Investigo el funcionamiento de las electroválvulas y su accionamiento por solenoide. Sintetizo la información en una infografía u organizador gráfico.

La actividad pide dos cosas: (a) comprender la física del solenoide y de la válvula electromagnética, y (b) organizar esa información en un gráfico que siga el modelo de la página (titular, encabezado, cuadro estadístico, gráfico, textos, imagen central con primer plano, línea de tiempo, fuente y créditos).

Es una válvula que regula el paso de un fluido (agua, aire, gas, aceite) mediante un elemento móvil accionado eléctricamente. El componente que convierte la señal eléctrica en movimiento es el solenoide (una bobina de alambre aislado enrollada en espiras).

Al circular una corriente I por la bobina de N espiras, cada espira produce un campo magnético. Superpuestos, generan un campo dentro del solenoide aproximadamente uniforme, dirigido según el eje:

B = \mu_0 \, n \, I, \qquad n = \frac{N}{L}

Donde \mu_0 = 4\pi \times 10^{-7} \, \text{T·m/A} es la permeabilidad del vacío y L la longitud del solenoide.

La fuerza magnética sobre el armadura (núcleo móvil de sección A) se deriva de la energía W = \frac{1}{2} L I^2 con L = \frac{\mu_0 N^2 A}{\ell} (\ell = longitud del entrehierro):

F = \frac{B^2 A}{2\mu_0}

O sea: duplicar la corriente cuadruplica la fuerza; duplicar el número de espiras cuadruplica B y, por tanto, la fuerza.

El solenoide tiene autoinductancia L y resistencia R. Al aplicar un voltaje V:

• Corriente de atracción (inrush): I_{\text{atracción}} = V/R (sin inductor), aparece el primer instante porque la inductancia se opone al cambio súbito de corriente.
• Corriente de mantenimiento: I_{\text{mant}} = V/R (cuando el circuito ya está en régimen permanente y V = IR).
• Constante de tiempo: \tau = L/R, la corriente crece según I(t) = \frac{V}{R}\left(1 - e^{-t/\tau}\right).
• Flujo en la espira: \varepsilon = -L\frac{dI}{dt} (ley de Lenz: se opone al cambio).
• Energía almacenada: W = \frac{1}{2}LI^2, que se disipa como calor en R (efecto Joule) al desconectar.

1. Sin corriente: el resorte empuja el pistón (armadura) contra el asiento y cierra (o abre) el orificio; la válvula está en su posición normal (NC o NO).
2. Al energizar: el campo magnético atrae la armadura hacia el centro de la bobina; la fuerza F vence la del resorte F_{\text{resorte}} = kx y el pistón se desplaza, comunicando el paso del fluido.
3. Al cortar la corriente: el campo colapsa, el resorte devuelve el pistón a su posición inicial y el flujo se corta.

Relación: I_{\text{mant}} = I_{\text{atracción}} en DC, pero en AC la corriente de atracción es mayor que la de mantenimiento (el flujo que aumenta el impedancia Z = \sqrt{R^2 + (\omega L)^2} reduce la corriente cuando el núcleo se cierra).

TITULAR: El solenoide que manda en el agua: física de la electroválvula

ENCABEZADO: ¿Por qué una corriente de 0,4 A puede mover una válvula de caudal grande?

GRÁFICO: curva de la fuerza magnética F = B^2A/2\mu_0 vs. corriente I (parábola).

IMAGEN CENTRAL (PRIMER PLANO): corte de la válvula: 1) bobina, 2) armadura, 3) resorte, 4) asiento, 5) orificio, 6) diafragma, 7) carcasa y tomas.

TEXTO 1: Al pasar corriente, la bobina crea un campo B = \mu_0 n I que atrae la armadura y vence al resorte.

TEXTO 2: Al cortar la corriente, el campo colapsa (ley de Lenz) y el resorte regresa el pistón, cerrando el paso.

FUENTE: https://n9.cl/qw3zd

CRÉDITOS: Investigación y diseño: estudiante — Texto de Física, 2.º BGU.

mindmap
  root((Electroválvula\npor solenoide))
    Solenoides
      Bobina de N espiras
      Campo B = mu0 n I
      Fuerza F = B^2 A / 2 mu0
      Autoinductancia L = mu0 N^2 A / l
      Constante tau = L / R
    Partes
      Bobina
      Armadura
      Resorte
      Asiento y orificio
      Diafragma
      Carcasa y tomas
    Tipos
      Acción directa
      Pilotoada
      Bistable
      Asistida por presión
    Aplicaciones
      Riego y bombeo
      Automatización
      Lavado industrial
      Calefacción y climatización

Respuesta orientativa: la infografía debe mostrar que la válvula actúa como un interruptor mecánico gobernado por el campo magnético: energía eléctrica → campo magnético → fuerza → desplazamiento del pistón → control del caudal.

Verificación

Con una bobina típica de N = 500 espiras, A = 2 \times 10^{-4} \, \text{m}^{2} e I = 1 \, \text{A}: B = \mu_0 n I con L = 0{,}05 \, \text{m} da n = 10^{4} \, \text{m}^{-1}, B \approx 12{,}6 \times 10^{-3} \, \text{T} y F = B^2A/2\mu_0 \approx 12{,}4 \times 10^{-3} \, \text{N}. Un orden de magnitud suficiente para vencer un resorte de constante k \approx 5 \, \text{N/m} con desplazamiento x \approx 2{,}5 \, \text{mm}.