Aplicación de campos magnéticos con fines tecnológicos

Con fines tecnológicos, los campos magnéticos se utilizan principalmente para:

• impacto en metal y partículas cargadas,

• magnetización de agua y soluciones acuosas,

• impacto en los objetos biológicos.

En el primer caso campo magnético se utiliza en separadores para la purificación de varios medios alimentarios de impurezas ferromagnéticas metálicas y en dispositivos para la separación de partículas cargadas.

En el segundo, con el objetivo de cambiar las propiedades físico-químicas del agua.

En el tercero, para controlar los procesos de naturaleza biológica.

En los separadores magnéticos que utilizan sistemas magnéticos, las impurezas ferromagnéticas (acero, fundición, etc.) se separan de la masa a granel. Hay separadores con magnetos permanentes y electroimanes. Para calcular la fuerza de elevación de los imanes, se utiliza una fórmula aproximada conocida del curso general de ingeniería eléctrica.

donde Fm es la fuerza de elevación, N, S es la sección transversal de un imán permanente o circuito magnético de un electroimán, m2, V es la inducción magnética, T.

De acuerdo con el valor requerido de la fuerza de elevación, el valor requerido de la inducción magnética se determina cuando se usa un electroimán, la fuerza de magnetización (Iw):

donde I es la corriente del electroimán, A, w es el número de vueltas de la bobina del electroimán, Rm es la resistencia magnética igual a

aquí lk es la longitud de las secciones individuales del circuito magnético con una sección transversal constante y material, m, μk es la permeabilidad magnética de las secciones correspondientes, H / m, Sk es la sección transversal de las secciones correspondientes, m2, S es la sección transversal del circuito magnético, m2, B es la inducción, T.

La resistencia magnética es constante solo para las secciones no magnéticas del circuito. Para secciones magnéticas, el valor de RM se encuentra usando las curvas de magnetización, ya que aquí μ es una cantidad variable.

Separadores de campo magnético permanente

Los separadores más sencillos y económicos son los de imanes permanentes, ya que no requieren energía adicional para alimentar las bobinas. Se utilizan, por ejemplo, en panaderías para limpiar la harina de impurezas ferrosas. La fuerza de elevación total de las grabadoras en estos separadores, por regla general, debe ser de al menos 120 N. En un campo magnético, la harina debe moverse en una capa delgada, de unos 6-8 mm de espesor, con una velocidad de no más de 0,5 m/s.

Los separadores de imanes permanentes también tienen desventajas significativas: su fuerza de elevación es pequeña y se debilita con el tiempo debido al envejecimiento de los imanes. Los separadores con electroimanes no tienen estos inconvenientes, ya que los electroimanes instalados en ellos se alimentan con corriente continua. Su fuerza de elevación es mucho mayor y se puede ajustar mediante la corriente de la bobina.

En la Fig. 1 muestra un diagrama de un separador electromagnético para impurezas a granel.El material de separación se introduce en la tolva de recepción 1 y se mueve a lo largo del transportador 2 hasta el tambor de accionamiento 3 hecho de material no magnético (latón, etc.). El tambor 3 gira alrededor de un electroimán estacionario DC 4.

La fuerza centrífuga arroja el material al orificio de descarga 5, y las ferroimpurezas bajo la acción del campo magnético del electroimán 4 se "pegan" a la cinta transportadora y se separan de ella solo después de que abandonan el campo de acción de los imanes. cayendo en el orificio de descarga de impurezas ferrosas 6. Cuanto más delgada sea la capa de producto en la cinta transportadora, mejor será la separación.

Los campos magnéticos se pueden utilizar para separar partículas cargadas en sistemas dispersos.Esta separación se basa en las fuerzas de Lorentz.

donde Fl es la fuerza que actúa sobre una partícula cargada, N, k es el factor de proporcionalidad, q es la carga de la partícula, C, v es la velocidad de la partícula, m/s, N es intensidad del campo magnético, A / m, a es el ángulo entre los vectores de campo y velocidad.

Las partículas con carga positiva y negativa, los iones se desvían en direcciones opuestas bajo la acción de las fuerzas de Lorentz, además, las partículas con diferentes velocidades también se clasifican en un campo magnético de acuerdo con las magnitudes de sus velocidades.

Arroz. 1. Diagrama de un separador electromagnético para impurezas a granel

Dispositivos para magnetizar el agua.

Numerosos estudios realizados en los últimos años han demostrado la posibilidad de una aplicación eficaz del tratamiento magnético de los sistemas de agua: aguas técnicas y naturales, soluciones y suspensiones.

Durante el tratamiento magnético de los sistemas de agua, ocurre lo siguiente:

• aceleración de la coagulación - adhesión de partículas sólidas suspendidas en agua,

• formación y mejora de la adsorción,

• la formación de cristales de sal durante la evaporación no en las paredes del recipiente, sino en el volumen,

• acelerando la disolución de sólidos,

• cambio en la humectabilidad de las superficies sólidas,

• cambio en la concentración de gases disueltos.

Dado que el agua es un participante activo en todos los procesos biológicos y en la mayoría de los procesos tecnológicos, los cambios en sus propiedades bajo la influencia de un campo magnético se utilizan con éxito en la tecnología alimentaria, la medicina, la química, la bioquímica y también en la agricultura.

Con la ayuda de la concentración local de sustancias en un líquido, es posible lograr:

• desalación y mejora de la calidad de las aguas naturales y tecnológicas,

• líquidos de limpieza de impurezas suspendidas,

• controlar la actividad de las soluciones fisiológicas y farmacológicas de los alimentos,

• control de los procesos de crecimiento selectivo de microorganismos (aceleración o inhibición de la tasa de crecimiento y división de bacterias, levaduras),

• control de los procesos de lixiviación bacteriana de aguas residuales,

• anestesiología magnética.

El control de las propiedades de los sistemas coloidales, los procesos de disolución y cristalización se utiliza para:

• aumentar la eficiencia de los procesos de espesamiento y filtración,

• reducción de depósitos de sales, incrustaciones y otras acumulaciones,

• mejorando el crecimiento de las plantas, aumentando su rendimiento, la germinación.

Notemos las características del tratamiento magnético del agua. 1. El tratamiento magnético requiere el flujo obligatorio de agua a una velocidad determinada a través de uno o más campos magnéticos.

2.El efecto de la magnetización no dura para siempre, sino que desaparece un tiempo después del final del campo magnético, medido en horas o días.

3. El efecto del tratamiento depende de la inducción del campo magnético y su gradiente, el caudal, la composición del sistema de agua y el tiempo que está en el campo. Se observa que no existe una proporcionalidad directa entre el efecto del tratamiento y la magnitud de la intensidad del campo magnético. La inclinación del campo magnético juega un papel importante. Esto es comprensible si consideramos que la fuerza F que actúa sobre una sustancia desde el lado de un campo magnético no uniforme está determinada por la expresión

donde x es la susceptibilidad magnética por unidad de volumen de la sustancia, H es la intensidad del campo magnético, A/m, dH/dx es el gradiente de intensidad

Como regla general, los valores de inducción del campo magnético están en el rango de 0,2-1,0 T, y el gradiente es de 50,00-200,00 T/m.

Los mejores resultados del tratamiento magnético se obtienen con un caudal de agua en el campo igual a 1–3 m/s.

Poco se sabe sobre la influencia de la naturaleza y concentración de las sustancias disueltas en el agua. Se encontró que el efecto de magnetización depende del tipo y la cantidad de impurezas de sal en el agua.

A continuación se muestran algunos proyectos de instalaciones para el tratamiento magnético de sistemas de agua con imanes permanentes y electroimanes alimentados por corrientes de diferentes frecuencias.

En la Fig. 2.muestra un esquema de un dispositivo para magnetizar agua con dos imanes permanentes cilíndricos 3, El agua fluye en el hueco 2 del circuito magnético formado por un núcleo ferromagnético hueco 4 colocado en una caja L La inducción del campo magnético es de 0,5 T, el gradiente es 100.00 T / m El ancho del espacio 2 mm.

Arroz. 2. Esquema de un dispositivo para magnetizar agua.

Arroz. 3.Dispositivo para tratamiento magnético de sistemas de agua.

Los aparatos equipados con electroimanes son ampliamente utilizados. Un dispositivo de este tipo se muestra en la fig. 3. Consta de varios electroimanes 3 con bobinas 4 colocados en un revestimiento diamagnético 1. Todo esto está ubicado en un tubo de hierro 2. El agua fluye hacia el espacio entre el tubo y el cuerpo, protegido por una cubierta diamagnética. La fuerza del campo magnético en este espacio es de 45 000-160 000 A/m. En otras versiones de este tipo de aparatos, los electroimanes se colocan sobre el tubo desde el exterior.

En todos los dispositivos considerados, el agua pasa a través de espacios relativamente estrechos, por lo que se limpia previamente de suspensiones sólidas. En la Fig. 4 muestra un diagrama de un aparato de tipo transformador. Consiste en un yugo 1 con bobinas electromagnéticas 2, entre cuyos polos se coloca un tubo 3 de material diamagnético. El dispositivo se utiliza para tratar agua o celulosa con corrientes alternas o pulsantes de diferentes frecuencias.

Aquí solo se describen los diseños de dispositivos más típicos que se utilizan con éxito en diversas áreas de producción.

Los campos magnéticos también afectan el desarrollo de la actividad vital de los microorganismos. La magnetobiología es un campo científico en desarrollo que encuentra cada vez más aplicaciones prácticas, incluso en los procesos biotecnológicos de producción de alimentos. Se revela la influencia de los campos magnéticos constantes, variables y pulsantes sobre la reproducción, las propiedades morfológicas y culturales, el metabolismo, la actividad enzimática y otros aspectos de la actividad vital de los microorganismos.

El efecto de los campos magnéticos sobre los microorganismos, independientemente de sus parámetros físicos, conduce a la variabilidad fenotípica de las propiedades morfológicas, culturales y bioquímicas. En algunas especies, como resultado del tratamiento, la composición química, la estructura antigénica, la virulencia, la resistencia a los antibióticos, los fagos y la radiación UV pueden cambiar. A veces, los campos magnéticos causan mutaciones directas, pero más a menudo afectan las estructuras genéticas extracromosómicas.

No existe una teoría generalmente aceptada que explique el mecanismo del campo magnético en la célula. Probablemente, el efecto biológico de los campos magnéticos sobre los microorganismos se basa en el mecanismo general de influencia indirecta a través del factor ambiental.