Poderoso electroimán creado por eafitenses fue
patentado por la SIC

Instrumentos como el Electroimán dipolar tipo H, que son novedosos para la ciencia y apoyan la investigación que se hace en la Universidad, son desarrollados gracias al trabajo interdisciplinario entre docentes y estudiantes.

Esta patente que recibieron investigadores eafitenses tiene aplicaciones que pueden ir, por ejemplo, desde la fabricación de computadores hasta la cura de enfermedades. Es un dispositivo utilizado para la caracterización magnética de materiales por métodos estáticos e inductivos conocido como Electroimán dipolar tipo H, que genera una mayor densidad de campo magnético a través de una corriente eléctrica. Este es un desarrollo del profesor Álvaro Andrés Velásquez Torres, docente e investigador del Departamento de Ciencias Físicas de EAFIT; y Juliana Baena Rodríguez, egresada del pregrado en Ingeniería Física de la Universidad, patentado por la Superintendencia de Industria y Comercio de Colombia (SIC).

Este tipo de instrumentos permiten estudiar las propiedades de los materiales magnéticos, los que, finalmente, pueden ser aplicados en diversos sectores de la industria como materia prima. Por ejemplo, en la fabricación de tecnologías como los discos duro de los computadores que son pequeños imanes o, incluso, avanzadas aplicaciones en nanomedicina para fabricar diminutas partículas magnéticas con el potencial de combatir enfermedades.

La invención fue titulada Electroimán bipolar tipo H que incluye un circuito magnético paralelepípedo recto de acero con las aristas interiores redondeadas y tiene patente por la resolución número 929 del 21 de enero de 2020 de la SIC. Una de sus novedades, con respecto a las referencias comerciales similares del dispositivo, es la geometría lograda en su diseño, que evidenció una mejor respuesta en las experimentaciones hechas en laboratorio. Se trata, entonces, de la patente número 54 que logra la Universidad.

"Se modeló de sistema con todo el conocimiento que se tenía de electromagnetismo y llegamos a algo muy interesante: con cierta geometría del electroimán, de los polos, del núcleo magnético, de las bobinas se podría llegar a un campo magnético superior al que daba el sistema comercial. Eso fue lo que predijo el modelo, los cálculos numéricos que hubo que hacer primero", dice el inventor Álvaro Andrés Velásquez Torres, doctor en Física y coordinador de la maestría en Física Aplicada de EAFIT.

Para el desarrollo físico del electroimán se diseñaron los planos del dispositivo y se usaron materiales como el acero. Ensamblado el sistema, los investigadores observaron que se obtuvo un campo aproximadamente de 1.6 teslas, superior al modelo comercial con el que contaban en el laboratorio.

"Vimos que teníamos una geometría y unos materiales, que a la manera que fueron diseñados, introducían una ventaja en lo que hasta el momento son los electroimanes similares. La forma como habíamos hecho el circuito magnético con bordes redondeados y no rectos, esa fue la novedad y logramos incrementar la densidad del flujo magnético", explica el investigador.

Al medir la susceptibilidad de los materiales con estas técnicas y analizar las curvas de histéresis para identificar las propiedades magnéticas, mediante este instrumento de laboratorio es posible caracterizar las materias primas, por ejemplo, las partículas de hierro y sus aleaciones con otros materiales ferromagnéticos.

"La investigación en materiales magnéticos ha tomado relevancia internacional en las últimas décadas dada las diversas aplicaciones industriales. Aplicaciones ampliamente extendidas como los dispositivos de Resonancia Magnética Nuclear (MRI) son un excelente exponente de la implementación del diseño de circuitos magnéticos, generadores de intensos campos magnéticos aplicados en imágenes médicas. Encontramos aplicaciones en física de partículas y confinamiento magnético de plasma para reacciones termonucleares, donde las condiciones experimentales requieren campos magnéticos en órdenes de magnitud considerables", comenta la coinventora Juliana Baena Rodríguez, que resalta el apoyo de la Fundación Educación Suiza y del ecosistema de Innovación de EAFIT para realizar la investigación.

El profesor Álvaro Velásquez, experto en física y magnetismo de EAFIT, identificó la necesidad de desarrollar un electroimán que permitiera realizar experimentos con un mejor rendimiento al que existía en ese momento en el Centro de Laboratorios de la Universidad.

En el año 2014, cuando fue solicitada la patente, la investigadora Juliana Baena era estudiante del pregrado de Ingeniería Física y realizaba su tesis de grado. Fue ella, apasionada por el estudio del magnetismo, quien impulsó este desafío académico.

"Este desarrollo permitió la consolidación del Laboratorio de Instrumentación y Espectroscopia , estableciendo una nueva línea en caracterización de materiales magnéticos", señala la investigadora, quien está en Estados Unidos y es una de las embajadoras de la ciencia colombiana.

Aplicando sus conocimientos en física y métodos numéricos para modelar con qué materiales y geometrías desarrollar el dispositivo, la investigadora pudo implementar el Electroimán dipolar tipo H con éxito. Para esto usó el método numérico de elementos finitos, que es muy utilizado en ingeniería para resolver numéricamente ecuaciones diferenciales complejas.

"Nuestro dispositivo refleja la tenacidad en el desarrollo de instrumentación concebida in-house, cerrando la brecha entre la ciencia básica y la comercialización. Permitiendo así visibilizar la comunidad magnética colombiana a estándares internacionales", comenta Juliana.

Este desarrollo tiene diversas aplicaciones científicas e industriales. Algunos sectores suelen utilizar estos electroimanes para la separación de materiales magnéticos, por ejemplo, para descontaminar materias primas con las que se hace el cemento. A su vez, el material magnético se podría recuperar y ser aplicado en otros sectores de la industria.

"La patente exige que sea de un nivel inventivo justificado desde el punto de vista científico y la geometría que tenía nuestro sistema introduce ventajas en el desarrollo con respecto a otros sistemas similares", complementa Álvaro Velásquez, quien ha dedicado gran parte de su carrera al desarrollo de equipos de laboratorio.