Teoría del solenoide

El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.

Se denomina solenoide a la bobina que, por su diseño, genera un campo magnético de gran intensidad. Esta bobina, de forma cilíndrica, cuenta con un hilo conductor que está enrollado de forma tal que la corriente provoca la formación de un campo magnético intenso. Cabe mencionar que en su etimología encontramos la unión de dos términos de origen griego que pueden traducirse como “en forma tubo”, lo cual se con dice con el aspecto del solenoide.

A través del hilo conductor del solenoide circula la corriente y se genera el campo: mientras más extensa sea la bobina, más uniforme resulta el campo en su interior. De acuerdo al núcleo, el solenoide puede actuar como electro imán.

El solenoide se emplea en una clase de válvula que recibe el nombre de válvula solenoide. La apertura y el cierre de estas válvulas se producen por pulsos eléctricos y pueden controlarse, en ciertos casos, por medio de un programa.

Podemos encontrar solenoides en los automóviles. El solenoide de arranque del vehículo, cuando se gira la llave, se acopla al motor de arranque a través de un eje y logra generar el movimiento necesario para que el motor gire.

Este solenoide, por lo tanto, recibe corriente cuando la llave gira; dicha corriente comienza el procedimiento para forzar el arranque, incluyendo acciones sobre un émbolo, un piñón y el cigüeñal del motor. Una vez que el motor empieza a girar, la reacción del combustible le permite generar su propia energía. De esta manera, deja de ser necesario el giro del cigüeñal.

Cabe destacar que, cuando la llave pasa de “inicio” a la posición de “encendido”, se produce la Desactivación del solenoide. Esto quiere decir que la bobina cilíndrica deja de enviar corriente al motor de arranque.

El beneficio más destacado del uso del solenoide se puede apreciar al realizar ciertos experimentos del campo de la física, y es la uniformidad que ofrece, como se menciona en párrafos anteriores. Por otro lado, también tiene algunas desventajas, como ser que no puede generar un campo magnético elevado si no se cuenta con un sistema de refrigeración y un equipo de elevado coste económico, y que resulta menos directo que las bobinas de Helmholtz.

Las bobinas de Helmholtz, por su parte, tienen forma circular y comparten un mismo eje, así como el mismo nivel de corriente que fluye en un único sentido, y se utilizan en técnicas de laboratorio que buscan un campo magnético de gran uniformidad. Para que el campo central sea lo más uniforme posible, las bobinas deben estar ubicadas a una distancia entre sí que equivalga a su radio.

El físico y matemático de origen francés André-Marie Ampère, que nació a finales del siglo XVIII y vivió hasta mediados del XIX, fue la primera persona en acuñar el término solenoide, y lo hizo en el año 1820. En ese entonces, se encontraba trabajando en un experimento que tenía como tema principal las corrientes circulares.

No ocurre tan a menudo encontrarse con un invento tan antiguo que continúe teniendo relevancia en la actualidad, especialmente si consideramos que su uso tiene lugar en el ámbito de la ciencia, donde los constantes avances dejan obsoletos muchos descubrimientos.

La fórmula para realizar el cálculo del campo magnético en el tercio medio es la siguiente: B = mNi / L. Las variables involucradas en dicha ecuación son la permeabilidad magnética (m), la cantidad de espiras (N), la corriente que circula (i) y la longitud total.

Por otro lado, con estos mismos elementos es posible calcular el campo magnético de los extremos. Para dar con dicha aproximación es necesario hacer un solo cambio: multiplicar por dos la longitud del solenoide antes de dividir el resultado del producto mNi.

La función principal de un solenoide es activar una válvula que lleva su mismo nombre, la válvula solenoide. Esta válvula opera de acuerdo a los pulsos eléctricos de su apertura y de su cierre.

Por lo general, este tipo de dispositivo se puede programar según ciertos horarios y dentro de sus usos más comunes se encuentran los sistemas de regulación hidráulica y neumática. Dentro de este último campo, es frecuente utilizarlo para permitir el flujo o realizar la detención de corrientes de alto amperaje en los motores de arranque. Debido a su funcionamiento, es posible encontrar solenoides en varias partes de un motor, no sólo en el motor de arranque.

Para hacer que uno de estos dispositivos cumpla sus funciones, es necesario aplica corriente positiva a uno de sus terminales. Se aplican cargas positivas y no negativas ya que esta última está aplicada en el momento en que se instala, en la tierra. En el único caso en que este principio no es aplicable, es para los motores de arranque. Estos motores son controlados por un interruptor, o switch, que impide que el vehículo comience a movilizarse a menos que éste se encuentre en neutro o en parking. Este interruptor está ubicado en la transmisión del vehículo y está conectado eléctricamente a fin de que se mueva junto al movimiento de la palanca de cambios.

Es importante mencionar que existen varios tipos de solenoide, por lo que es lógico que su instalación y conexión también varíe. No obstante, ya se trate de un solenoide u otro, y se le den usos diferentes, todos ellos operan bajo el mismo principio explicado con anterioridad.