Quien se haya metido dentro de un televisor antiguo o de un equipo de grabación probablemente vio blindajes hechos con un metal de aspecto exótico. Los veteranos dirán que se llama mu metal y que su función es, hasta cierto punto, aislar cosas de los campos magnéticos. La precisión importa: a diferencia de un blindaje de radiofrecuencia conductivo, el mu metal en realidad no detiene un campo magnético. Lo que hace es ofrecerle al flujo magnético un camino más fácil para rodear aquello que se quiere proteger.
¿De qué está hecho el mu metal?
El mu metal pertenece a una familia de aleaciones magnéticas blandas de níquel y hierro. Una formulación moderna típica ronda el 80 % de níquel y el 15 % de hierro, con molibdeno y algunos otros elementos completando la mayor parte del resto. Lo que lo vuelve útil es su permeabilidad magnética extremadamente alta: el material comercial puede alcanzar una permeabilidad relativa cercana a 100.000 o más, y algunas aleaciones especiales llegan todavía más arriba.
Conviene pensar en la reluctancia como el equivalente magnético de la resistencia eléctrica. Si se pone una carcasa de alta permeabilidad alrededor de algo sensible, el flujo magnético preferirá viajar por la carcasa antes que por el espacio interior, del mismo modo en que la corriente tiende a tomar el camino de menor resistencia.
Esto funciona particularmente bien con campos de corriente continua y de baja frecuencia, que es justamente donde un blindaje de interferencia electromagnética de cobre o aluminio no ayuda demasiado.
Probablemente ya lo vio antes
Una caja de blindaje magnético multicapa, fotografiada por Zureks bajo licencia CC-BY-SA-3.0.
Las aplicaciones clásicas incluían el blindaje de tubos de rayos catódicos, cabezales de cinta, transformadores, fotomultiplicadores e instrumentos analógicos sensibles. Poner un transformador demasiado cerca de la parte equivocada de un televisor o de un amplificador de audio antiguo bastaba para que los campos magnéticos de 60 Hz provocaran problemas muy visibles, o muy audibles. La desaparición de los tubos y de la cinta magnética podría hacer pensar que el mu metal es otro material camino al mueble de las antigüedades electrónicas.
Sin embargo, el mu metal sigue acá. Las aplicaciones modernas incluyen magnetómetros, sensores de corriente de precisión, microscopios electrónicos, instrumentos científicos y experimentos que requieren campos magnéticos extremadamente bajos. Todavía se venden cámaras comerciales multicapa de mu metal para crear entornos de campo casi nulo. Con la construcción adecuada y un proceso de desmagnetización, algunos fabricantes declaran atenuaciones de campos estáticos y de baja frecuencia por factores cercanos al millón.
La instrumentación cuántica y criogénica también trajo sus propios problemas de blindaje magnético en el siglo XXI. El mu metal común pierde rendimiento a temperaturas muy bajas, así que existen aleaciones emparentadas de níquel y hierro fabricadas específicamente para operar a temperaturas de nitrógeno y de helio líquidos.
No lo doble
Hay un par de trampas. La primera es que el mu metal obtiene buena parte de su permeabilidad de su estructura metalúrgica. Mecanizarlo, estamparlo, soldarlo o incluso doblarlo puede introducir tensiones y degradar seriamente sus propiedades magnéticas. Por eso los blindajes de alto rendimiento suelen conformarse primero y recocerse en atmósfera de hidrógeno después, para recuperar la permeabilidad.
Comprar una lámina de material maravillosamente permeable y plegarla para formar una caja no es, necesariamente, la receta para obtener una caja maravillosamente permeable.
La segunda sorpresa es la saturación. El mu metal es excelente con campos débiles, pero no es necesariamente lo que uno quiere poner más cerca de un imán potente: su inducción de saturación es de apenas 0,75 tesla. Ante campos intensos, los fabricantes recomiendan combinarlo con un material de menor permeabilidad y mayor capacidad de saturación, dejando que esa capa exterior domestique el campo antes de que el mu metal se haga cargo de lo que queda.
¿Qué material conviene según el campo?
| Estrategia | Dónde funciona | Limitación |
|---|---|---|
| Mu metal | Campos débiles de continua y baja frecuencia | Satura en 0,75 T; se degrada al doblarlo |
| Acero y aleaciones de alta saturación | Campos intensos | Permeabilidad mucho menor |
| Cobre o aluminio | Altas frecuencias, por corrientes de Foucault | Inútil en continua |
| Ferrita | Altas frecuencias | Poco dúctil y poco conductiva |
| Bobinas de compensación activa | Entornos que exigen campo casi nulo | Requiere medir el campo y alimentar la bobina |
Un poco de historia
Los científicos británicos Willoughby S. Smith y Henry J. Garnett patentaron el mu metal en 1923 para la carga inductiva de cables telegráficos submarinos, por encargo de una empresa británica que construía los cables telegráficos transatlánticos. El agua de mar que rodeaba esos cables agregaba capacitancia, lo que exigía inductancia para compensarla. Al principio eso se lograba envolviendo los conductores con una cinta o un alambre metálico de alta permeabilidad enrollado en hélice, que confinaba el campo magnético.
El mu metal se inventó para competir directamente con el permalloy, la primera aleación de alta permeabilidad usada para compensar cables, que pertenecía a la competidora Western Electric. El mu metal se desarrolló agregando cobre al permalloy para mejorar su ductilidad. Cada 1,6 kilómetros de cable necesitaban unos 80 kilómetros de alambre fino de mu metal, de modo que la demanda por la aleación fue enorme.
Otras formas de pelear con el magnetismo
El mu metal no es la única manera de combatir la interferencia magnética. El acero común y otras aleaciones magnéticas de alta saturación pueden redirigir campos más intensos. A frecuencias más altas, los blindajes conductivos de cobre o aluminio se vuelven efectivos gracias a las corrientes inducidas de Foucault. La ferrita también rinde bien en alta frecuencia, aunque no es muy dúctil ni muy conductiva. Y cuando se necesita de verdad un entorno magnético silencioso, las bobinas de compensación activa pueden medir el campo ambiental y generar uno opuesto.
Para el aficionado que trabaja con sensores de efecto Hall o con magnetómetros de tres ejes como el HMC5883L o el QMC5883L, la lección práctica es la misma: si la lectura se ensucia por un transformador cercano o por el cableado de red, el problema es de baja frecuencia y una lata de aluminio no lo va a resolver.
Pero si el problema es un campo magnético débil, de continua o de baja frecuencia, el truco básico no ha cambiado mucho. Basta con darle al flujo magnético un camino más fácil. A veces ese material viejo que estaba dentro de un televisor de hace cincuenta años también se siente cómodo dentro de un computador cuántico.
