Respuesta rápida
La fuerza de un imán no se mide con un único valor universal. El método adecuado depende de lo que se quiera saber.
Un medidor de campo magnético mide la densidad de flujo magnético en un punto concreto. Un ensayo de fuerza de tracción mide la fuerza necesaria para separar un imán o un conjunto magnético de una superficie de acoplamiento definida en condiciones controladas.
Si necesitas verificar propiedades del material como la remanencia, la coercitividad o el producto energético máximo, lo más adecuado es utilizar un sistema de ensayo de materiales, como un histeresigrafo. En el caso de un motor, un sensor, un acoplamiento o un conjunto de sujeción, los resultados más útiles pueden ser, en cambio, la intensidad de campo, el par, la fuerza de sujeción o el rendimiento en el entrehierro real de trabajo.
¿Qué significa “intensidad magnética”?
Antes de elegir un medidor de intensidad magnética, define qué resultado es el más importante para la aplicación.
| Lo que debes saber | Medición | Equipamiento habitual | Limitación principal |
|---|---|---|---|
| Campo magnético en un punto concreto | Densidad de flujo magnético | Gausímetro o teslametro | Depende en gran medida de la posición y la orientación de la sonda |
| Momento magnético o variación integrada del flujo | Momento magnético, magnetización en circuito abierto o variación del flujo vinculado | Fluxómetro con una bobina de medición adecuada | Depende de la geometría de la bobina, la calibración y el método de ensayo |
| Rendimiento intrínseco del material | Br, HcB, HcJ, BHmáx, curva de desmagnetización | Un histéresisgrafo u otro sistema de ensayo de materiales adecuado | Evalúa las propiedades de los materiales, no el rendimiento del conjunto completo |
| Fuerza de separación de una superficie de acoplamiento | Fuerza de desprendimiento o de tracción | Medidor de fuerza y dispositivo de sujeción controlado | Depende de la configuración completa de la prueba |
| Rendimiento del producto | Campo, fuerza, par, distancia de detección o salida del acoplamiento | Dispositivo de ensayo específico para una aplicación | Requiere condiciones reales de funcionamiento |
Un valor más alto en una categoría no implica automáticamente un mejor resultado en otra.
Por ejemplo, un valor elevado de Gauss en superficie no garantiza una fuerza de tracción concreta. Del mismo modo, un resultado elevado en la prueba de fuerza de tracción en banco no demuestra que un imán vaya a proporcionar el campo magnético necesario a través de un entrehierro.
¿Qué prueba de fuerza magnética deberías utilizar?
Empieza por la cuestión técnica, no por el instrumento.
| Pregunta sobre la solicitud | Medida recomendada | Información necesaria |
|---|---|---|
| ¿Detectará un sensor Hall el imán en una posición determinada? | Densidad de flujo magnético en la ubicación del sensor | Posición del sensor, distancia de trabajo, orientación del imán, campo magnético del objetivo |
| ¿Tiene un imán una distribución uniforme del campo magnético en su superficie? | Mediciones de Gauss en coordenadas definidas | Tipo de sonda, rejilla de medición, accesorio, orientación del imán |
| ¿Resistirá un soporte magnético la separación directa? | Fuerza de tracción normal | Material de acoplamiento, área de contacto, estado de la superficie, dirección de tracción |
| ¿Resistirá un conjunto los movimientos laterales? | Ensayo de cizallamiento o deslizamiento específico para una aplicación | Fricción, dirección de la carga, vibración, estado de la superficie |
| ¿Cumple el material con un grado magnético específico? | Medición controlada de las propiedades de los materiales | Propiedades requeridas, condiciones de las probetas, método de ensayo aplicable |
| ¿Proporcionará un acoplamiento o un rotor la potencia de salida necesaria? | Prueba de par o de rendimiento en aplicación | Distancia de trabajo, disposición de los polos, velocidad, temperatura, alineación |
| ¿Son homogéneos los distintos lotes de producción entre sí? | Prueba de recepción o de producción conforme | Límites de aceptación, plan de muestreo, dispositivo de ensayo, método de presentación de informes |
Cuando lo que realmente importa es el rendimiento a una distancia de trabajo, la medición de la superficie por sí sola suele ser insuficiente. El punto de medición debe coincidir con la ubicación relevante del producto.
¿Cómo se mide un imán con un gausímetro?
Un medidor de gauss utiliza una sonda de Hall para medir la densidad de flujo magnético en el área de detección de la sonda. Los resultados suelen expresarse en gauss o teslas.
La conversión del NIST es:
1 gauss = 0,0001 tesla, y 10 000 gauss = 1 tesla.
Fuente: Guía del NIST sobre factores de conversión del Sistema Internacional (SI)
¿Por qué es importante la posición de la sonda?
El campo magnético que rodea a un imán permanente no es uniforme. La lectura puede variar cuando la sonda se aleja de la superficie, se desplaza hacia un borde, se inclina o se gira hacia otro componente del campo.
El sensor Hall también se encuentra en el interior del cuerpo de la sonda. La superficie exterior física de la sonda no siempre coincide exactamente con el plano de detección.
La documentación del gausímetro de Lake Shore señala que la alineación de la sonda, la temperatura, la puesta a cero, la precisión del instrumento y el posicionamiento repetible son variables importantes para la medición. Asimismo, explica que la respuesta máxima se produce cuando el vector de campo tiene la orientación correcta con respecto al sensor Hall.
Fuente: Manual del gausímetro Lake Shore modelo 475
Un flujo de trabajo de medición gaussiano controlado
Este es un procedimiento general de comparación. El procedimiento del fabricante del instrumento y el plan de inspección del proyecto tienen prioridad.
- Defina el componente de campo y el punto de medición.
- Comprueba que el tipo de sonda y la dirección de detección sean los correctos.
- Deja que el instrumento y la sonda se estabilicen según las instrucciones del fabricante.
- Ponga a cero la sonda siguiendo el método indicado.
- Coloca el imán en una orientación repetible.
- Utiliza una fijación cuando los pequeños cambios de posición puedan afectar al resultado.
- Coloca la sonda en la coordenada y la distancia definidas.
- Anota la lectura sin modificar el ángulo de la sonda.
- Repite la medición según lo establecido en el plan de inspección.
- Comunique las lecturas individuales, los rangos, las medias o los resultados de «aprobado/suspenso», según sea necesario.
No te limites a mover la sonda de un lado a otro hasta que aparezca el valor más alto, a menos que el objetivo sea específicamente localizar el campo máximo.
¿Qué debe incluir un informe de la prueba de Gauss?
Anota al menos:
- Dibujo de imanes o identificación de piezas.
- Dirección de magnetización.
- Se está midiendo el poste.
- Tipo de sonda y dirección de detección.
- Coordenadas de medición.
- Distancia entre la sonda y la pieza.
- Orientación de la pieza y de la sonda.
- Rango y unidad del instrumento.
- Método de puesta a cero.
- Comprueba la temperatura cuando sea pertinente.
- Número de mediciones.
- Valores individuales y rango de aceptación.
Sin esta información, dos proveedores podrían indicar valores de Gauss diferentes, incluso al someter a prueba imanes similares.
¿Cómo se realiza un ensayo de resistencia a la tracción?
Un ensayo de fuerza de tracción mide la fuerza necesaria para separar un imán o un conjunto magnético de una superficie de acoplamiento.
El resultado solo es significativo cuando se definen las condiciones de ensayo. El tipo de acero, el espesor del acero, el acabado de la superficie, el área de contacto, la alineación de los dispositivos de sujeción, el espacio de aire, la dirección de la carga y la velocidad de ensayo pueden influir en el resultado.
El proyecto WK70439 de la ASTM está desarrollando una propuesta de método para realizar ensayos de tracción en conjuntos de imanes permanentes. Por el momento, se trata de una propuesta de proyecto y no de una norma ASTM publicada. La ASTM señala que los métodos de ensayo propios de cada empresa pueden arrojar valores muy dispares.
Fuente: Medición de la fuerza de atracción magnética según la norma ASTM
Un flujo de trabajo para la comparación de fuerzas de tracción controladas
El siguiente flujo de trabajo permite realizar comparaciones repetibles. No se trata de un procedimiento estándar universal.
- Determina si la prueba se aplica a un imán sin accesorios o a un conjunto completo.
- Especifique el material, el espesor, las dimensiones y el estado de la superficie de la placa de acoplamiento.
- Limpia e inspecciona las superficies de contacto.
- Ten en cuenta cualquier recubrimiento, espaciador, capa adhesiva o espacio de aire intencionado.
- Alinea el imán y el medidor de fuerza con la dirección de tracción indicada.
- Aplica la carga mediante un dispositivo de sujeción controlado.
- Separa el imán siguiendo el movimiento de prueba acordado.
- Registra la fuerza máxima utilizando el método de notificación acordado.
- Repite la prueba tantas veces como sea necesario.
- Indica el montaje y las condiciones de ensayo junto con el resultado.
Un resultado en el que solo se indique “50 kg de fuerza de tracción” es incompleto. Debería especificar si el valor se refiere a kilogramos-fuerza, cómo se sometió a ensayo el conjunto y qué superficie de acoplamiento se utilizó.
La fuerza debe expresarse preferiblemente en newtons. Si también se utiliza el kilogramo-fuerza, la unidad debe indicarse claramente, en lugar de abreviarse como «kilogramos», que es una unidad de masa.
¿La fuerza de tracción es lo mismo que la fuerza de cizallamiento?
No. En un ensayo de tracción normal, el imán se separa perpendicularmente a la superficie de contacto. Una carga de cizallamiento o deslizamiento actúa en paralelo a la superficie.
La resistencia al deslizamiento se ve afectada por la fricción, la textura de la superficie, los recubrimientos de caucho, los topes mecánicos, las vibraciones y la dirección de la carga. El resultado de la fuerza de tracción normal no debe utilizarse como valor de resistencia al cizallamiento sin una evaluación específica para cada aplicación.
¿La fuerza de tracción nominal es lo mismo que la carga de trabajo segura?
No. El resultado de la fuerza de tracción en el banco de pruebas no debe considerarse automáticamente como la carga de trabajo segura del producto final.
Las aplicaciones reales pueden presentar:
- Espacios de aire.
- Materiales de acoplamiento finos o de baja permeabilidad.
- Superficies curvas o irregulares.
- Carga de cizallamiento.
- Golpes o vibraciones.
- Cambios de temperatura.
- Desalineación.
- Fallo del adhesivo o de la carcasa.
- Desprendimiento de virutas o rotura del imán.
El ingeniero de producto responsable debe establecer el margen de diseño necesario para la aplicación concreta. Este artículo no ofrece un factor de seguridad universal.
Seguridad en las pruebas de tracción
Los imanes potentes pueden moverse de forma repentina, pillarte los dedos o astillarse al chocar contra un accesorio o una placa de acoplamiento.
Utiliza un montaje de ensayo protegido, mantén las manos fuera de la trayectoria de la fuerza de atracción y sigue los requisitos de evaluación de riesgos en el lugar de trabajo y de EPI. Este artículo no constituye un procedimiento completo de seguridad en el laboratorio.
También se debe consultar la ficha de datos de seguridad del NdFeB para conocer las características específicas del material del imán y las condiciones de manipulación.
¿Puede un medidor de Gauss determinar el grado de un imán?
Una lectura de Gauss superficial no basta por sí sola para confirmar que un imán acabado sea de grado N42, N52 u otro.
Un grado se refiere a las propiedades controladas del material obtenidas a partir de una curva de magnetización o desmagnetización. Entre las propiedades importantes pueden figurar:
- Br: Densidad de flujo magnético remanente tras la eliminación del campo magnetizador.
- HcB: Intensidad del campo coercitivo asociada a la densidad de flujo magnético.
- HcJ: Intensidad del campo coercitivo intrínseco asociado a la polarización magnética.
- BHmax: Producto energético máximo obtenido a partir de la curva de desmagnetización.
La norma IEC 60404-5:2015 define los métodos de medición de la densidad de flujo magnético, la polarización magnética, la intensidad del campo magnético, las curvas de desmagnetización y las líneas de retroceso de los materiales de imanes permanentes.
Fuente: IEC 60404-5:2015
La norma ASTM A977/A977M trata sobre la medición de materiales de imanes permanentes de alta coercitividad mediante histéresigrafos. Se aplica a la medición de las propiedades de los materiales, no a la simple inspección del campo superficial de las piezas acabadas.
Fuente: Normas del Comité A06.01 de la ASTM
La lectura en gauss de un imán terminado también se ve afectada por:
- Dimensiones del imán.
- Forma y relación entre la longitud y el diámetro.
- Estado de magnetización.
- Dirección de magnetización.
- Posición de la sonda.
- Efectos de borde.
- Componentes de acero o magnéticos cercanos.
- Espacio de aire.
Los ensayos de campo en superficie pueden resultar útiles para comparar piezas acabadas en las mismas condiciones controladas. No deben sustituir a la documentación correspondiente al grado ni a los ensayos controlados de las propiedades de los materiales.
Los lectores que estén evaluando un requisito específico de alta calidad también pueden consultar los datos confirmados por la OSENC Página sobre imanes de neodimio N52, teniendo en cuenta que la elección de la nota final sigue dependiendo de la solicitud.
¿Se puede convertir directamente un gauss en fuerza de tracción?
No existe una fórmula universal que permita convertir directamente una lectura de Gauss en fuerza de tracción.
Ambas magnitudes pueden relacionarse en un sistema magnético completamente definido, pero para obtener una predicción válida de la fuerza también se necesita información sobre:
- Dimensiones y forma del imán.
- Calidad y estado de magnetización.
- Superficie y disposición de los postes.
- Material de apareamiento.
- Espesor del acero.
- Espacio de aire de trabajo.
- Recubrimientos o separadores.
- Geometría de contacto.
- Dirección de tracción.
- Componentes magnéticos cercanos.
Por ejemplo, dos imanes pueden mostrar lecturas de campo similares en una misma posición de la sonda, pero producir resultados distintos en cuanto a la fuerza de atracción debido a que sus áreas polares, espesores o circuitos magnéticos son diferentes.
Lo contrario también es posible. Dos conjuntos pueden generar una fuerza de tracción por contacto directo similar, pero niveles de campo muy diferentes en un sensor situado a varios milímetros de distancia.
Utiliza el ensayo de Gauss cuando sea importante el campo magnético en un lugar determinado. Utiliza el ensayo de fuerza de tracción cuando sea importante la fuerza de separación controlada.
¿Deberías probar el imán por separado o en el montaje final?
Prueba el objeto que mejor represente el requisito de ingeniería.
| Objeto de prueba | Adecuado cuando | Limitación principal |
|---|---|---|
| Imán sin recubrimiento | Comprobación de la polaridad, la uniformidad del campo superficial o la variación de las piezas entrantes | No incluye la carcasa, el acero, el adhesivo ni la holgura de trabajo |
| Componente parcialmente montado | Comprobar cómo una copa, una pieza trasera de hierro, una carcasa o un soporte influyen en el rendimiento | Puede que no refleje el estado final de montaje. |
| Montaje magnético final | Comprobación del rendimiento real de sujeción, detección, par o acoplamiento | Requiere un dispositivo de sujeción específico para la aplicación y controlado |
| Producto final | Validación del funcionamiento real del sistema | Es más difícil identificar la causa de un resultado fallido |
El acero cercano puede desviar el flujo magnético. Una carcasa puede modificar la distancia de trabajo. El espesor del adhesivo, el recubrimiento y la tolerancia de montaje también pueden alterar la distancia entre el imán y el componente con el que se acopla.
En el caso de un sensor o un codificador, mide el campo en la posición en la que está instalado el sensor. En el caso de un soporte magnético, realiza la prueba con el material de acoplamiento previsto y en las condiciones de superficie correspondientes. En el caso de un acoplamiento o un rotor, utiliza el espacio de trabajo real y las condiciones de alineación reales siempre que sea posible.
La simulación magnética puede ayudar a predecir el comportamiento del campo, la fuerza, el par o la disposición de los polos antes de fabricar las muestras. Sin embargo, una simulación es una predicción de diseño, no un resultado medido.
Una vía de desarrollo práctica es:
- Define las condiciones de funcionamiento.
- Elabora un modelo o una estimación del rendimiento cuando resulte útil.
- Elabora una muestra representativa.
- Comprueba el imán o el conjunto en condiciones controladas.
OSENC puede ofrecer asesoramiento sobre imanes y conjuntos magnéticos a medida a partir de planos, muestras, bocetos y requisitos de aplicación. El apoyo disponible para los proyectos puede incluir la evaluación del campo magnético, la simulación, la revisión del montaje y la realización de pruebas, en función de los requisitos del proyecto y de la revisión de la fabricación.
¿Cómo se comparan los informes de pruebas de imanes de distintos proveedores?
No compares las cifras principales hasta que te hayas asegurado de que ambos proveedores han utilizado condiciones de ensayo equivalentes.
| Elemento del informe | Qué hay que comprobar |
|---|---|
| Objeto de prueba | Imán sin carcasa, subconjunto o conjunto final |
| Medición | Campo superficial, campo a distancia, momento magnético, fuerza de tracción, par de torsión o propiedad del material |
| Instrumento | Tipo de equipo, sonda o sensor, rango y unidad |
| Posición de prueba | Coordenadas exactas, distancia y orientación |
| Calendario | Placa de acoplamiento, dispositivo de tracción, bobina, soporte o estado del conjunto |
| Medio ambiente | Temperatura y otras condiciones relevantes |
| Repetición | Número de pruebas y si se muestran los resultados individuales |
| Formato de los resultados | Valores individuales, media, mínimo, máximo o rango |
| Criterios de aceptación | Valor nominal, tolerancia, valor mínimo o límite de aprobación/rechazo |
| Calibración | Estado de la calibración o trazabilidad exigidos por el contrato de compra |
Un informe debe permitir que otra persona cualificada comprenda qué se ha medido y, cuando sea posible, reproduzca la comparación.
La página de gestión de la calidad de una empresa puede mostrar el enfoque general del proveedor en materia de inspección, pero no sustituye a un método de ensayo específico del proyecto ni a un acta de aceptación. Véase el documento de OSENC información sobre la gestión de la calidad para el ámbito de aplicación general confirmado actualmente.
¿Qué se debe incluir en una solicitud de presupuesto para imanes?
Una solicitud de presupuesto útil debe describir la función requerida antes de especificar un valor de medición.
Información sobre el imán o el conjunto
Indique:
- Dibujo y revisión.
- Dimensiones y tolerancias.
- Material magnético o grado propuesto.
- Dirección de magnetización y disposición de los polos.
- Recubrimiento.
- Carcasa, piezas de acero, adhesivo y otros componentes de montaje.
- Temperatura de funcionamiento prevista.
- Condiciones ambientales, cuando proceda.
Requisitos de solicitud
Indique si el imán debe proporcionar:
- Fuerza de sujeción.
- Campo en un sensor.
- Distancia de detección.
- Par.
- Salida de acoplamiento.
- Fuerza de posicionamiento.
- Rendimiento de separación.
- Uniformidad entre lotes.
Condiciones de ensayo
Definición:
- Imán sin carcasa o conjunto final.
- Lugar de la medición.
- Distancia de trabajo.
- Dirección de la sonda.
- Material y espesor de las piezas de acoplamiento.
- Dirección de tracción o de carga.
- Requisitos del calendario de partidos.
- Temperatura de prueba.
- Número de mediciones necesarias.
Criterios de aceptación
Especifica:
- Valor objetivo.
- Rango mínimo o admisible.
- Unidad.
- Requisitos de muestreo.
- Si se requieren lecturas individuales.
- Si el requisito se aplica a las muestras, a las piezas de producción o a ambas.
Una solicitud de presupuesto bien definida reduce el riesgo de recibir un informe de ensayo técnicamente correcto que, sin embargo, no responda a la cuestión concreta de la aplicación.
Preguntas frecuentes
¿Es lo mismo un medidor de Gauss que un medidor de intensidad magnética?
Un medidor de gauss es un tipo de medidor de intensidad magnética, pero la expresión “medidor de intensidad magnética” no es específica.
Puede tratarse de un medidor de gauss, un teslametro, un medidor de fuerza de tracción, un medidor de flujo magnético, un histéresigrafo, un dispositivo de medición de par o un sistema de ensayo específico para una aplicación concreta. Comprueba qué magnitud magnética mide el equipo.
¿Puede un smartphone medir la intensidad de un imán?
Un smartphone puede mostrar cambios en el campo magnético ambiental si cuenta con un magnetómetro. Según la documentación de Android, los sensores compatibles registran los componentes del campo magnético en los ejes X, Y y Z en microteslas.
Sin embargo, el alcance del sensor, su calibración, su ubicación, las interferencias entre dispositivos y la repetibilidad pueden no ser adecuados para las pruebas de aceptación de imanes.
Fuente: Documentación sobre SensorEvent de Android
Utiliza el teléfono solo como referencia aproximada. No lo consideres un medidor de gauss calibrado ni una herramienta de aceptación de proveedores.
¿Con qué frecuencia se debe comprobar la fuerza de un imán?
No existe una frecuencia de comprobación universal válida para todos los proyectos con imanes.
El plan de inspección debe incluir:
- Riesgo de la aplicación.
- Estabilidad de la producción.
- Requisitos del cliente.
- Tamaño de la muestra.
- Cambios en los procesos.
- Cambios de proveedor.
- El método de aceptación acordado.
Los proyectos críticos pueden requerir controles distintos a los de las aplicaciones comerciales no críticas.
¿Necesitas ayuda para definir un requisito de prueba de imanes?
Envía a OSENC tu plano, la distancia de trabajo, el campo objetivo o la fuerza de tracción, el material de acoplamiento, el rango de temperatura y el método de aceptación propuesto.
El objetivo de esta revisión es determinar qué aspectos deben evaluarse antes de la validación de las muestras, lo que contribuirá a reducir las especificaciones poco claras y las revisiones innecesarias de las muestras.
Comenta un proyecto a través de la Servicio de imanes de neodimio a medida de OSENC o Ponte en contacto con OSENC.
Ben — OSENC
Ben cuenta con más de 10 años de experiencia en el sector de los imanes permanentes y trabaja en OSENC desde 2019. Se dedica principalmente a los imanes NdFeB a medida, los accesorios magnéticos y los conjuntos magnéticos.
Ayuda a los clientes a aclarar los requisitos relativos a los materiales, los recubrimientos, la magnetización, los ensayos y la producción, lo que reduce las dificultades de comunicación y las repeticiones innecesarias de muestras.
