¿Qué es la pérdida por histéresis?
¿Qué es la pérdida por histéresis?
La pérdida por histéresis se refiere a la disipación de energía que ocurre en materiales ferromagnéticos (como núcleos de hierro) debido al efecto de histéresis durante el proceso de magnetización. Cuando el campo magnético externo cambia, la magnetización del material ferromagnético no sigue inmediatamente el cambio en el campo magnético; en su lugar, hay un retraso. Específicamente, cuando la intensidad del campo magnético vuelve a cero, la magnetización no regresa completamente a cero, sino que requiere un campo magnético inverso para eliminar la magnetización residual. Este retraso resulta en una disipación de energía como calor, lo que se conoce como pérdida por histéresis.
El bucle de histéresis es una representación gráfica de este fenómeno, mostrando la relación entre la intensidad del campo magnético (H) y la densidad de flujo magnético (B). El área encerrada por el bucle de histéresis representa la pérdida de energía por unidad de volumen del material para cada ciclo completo de magnetización.
Papel de la pérdida por histéresis en circuitos magnéticos
Pérdida de energía:
En transformadores, motores y otros dispositivos electromagnéticos, el núcleo suele estar hecho de material ferromagnético. A medida que estos dispositivos operan, el campo magnético dentro del núcleo cambia frecuentemente de dirección e intensidad. Cada cambio en el campo magnético conduce a pérdidas por histéresis, resultando en la disipación de energía como calor.
Esta pérdida de energía reduce la eficiencia general del dispositivo porque parte de la energía de entrada se desperdicia en calentar el núcleo en lugar de ser utilizada para el trabajo previsto.
Aumento de temperatura:
El calor generado por las pérdidas por histéresis puede causar un aumento en la temperatura del núcleo. Si la temperatura se vuelve demasiado alta, puede dañar los materiales de aislamiento, acortar la vida útil del equipo o incluso causar fallos.
Por lo tanto, al diseñar y seleccionar materiales ferromagnéticos, es crucial considerar sus características de histéresis para minimizar la generación innecesaria de calor.
Impacto en el rendimiento del dispositivo:
Las altas pérdidas por histéresis pueden reducir la eficiencia del dispositivo, especialmente en aplicaciones de alta frecuencia donde estas pérdidas son particularmente significativas. Para mejorar la eficiencia, a menudo se eligen materiales de baja coercitividad y baja pérdida por histéresis, como el acero silicio o aleaciones amorfas.
En algunos casos, el diseño del circuito magnético puede optimizarse para reducir la frecuencia de cambios en la densidad de flujo magnético, minimizando así las pérdidas por histéresis.
Cálculo de la pérdida por histéresis:
La pérdida por histéresis se puede estimar utilizando la ecuación de Steinmetz:
donde, Wh es la pérdida por histéresis por unidad de volumen (vatios por metro cúbico);
kh es una constante relacionada con el material;
f es la frecuencia de los cambios del campo magnético (hercios);
Bm es la densidad de flujo magnético máxima (tesla);
n es un exponente empírico, que generalmente varía entre 1.6 y 2.0.
Resumen
La pérdida por histéresis es la disipación de energía causada por el efecto de histéresis en materiales ferromagnéticos, manifestándose principalmente como calor. En circuitos magnéticos, afecta la eficiencia y el aumento de temperatura de los dispositivos, por lo que se debe prestar especial atención a la selección de materiales y al diseño. Al elegir materiales adecuados y optimizar diseños, las pérdidas por histéresis pueden reducirse eficazmente, mejorando el rendimiento general y la vida útil del equipo.
