Electroimán: cómo integrar este elemento con tu placa Arduino

Electroimán

Hay algunos proyectos de electrónica o para usar con tu Arduino, en los que necesitarás trabajar con el magnetismo controlado. Quiero decir, en un imán permanente normal, siempre habrá fuerza de atracción, pero con un electroimán se puede controlar dicho campo magnético para generarlo justo cuando lo necesites. De ese modo, puedes atraer materiales ferromagnéticos para multitud de aplicaciones.

Por ejemplo, imagina que quieres abrir o cerrar una pequeña trampilla de forma automática cuando suceda algo, o mover algún objeto metálico, etc. En ese caso, lo mejor que puedes usar es un electroimán, evitando así tener que crear otros completos mecanismos que hagan esa misma función.

¿Qué es un electroimán?

módulo Electroimán

Un electroimán es un dispositivo electrónico que permite generar un campo magnético a tu antojo. Es decir, un dispositivo que se convierte en un imán solo cuando tú lo necesites, y no siempre como los imanes permanentes. De ese modo, puedes atraer objetos ferromagnéticos justo en el momento preciso cuando lo desees.

Los electroimanes se usan mucho en la industria. Por ejemplo, seguro que has visto en la TV esas máquinas que hay en algunos puntos donde se recicla el metal y que tienen un electroimán que el operario activa desde la cabina para coger el chasis de un coche del desguace, o atraer otras piezas metálicas. Luego, cuando la grúa que sujeta este electroimán se ha posicionado donde quiere dejar estos objetos metálicos, simplemente desactivan el campo magnético del electroimán y todo caerá.

La forma de activarlo es suministrando a este elemento una corriente de forma continua. Mientras dicha corriente esté actuándo sobre el electroimán, el campo magnético se mantiene y el metal permanece pegado a él. Cuando cese esa corriente, desaparecerá y los elementos metálicos se despegarán. Así puedes controlarlo de forma rápida.

Pues bien, esto también lo puedes usar tú en tu propio beneficio y de una forma muy barata. Puedes comprar el electroimán ya hecho o crearlo tú mismo, ya que no es nada complicado, a diferencia de otros componentes electrónicos.

Pero si piensas que los electroimanes solo sirven para coger o atraer objetos, lo cierto es que te equivocas. Los usos o aplicaciones son múltiples. De hecho, si miras a tu alrededor, seguramente muchos aparatos usen este efecto para su funcionamiento. Por ejemplo, lo vas a encontrar para muchos timbres de viviendas, para algunos dispositivos que tienen actuadores mecánicos controlados eléctricamente, para robots, para discos duros, para motores eléctricos (el rotor gira gracias a campos magnéticos que se generan), generadores, altavoces, relés, cerraduras magnéticas, y un largo etc.

¿Cómo funciona?

Aunque ya tengas más o menos clara la forma de operar un electroimán, debes entender bien cómo funciona para atraer o repeler objetos (si cambias polarización). Con este tipo de dispositivos, no tendrás necesidad de usar imanes permanentes para atraer materiales ferromagnéticos como el hierro, cobalto, níquel, y otras aleaciones.

Ten presente el tipo de metal o aleación que vas a usar para tu proyecto, ya que no todos son atraídos por estos imanes.

Para que el electroimán funcione, nos debemos remontar a los estudios del danés Hans Christian Orsted de 1820. Él descubrió que las corrientes eléctricas pueden generar campos magnéticos. Más tarde, el británico William Sturgeron fabricaría el primer electroimán aprovechando ese descubrimiento, y eso se remonta a 1824. Y no sería hasta 1930, cuando Joshep Henry lo perfeccionaría para crear el electroimán que conocemos en la actualidad.

Físicamente estará constituido por una bobina arrollada y dentro de ella un núcleo ferromagnético, como puede ser el hierro dulce, acero y otras aleaciones. Las espiras suelen ser de cobre o aluminio, y tienen una cobertura aislante como un barniz para evitar que hagan contacto, ya que se pondrán muy próximas las unas de las otras o directamente en contacto para compactarlas aún más. Algo similar a lo que ocurre con las bobinas de los transformadores, que también tienen dicho barniz.

La función de las espiras es generar dicho campo magnético, y el núcleo aumentará dicho efecto y lo concentrará para reducir las pérdidas por dispersión. Dentro del material del núcleo, sus dominios se alinearán u orientarán en un sentido gracias a la intensidad generada por la bobina, es decir, se asemeja a lo que ocurre dentro de los imanes permanentes, que también tienen dichos dominios alineados en una dirección concreta según su polo.

Se puede controlar la fuerza de atracción incrementando la corriente que estás pasando por el electroimán. Dicho esto, tengo que decir que no es el único factor que repercute en la fuerza de atracción del electroimán, para aumentar su poder puedes aumentar uno o todos los siguientes factores:

  • Número de espiras de solenoide.
  • Material del núcleo.
  • Intensidad de la corriente.

Cuando cesa la corriente, los dominios tienden a volver a orientarse de forma aleatoria, y por tanto, pierde el magnetismo. Así que, cuando retiras la corriente aplicada, el electroimán deja de atraer. No obstante, puede quedar un campo magnético residual que se denomina magnetismo remanente. Si deseas eliminarlo, puedes aplicar un campo cohercitivo en sentido opuesto o elevar la temperatura del material por encima de la temperatura de Curie.

Conseguir un electroimán

electroimán casero

Como ya he comentado, puedes crearlo tú mismo, si te gusta el DIY o buscas un tipo de electroimán con unas características que no se satisfagan con los que puedes comprar. Otra opción, si eres más perezoso, es que compres el electroimán en cualquier tienda como en Amazon.

Ten en cuenta algo, si vas a comprar el electroimán. Y es que vas a encontrar diferentes precios y varios tipos que tienen características diferentes. Entre ellos, lo que más varia es la cantidad de peso que pueden soportar o atraer. Por ejemplo, los 25N de 2.5Kg, los 50N de 5Kg, los 100N de 10 Kg, los 800N de 80 kg, 1000N de 100 Kg, etc. Los hay mayores para aplicaciones industriales, pero no es frecuente para aplicaciones domésticas… El precio no creas que se dispara tanto entre unos y otros, ya que los tienes desde 3€ a los 20€.

Si te decides a crearlo tú mismo, puedes tener un electroimán barato simplemente enrollando cable para generar una bobina y en su interior debes introducir un núcleo ferroso. Por ejemplo, el electroimán más simple y sencillo que suelen hacer los niños para aprender en los laboratorios, es usar una pila que conectan a un hilo conductor bobinado (debe estar recubierto de barniz aislante o de aislante plástico para que no hagan contacto en las espiras) y dentro de la cual introducen una puntilla como núcleo. Cuando conectan los dos extremos a cada uno de los polos de la pila o batería, se generará un campo magnético en la bobina que atrae metales…

Por supuesto, el electroimán lo puedes perfeccionar con una bobina mayor o usando otro núcleo diferente de metal si quieres conseguir dimensiones y campos magnéticos de superior potencia.

Integración con Arduino

esquema electroiman con Arduino

La integración con Arduino no es nada complicada. Ya sea un electroimán comprado o uno creado por ti mismo, puedes usar directamente las salidas de Arduino y la de alimentación para activar o desactivar el electroimán a tu antojo mediante el código de tu sketch. Pero si quieres hacerlo de una forma mejor, deberías usar algún elemento para controlar el electroimán de una forma más adecuada, especialmente si es un electroimán más potente. En este caso, puedes usar por ejemplo un transistor MOSFET como elemento de control, o un NPN TIP120 (es el que yo usé para probar), e incluso un relé. Así, podrás usar una de los pines digitales para controlar el transistor y éste a su vez al electroimán…

Debes poner un diodo fly back o antiparalelo como el de la imagen, entre los dos conectores del electroimán. También debes incluir una resistencia de 2K ohms como ves en el esquema. El resto de las conexiones son muy simples, como puedes observar. Por supuesto, en este caso, los cables azul y rojo corresponden a la alimentación externa que se aplicará al solenoide.

Recuerda que hay electroimanes de tensión nominal de 6V, 12V, 24V, etc., con lo que debes conocer bien el voltaje que debes aplicar al solenoide para no estropearlo. Puedes ver los detalles en la descripción de Amazon o buscando el datasheet del componente que estés usando. Recuerda respetar también su pinout, que son dos pines, uno para tierra o GND y el otro Vin para aplicar la corriente de control.

El que yo he usado para probar este ejemplo de esquema que he creado en Fritzing es de 6V, así que en las líneas que he puesto hacia la derecha en el esquema se le aplicará +0/6V en el rojo y -0/6V en el azul. Recuerda que en función de la intensidad vas a conseguir más o menos fuerza de atracción.

Para el código, puedes hacer algo simple como lo siguiente (recuerda que puedes modificar el código para en vez de que se active y desactive de forma intermitente tras un rato, como éste, que lo haga en función de otro sensor que tengas en tu circuito, o de que ocurra algún evento…):


const int pin = 3;
//Recuerda que debes usar el pin correcto que hayas utilizado en el esquema eléctrico de tu proyecto
 
void setup() {
  pinMode(pin, OUTPUT);  //definir pin como salida
}
 
void loop(){
  digitalWrite(pin, HIGH);   // poner el Pin en HIGH para activar el electroimán
  delay(10000);               // esperar un segundo
  digitalWrite(pin, LOW);    // poner el Pin en LOW para desactivar el electroimán
  delay(10000);               // esperar un segundo
}


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