Cuando se desea comparar distintos materiales magéticos entre sí, y a la vez, conocer la aceptación o penetración de ellos en el mercado, a menudo la mejor figura que describe el “mérito” de dicho material lo da la expresión del "Máximo Producto BxH por Dolar":
(BH)max/USD
El Dr. José Luis Giordano, investigador de la Universidad de Talca, explica claramente, en sus publicaciones, el concepto implicado en esta relación. Un material, por ejemplo, requerido para fabricar imanes permanentes debe ser resistente a la desmagnetización. De esta manera, los materiales que poseen una fuerte resistencia a desmagentizarse se les denomina “Materiales Magnéticos Duros”. Para éstos las dos características escenciales corresponden a la Temperatura de Curie, Tc y al máximo producto BxH.
Un material que posea una alta Temperatura de Curie, Tc, funcionará perfectamente para sus objetivos también a altas temperaturas (siempre que T sea menor a Tc), sin destruirse sus propiedades magnéticas. Por otro lado, un mayor valor de (BH)max permite que el imán pueda tener un menor tamaño para una determinada aplicación.
No obstante, si lo que se desea es fabricar un perfecto núcleo de transformador o un electroimán, entonces se requerirán materiales que facilmente puedan desmagnetizarse, es decir, los llamados “Materiales Magnéticos Blandos”. Esto implica un (BH)max inferior a los valores obtenidos para los materiales “duros”.
Sin embargo, y en relación a las aplicaciones en el mercado, se obtiene una mejor cotización del material magnético cuanto más alto sea el valor de BxH dentro de la relación antes inicada, (BH)max/ USD. Es por ello que, para numerosas aplicaciones se llegan a preferir materiales duros como es el caso de algunas ferritas, pues éstas suelen ser menos costosas que algunos alnicos (éstos últimos son “mas duros” que ciertas ferritas).
Por lo anteriormente expresado, los parámetros que un fabricante entrega, referente a los materiales magnéticos que fabrica, además de la Temperatura de Curie Tc y el (BH)max, están los valores para la “Magnetización Remanente” (Mr) y para la “Coercitividad Intrínseca” (Hci). Evidentemente, el “Campo Remanente” o simplemente “Remanencia” se calculará como el producto entre la Permeabilidad Magnética del Vacío y la Magnetización Remanente.
Más, ¿cómo se determinan y entienden los valores Mr, Hci y (BH)max?. La respuesta se encuentra en el Ciclo de Histéresis Magnética.
CICLO DE HISTERESIS MAGNETICA
A continuación, y usando la curva mostrada abajo, describiremos la respuesta magnética de un Metal Ferromagnético o el de una Cerámica Ferrimagnética cuando le es aplicado un campo magnético externo H, respondiendo el material con lo que se denomina Magnetización M. Así, el ciclo M(H) representa la Magnetización M en función de campo aplicado H.
En un comienzo, cuando el material no ha sufrido estrés magnético (material "virgen"), tendremos un M = 0 (punto [1]). Cuando se aplica un campo magnético H, el material responde con la llamada “Curva de Primera Magnetización”, que une los puntos [1] y [2]. Al alcanzarse el punto [2] la magnetización alcanza su máximo valor, denominado “Magnetización de Saturación” Ms, y corresponde al fenómeno en donde los momentos magnéticos alcanzan su máxima alineación posible. Este parámetro es importante toda vez que muestra cuánta magnetización inducida puede tener un “imán temporal” cuando es excitado.
Si luego disminuimos la intensidad de H hasta alcanzar el valor cero, la magnetización M vuelve por valores mayores que los alcanzados en el proceso primero. Este fenómeno se observa entre los puntos [2] y [3], y su explicación se halla en el reordenamiento de los dominios, donde el material pareciese tener “memoria” de haber sido sometido a campos magnéticos superiores. Esta irreversibilidad de la magnetización se conoce como “Histéresis Magnética” del material. Al llegar al punto [3], en ausencia de campo efectivo, el material queda con una “Remanencia” Mr, conocida como “Magnetización Remanente”. Si este valor es multiplicado por el valor de la Permeabilidad Magnética en el vacío, se obtiene la consabida “Remanencia” Br. La importancia de este parámetro radica en el hecho que muestra cuánta magnetización puede almacenar un imán permanente.
Al aumentar el campo H en el sentido opuesto, entre la “Remanencia” y donde M = 0, se obtiene la curva entre los puntos [3] y [4], denominada “Curva de Desmagnetización” del material. La intensidad del campo H necesaria para anular M, se denomina “Coercitividad Intrínseca” o simplemente “Coercitividad” Hci. Para un imán, este es el parámetro más importante, porque representa su resistencia a ser desmagnetizado, además de que permite estimar cuál es la intensidad de campo necesaria para magnetizar el material, que desde un punto de vista práctico, equivale a una 5 veces el valor de la Coercitividad, Hci.
En esta Curva de Desmagnetización, existe un valor de H para el cual el material magnético posee el máximo de energía magnética, es decir, el máximo valor de BxH. A este parámetro (ver area en azul) se le conoce como “Máximo Producto BxH”, o simplemente, (BH)max, y corresponde a una mejor imagen del valor o mérito de un material, en lugar de usar los valores Mr ó Hci por separado. El parámetro (BH)max es el rectángulo de mayor area en el cuadrante II.
Entre los puntos [4] y [5] el material vuelve a ser saturado pero en el sentido opuesto, y de [5] a [6] se retira el campo H y vuelve a quedar con un valor remanente negativo (-Mr), opuesto a mostrado en el punto [3]. Si se aplica un campo nuevamente en el sentido original, de [6] a [7], la magnetización M evoluciona hasta que en [2] se cierra el ciclo de histéresis, donde el material vuelve a estar magnéticamente saturado.
Esta curva de histéresis es equivalente a graficar el campo magnético inducido B, en función del campo magnético aplicado H, es decir, B(H). Así también se obtienen los valores para la Remanencia, Coercitividad y (BH)max.
Un área dentro del ciclo B(H) representa la densidad de energía magnética (J/m3) disipada en forma de calor por unidad de volumen de material. Este calor se debe a la fricción entre los dominios magnéticos.
El área completa encerrada por el ciclo B(H) ó M(H) representa la densidad de energía magnética disipada por unidad de volumen y por ciclo. Mientras mayor sea el área del ciclo de histéresis, “mejor” será el material como imán, y “peor” será como núcleo de transformador.
Cuando un imán opera a temperaturas bajas con respecto a su Temperatura de Curie (Tc), debido al ordenamiento magnético, el imán ferromagnético o la cerámica ferrimagnética operará perfectamente. Sin embargo, si la temperatura aumenta y se tiende a acercar a Tc, todos lo parámetros antes explicados, como Ms, Mr, Hci, (BH)max y el Area del Ciclo de Histéresis serán menores, ya que se produce un desorden magnético por activación térmica. Cuando el material en cuestión alcanza la Tc, el área del Ciclo de Histéresis y el (BH)max son nulas y material, por tanto, pierde toda su remanencia. Por eso, un imán será mejor y rendirá bien cuanto más alta sea su Temperatura de Curie, Tc.
A continuación, y como referencia, se incluyen 5 tipos de materiales con sus respectivos parámetros Br, Hci, (BH)max, entre otros:
CONCLUSIONES
Por todo lo anteriormente expuesto, creemos sería de gran utilidad calcular, para varias muestras metálicas de Veas-01, los Ciclos completos de Histéresis y determinar empiricamente los parámetros Tc, Mr, Hci, (BH)max y la Densidad de Energía Magnética disipada por unidad de volumen y por ciclo. De esta manera podremos conocer si el material superficial de Veas-01 es un Buen Imán, o bien, si se trata de un Buen Nucleo de Transformador.
¿Cuánto será su (BH)max/USD en el mercado?
Es de esperar que, más bien antes que después, sea posible responder a esta interesante pregunta.
