Accionamientos magnéticos y acoplamientos magnéticos

Un acoplamiento magnético transmite par a través de una pared. No hay ningún eje que atraviese la carcasa, por lo que no hay prensaestopas, ni sello mecánico, ni trayectoria de fuga. La bomba, el agitador o la cámara de vacío permanecen sellados mientras el motor exterior los acciona.

PinyiGear fabrica accionamientos magnéticos y conjuntos según plano: el circuito magnético, la geometría del cubo y del portador, la camisa de contención y la unidad ensamblada. Esta página expone cómo funcionan las piezas, qué debe resolver un diseño de circuito magnético y qué debe incluir una consulta antes de poder emitir una cotización.

Cómo el par cruza la pared

Dos rotores se enfrentan a través de una barrera estacionaria.

• El rotor interior está en el lado del proceso, sobre el eje de la bomba o del agitador. Porta los imanes conducidos.
• El rotor exterior está fuera, accionado por el motor. Porta los imanes motrices.
• La camisa de contención los separa. Es una pared no magnética y estanca a la presión: lo bastante delgada para mantener pequeño el entrehierro, lo bastante gruesa para soportar la presión y mantenerse rígida.

Cuando el rotor exterior gira, el campo magnético arrastra consigo al rotor interior. El deslizamiento es pequeño bajo carga normal y aumenta a medida que la carga crece. Superado el par máximo, el acoplamiento se desengancha: el rotor exterior gira, el rotor interior se detiene. Ese comportamiento es la razón por la que los accionamientos magnéticos aparecen en servicio químico y farmacéutico: una sobrecarga detiene el proceso en lugar de destruir el sello, porque no hay sello que destruir.

Lo que el acoplamiento no puede hacer es aislar un rotor bloqueado mientras el motor sigue empujando. El par de desenganche es un dato de diseño, y debe situarse por encima del par de trabajo con margen y por debajo de lo que el eje conducido pueda soportar.

Engranajes magnéticos

Un engranaje magnético realiza la misma función pero cambia la velocidad. En lugar de dos rotores acoplados uno a uno, unas piezas polares modulan el campo entre un rotor de alta velocidad con pocos pares de polos y un rotor de baja velocidad con muchos. El resultado es una relación sin contacto entre dientes: sin lubricante, sin desgaste de dientes, sin juego en el sentido habitual y con protección inherente contra sobrecargas.

La contrapartida es la densidad de par. Para el mismo par, un engranaje magnético es físicamente mayor que un par mecánico, y por eso aparece en aplicaciones selladas o limpias en lugar de como sustituto general de una caja de engranajes. Cuando el lado del proceso no puede lubricarse ni abrirse, esa contrapartida suele merecer la pena.

Qué debe resolver el diseño del circuito magnético

Los imanes son la parte menos interesante del diseño. Lo que decide si el acoplamiento funciona es el circuito que los rodea.

Entrehierro. El par cae abruptamente a medida que crece el entrehierro. El entrehierro es el espesor de la camisa más la holgura de funcionamiento, por lo que el material de la camisa y el espesor de pared son una decisión de par, no solo de presión.

Grado y volumen de imán. El NdFeB cubre los grados de mayor energía —N35 a N52 es el intervalo habitual— y ofrece el conjunto más pequeño para un par dado. El SmCo mantiene su rendimiento a mayor temperatura y resiste mejor la corrosión sin recubrimiento. La ferrita es la vía de bajo costo para par bajo y condiciones benignas. La selección del grado depende de la temperatura, el ciclo de trabajo y lo que tolere la estructura circundante.

Temperatura en los imanes. El dato que importa no es el ambiente sino la temperatura en la cara del imán, que incluye el calentamiento por corrientes de Foucault debido al deslizamiento. El NdFeB pierde rendimiento a medida que se acerca a su temperatura máxima de trabajo y se desmagnetiza de forma permanente por encima de ella. El rango de trabajo para el que diseñamos va de −40 °C a +150 °C, con el límite real fijado por el grado elegido.

Corrientes de Foucault en la camisa. El campo giratorio induce corrientes en la camisa de contención, lo que la calienta y desperdicia par. Las camisas metálicas deben ser delgadas o fabricarse con un material de baja conductividad; las camisas compuestas evitan la pérdida pero son más delicadas.

Margen de par. El par de desenganche debe superar el par de trabajo por un margen que tenga en cuenta la reducción por temperatura, la tolerancia del entrehierro y el envejecimiento de los imanes. Un acoplamiento especificado exactamente al par de trabajo deslizará en servicio.

Campo disperso. Fuera del acoplamiento, el campo debe ser lo bastante bajo como para no perturbar instrumentos, sensores ni equipos cercanos. Es una cuestión de apantallamiento y geometría, y corresponde a la revisión de diseño.

Materiales y construcción

Ensamblaje y prueba

Un conjunto magnético no son piezas atornilladas entre sí. La secuencia es:

1. Revisión del diseño del circuito frente al servicio — par, velocidad, entrehierro, temperatura, presión.
2. Verificación de los imanes — grado y recubrimiento comprobados contra la especificación, porque un grado sustituido cambia silenciosamente el par de desacoplamiento.
3. Construcción del rotor — imanes adheridos y retenidos mecánicamente, equilibrio verificado en el conjunto rotativo.
4. Ensamblaje del acoplamiento con el entrehierro ajustado y medido.
5. Prueba de par de desacoplamiento en la unidad terminada.
6. Rodaje y verificación de temperatura cuando el servicio lo requiere.
7. Documentación — grado del imán, par de desacoplamiento medido y ajuste del entrehierro acompañan a la unidad.

La prueba de desacoplamiento es la más importante. Es la única medición que confirma que todo el conjunto — imanes, geometría, entrehierro — se comporta según el diseño. Cada unidad que enviamos se prueba y el valor medido se registra contra el número de serie.

Dónde se utilizan las transmisiones magnéticas

• Bombas químicas y agitadores — sin sello, sin fuga, sin plan de lavado
• Equipos de vacío — par hacia el interior de una cámara sin pasamuros rotativo
• Producción alimentaria y farmacéutica — limpiable, sin lubricante en la zona del proceso
• Instrumentos de precisión — transmisión suave, sin juego, sin residuos de desgaste
• Recipientes de alta presión y equipos submarinos — donde el sello dinámico es el punto débil

Qué necesita una consulta

Para un acoplamiento, la información útil es el servicio más que la geometría:

• Par de trabajo y par máximo, o potencia y velocidad del motor
• Diámetros de eje en ambos lados y la disposición de montaje
• Presión y temperatura del lado del proceso
• Fluido o entorno, para poder elegir los materiales en contacto
• Par de desacoplamiento requerido, si está especificado
• Velocidad y ciclo de servicio, para poder verificar el calentamiento por corrientes parásitas
• Cualquier restricción sobre el campo disperso

Envíe esos datos y el circuito, los imanes y la camisa se pueden diseñar y cotizar en conjunto. Envíe solo “un acoplamiento para una bomba de 2,2 kW” y la primera respuesta será una serie de preguntas.

Enviar una consulta de transmisión magnética

Preguntas frecuentes

¿Un acoplamiento magnético patina bajo carga normal? Funciona con un pequeño ángulo de deslizamiento proporcional a la carga. El rotor interior va retrasado respecto al exterior en un ángulo que crece con el par. Por encima del par de desacoplamiento se desacopla por completo.

¿Qué ocurre cuando el lado accionado se bloquea? El acoplamiento se desacopla y deja de transmitir. Eso protege el sello y el proceso, pero el motor sigue girando — por lo que el sistema de control necesita una forma de detectar la parada, a partir de la retroalimentación del proceso o de la carga del rotor exterior.

¿Se puede sustituir un acoplamiento existente sin cambiar la bomba? Normalmente sí. El entrehierro, los ajustes de eje y el diámetro de la camisa son lo que debe coincidir. Envíe el plano de la pieza existente o el modelo de la bomba; trabajamos desde la interfaz en lugar de desde un catálogo.

¿Qué grado de imán debe utilizarse? Eso depende de la temperatura en la cara del imán y de la densidad de par necesaria. El NdFeB ofrece el mayor par por volumen, el SmCo resiste mejor la temperatura, la ferrita es la opción de bajo costo para servicio ligero. La elección se hace en la revisión del circuito.

¿El conjunto está equilibrado? Los conjuntos rotativos se equilibran según la clase de velocidad acordada con el cliente. Los acoplamientos de alta velocidad se equilibran como conjunto, no como piezas separadas, porque los rotores interior y exterior interactúan.

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