5 parámetros clave de funcionamiento del separador de corrientes de Foucault

Alrededor del mundo, plantas de reciclaje depender de Separadores de corrientes parásitas para separar y recuperar varios tipos de metales conductores no ferrosos. Un separador de corrientes de Foucault funciona utilizando fuerzas magnéticas de alta resistencia que repelen y expulsan metales no ferrosos. Ejemplos de materiales separados por un separador de corrientes de Foucault incluyen latas de refresco de aluminio, láminas de aluminio en envases desechados y diferentes tamaños de chatarra y alambre de aplicaciones de reciclaje automotriz, de electrodomésticos y electrónicos de ASR e ICW.

El primer separador de corrientes de Foucault fue desarrollado por Bird Group, un reciclador de metales con sede en el Reino Unido, en 1981. El desarrollo del separador de corrientes de Foucault fue tan importante que dio como resultado que Bird Group recibiera el premio Príncipe de Gales a la tecnología. e Innovación y el Premio Mundial de Mañana al Desarrollo e Innovación Tecnológicos. El diseño del Separador de corrientes de Foucault cambió permanentemente el panorama del reciclaje de metales al hacer que sea mucho más fácil y más eficiente separar y recuperar metales no ferrosos de gran valor como el cobre y el aluminio. En los años que siguieron a su invención inicial, la tecnología Eddy Current Separator ha seguido creciendo y evolucionando.

Hay muchos proveedores diferentes que ofrecen cada uno sus propios diseños únicos de separadores de corrientes de Foucault, todos con diferentes capacidades de separación.

Para separar con éxito los metales no ferrosos con un separador de corrientes de Foucault, hay varios criterios clave a considerar. Esta revisión técnica evalúa cinco de las características clave de diseño del separador de corrientes de Foucault y tiene como objetivo disipar algunos mitos comunes sobre este equipo. Las cinco características de diseño que repasaremos son:

1. La velocidad de rotación del rotor magnético.
2. La velocidad de la correa de alimentación.
3. La longitud de la correa de alimentación
4. La necesidad de eliminar previamente el metal ferroso
5. La fuerza magnética relativa del rotor.

1. Velocidad del rotor

El diseño de un separador de corrientes de Foucault se basa en un rotor magnético que tiene polos magnéticos alternos (norte / sur) que giran continuamente dentro de una carcasa no metálica que también gira, pero a un ritmo más lento. Una cinta de alimentación de uretano gira a la misma velocidad que la carcasa exterior no metálica, y esta cinta de alimentación transporta el material al campo magnético de mayor velocidad de rotación que genera el rotor. Aquí, los metales no ferrosos son inducidos por corrientes parásitas impulsadas magnéticamente. En la partícula de metal no ferroso, las corrientes parásitas generan una corriente eléctrica. Entonces, la partícula de metal no ferroso producirá su propio campo magnético. Este nuevo campo magnético reaccionará entonces con el campo magnético del rotor, creando un efecto repulsivo que hace que el metal conductor no ferroso sea repelido y, por tanto, separado del flujo de producto original.

Esta separación está de acuerdo con dos leyes:

Ley de inducción de Faraday: Esta ley se relaciona con el lugar donde se inducen las corrientes eléctricas cuando los conductores entran en un campo magnético giratorio. Por ejemplo, un conductor puede ser un metal no ferroso como una pieza de aluminio o cobre.

Ley de Lenz: En esta ley, las corrientes parásitas inducidas crean un campo magnético que se opone al campo magnético que lo creó inicialmente. Como resultado, el metal conductor será repelido lejos de la fuente magnética.

Teóricamente, si hubiera un aumento en el número de cargas de polaridad por segundo, habría un efecto positivo en la eficiencia de la separación (es decir, más cambio de flujo generaría un campo magnético reactivo mayor en el metal no ferroso). Sin embargo, las pruebas que investigan esta teoría han demostrado que a medida que aumenta la velocidad del rotor (y aumenta la tasa de cambio de polaridad), el desplazamiento real o la distancia de proyección de una partícula de metal no ferroso alcanza un pico. Una vez que haya alcanzado este pico, el desplazamiento de las partículas de metales no ferrosos se mantendrá o incluso disminuirá. Esta caída puede ser significativa en el caso de partículas más pequeñas.

Cuando se investigó más la relación entre la velocidad del rotor magnético y la distancia de proyección de una partícula de metal no ferroso, se encontró que la cantidad de energía repulsiva inducida en una partícula de metal no ferroso es proporcional al tiempo de permanencia en el campo. Un tiempo de permanencia más corto resulta en menos energía inducida. Por lo tanto, la energía reducida conduce a una reducción en el desplazamiento o lanzamiento de una partícula de metal no ferroso.

Otras consideraciones a tener en cuenta en términos de velocidad del rotor incluyen el mantenimiento y el desgaste. Cuando se aumenta la velocidad del rotor, los componentes clave, como los rodamientos, experimentan un factor de desgaste más alto.

En la práctica, cada diseño de rotor magnético tiene una velocidad de rotación óptima que producirá el mejor nivel de desplazamiento de metales no ferrosos para cada aplicación. Comúnmente, esta velocidad se encuentra entre 2000 y 5000 RPM. Existe la percepción de que una mayor velocidad o frecuencia del rotor siempre dará como resultado un mayor nivel de separación de metales no ferrosos, pero esta percepción es errónea.

• Descripción general técnica del separador de corrientes de Foucault por el profesor Neil Rowson 

2. Velocidad de la correa

La correa de un separador de corrientes de Foucault es el mecanismo que transporta el material al campo magnético giratorio del rotor magnético de la polea principal. La velocidad de la cinta es el factor que determinará la profundidad de carga del transportador, el tiempo de permanencia del material en el campo magnético y cuál será la trayectoria del material al salir de la cinta.

Profundidad de carga

Para lograr una separación óptima, debe haber una monocapa de material que sea uniformemente delgada. Un sistema de alimentación de dos etapas produce las características de alimentación ideales. Como paso inicial en el proceso, un alimentador vibratorio distribuirá uniformemente el material de alimentación a lo largo de todo el ancho de la bandeja. El ancho de esta bandeja será ligeramente más estrecho que el ancho de la banda del separador de corrientes de Foucault. Luego, este material se alimentará a la cinta de movimiento más rápido del Separador de corrientes de Foucault, que luego esparcirá el material más allá para que alcance la profundidad de una sola partícula. Esta reducción de la profundidad de carga a una monocapa aumenta la eficiencia de la separación al reducir el riesgo de que las partículas de metales no ferrosos colisionen con materiales no metálicos.

Tiempo de permanencia

El tiempo de permanencia de una partícula en el campo magnético giratorio viene dictado por la velocidad de la cinta en la que viaja la partícula. Si hay un tiempo de permanencia más largo, se inducirá más energía en la partícula conductora de metal no ferroso. En un ejemplo extremo, si se permite que el aluminio permanezca en el campo giratorio durante demasiado tiempo, se volverá excepcionalmente caliente y recocido. En el otro extremo del espectro, una velocidad de cinta demasiado alta transferirá material a través del campo magnético con demasiada rapidez, reduciendo así el efecto de separación.

Trayectoria material

La velocidad de la cinta de cualquier transportador creará una trayectoria de material a medida que sale de la cinta. Cuando está en funcionamiento, las velocidades más altas de la banda dan como resultado proyecciones más largas y más altas de material transportado que se alejan de la polea principal. Para lograr una separación exitosa de metales no ferrosos en un separador de corrientes de Foucault, es esencial comprender todas las fuerzas que impactan en las partículas, incluida la velocidad de la banda.

Las fuerzas a las que está sujeta una partícula de metal no ferroso al ingresar al campo magnético giratorio del Separador de Corrientes de Foucault incluyen:

• Fuerza de repulsión de la corriente de Foucault del rotor magnético
• Propulsión del transportador proporcional a la velocidad de la cinta
• Gravedad

Combinadas, estas tres fuerzas producen una fuerza resultante que luego determinará la trayectoria de la partícula de metal no ferroso.

La repulsión de la corriente de Foucault (aquí, la fuerza A) solo generará una reacción en una partícula conductora de metal no ferroso. Mientras tanto, las fuerzas B y C afectan a todo el material de la cinta transportadora. Esto significa que si el tamaño, la forma y el peso de cada partícula en el transportador fuera el mismo y no hubiera un rotor magnético para tener en cuenta, la trayectoria de lanzamiento sería la misma. Cuando se tiene en cuenta la repulsión de la corriente de Foucault, la trayectoria de la partícula no ferrosa se altera, impulsándola hacia arriba y alejándola del rotor magnético.

Cuando se pone en servicio un separador de corrientes de Foucault, los técnicos suelen pasar inicialmente material no metálico sobre la unidad para que puedan comprobar la trayectoria del material para colocar correctamente el separador. La adición de una fracción de metales no ferrosos permite comparar las dos trayectorias, y luego se puede determinar el ajuste óptimo del divisor. Este divisor permite separar los constituyentes de metales no metálicos y no ferrosos.

Sin embargo, en el caso de que la Fuerza B, la fuerza de avance de la cinta de alimentación, aumente, mientras que todas las demás fuerzas permanecen constantes, el vector de fuerza resultante se aplanará y alcanzará un punto donde las trayectorias de materiales no metálicos y metales no ferrosos las partículas se cruzan entre sí o se vuelven casi idénticas. En esta situación, la diferencia limitada entre las dos trayectorias evitará que se logre una separación óptima.

Debido a que los diferentes separadores de corrientes de Foucault tendrán diferentes diseños de rotores magnéticos, y debido a que la forma, el tamaño y otras características de las partículas de metales no ferrosos pueden variar tanto, no existe una velocidad de banda única para todos. . Para determinar la velocidad óptima de la banda, primero se deben tener en cuenta la aplicación y la instalación.

3. Longitud de la correa de alimentación

La longitud de la cinta transportadora de un separador de corrientes inducidas puede variar significativamente. Parte de esto se debe a las afirmaciones de que las correas más largas mejorarán el nivel de separación logrado. Para determinar la longitud de la correa, los ingenieros analizan la función de la correa y cómo interactuará con las otras partes del sistema de separación mayor.

El trabajo de una cinta transportadora es simple: transportar el material al campo magnético giratorio, también conocido como la "zona de separación". Para lograr una separación óptima, el material se asentará e idealmente aún en la cinta transportadora antes de ingresar a la zona de separación. Las cintas transportadoras más largas permiten un mayor tiempo de permanencia para que el material se asiente.

Sin embargo, las partículas de material se depositan más rápido cuando se alimentan a la banda a través de un alimentador vibratorio. La acción del alimentador vibratorio distribuye uniformemente el material a lo ancho de la bandeja antes de dejarlo caer suavemente sobre la banda que se mueve más rápidamente. Esto hace que el material se extienda aún más. Pero, al minimizar la altura de caída desde el alimentador vibratorio hasta la cinta, se minimiza el rebote del producto y se asienta la corriente más rápidamente, que debe asentarse antes de que la corriente llegue al campo magnético. En la práctica, la utilización de un alimentador vibratorio elimina la necesidad de que los separadores de corrientes de Foucault tengan cintas transportadoras largas.

En algunas aplicaciones especializadas, el material que se alimenta directamente desde un alimentador vibratorio (con una trampa o bandeja no metálica) a la zona de separación puede eliminar la necesidad de cualquier banda. Sin embargo, la correa sigue siendo importante, ya que funciona como un dispositivo de limpieza que transporta cualquier material magnético atraído fuera de la corriente de producto y lejos de la carcasa del rotor del separador de corrientes de Foucault.

4. Eliminación de metales ferrosos

Aunque el separador de corrientes de Foucault es un sistema basado en principios magnéticos, a menudo existe confusión con respecto a la separación de metales ferrosos.

En resumen, el separador de corrientes de Foucault tiene dos poleas y una correa. Una de estas poleas es magnética. Debido a las leyes de la física, la polea de cabeza magnética (o rotor) atrae metales ferrosos. Por lo tanto, el sistema separaría los metales no magnéticos de los metales ferrosos magnéticos. Sin embargo, existen algunas limitaciones asociadas con esto.

Rotores concéntricos

Un Separador de Corrientes de Foucault que utiliza un diseño de rotor magnético concéntrico tiene un rotor magnético que mantiene el mismo espacio entre la carcasa exterior no magnética y los imanes internos en toda la circunferencia del rotor. El rotor magnético de alta resistencia está construido con potentes imanes de neodimio de tierras raras que mantienen el metal ferroso firmemente en su lugar, a expensas de dificultar la descarga de la correa. Además, debido al campo magnético giratorio de alta velocidad, el metal ferroso que no se puede descargar permanece en la parte superior de la correa en el punto inferior del rotor magnético. Debido a que el campo magnético gira y cambia constantemente, el metal vibra y se calienta mucho. Como resultado, una vez que la cinta transportadora se detiene, este metal ferroso al rojo vivo puede quemar fácilmente un agujero a través de la cinta y en la superficie de la carcasa no metálica. Con el tiempo, el desgaste continuo resultante del metal ferroso conducirá al deterioro y agujeros en la superficie de la carcasa no metálica. Luego, los metales ferrosos atraídos pasarán a través de estos orificios y se unirán a los imanes del rotor, lo que provocará una falla catastrófica del equipo. Por lo tanto, en estos escenarios es importante tener la máxima separación magnética del material corriente arriba antes de que la corriente aterrice en el cinturón de corrientes de Foucault.

Rotores excéntricos

Un rotor de corriente parásita que utiliza un diseño de rotor magnético excéntrico monta un rotor más pequeño en el cuadrante superior de la carcasa no metálica. En este diseño, el material magnético atraído se moverá a través de un campo magnético decreciente hasta que finalmente alcance un punto en el que se desprenda del cinturón. Este metal ferroso se descarga a menudo en la fracción no metálica. Pero, incluso en este escenario, la separación magnética aguas arriba es fundamental para minimizar la cantidad de material ferroso que entra en contacto con el campo de corrientes de Foucault.

Mejores prácticas

Para lograr una óptima recuperación y separación de metales, se debe implementar un enfoque de múltiples etapas, con materiales específicos que se recuperan en diferentes etapas. La instalación de una separación magnética aguas arriba, como una correa cruzada magnética, imanes de polea e imanes de tambor, permite la recuperación exitosa de metales ferrosos valiosos antes de que el material se introduzca en el separador de corrientes inducidas. La mayoría de los sistemas utilizarán separación magnética dual con un correa cruzada magnética, y luego un polea de cabeza neo magnética o un separador de tambor neo magnético antes de que la corriente llegue al cinturón de corrientes de Foucault. Esto permite una separación y recuperación segura no obstructiva de los metales no ferrosos en el separador de corrientes de Foucault.

5. Fuerza magnética del rotor

Anteriormente, vimos que las leyes de Faraday y Lenz sugieren que el campo magnético giratorio más fuerte podría producir un efecto repulsivo mayor. Sin embargo, en funcionamiento, se ha demostrado que este no es el caso.

El rotor de un separador de corrientes de Foucault está construido con varios imanes permanentes potentes. Estos imanes pueden ser de tierras raras de neodimio o ferrita cerámica, y están unidos a un soporte de acero. Las dimensiones del imán permanente, tanto la longitud del arco alrededor del rotor como el grosor del bloque, determinarán el alcance del campo magnético.

• Un imán más largo y grueso producirá un campo magnético más profundo.
• Un imán más corto y delgado producirá un campo magnético intenso y poco profundo.

Independientemente de si un imán es largo o corto, la máxima intensidad magnética ocurrirá en el polo (o superficie) del imán que está montado en el soporte del rotor magnético. Un parámetro clave en el diseño se centra en minimizar la distancia entre la superficie de la correa y el polo magnético, ya que la fuerza de un campo magnético disminuye a medida que aumenta la distancia. Esta distancia está influenciada por cuatro variables:

1. Envoltura de fibra de carbono: los imanes se colocan para asentarse en el portador de imanes del rotor, que gira de forma independiente dentro de la carcasa no magnética. Para sujetar de forma segura los imanes al portador, se envuelve cinta de fibra de carbono alrededor del conjunto del rotor magnético.

2. Espacio de aire: debe haber un espacio de aire suficiente entre la superficie de la cinta de fibra de carbono y el interior de la carcasa para garantizar que no se produzca ningún contacto, incluso cuando puede haber un pequeño grado de flexión cuando el rotor gira a altas velocidades .

3. Espesor de la carcasa: para resistir el desgaste causado por los entornos de trabajo exigentes, la carcasa debe ser lo suficientemente gruesa para resistir la deflexión a través de transportadores más anchos.

4. Espesor de la banda: Las bandas también deben diseñarse para soportar condiciones de trabajo difíciles, y algunas aplicaciones requerirán diseños de bandas de alimentación más gruesas y robustas y otras pueden utilizar bandas de uretano más delgadas para minimizar el espacio.

Cuando se tienen en cuenta la envoltura de fibra de carbono, el espacio de aire interno, el grosor de la carcasa y el grosor de la correa, habrá varios milímetros de espacio entre la superficie de la correa y el punto de máxima fuerza magnética. Una vez establecidos estos parámetros, el siguiente paso es determinar cuál será el rendimiento esperado de los rotores con imanes cortos o largos.

Los imanes más cortos producen un campo magnético intenso, pero el campo es de menor altura. La intensidad magnética disminuye rápidamente a medida que llega a la superficie del cinturón, y el campo magnético en la superficie del cinturón es más bajo que en la cara de un imán. Comparativamente, los imanes más largos pueden lanzar un campo magnético más profundo. Al aplicar esta información en la práctica, significa que un rotor magnético con imanes de tierras raras de neodimio cortos, pero excepcionalmente fuertes, puede producir en última instancia un campo magnético más débil en la superficie de la correa en comparación con un rotor construido con imanes de ferrita de fuerza estándar más largos en el punto de separación. (es decir, en la superficie del cinturón).

Un campo magnético poco profundo o profundo tiene un gran efecto; significa que clasificar un rotor magnético como "fuerte" o "débil" dependerá en última instancia por completo de dónde se tome la medición que respalde esa descripción. Por ejemplo:

Tabla 1: Comparaciones del rotor del separador de corrientes inducidas

En última instancia, la aplicación en la que se utiliza un separador de corrientes inducidas siempre determinará la selección del diseño del rotor magnético. Por ejemplo, si el objetivo es proyectar un campo magnético en el centro de una gran partícula no ferrosa, como una lata de aluminio, lo mejor será un rotor con imanes más largos que puedan producir un campo magnético profundo. Como otro ejemplo, si el objetivo es la separación de pequeñas partículas de metales no ferrosos, como las que se encuentran en el suelo plástica, es mejor usar un rotor con imanes más cortos y un campo magnético más intenso y menos profundo.

Es de vital importancia comprender estos principios al considerar qué diseño y tipo de separador de corrientes de Foucault se adaptará mejor a una aplicación específica. No es suficiente que se les diga que el campo magnético es "el más fuerte del mercado", ya que esto no determinará si el diseño del rotor del separador de corrientes de Foucault es realmente capaz de ofrecer el nivel óptimo de separación.

Selección de un separador de corrientes de Foucault

Para seleccionar el separador de metales no ferrosos óptimo, es fundamental comprender la aplicación en la que se utilizará. Nuestros ingenieros consideran lo siguiente:

Material:
• Qué es el material y en qué forma está
• Cómo se alimenta el material
• ¿Se ha eliminado el material ferroso de la corriente?
• Rango de tamaño de partículas (típicamente entre 3 mm y 50 mm)
• Partículas de metales no ferrosos
• Forma de partículas de metales no ferrosos (por ejemplo, angulares, de alambre, esféricas, etc.)
• Nivel de humedad del pienso
• Objetivo de separación
• Objetivo de recuperación %
• Objetivo de pureza %

Instalación:
• Alimente el ancho del transportador o cómo se alimentará el material
• El tipo de separación ferrosa magnética a utilizar, o si la separación ferrosa magnética ya está instalada aguas arriba
• Capacidad de flujo deseada por el cliente
• Tipo de alimentación a utilizar para obtener la velocidad y profundidad de carga deseadas

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