indeseable de la densidad energética, los entrehierros de los circuitos magnéticos de los transformadores se diseñan lo más estrechos posible para no perder demasiada energía.