(solenoide). Dispositivo electromagnético que utiliza el movimiento de un pulsador (émbolo) para ejercer una fuerza de arrastre o de retención. Bobina cilíndrica arrollada según una hélice de paso muy pequeño. Bobina enrollada alrededor de un material no magnético (papel o plástico). Comúnmente lleva un núcleo de hierro móvil, el cual es atraído por el campo magnético al energizarse la bobina. Bobina cilíndrica que genera un campo magnético uniforme al circular corriente.
Fig: El solenoide desplaza el núcleo hacia el interior de la bobina. Efecto de succión de la bobina.
Un solenoide es una bobina cuya longitud es mayor que su diámetro. Es una de las formas de construcción más comunes en electricidad y electrónica. Cuando circula corriente por la bobina, se produce un campo magnético. En un solenoide con núcleo de aire, la intensidad del campo es mayor en el centro y menor en los extremos. Si se coloca un núcleo ferromagnético, las líneas de fuerza magnética se concentran y pasan con mayor facilidad a través del núcleo.
El funcionamiento del solenoide se basa en la tendencia del núcleo a desplazarse hacia la posición donde encierra el mayor número posible de líneas de fuerza magnética. Como el hierro dulce ofrece baja reluctancia al flujo magnético, el núcleo es atraído hacia el interior de la bobina. Esta atracción es la causa del llamado “efecto de succión”, aunque en realidad se trata de una fuerza electromagnética.
Cuando el núcleo entra en la bobina, el recorrido de las líneas de fuerza se acorta y el campo magnético se concentra. Si se coloca un resorte unido al núcleo, éste puede volver a su posición inicial cuando se interrumpe la corriente. Al energizar nuevamente la bobina, el núcleo vuelve a ser atraído hacia el interior. Este movimiento lineal permite accionar contactos eléctricos, válvulas y mecanismos de control.
Los solenoides industriales se utilizan en gran cantidad de aplicaciones porque pueden ser accionados eléctricamente desde cierta distancia, empleando baja tensión y pequeñas corrientes de control. Se fabrican en muchas formas, tamaños y capacidades. En refrigeración, aire acondicionado, calefacción y procesos industriales, permiten abrir o cerrar pasos de gas, aire, agua, aceite u otros fluidos.
Entre los tipos más comunes se encuentran los solenoides tubulares y los solenoides de bastidor. Los tubulares pueden ser de empuje o de tracción, y se especifican según tensión de trabajo, resistencia de bobina, carrera, fuerza mínima y máxima, y tipo de servicio. Algunos trabajan en servicio intermitente y otros en servicio continuo. Los solenoides de bastidor también pueden operar con corriente alterna o continua, según su diseño.
Una aplicación típica es la válvula solenoide para controlar el paso de agua caliente en una lavadora. Un termostato puede energizar la bobina, atrayendo el émbolo y permitiendo la apertura de la válvula. En hornos de aire caliente alimentados con gas natural, el solenoide controla el flujo de gas. Al circular corriente por la bobina, el émbolo es atraído hacia arriba y abre el paso del gas mediante un disco o elemento de cierre.
Otro ejemplo es el solenoide de arranque de un automóvil. En este caso, una señal de baja tensión y baja corriente acciona la bobina, que atrae un émbolo con contactos eléctricos robustos. Estos contactos cierran el circuito entre la batería y el motor de arranque, permitiendo circular una corriente muy elevada, necesaria para poner en marcha el motor. Así, una corriente pequeña de control permite manejar una corriente mucho mayor de potencia.
Conceptos principales
Figura : Solenoide para controlar el flujo de gas natural hacia un horno de aire caliente. (Honeywell)
Además de actuar como dispositivos de accionamiento, los solenoides pueden funcionar como electroimanes. Un electroimán está formado por una bobina arrollada alrededor de un núcleo de hierro dulce. Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina, el núcleo se magnetiza y genera un campo magnético intenso capaz de atraer piezas ferromagnéticas. Este principio constituye la base de funcionamiento de numerosos dispositivos eléctricos y electromecánicos, entre ellos relés, contactores, interruptores automáticos, arrancadores de motores y válvulas de control utilizadas en refrigeración, calefacción y automatización industrial.
Una aplicación importante de los solenoides como electroimanes se encuentra en los interruptores automáticos o disyuntores magnéticos. Cuando la corriente supera un valor previamente establecido, el campo magnético aumenta considerablemente y atrae una armadura móvil. Este movimiento abre los contactos eléctricos y desconecta automáticamente el circuito, protegiendo motores, transformadores y conductores contra sobrecargas y cortocircuitos. Una vez eliminada la falla, el interruptor puede rearmarse para restablecer el servicio.
La bobina del solenoide constituye el componente más importante del conjunto, ya que sin ella no puede generarse el campo electromagnético necesario para producir el movimiento del núcleo. Existen diversos tipos de bobinas diseñadas para aplicaciones específicas en refrigeración, aire acondicionado, calefacción y automatización. Se clasifican según la tensión de alimentación, la frecuencia de operación, la potencia, el tipo de servicio (continuo o intermitente) y el ambiente donde serán instaladas.
Durante el mantenimiento es frecuente reemplazar únicamente la bobina cuando presenta fallas. El exceso de temperatura constituye una de las principales causas de avería. Un voltaje incorrecto, una frecuencia distinta de la especificada o un émbolo que no pueda desplazarse libremente provocan un aumento de la corriente y, como consecuencia, un sobrecalentamiento del devanado. También una instalación incorrecta, piezas faltantes o un montaje defectuoso pueden impedir el correcto funcionamiento del solenoide y reducir considerablemente su vida útil.
Antes de sustituir una bobina debe desconectarse completamente la alimentación eléctrica del equipo. En la mayoría de los casos no es necesario desmontar toda la válvula de la tubería; basta con retirar cuidadosamente los conductores eléctricos, desmontar la bobina y colocar la nueva siguiendo el procedimiento indicado por el fabricante. Una reinstalación incorrecta puede provocar vibraciones, calentamiento excesivo e incluso la destrucción prematura de la bobina.
Muchos fabricantes incorporan supresores de sobretensión para proteger las bobinas frente a los picos de tensión producidos durante la conexión o desconexión de cargas inductivas. También existen bobinas de doble tensión, por ejemplo de 120/240 V, que permiten adaptarse a diferentes sistemas de alimentación simplemente modificando las conexiones eléctricas.
Las válvulas solenoides utilizadas en instalaciones domésticas e industriales suelen emplear un diafragma equilibrado, lo que permite controlar el paso de gas o líquidos con una potencia eléctrica relativamente pequeña. Estas válvulas son ampliamente utilizadas en hornos, calderas, sistemas de calefacción, equipos de refrigeración, quemadores y numerosas instalaciones de automatización. Se fabrican en diferentes tamaños, presiones de trabajo y capacidades de caudal para adaptarse a múltiples aplicaciones.
Cuando una bobina está energizada es normal escuchar un leve zumbido producido por el campo magnético alterno. Sin embargo, un ruido excesivo, vibraciones o golpeteos indican generalmente problemas mecánicos o eléctricos, como baja tensión, suciedad en el tubo del émbolo, piezas flojas o desgaste del conjunto móvil. Un mantenimiento preventivo adecuado, que incluya limpieza, verificación del núcleo móvil y revisión de las conexiones eléctricas, garantiza un funcionamiento confiable y prolonga la vida útil del solenoide.
Conceptos destacados
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