Respuesta rápida
La fuerza de un imán no se mide con un único valor universal. El método adecuado depende de lo que se necesite determinar.
Un gaussímetro mide la densidad de flujo magnético en un punto definido. Un ensayo de fuerza de desprendimiento mide la fuerza necesaria para separar un imán o conjunto magnético de una superficie de contacto definida en condiciones controladas.
Para verificar propiedades del material como la remanencia, la coercitividad o el producto energético máximo, resulta más adecuado un sistema de ensayo de materiales, como un histerisígrafo. En un motor, sensor, acoplamiento o conjunto de sujeción, el resultado más útil puede ser, en cambio, la intensidad del campo magnético, el par, la fuerza de sujeción o el rendimiento en el entrehierro de trabajo real.
¿Qué significa la “fuerza de un imán”?
Antes de seleccionar un equipo para medir las prestaciones magnéticas, defina qué resultado es relevante para la aplicación.
| Qué necesita saber | Medición | Equipos habituales | Limitación principal |
|---|---|---|---|
| Campo magnético en un punto específico | Densidad de flujo magnético | Gaussímetro o teslámetro | 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 enlazado | Fluxímetro con una bobina de medida adecuada | Depende de la geometría de la bobina, la calibración y el método de ensayo |
| Prestaciones intrínsecas del material | Br, HcB, HcJ, BHmax, curva de desmagnetización | Histeresígrafo u otro sistema de ensayo de materiales aplicable | Evalúa las propiedades del material, no las prestaciones del conjunto completo |
| Fuerza de separación de una superficie de acoplamiento | Fuerza de desprendimiento o de arranque | Dinamómetro y utillaje de ensayo controlado | Depende de la configuración completa del ensayo |
| Rendimiento en el producto | Campo, fuerza, par, distancia de detección o rendimiento del acoplamiento | Utillaje de ensayo específico para la aplicación | Requiere las condiciones reales de funcionamiento |
Un valor más alto en una categoría no implica automáticamente un mejor resultado en otra.
Por ejemplo, una lectura elevada del campo superficial en gauss no garantiza una fuerza de desprendimiento determinada. Del mismo modo, un buen resultado de fuerza de desprendimiento en un ensayo de banco no demuestra que un imán proporcione el campo necesario para el sensor a través de un entrehierro.
¿Qué ensayo debe utilizarse para medir la fuerza de un imán?
Parta de la cuestión de ingeniería, no del instrumento.
| Cuestión relativa a la aplicación | Medición recomendada | Información necesaria |
|---|---|---|
| ¿Detectará un sensor Hall el imán en una posición definida? | Densidad de flujo magnético en la ubicación del sensor | Posición del sensor, entrehierro de trabajo, orientación del imán, campo objetivo |
| ¿Presenta el imán una distribución uniforme del campo superficial? | Mediciones en gauss en coordenadas definidas | Tipo de sonda, cuadrícula de medición, utillaje y orientación del imán |
| ¿Resistirá un soporte magnético la separación directa? | Fuerza de desprendimiento normal | Material de contacto, área de contacto, estado de la superficie y dirección de tracción |
| ¿Resistirá un conjunto el desplazamiento lateral? | Ensayo de cizallamiento o deslizamiento específico para la aplicación | Fricción, dirección de la carga, vibración y estado de la superficie |
| ¿Cumple el material un grado magnético especificado? | Medición controlada de las propiedades del material | Propiedades requeridas, condiciones de la probeta y método de ensayo aplicable |
| ¿Proporcionará un acoplamiento o rotor el rendimiento requerido? | Ensayo de par o de rendimiento en la aplicación | Entrehierro de trabajo, disposición de los polos, velocidad, temperatura y alineación |
| ¿Existe uniformidad entre distintos lotes de producción? | Ensayo acordado en recepción o durante la producción | Límites de aceptación, plan de muestreo, dispositivo de ensayo y método de presentación de resultados |
Cuando el requisito real es el rendimiento a una distancia de trabajo determinada, una medición únicamente en la superficie suele ser insuficiente. El punto de medición debe coincidir con la ubicación relevante en el producto.
¿Cómo se mide un imán con un gaussímetro?
Un gaussímetro utiliza una sonda Hall para medir la densidad de flujo magnético en el área sensible de la sonda. Los resultados suelen expresarse en gauss o teslas.
La conversión indicada por el NIST es:
1 gauss = 0,0001 tesla y 10 000 gauss = 1 tesla.
Fuente: Guía del NIST sobre factores de conversión al SI
¿Por qué es importante la posición de la sonda?
El campo magnético alrededor de un imán permanente no es uniforme. La lectura puede variar si la sonda se aleja de la superficie, se desplaza hacia un borde, se inclina o se orienta hacia otra componente del campo.
El sensor Hall también se encuentra dentro del cuerpo de la sonda. La superficie exterior física de la sonda no siempre coincide exactamente con el plano sensible.
La documentación de los gaussímetros de Lake Shore señala la alineación de la sonda, la temperatura, el ajuste a cero, la precisión del instrumento y la repetibilidad del posicionamiento como variables de medición importantes. También explica que la respuesta máxima se obtiene cuando el vector de campo presenta la orientación correcta con respecto al sensor Hall.
Fuente: Manual del gaussímetro Lake Shore Model 475
Procedimiento controlado de medición con gaussímetro
Este es un procedimiento general de comparación. Prevalecen el procedimiento del fabricante del instrumento y el plan de inspección del proyecto.
- Defina el componente del campo y el punto de medición.
- Confirme que el tipo de sonda y la dirección de detección sean correctos.
- Deje que el instrumento y la sonda se estabilicen según las indicaciones del fabricante.
- Ponga a cero la sonda mediante el método especificado.
- Coloque el imán con una orientación reproducible.
- Utilice un útil de fijación cuando pequeñas variaciones de posición puedan afectar al resultado.
- Sitúe la sonda en la coordenada y a la distancia definidas.
- Registre la lectura sin modificar el ángulo de la sonda.
- Repita la medición de acuerdo con el plan de inspección.
- Notifique las lecturas individuales, los intervalos, los promedios o los resultados de apto/no apto, según corresponda.
No desplace la sonda sin más hasta obtener el valor más alto, salvo que el objetivo indicado sea específicamente localizar el campo máximo.
¿Qué datos debe incluir el registro de un ensayo con gaussímetro?
Registre como mínimo:
- Plano técnico del imán o identificación de la pieza.
- Dirección de magnetización.
- Polo medido.
- Tipo de sonda y dirección de detección.
- Coordenada 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.
- Temperatura de ensayo, cuando proceda.
- Número de mediciones.
- Valores individuales e intervalo de aceptación.
Sin esta información, dos proveedores pueden indicar valores en gauss distintos incluso al ensayar imanes similares.
¿Cómo se realiza un ensayo de fuerza de desprendimiento?
Un ensayo de fuerza de desprendimiento mide la fuerza necesaria para separar un imán o conjunto magnético de una superficie de contacto.
El resultado solo es significativo si se definen las condiciones de ensayo. El tipo y el espesor del acero, el acabado superficial, el área de contacto, la alineación del utillaje, el entrehierro, la dirección de carga y la velocidad de ensayo pueden afectar al resultado.
En el marco del proyecto de trabajo WK70439 de ASTM se está desarrollando un método propuesto para ensayar la fuerza de desprendimiento de conjuntos de imanes permanentes. Sigue siendo un proyecto de trabajo propuesto, no una norma ASTM publicada. ASTM señala que los métodos de ensayo propios pueden producir valores muy dispares.
Fuente: ASTM: medición de la fuerza de desprendimiento de imanes
Procedimiento controlado para comparar la fuerza de desprendimiento
El siguiente procedimiento facilita una comparación repetible. No constituye un procedimiento normalizado universal.
- Determinar si el ensayo se aplica a un imán sin montar o al conjunto completo.
- Definir el material, el espesor, las dimensiones y el estado superficial de la placa de contacto.
- Limpiar e inspeccionar las superficies de contacto.
- Controlar cualquier recubrimiento, separador, capa adhesiva o entrehierro intencionado.
- Alinear el imán y el dinamómetro con la dirección de tracción especificada.
- Aplicar la carga mediante un utillaje controlado.
- Separar el imán según el movimiento de ensayo acordado.
- Registrar la fuerza máxima mediante el método de notificación acordado.
- Repetir el ensayo según sea necesario.
- Indicar junto con el resultado el utillaje y las condiciones de ensayo.
Un resultado que solo indique “fuerza de desprendimiento de 50 kg” está incompleto. Debe especificar si el valor corresponde a kilogramos-fuerza, cómo se ensayó el conjunto y qué superficie de contacto se utilizó.
La fuerza debe expresarse preferentemente en newtons. Si también se utiliza el kilogramo-fuerza, la unidad debe indicarse claramente en lugar de abreviarla como kilogramos, que es una unidad de masa.
¿La fuerza de desprendimiento es lo mismo que la fuerza de cizallamiento?
No. En un ensayo de desprendimiento normal, el imán se separa en dirección perpendicular a la superficie de contacto. Una carga de cizallamiento o deslizamiento actúa en paralelo a la superficie.
La resistencia al deslizamiento depende de la fricción, la textura superficial, los recubrimientos de caucho, los topes mecánicos, la vibración y la dirección de carga. Un resultado de fuerza de desprendimiento normal no debe utilizarse como capacidad nominal a cizallamiento sin una evaluación específica de la aplicación.
¿La fuerza de desprendimiento nominal equivale a la carga de trabajo segura?
No. Un resultado de fuerza de desprendimiento obtenido en banco de ensayo no debe considerarse automáticamente la carga de trabajo segura del producto final.
Las aplicaciones reales pueden presentar:
- Entrehierros.
- Materiales de contacto de poco espesor o baja permeabilidad.
- Superficies curvas o irregulares.
- Carga de cizallamiento.
- Choques o vibraciones.
- Cambios de temperatura.
- Desalineación.
- Fallo del adhesivo o del alojamiento.
- Astillamiento o rotura del imán.
El ingeniero de producto responsable debe establecer el margen de diseño necesario para la aplicación real. Este artículo no proporciona un factor de seguridad universal.
Seguridad en los ensayos de fuerza de desprendimiento
Los imanes potentes pueden moverse de forma repentina, atrapar los dedos o astillarse al golpear un útil o una placa de contacto.
Utilice un montaje de ensayo con protecciones, mantenga las manos fuera de la trayectoria de atracción y siga la evaluación de riesgos del lugar de trabajo y los requisitos relativos a los EPI. Este artículo no constituye un procedimiento completo de seguridad de laboratorio.
También debe consultarse la ficha de datos de seguridad de NdFeB correspondiente al material magnético y a las condiciones de manipulación específicos.
¿Puede un gaussímetro confirmar el grado de un imán?
Una lectura superficial en gauss no basta por sí sola para confirmar que un imán acabado sea de grado N42, N52 o de otro grado.
El grado se refiere a propiedades controladas del material obtenidas a partir de una curva de magnetización o desmagnetización. Entre las propiedades importantes pueden incluirse:
- Br: Densidad de flujo magnético remanente tras retirar el campo de magnetización.
- HcB: Intensidad de campo coercitivo asociada a la densidad de flujo magnético.
- HcJ: Intensidad de campo coercitivo intrínseco asociada a la polarización magnética.
- BHmax: Producto energético máximo obtenido a partir de la curva de desmagnetización.
IEC 60404-5:2015 define métodos para medir la densidad de flujo magnético, la polarización magnética, la intensidad de campo magnético, las curvas de desmagnetización y las líneas de retroceso de los materiales para imanes permanentes.
Fuente: IEC 60404-5:2015
ASTM A977/A977M aborda la medición de materiales para imanes permanentes de alta coercitividad mediante histeresígrafos. Se aplica a la medición de las propiedades del material, no a una simple inspección del campo superficial de la pieza acabada.
Fuente: Normas del comité A06.01 de ASTM
La lectura en gauss de un imán acabado también se ve afectada por:
- Las dimensiones del imán.
- La forma y la relación entre longitud y diámetro.
- El estado de magnetización.
- Dirección de magnetización.
- La posición de la sonda.
- Los efectos de borde.
- El acero o los componentes magnéticos cercanos.
- El entrehierro.
La medición del campo superficial puede resultar útil para comparar piezas acabadas en las mismas condiciones controladas. No debe sustituir la documentación aplicable del grado ni los ensayos controlados de las propiedades del material.
Quienes evalúen un requisito específico de grado alto también pueden consultar la información confirmada de OSENC en la página sobre imanes de neodimio N52, teniendo en cuenta que la selección final del grado sigue dependiendo de la aplicación.
¿Se pueden convertir directamente los gauss en fuerza de desprendimiento?
No existe una fórmula universal que permita convertir directamente una única lectura en gauss en fuerza de arranque.
Ambas magnitudes pueden relacionarse dentro de un sistema magnético completamente definido, pero para predecir la fuerza de forma válida también se necesita información sobre:
- Las dimensiones y la forma del imán.
- El grado y el estado de magnetización.
- El área y la disposición de los polos.
- El material de contacto.
- El espesor del acero.
- El entrehierro de trabajo.
- Los recubrimientos o separadores.
- La geometría de contacto.
- La dirección de arranque.
- Los componentes magnéticos cercanos.
Por ejemplo, dos imanes pueden presentar lecturas de campo similares en una determinada posición de la sonda, pero ofrecer resultados distintos de fuerza de arranque debido a diferencias en las áreas polares, los espesores o los circuitos magnéticos.
También puede ocurrir lo contrario. Dos conjuntos pueden presentar una fuerza de desprendimiento similar en contacto directo, pero niveles de campo muy distintos en un sensor situado a varios milímetros de distancia.
Realice mediciones en gauss cuando sea relevante el campo en un punto determinado. Realice ensayos de fuerza de desprendimiento cuando sea relevante la fuerza de separación en condiciones controladas.
¿Se debe ensayar el imán por separado o en el conjunto final?
Someta a ensayo el objeto que mejor represente el requisito técnico.
| Objeto de ensayo | Adecuado para | Limitación principal |
|---|---|---|
| Imán sin montar | Comprobar la polaridad, la uniformidad del campo superficial o la variación entre las piezas recibidas | No incluye la carcasa, el acero, el adhesivo ni el entrehierro de trabajo |
| Componente parcialmente montado | Comprobar cómo afectan al rendimiento una cazoleta, un hierro de retorno, una carcasa o un soporte | Puede no representar las condiciones de montaje finales |
| Conjunto magnético final | Verificar el rendimiento real de sujeción, detección, par o acoplamiento | Requiere un útil de ensayo controlado y específico para la aplicación |
| Producto final | Validar el funcionamiento real del sistema | Resulta más difícil aislar la causa de un resultado fallido |
El acero cercano puede redirigir el flujo magnético. Una carcasa puede modificar el entrehierro de trabajo. El espesor del adhesivo, el recubrimiento y la tolerancia de montaje también pueden modificar la distancia entre el imán y la contrapieza.
En un sensor o encoder, mida el campo en la posición de instalación del sensor. En un soporte magnético, realice el ensayo con el material de la contrapieza y el estado superficial previstos. En un acoplamiento o rotor, utilice el entrehierro de trabajo real y las condiciones de alineación reales siempre que resulte viable.
La simulación magnética permite predecir el comportamiento del campo, la fuerza, el par o la distribución de polos antes de fabricar las muestras. No obstante, una simulación es una predicción de diseño, no un resultado medido.
Un proceso práctico de desarrollo consiste en:
- Definir la condición de funcionamiento.
- Modelizar o estimar el rendimiento cuando resulte útil.
- Fabricar una muestra representativa.
- Validar el imán o el conjunto en condiciones controladas.
Osenc puede prestar apoyo en consultas sobre imanes y conjuntos magnéticos personalizados a partir de planos técnicos, muestras, croquis y requisitos de la aplicación. El apoyo disponible para el proyecto puede incluir la evaluación del campo magnético, simulación, revisión del conjunto y ensayos, sujeto a los requisitos del proyecto y a la revisión de fabricación.
¿Cómo se comparan los informes de ensayo de imanes de distintos proveedores?
No compare las cifras principales hasta confirmar que ambos proveedores han utilizado condiciones de ensayo equivalentes.
| Elemento del informe | Qué se debe comprobar |
|---|---|
| Objeto de ensayo | Imán sin ensamblar, subconjunto o conjunto final |
| Medición | Campo en superficie, campo a distancia, momento magnético, fuerza de desprendimiento, par o propiedad del material |
| Instrumento | Tipo de equipo, sonda o sensor, rango y unidad |
| Posición de ensayo | Coordenada exacta, distancia y orientación |
| Utillaje | Placa de acoplamiento, dispositivo de ensayo de fuerza de desprendimiento, bobina, soporte o condición del conjunto |
| Entorno | Temperatura y otras condiciones relevantes |
| Repetición | Número de ensayos y si se muestran los resultados individuales |
| Formato de los resultados | Valores individuales, media, mínimo, máximo o intervalo |
| Criterios de aceptación | Valor nominal, tolerancia, valor mínimo o límite de aceptación/rechazo |
| Calibración | Estado de calibración o trazabilidad exigidos por el acuerdo de compra |
Un informe debería permitir que otra persona cualificada comprenda qué se ha medido y, cuando sea viable, reproduzca la comparación.
Una página de gestión de la calidad de una empresa puede mostrar el enfoque general de inspección del proveedor, pero no sustituye un método de ensayo específico del proyecto ni un registro de aceptación. Consulte la información de Osenc sobre gestión de la calidad para el alcance general confirmado actualmente.
¿Qué debe incluir una solicitud de presupuesto que especifique las prestaciones magnéticas?
Una solicitud de presupuesto útil debe describir la función requerida antes de especificar un valor de medición.
Datos del imán o del conjunto
Indique:
- Plano técnico y revisión.
- Dimensiones y tolerancias.
- Material del imán o grado propuesto.
- Dirección de magnetización y disposición de los polos.
- Recubrimiento.
- Carcasa, piezas de acero, adhesivo y otros componentes del conjunto.
- Temperatura de funcionamiento prevista.
- Condiciones ambientales, cuando proceda.
Requisito de la aplicación
Indique si el imán debe proporcionar:
- Fuerza de sujeción.
- Campo magnético en el sensor.
- Distancia de detección.
- Par.
- Salida del acoplamiento.
- Fuerza de posicionamiento.
- Rendimiento de separación.
- Uniformidad entre lotes.
Condiciones de ensayo
Defina:
- Imán sin ensamblar o conjunto final.
- Ubicación de la medición.
- Entrehierro de trabajo.
- Dirección de la sonda.
- Material de contacto y espesor.
- Dirección de la fuerza de desprendimiento o de la carga.
- Requisitos del útil de fijación.
- Temperatura de ensayo.
- Número de mediciones necesario.
Criterios de aceptación
Especifique:
- Valor objetivo.
- Rango mínimo o admisible.
- Unidad.
- Requisito 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 no responda a la cuestión real de la aplicación.
Preguntas frecuentes
¿Es lo mismo un gaussímetro que un medidor de la fuerza magnética?
Un gaussímetro es un tipo de medidor de la intensidad magnética, pero la expresión “medidor de la intensidad magnética” no es específica.
Puede referirse a un gaussímetro, un teslámetro, un comprobador de fuerza de desprendimiento, un fluxómetro, un histéresígrafo, un útil de ensayo de par o un sistema de ensayo específico de la aplicación. Confirme qué magnitud magnética mide el equipo.
¿Puede un smartphone medir la intensidad de un imán?
Un teléfono inteligente puede mostrar cambios en el campo magnético ambiental si incorpora un magnetómetro. Android documenta que los sensores compatibles registran las componentes del campo magnético en los ejes X, Y y Z, en microteslas.
Sin embargo, el rango del sensor, la calibración, la ubicación, las interferencias del dispositivo y la repetibilidad pueden no ser adecuados para los ensayos de aceptación de imanes.
Fuente: Documentación de SensorEvent de Android
Utilice el teléfono únicamente como indicación aproximada. No lo trate como un gaussímetro calibrado ni como una herramienta de aceptación del proveedor.
¿Con qué frecuencia debe comprobarse la fuerza magnética?
No existe una frecuencia de ensayo universal para todos los proyectos de imanes.
El plan de inspección debe reflejar:
- Riesgo de la aplicación.
- Estabilidad de la producción.
- Requisitos del cliente.
- Tamaño de la muestra.
- Cambios en el proceso.
- Cambios de proveedor.
- El método de aceptación acordado.
Los proyectos críticos pueden requerir controles diferentes de los utilizados en aplicaciones comerciales no críticas.
¿Necesita ayuda para definir un requisito de ensayo para un imán?
Envíe a Osenc su plano técnico, el entrehierro de trabajo, el campo magnético objetivo o la fuerza de desprendimiento, el material de acoplamiento, el intervalo de temperaturas y el método de aceptación propuesto.
El objetivo de la revisión es determinar qué debe medirse antes de validar las muestras, lo que ayuda a reducir las especificaciones poco claras y las revisiones innecesarias de las muestras.
Comente su proyecto mediante el servicio de imanes de neodimio a medida de Osenc o contactar con Osenc.
Ben — Osenc
Ben cuenta con más de 10 años de experiencia en el sector de los imanes permanentes y trabaja con Osenc desde 2019. Está especializado en imanes de NdFeB a medida, accesorios magnéticos y conjuntos magnéticos.
Ayuda a los clientes a definir los requisitos de material, recubrimiento, magnetización, ensayo y producción, lo que reduce las deficiencias de comunicación y las iteraciones innecesarias de las muestras.
