Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Si trabaja con motores eléctricos o quiere entenderlos mejor, esto es para usted. Elegir el tipo de acero adecuado para laminados de motor es muy importante. Puede hacer que un motor funcione de maravilla o que derroche energía. En este artículo, desglosaremos lo que necesita saber sobre el acero eléctrico. Aprenderá a seleccionar el mejor acero laminado para sus necesidades. Esto ayudará a que sus motores funcionen con mayor eficiencia.
Cuando hablamos de un motor, a menudo pensamos en la potencia que proporciona. Pero en su interior se utiliza un tipo especial de acero. Se trata del acero eléctrico, también conocido como acero laminado o acero al silicio. No es un acero cualquiera. Está hecho para tener buenas propiedades magnéticas. Estas laminaciones son láminas finas de este acero. Para fabricar las piezas de un motor, como el estator y el rotor, se apilan muchas láminas.
Piense en una laminación como si fuera una rebanada fina de pan. Se apilan muchas rebanadas para formar una hogaza. En un motor, estas láminas guían el campo magnético. El grado del acero eléctrico nos indica su calidad y su rendimiento. Hay muchos grados diferentes, y elegir el adecuado es clave. El grado del acero afecta a la cantidad de energía que consume el motor. Un buen grado de acero laminado significa menos energía desperdiciada.
Este acero eléctrico suele ser una aleación de hierro. Eso significa que es sobre todo hierro con otras cosas añadidas, como silicio. La forma en que se fabrican estas láminas y su grosor son muy importantes. Hay que aislar cada laminación de la siguiente. Esto ayuda a reducir las pérdidas de energía llamadas pérdidas por corrientes parásitas. Por tanto, conocer el grado de laminación del acero nos ayuda a construir motores mejores y más eficientes.
Bueno, el silicio es un ingrediente clave en acero al silicioque es un tipo de acero eléctrico. Añadir silicio al hierro mejora sus propiedades magnéticas. El silicio aumenta la resistividad eléctrica del acero. Una mayor resistividad es buena porque ayuda a reducir las pérdidas en el núcleo. La pérdida en el núcleo es la energía que se desperdicia en forma de calor en el núcleo del motor. Queremos que la pérdida en el núcleo sea baja para conseguir un buen rendimiento.
La cantidad de contenido de silicio en el acero al silicio puede variar. Normalmente, es de unos pocos por ciento. Más silicio suele significar menos pérdidas en el núcleo. Pero, demasiado silicio puede hacer que el acero eléctrico sea más difícil de perforar o estampar en formas de laminación. Por eso, los fabricantes tienen que encontrar un buen equilibrio. El silicio también contribuye a que las propiedades magnéticas del acero sean más estables con el paso del tiempo.
Así que, cuando vea "acero al silicio" o "acero eléctrico" para la laminación de un motor, recuerde que el silicio está ahí por una razón. Ayuda a que el motor funcione bien controlando el campo magnético y reduciendo el derroche de energía. El contenido de silicio es un factor importante cuando un fabricante decide el tipo de acero que va a producir. Esta aleación especial de hierro y silicio es un caballo de batalla en motores eléctricos y generadores.
Sí, la orientación del grano en el acero eléctrico es muy importante. Se lo explicaré. El acero está formado por pequeños cristales llamados granos. En algunos tipos de acero eléctrico, estos granos están alineados en una dirección específica. Es lo que se denomina acero eléctrico de grano orientado. Este tipo de acero tiene excelentes propiedades magnéticas en la dirección en la que están alineados los granos. Suele utilizarse en transformadores en los que el campo magnético sigue una trayectoria determinada.
Para muchos motores, especialmente aquellos en los que el campo magnético tiene que girar o ir en muchas direcciones, utilizamos otra cosa. A menudo se trata de acero no orientado (o NGOES - Acero eléctrico sin grano orientado). En este acero eléctrico, los granos no están alineados en una dirección especial. Esto significa que sus propiedades magnéticas son más isótropas, o similares en todas las direcciones en el plano de la laminación. Esto es muy útil para las piezas del rotor y el estator de un motor.
Por eso, a la hora de elegir un tipo de acero eléctrico, es importante tener en cuenta la orientación del grano. Si la densidad del flujo magnético tiene que ser alta en una dirección, el acero eléctrico de grano orientado puede ser bueno. Pero para la mayoría de las aplicaciones de motor en las que el campo cambia de dirección, el acero no orientado (NGOES) suele ser la mejor opción para las laminaciones. La elección afecta a la eficiencia y a la pérdida en el núcleo.
Cuando estudie el acero eléctrico para laminados de motores, oirá hablar de acero "totalmente procesado" y "semiprocesado". ¿Cuál es la diferencia? El acero eléctrico totalmente procesado está listo para su uso directamente desde la acería. El fabricante ya ha realizado todos los tratamientos térmicos necesarios, como el recocido, para darle las propiedades magnéticas finales. Basta con perforar o cortar con láser las láminas, apilarlas y listo. Esto facilita la fabricación.
En cambio, el acero eléctrico semielaborado necesita más trabajo después de hacer las laminaciones. Las propiedades magnéticas no están totalmente desarrolladas cuando se obtiene. Después de estampar o cortar las láminas, suele ser necesario recocerlas. Este paso del tratamiento térmico es crucial. Ayuda a aliviar la tensión del corte y desarrolla las propiedades magnéticas deseadas, como la baja pérdida de núcleo y la alta permeabilidad magnética. Este recocido final suele realizarse en una atmósfera especial de descarburación, a veces con hidrógeno, para eliminar cualquier resto de carbono.
La elección entre acero eléctrico totalmente procesado y semiprocesado depende de la aplicación y la configuración de fabricación. Las calidades totalmente procesadas son más fáciles si no desea realizar el recocido final. Pero el acero semiprocesado puede ofrecer a veces mejores propiedades magnéticas tras un tratamiento térmico cuidadoso. También puede ser mejor para formas de laminación complejas, ya que es más blando antes del recocido final. Ambos tipos de acero son calidades importantes del acero eléctrico.
Seleccionar la calidad de acero adecuada para su motor es una decisión importante. ¿Qué tiene que hacer este motor? ¿Es un motor de alto rendimiento? ¿Funciona a alta frecuencia? ¿Cuál es el objetivo de pérdida en el núcleo? Las respuestas le ayudarán a seleccionar el mejor acero eléctrico. La ASTM (American Society for Testing and Materials) proporciona normas que definen diferentes grados. Estas normas ASTM ayudan a comparar las propiedades magnéticas.
Por ejemplo, si necesita una pérdida en el núcleo muy baja para un motor de alto rendimiento, buscará un tipo de acero eléctrico conocido por ello. Esto suele significar un acero al silicio con un buen contenido de silicio y un espesor controlado. El manual o las hojas de datos del fabricante son muy útiles. En ellas se enumeran propiedades magnéticas como la pérdida en el núcleo (a menudo en vatios por libra o vatios por kilogramo a una determinada densidad de flujo magnético, como 1,5 Tesla, y frecuencia, como 60 Hz) y la permeabilidad magnética.
Piense también en la temperatura de funcionamiento y en las necesidades mecánicas. Algunos tipos de acero soportan mejor las tensiones. También hay que tener en cuenta cómo se fabricarán las láminas. ¿Las perforará o utilizará un láser? Algunas calidades de acero eléctrico son mejores para determinados métodos de corte. Una elección acertada garantiza el rendimiento y la eficacia del motor. Es una parte clave del diseño del motor.
Hay muchos grados diferentes de acero eléctrico, y puede parecer confuso. Pero podemos agruparlos. Tenemos el acero eléctrico de grano orientado y el acero no orientado (NGOES). Dentro del acero eléctrico no orientado, hay muchos grados. Estas calidades suelen denominarse con códigos ASTM. Los códigos suelen indicar la pérdida máxima en el núcleo de ese tipo de acero. Un número más bajo suele significar una menor pérdida en el núcleo y una mejor calidad.
Estas calidades de acero eléctrico difieren en su contenido de silicio, su grosor y el modo en que se procesan. Por ejemplo, algunos aceros eléctricos pueden tener alrededor de 1% de silicio, mientras que otros pueden tener 3% o más. El grosor de las láminas puede variar desde muy finas (como 0,1 mm) para usos de alta frecuencia, hasta más gruesas (como 0,65 mm) para otras aplicaciones. Las laminaciones más finas suelen ayudar a reducir las pérdidas por corrientes parásitas, sobre todo a frecuencias más altas.
La composición de la aleación también incluye pequeñas cantidades de otros elementos como manganeso o aluminio, además de hierro y silicio. Cada grado de acero está diseñado para unas necesidades de rendimiento determinadas. Por eso, cuando busque diferentes calidades, compruebe sus especificaciones de pérdida en el núcleo, densidad de flujo magnético y permeabilidad magnética. Esto le ayudará a encontrar un acero eléctrico adecuado para su motor o transformador. Es importante que el fabricante suministre calidades homogéneas.
Las propiedades magnéticas son cruciales a la hora de elegir el acero laminado para un motor. La razón de ser de los aceros eléctricos especiales son sus propiedades magnéticas. Necesitamos que el acero del núcleo del motor (el estator y el rotor) guíe el campo magnético con la menor pérdida de energía posible. Unas buenas propiedades magnéticas aumentan el rendimiento del motor.
Las propiedades magnéticas clave que hay que buscar son una baja pérdida en el núcleo, una alta permeabilidad magnética y una alta densidad de flujo magnético de saturación. La pérdida en el núcleo es la energía que se pierde en forma de calor en el acero laminado cuando se magnetiza. Queremos que sea lo más baja posible. La permeabilidad magnética nos indica la facilidad con la que se puede magnetizar el acero eléctrico. Una permeabilidad más alta es mejor. La densidad de flujo de saturación es el campo magnético máximo que puede soportar el acero antes de dejar de hacerse mucho más fuerte.
Estas propiedades magnéticas se ven afectadas por el grado del acero, su contenido en silicio, su grosor y cualquier tratamiento térmico. El fabricante probará el acero y proporcionará datos sobre estas propiedades. Cuando seleccione su acero de laminación, comparará estos valores para asegurarse de que el acero se utiliza eficazmente en el diseño de su motor para lograr el rendimiento deseado. Encontrar el grado adecuado de acero eléctrico es una cuestión de equilibrio.
Es una pregunta interesante. Los metales amorfos, a veces llamados vidrio metálico, son un tipo especial de aleación. A diferencia del acero eléctrico normal, que tiene una estructura de grano cristalino, los metales amorfos no la tienen. Esta estructura única les confiere unas pérdidas en el núcleo muy bajas, especialmente a alta frecuencia. Por eso, en algunas aplicaciones de motores y transformadores, las aleaciones amorfas pueden ser una gran ventaja para las laminaciones.
Sin embargo, el acero de laminación amorfa también plantea problemas. Suele ser más quebradizo que el acero al silicio. Esto puede dificultar su punzonado o estampado en formas de laminación. También puede ser más caro. Al ser tan fino y quebradizo, su manipulación durante la fabricación del motor requiere un cuidado especial. La densidad de flujo magnético de saturación de algunas aleaciones amorfas también puede ser inferior a la de algunos aceros al silicio de alta calidad.
Así pues, aunque las laminaciones amorfas ofrecen unas pérdidas en el núcleo sorprendentemente bajas y pueden mejorar la eficiencia en determinados diseños de motores, no son un simple sustituto de todo el acero eléctrico. Hay que sopesar las ventajas frente a los costes y las dificultades de fabricación. Para motores de muy alto rendimiento o alta frecuencia, sin duda es algo a tener en cuenta. Este tipo de acero puede mejorar mucho el rendimiento.
La fabricación de acero eléctrico para laminados es un proceso bastante especial. Comienza con la fundición de hierro de gran pureza. A continuación, se añaden elementos como el silicio (y a veces otros como el manganeso o el aluminio) para crear la aleación deseada. La cantidad de carbono debe mantenerse muy baja, ya que el carbono es malo para el envejecimiento magnético y las propiedades magnéticas.
A continuación, el acero fundido se funde y se lamina en caliente y en frío en finas chapas. Este proceso de laminado es muy importante. En el caso del acero eléctrico de grano orientado, se utilizan fases especiales de laminado y recocido para alinear la estructura del grano. En todos los aceros eléctricos, el grosor final se controla cuidadosamente. Tras el laminado, el acero suele someterse a un proceso de recocido. Este tratamiento térmico ayuda a mejorar las propiedades magnéticas aumentando el tamaño del grano y reduciendo la tensión.
Por último, las láminas de acero eléctrico suelen recubrirse con una fina capa aislante. Este revestimiento es importante porque cuando las láminas se apilan en el núcleo de un motor, ayuda a aislarlas unas de otras. Esto reduce las pérdidas por corrientes parásitas. El fabricante debe controlar cuidadosamente cada paso para producir acero laminado de alta calidad con propiedades magnéticas y mecánicas constantes. Esto garantiza que la calidad del acero cumpla normas como la ASTM.
El grosor del laminado de su motor es realmente importante para la eficiencia del motor. He aquí por qué: cuando un campo magnético cambia en el acero eléctrico de un motor, crea pequeñas corrientes eléctricas arremolinadas llamadas corrientes de Foucault. Estas corrientes de Foucault provocan una pérdida de energía que se manifiesta en forma de calor. Esto forma parte de las pérdidas en el núcleo.
Una de las mejores formas de reducir estas pérdidas por corrientes parásitas es utilizar laminaciones más finas. Es como cortar una patata en rodajas. Las rodajas más finas se cocinan más rápido. Las láminas más finas dificultan la formación de corrientes parásitas. Así, una laminación de, digamos, 0,35 mm de grosor tendrá, por lo general, menos pérdidas por corrientes de Foucault que una de 0,50 mm de grosor, especialmente a frecuencias más altas (como 60 Hz o más).
Por supuesto, el uso de láminas más finas significa que se necesitan más para obtener el mismo tamaño de núcleo. Esto puede aumentar el coste y hacer que el apilamiento sea un poco más complejo. Pero para muchos motores, sobre todo los que buscan un alto rendimiento o funcionan a velocidades o frecuencias más altas, es fundamental elegir una calidad de acero eléctrico con el grosor adecuado. Se trata de equilibrar rendimiento y coste para obtener el mejor resultado para su aplicación específica. El fabricante ofrecerá distintos grados con varias opciones de grosor.
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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