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Trabajo final de Grado Robert Costas Orive UPC Manresa 8/10/2021 MOTOR-GENERADOR MAGNÉTICO 1 DEDICACIONES Me gustaría dar las gracias primero a Joaquim, gracias a él ha sido posible la fabricación del prototipo, también a mi tutor, que me ha ido guiando cuando era necesario. Por último, pero no menos importante, a toda mi familia y amigos por apoyarme para poder terminar mis estudios, darme ánimos y ayudarme con el pensamiento de no rendirme en todo el transcurso de la carrera. 2 RESUMEN El objetivo principal de este proyecto es la investigación y construcción de un motor- generador magnético, basado en el principio de repulsión de los imanes permanentes, esta característica se aprovecha distribuyendo convenientemente los imanes. Para conseguir el objetivo se han estudiado otros prototipos expuestos en Internet, se ha contrastado información y se han buscado errores y aciertos para perfilar la investigación a un prototipo propio, que sea eficiente y rentable. El desarrollo de estos motores que se está llevando a cabo en la actualidad está todavía en pruebas, generalmente la información que se encuentra es de aficionados que realizan un prototipo en su taller. Dicha información suele consistir en vídeos de motores-generadores magnéticos demostrando su funcionamiento. Con un mercado tan receptivo y creciente, conseguir generar energía con un motor- generador magnético de imanes permanentes sería una revolución en los mercados y un cambio radical en la tendencia destructiva del planeta a la que estamos acostumbrados Figura 1: representación de repulsión entre imanes 3 ABSTRACT The main objective of this project is the research and construction of a magnetic motor- generator, based on the principle of repulsion of permanent magnets, this feature is exploited by conveniently distributing the magnets. In order to achieve the objective, other prototypes exposed in Internet have been studied, information has been contrasted and errors and successes have been looked for to outline the investigation to an own prototype, which is efficient and profitable. The development of these engines that are currently being carried out are still in testing, generally the information that is found is about amateurs who make a prototype in their workshop. Such information is usually videos of magnetic motor-generators demonstrating their operation. With such a receptive and growing market, achieving energy generation with a permanent magnet magnetic motor-generator would be a revolution in the markets and a radical change in the destructive tendency of the planet to which we are accustomed. 4 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................5 2. FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR MAGNÉTICO .................................................................8 3. OBJETIVOS DEL PROYECTO ...................................................................................................9 4. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ..........................................................................................10 5. ESTADO DE ARTE ................................................................................................................11 5.1. ANTECEDENTES ..........................................................................................................11 5.2 PATENTES ...................................................................................................................12 6. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................16 6.1. EL MAGNETISMO ........................................................................................................16 6.2 IMANES Y SUS VARIANTES ..........................................................................................17 6.3 TIPOS DE IMANES .......................................................................................................18 6.4 FUENTES DE ENERGÍA .................................................................................................22 7. PROTOTIPOS .......................................................................................................................24 7.1 PRIMER PROTOTIPO ...................................................................................................24 7.2 SEGUNDO PROTOTIPO ...............................................................................................25 7.3 TERCER PROTOTIPO ....................................................................................................27 7.4 CUARTO PROTOTIPO ..................................................................................................28 7.5 QUINTO PROTOTIPO...................................................................................................29 8. DESCRIPCIÓN DEL RCO 1.0 .................................................................................................31 9. PROCESO DE FABRICACIÓN ................................................................................................38 9.1 ELECCIÓN DE MATERIALES .........................................................................................39 9.2 EQUIPOS Y MÁQUINAS ...............................................................................................40 10. PRESUPUESTO ................................................................................................................44 11. CONCLUSIÓN ..................................................................................................................45 12. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................46 13. ANEXOS ..........................................................................................................................47 5 1. INTRODUCCIÓN La preocupación por el medio ambiente y la necesidad de ahorrar hace que cada vez sean más las personas que buscan maneras alternativas de generar energía. Se busca que estos nuevos modos de conseguir energía sean renovables y baratos, pero, ¿se imaginan una fuente de energía que genera electricidad de manera perpetua y además gratis? En la actualidad hay una fuerte competencia e interés por el desarrollo de fuentes de energía sustentables. A lo largo de los años el mundo ha creciendo con el petróleo como su fuente principal de energía, el cual se encuentra en grandes cantidades en yacimientos en el subsuelo del planeta. Su extracción hasta ahora ha sido relativamente fácil, pero hoy en día en algunos países que no cuentan con tecnología para obtenerlo de mantos más profundos empiezan a preocuparse por encontrar otras alternativas. Por esto, se buscan tecnologías para la utilización de fuentes de energía alternativas y dispositivos que utilicen ese tipo de energía lo más eficientemente posible, tales son como los motores eléctricos que con la utilización de la menor energía eléctrica puedan generar torques y velocidades más altas reflejando así un motor más eficiente disminuyendo pérdidas energéticas. Figura 2: Motor eléctrico 6 Para ello, muchos fabricantes de motores eléctricos se enfocan en varias cosas para hacer de sus motores más eficientes, como lo son disminuir perdidas por fricción y calor. Los motores eléctricos están compuestos principalmente por dos piezas, estator la cual es una pieza fija y el rotor que se encuentra libre rotacionalmente. La mayoría de los motores eléctricos son diseñados de tal manera que sean más eficientes, para ello se realizan investigaciones del funcionamiento de los campos magnéticos quecomponen al motor, como son el campo magnético permanente del estator creado por imanes permanentes y el campo magnético variables que es creado por electroimanes. Las diferentes configuraciones en la colocación de los elementos de energía magnética y eléctrica sobre el sistema pueden hacer de este un motor más eficiente buscando una reducción en pérdidas por calor o campos magnéticos sin aprovechar. Otra de los puntos críticos para obtener una mejor eficiencia es la reducción de la fricción ya sea por aire en el gap del estator y rotor o en el rodamiento del rotor, para ello se crean dispositivos aerodinámicos y rotores con menores resistencias al rodamiento. Cabe mencionar que en estos motores la principal fuente de movimiento en el rotor es la eficiente configuración para la generación de campos magnéticos a través de electroimanes que a su vez requieren de una corriente eléctrica. Figura 3: Motor eléctrico con los campos magnéticos 7 El diseño de estos motores es uno de los principales aspectos a mejorar para que las fuentes de energía alternativas puedan ser aprovechadas en su totalidad. Actualmente, el diseño de motores es desarrollado por medio de simulación a través de algún programa especializado. La simulación computacional ofrece posibilidades de optimizar el diseño y dimensionamiento del funcionamiento de diversos motores a bajos costos y en menor tiempo de desarrollo. Para esta simulación existen softwares que pueden apoyar con la simulación, entre ellos se encuentran: SolidWorks y Catia y otros, los cuales, no sólo aportan una ayuda gráfica con el diseño mecánico, sino que también ayudan con la simulación de esfuerzos mecánicos, fluidos y sistemas eléctricos, además de realizar cálculos de costos de operación en la fabricación de piezas y cantidad de material a utilizar. Un motor magnético, es un motor que sin energía, genera movimiento de manera autónoma, de esta manera, consigue girar sin uso de combustible. Lo único que necesita es un empujón inicial, y una vez en marcha se mantiene en funcionamiento de manera permanente. El estudio que se quiere realizar es el de un motor que utiliza imanes permanentes, tanto en el estator, como en el rotor, para poder buscar una eficiencia de giro en el rotor sin apoyo de electroimanes como lo es un motor convencional. Figura 4: Un Rotor y un Estator de un motor magnético Algunos creen que puede ser la salvación de los problemas energéticos y medioambientales del planeta, pero la controversia sobre el tema es muy amplia, y la realidad es que no hay ningún modelo que haya pasado la barrera del mercado y se haya comercializado de manera masiva. Por eso se discute si el motor magnético es realidad o mito. 8 2. FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR MAGNÉTICO El fundamento de un motor de estas características son los imanes que, sabemos que cuando juntamos los polos opuestos se atraen, pero, en cambio, cuando tratamos de aproximar polos del mismo signo, estos se repelen. ¿Qué sucedería si se aprovechará esa repulsión colocando imanes enfrentados a lo largo del diámetro de una rueda? La primera impresión seria clara, esa fuerza de repulsión conseguiría mover la rueda sin fin o, al menos, hasta el fin de vida del magnetismo en los imanes, que puede prolongarse hasta 400 años. Por eso se habla de energía libre o, incluso, perpetua. Pues bien, el motor magnético emplea la fuerza que repele ambos polos para generar movimiento y transformar dicho movimiento cinético en electricidad Figura 5: Representación de un motor magnético 9 3. OBJETIVOS DEL PROYECTO El objetivo general de este trabajo es, averiguar si realmente puede ser posible el funcionamiento de un motor impulsado únicamente por energía magnética de imanes permanentes. Para eso, se diseñará un prototipo de un motor con una configuración de imanes permanentes tanto en rotor y estator usando SOLIDWORKS y Creo Parametric. También se construirá un prototipo físico para validar resultados. 10 4. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO Desde hace años se ha visto como los recursos energéticos mayormente utilizados sufren de dos factores importantes, el primero de ellos proviene de recursos limitados y tiene dos consecuencias críticas: escases de los recursos energéticos (cómo, por ejemplo, el petróleo, el gas natural, el uranio y el carbón, por mencionar algunos) y el otro es el aumento de los costos para conseguir dichos recursos, no solo los monetarios sino también el costo de desgaste ambiental. El impacto ambiental que se ha sufrido en la utilización de este tipo de recursos energéticos ha provocado un deterioro en el medio ambiente contaminando el agua, el aire y el suelo, afectando no solo al ser humano sino a toda especie viva que habita el planeta, incluyendo el planeta mismo (como ha sido el daño causado en la capa de ozono). Actualmente las energías más desarrolladas son la energía solar y la energía eólica, pero no son las únicas fuentes de energía renovable alternativa utilizadas en el planeta. El prototipo propuesto busca apoyar la búsqueda de esas nuevas tecnologías implementando un motor-generador magnético, el cuál presenta una nula cantidad de emisiones contaminantes y, de resultar eficiente, podrá sustituir un motor para generar energía libre que puede ser utilizada a partir del movimiento autónomo. 11 5. ESTADO DE ARTE 5.1. ANTECEDENTES Desde hace algunos años los científicos están trabajando el concepto de la energía libre, un tipo de energía generada a partir de fuentes abundantes y gratuitas. Los primeros intentos de conseguir algo así datan de hace más de ochocientos años. Hoy en día lo que se intenta, es optimizar el funcionamiento de motores eléctricos y mecánicos, que dispongan de un rotor y un estator, buscando de esta manera minimizar al máximo las pérdidas energéticas. Hay varios experimentos que se han estado desarrollando pocos años atrás, buscando crear sistemas que puedan funcionar apoyados en su totalidad de la energía de campo magnético de imanes permanentes. Muchos dispositivos se han desarrollado a prueba y error, modificando la configuración espacial del sistema y haciendo análisis matemático sin la utilización de elemento finito provocando un análisis con resultados que pueden llevar años en obtener y a alto costo sin esperar un máximo rendimiento del sistema. [1] Figura 6: Campos Magnéticos en un motor eléctrico En los trabajos observados en patentes podemos observar resultados satisfactorios hasta un punto donde explican hipotéticamente por qué el estudio no funcionó como se esperaba, pero ninguno demuestra porque fue el caso de la falla del sistema, ya que el campo magnético del sistema varia conforme se mueven los componentes. Estos estudios sólo toman en cuenta la interacción entre campos magnéticos. 12 5.2 PATENTES Desde hace años se han ido inventado y patentando diferentes motores magnéticos y sistemas similares al que en este trabajo se esta trabajando, los dos motores patentados y más famosos que existen son los siguientes, el Perendev y el V-Gate. A partir de estos han salido muchos más con algunas variaciones. Figura 7: Prototipo motor Perendev 13 Motor magnético Perendev (núm. Patente, WO 2006/045333 A1) Uno de los motores magnéticos más famosos es el motor magnético Perendev, ya que se publicaron varios videos de estos motores en pleno funcionamiento que se hicieron muy virales en internet. Figura 8: representación de un motor Perendev Este motor consiste en la aplicación de varios imanes en la superficie delimitada por la circunferencia del rotor y un imán externo fijo. La fuerza de repulsión entre los imanes haríaque el rotor girara, lo que llevaría el siguiente imán a la posición del anterior, para iniciar el movimiento nuevamente. [2] Figura 9: Representación de la distribución de imanes 14 En la patente de este motor se puede apreciar que la fabricación es más complicada de lo que en un principio pudiera parecer ya que utiliza pantallaje magnético. El pantallaje se utiliza para reducir los campos magnéticos de los imanes en determinados lugares para poder producir el movimiento giratorio. Figura 10: posición de los imanes en un prototipo Perendev 15 Motor magnético V-Gate (núm. Patente, US 2013/0069604 A1) Este motor también es muy conocido por la cantidad de videos que hay en la red donde se puede ver este motor funcionando. Figura 11: Prototipo de motor V-Gate Este motor trabaja bajo el principio de los motores lineales magnéticos que son usados para propulsar trenes (Los llamados Mag Lev). De este motor existen bastantes replicas y diseños alternativos para mejorar su eficiencia, ya que este motor como se demuestra en la imagen dispone los imanes en forma de V, esto implica que como requerimos un movimiento continuo el vértice de la V y la apertura se encontraran en algún punto o se ubicaran en cercanías esto conlleva a que donde está el vértice la fuerza del campo magnético será superior a las otras zonas de la v lo cual detendrá el motor. [3] Para solucionar este inconveniente se han ingeniado un sistema de leva que aleja al imán que actúa de estator para reducir el campo magnético que genera. 16 6. MARCO TEÓRICO 6.1. EL MAGNETISMO El magnetismo es un fenómeno físico por los cuales los materiales hacen fuerza de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay Algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas fácilmente detectables como el Níquel, Hierro, cobalto y sus aliajes que comúnmente decimos imanes. [4] Pero todos los materiales son influidos de mayor a menor forma por la presencia de un campo magnético. Figura 12: Ley de repulsión y atraccción En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo Norte (N) y polo Sur (S), que son las regiones donde se concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale para las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos Por lo tanto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y los polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento rotacional. 17 6.2 IMANES Y SUS VARIANTES Un imán es un cuerpo o dispositivo que genera un campo magnético o, dicho de otro modo, con un momento magnético significativo, por lo que tiende a alinearse con otros imanes (por ejemplo, con el campo magnético terrestre). La palabra deriva del griego (magnitud líthos) o piedra de Magnesia, una localidad conocida desde la antigüedad por sus depósitos de magnetita. Figura 13: Imán con campos magnéticos Los imanes pueden ser permanentes o temporales, un imán permanente no necesita ninguna influencia externa para generar su campo magnético mientras que, en los imanes temporales, como por ejemplo los electroimanes sólo generan su campo magnético gracias a la corriente eléctrica. Los imanes permanentes se pueden formar de manera natural, como en el caso de la magnetita, pero también pueden ser fabricados de manera artificial. El campo magnético no es visible, pero es el responsable de que los imanes atraigan o repelan diversos materiales, aquellos que son fuertemente atraídos por un imán tienen una gran permeabilidad magnética, como en el caso del hierro y algunos tipos de acero, y reciben la denominación de materiales ferromagnéticos. Los materiales con una baja permeabilidad magnética sólo son atraídos débilmente por los imanes y reciben el nombre de paramagnéticos. Finalmente hay algunos materiales, como el agua, que tienen una permeabilidad magnética tan baja que el magnetismo sólo se manifiesta en presencia de un campo magnético externo (diamagnetismo). Todo tiene una permeabilidad magnética medible. [5] 18 6.3 TIPOS DE IMANES Imanes metálicos Muchos materiales tienen electrones con espín impar, y la mayoría son paramagnéticos. Cuando los espines de los electrones interaccionan de modo que queden alineados de manera espontánea se habla de materiales ferromagnéticos, o simplemente magnéticos. Debido a la manera en que interactúan los espines de los electrones en algunos materiales con una estructura cristalina regular algunos metales son ferromagnéticos en estado natural, serían ejemplos las menas de hierro (magnetita), cobalto, níquel y también algunos metales del grupo de las tierras raras como el gadolinio y el disprosio. Los imanes naturales fueron los primeros en ser utilizados por sus propiedades magnéticas, luego se han podido fabricar imanes artificiales pero basados en materiales magnéticos naturales. Imanes compuestos - Cerámicos Los imanes cerámicos o de ferrita son una sinterización formada por óxido de hierro en polvo y cerámica de carbonato de bario o de estroncio. Debido al bajo coste de los materiales utilizados y de las técnicas de fabricación, es posible una gran producción a precios reducidos de este tipo de imanes Estos imanes son inmunes a la corrosión, pero son muy frágiles. - Alnico Los imanes alnico (el nombre proviene de juntar los símbolos químicos de sus componentes: Alnico) son una aleación de fundición o una sinterización de aluminio, níquel y cobalto con hierro y pequeñas cantidades de otros elementos que se añaden para mejorar las propiedades del imán. La sinterización proporciona mejores características mecánicas a los imanes, mientras que la fundición mejora las propiedades magnéticas y permite formas complicadas. Este tipo de imanes son resistentes a la corrosión y son más versátiles que los de material cerámico pero sus propiedades físicas son peores que las de los imanes metálicos. - Inyectados 19 Este tipo de imanes son moldeados por inyección en moldes y están hechos de una mezcla de resina y polvo magnético, de manera que pueden tener diferentes formas y tamaños. Sus propiedades mecánicas y magnéticas dependerán de los diferentes tipos de materiales utilizados, aunque en general tienen una menor fuerza magnética que los imanes metálicos y se parecen a los plásticos en sus propiedades físicas. - Flexibles Los imanes flexibles son similares a los creados con moldes para inyección, utilizando una resina flexible o aglomerante como el vinilo se producen en tiras planas, formas determinadas u hojas. Este tipo de imanes presenta una fuerza magnética baja, pero pueden ser muy flexibles, el grado de flexibilidad vendrá determinado por el tipo de aglomerante utilizado. Estos imanes pueden ser impresos con impresoras industriales, son los que encontramos en nuestros frigoríficos. - Imanes moleculares En los años 90 se descubrió que algunas moléculas contenían iones metálicos paramagnéticos capaces de conservar su momento magnético incluso a temperaturas extremadamente bajas. En este caso el mecanismo utilizado es muy distinto al del almacenamiento de la información a nivel de los dominios magnéticos que utilizan los imanes convencionales, y, en teoría, sería más eficiente en proporcionar un medio de almacenamiento mucho más denso. Las investigaciones sobre estos imanes moleculares son todavía en curso. La mayoría de los imanes moleculares SMM contienen manganeso, pero también se pueden encontrar en el vanadio, hierro, níquel y cobalto. Más recientemente se ha descubierto que algunos sistemasen cadena, que pueden mostrar una magnetización que persiste durante mucho tiempo a temperaturas altas. Estos sistemas han sido llamados imanes de cadena única o SCM (single-chain magnet). - Neodimio-Hierro-Boro. 20 Posteriormente, en 1984 aparece comercialmente un nuevo compuesto basado en una tierra rara, el llamado Neodimio-Hierro- Boro, que supera las propiedades magnéticas del cobalto a precio menor, aunque con una temperatura máxima de operación también menor. Figura 14: Imanes de Neodimio Este tipo de imanes es uno de los más potentes imanes permanentes actuales, pero comienzan a perder su magnetismo a temperaturas mayores de los 80 grados, además de ser altamente susceptibles a la corrosión. A pesar de esto, el precio de estos imanes es relativamente bajo, tienen buena resistencia a la desmagnetización por campos externos. Aunque el material de un imán de Neodimio es duro y frágil, puede ser sometido a diferentes procesos de mecanizado y posee propiedades magnéticas de gran alcance. [1] 21 Imán permanente Es un material que, cuando se coloca en un campo magnético suficientemente intenso, no sólo produce un campo magnético propio o inducido, sino que continúa produciendo campo inducido aún después de ser retirado del campo aplicado. Esta propiedad no se altera ni se debilita con el tiempo salvo cuando el imán se somete a cambios de temperatura, campos desmagnetizantes, tensiones mecánicas, entre otras. La habilidad del material para soportar, sin cambios en sus propiedades magnéticas, diversos tipos de ambientes y condiciones de trabajo. 22 6.4 FUENTES DE ENERGÍA Todo en este mundo se mueve con energía, aparatos electrónicos, mecánicos, el cuerpo humano, las plantas. Existen ocho tipos de energías conocidas por el hombre y todas se utilizan para generar trabajo o calor. Las energías más conocidas son la química, eléctrica, mecánica, cinética, potencial, térmica, nuclear y magnética. Figura 15: Fuentes de energía De una u otra forma la obtención de estas energías para transformarlas en calor o trabajo ha estado evolucionando a lo largo del tiempo y cada vez más la eficiencia para generarla y aprovecharla ha estado aumentando. Muchos de estos tipos de energía se emplean para generar energía eléctrica y así producir calor o trabajo, la fuente de energía que más se utiliza para esto es la energía química, obtenida de la combustión de hidrocarburos que a su vez generan contaminantes desechados al ambiente. Energía renovable La demanda de energía y de servicios para el desarrollo social y económico con el fin de mejorar el bienestar y la salud de las personas va en aumento. Toda población requiere de servicios energéticos para cubrir necesidades humanas. La utilización de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) en todo el mundo ha estado en aumento hasta convertirse en un suministro de energía predominante, esto lo que provoca un aumento en las emisiones contaminantes de dióxido de Carbono. 23 Los diferentes tipos de energías renovables reciben el nombre de Energía Solar, Eólica, Geotérmica, Fotovoltaica, Hidráulica, Oceánica, Magnética. Figura 16: Recursos de energía renovable Energía magnética La energía magnética, la cual es aquella energía proveniente de un material ferromagnético con ciertas propiedades lo cual es el causante del campo magnético de dicho material, el cual es un resto de la energía que se aplicó al material para poder ser magnetizado. (1) Figura 17: campos magnéticos 24 7. PROTOTIPOS 7.1 PRIMER PROTOTIPO Las primeras pruebas que se hicieron en este proyecto, fue la simulación de un prototipo que se encontró por internet para ver las reacciones de los imanes. Este prototipo se basa en el motor de Perendev que es poniendo los imanes tanto en el estator como en el rotor encarados con los mismos polos, de esta manera la repulsión de cada imán haría girar el motor. Figura 18: Prototipo motor magnético En estas primeras pruebas empezaron a salir los primeros problemas, el motor empezaba a girar, pero cuando tendría que pasar al siguiente imán del estator, el campo magnético que se formaba entre el primer imán y el segundo, el rotor quedaba en un estado de equilibrio y no podía avanzar ni en un sentido ni en el otro, ya que quedaba en medio de dos campos. Aquí es donde empezaron a salir las dudas de si realmente todos estos vídeos de demostraciones de motores girando eran reales o no, buscando más información y con las pruebas realizadas se acabó desestimando esta opción ya que no era funcional. 25 7.2 SEGUNDO PROTOTIPO Figura 19: Diseño del prototipo 2 Este prototipo, tiene el principio del motor Perendev, poniendo los imanes encarados con los mismos polos en el Estator y el rotor, pero lo que se intenta es solucionar el problema que se había visto en el primer prototipo, que era el equilibrio que quedaba entre imanes del estator al pasar de uno al otro. Para solucionar este problema se pensó que una de las maneras era hacer un estator móvil, para conseguir esto se pensó en hacer un conjunto de piezas que contenía el imán para hacer la repulsión un cojinete que sería la parte que tocaría contra el rotor a la hora de alejarse de este y un muelle que haría retornar el estator a su posición inicial. La pieza amarilla seria dónde estaría el imán alojado en la cavidad, y el cojinete. En esta foto podemos observar en el momento en que el rotor gira hacia la derecha y estaría empujando el estator para que este aparte el campo magnético y deje correr el rotor para su siguiente posición que sería encarar los dos imanes. Figura 19: Diseño del estator prototipo 2 26 Cuando llega el aspa del rotor, hace mover toda la pieza amarilla y la mueve para apartarlo y que no llegue al punto de equilibrio, están puestos de tal manera que cuando a un lado del imán está haciendo fuerza, por tanto que se repelen. En el otro lado es el rotor que hace la fuerza para apartar la pieza amarilla, tal y como se puede ver en la imagen un imán está haciendo la fuerza que lo repele y en el otro es el rotor que quiere apartar el imán. Esta pieza pivota sobre la pieza marrón que lleva un muelle y la mantiene su lugar de origen, menos cuando la aparta el rotor para pasar. Figura 20: diseño prototipo 2 En un principio pareció que este motor sería viable pero tras ir pensando y buscando los posibles errores que podría tener, se pensó que el objetivo era crear electricidad, por tanto se necesitaría mucha velocidad y con este sistema si se diera el caso de que funcionara nunca podría alcanzar una gran velocidad, porque si fuese muy rápido los imanes no tendrían tiempo de volver al lugar y poder darle el impulso al rotor, por lo tanto no podría ser un movimiento continuo, porque cuando tuviera velocidad se volvería a frenar porque no tendría impulso de los imanes. 27 7.3 TERCER PROTOTIPO El tercer prototipo que se diseñó, venía de la idea del primero, pero como el error que se había visto en el primero era que, si se lograra hacerlo girar, nunca podría ir demasiado rápido porque entre aspas había muy poco espacio, por lo tanto, los imanes (las piezas amarillas) no tendrían suficiente tiempo para volver a su lugar de origen. Figura 21: diseño prototipo 3 Lo que se pensó fue el mismo sistema lo único que en vez de que el rotor tuviera 6 aspas, hacerlo con 4 aspas. Sin cambiar nada más, los imanes de fuera serían todos iguales con el mismosistema de muelles para hacerlos retornar a su posición inicial. Figura 22: Diseño rotor prototipo 3 Una vez se tubo diseñado se empezó a pensar por donde podría dar problemas este diseño, porque el gran problema de hacer este trabajo de investigación es que no hay programas para hacer pruebas de magnetismo que sean fáciles de usar y entender, por lo tanto, si se quería probar un prototipo, se debe fabricar, y antes de fabricar se quería asegurar que pueda funcionar. Por lo tanto, se empezó a mirar qué problemas nos podría dar, en el que se pensó fue, que al tener pocas aspas, el motor sólo le daríamos fuerza cada 90 grados, por lo tanto, habría momentos que el motor sólo iría por inercia, además iría a trompicones, no sería un movimiento constante. Por todas estas razones, este modelo también se descartó. 28 7.4 CUARTO PROTOTIPO En el cuarto prototipo, lo que se quería evitar eran los problemas de los otros dos prototipos anteriores, por lo tanto se pensó la manera de juntar los dos prototipos anteriores pero eliminando los errores. La primera idea en la que se penso fue, sabemos que el rotor tiene que ser con pocas aspas, pero se necesita que le podamos dar inercia al eje no cada 90 grados sino que más progresivo, lo que se hizo fue coger el rotor de 4 aspas del antiguo modelo pero en el mismo eje poner 3 rotores, en el estator, también multiplicar los imanes, de esta manera conseguimos que en un mismo eje podamos multiplicar los puntos de repulsión por 3. Figura 23: diseño Prototipo 4 Además de multiplicar por 3 los rotores y estatores, lo que se hizo fue los tres rotores ponerlos anclados en el eje de tal manera que queden desfasados, con eso se consigue que cada 15 grados había un imán haciendo fuerza, de esta manera se consigue un movimiento mucho más continuo, al haber sólo 4 aspas por rotor le da tiempo al útil del estator móvil en volver a la posición de fuerza inicial. Figura 24: Diseño prototipo 4 29 7.5 QUINTO PROTOTIPO En el quinto prototipo, se creó un diseño totalmente diferente de los demás, este prototipo era uno ya existente, está basado en el motor de V-Gate. Este prototipo se quiso fabricar, porque era un sistema fácil de llevar a cabo y se veía bastante factible su funcionamiento. De esta manera si los otros prototipos no funcionaban se tendría al menos otra idea totalmente diferente. Esta idea se basa en muchos imanes, colocados en un rotor en forma de flecha. Como podemos ver en la imagen del rotor, donde están todos los agujeros es donde irían situados los imanes. También podemos apreciar la forma de flecha en que están colocados, hay los imanes irían una hilera con el polo norte mirando arriba y toda la otra línea con el polo sur mirando arriba. Figura 24: diseño Prototipo 5 Este rotor lleva una leva, que sería la pieza marrón, que lo que hace es una vez el rotor ha dado una vuelta, la leva coincide en el punto donde termina la flecha y vuelve a empezar el ciclo. En la barra de color gris que se puede ver en la primera imagen están los otros imanes que son los que dan la fuerza, y estos para volver a empezar el ciclo necesitamos que se alejen, por lo tanto la misión de la leva es levantar toda la barra marrón que no está pegada por ninguna parte, sólo va guiada, y mientras la leva no hace efecto, la barra está en posición de descanso pero cuando llega la leva, esta levanta el imán superior dejando pasar el rotor por el inicio de la flecha, para cuando ha pasado vuelve a empezar el ciclo 30 El principal problema de este prototipo, es que aquí los imanes no trabajan opuestos como en los otros prototipos, que es cuando transmiten la máxima fuerza, sino que aquí trabajan de lado todo el tiempo, lo que quieren es llegar a un punto de equilibrio, por lo tanto, seguramente no transmitirían tanta fuerza como en los otros prototipos, sería difícil sacar electricidad la cual cosa es la finalidad del proyecto. Figura 25: diseño Prototipo Este prototipo se fabricó, y se pudo comprobar que efectivamente sí que gira, pero no tiene fuerza suficiente en el rotor. 31 8. DESCRIPCIÓN DEL RCO 1.0 Una vez analizados los diferentes prototipos anteriores, se ha optado por este último diseño, ya que se han intentado solucionar todos los problemas vistos en los otros modelos. La investigación que se llevará a cabo para poder elaborar el prototipo RCO 1.0, intentará estudiar las direcciones y alcance de los campos magnéticos. Así como los diferentes imanes más idóneos y los aislamientos más adecuados, para minimizar los momentos de estabilización del campo magnético. Figura 26: diseño Prototipo final 32 Como se puede apreciar, el motor-generador magnético RCO 1.0 está formado por dos partes esenciales, el rotor y el estator. Estas dos partes son esenciales en cualquier motor magnético, ya que aquí es donde se crean los campos magnéticos para poder rotar. En este prototipo lo que se ha hecho, es diseñar un motor solucionando todos los puntos aprendidos en los prototipos anteriores. Para eso se ha cojido la idea del cuarto prototipo, poner en un eje varios rotores, desfasados unos grados unos con otros. Tambien se ha creado una leva como en el prototipo cinco. Para asi alejar los imanes del campo magnetico, porque cuando está pasando el rotor por unos grados determinados, no interesa que este cerca. 33 - Rotor En el motor hay un total de tres conjuntos de rotor, cada uno de ellos contiene tres piezas: una leva y dos hélices. Tal y como vemos en la siguiente imagen, podemos observar montados en el eje, los tres conjuntos de rotores, formando el rotor completo. Figura 27: Rotor del RCO 1.0 A continuación, podemos observar un conjunto de leva y dos hélices cómo está montado. En la imagen de la derecha, se puede apreciar el recorrido que sigue la rueda del estator, de esta manera alejando o acercando los imanes. Figura 28: Ensamble del rotor del RCO 1.0 34 - Leva: Encargada de sincronizar el giro del rotor, con el desplazamiento de los pistones laterales, a fin de salvar el momento de atracción entre los imanes. Esta, está fabricada en aluminio, ya que tiene que ser fuerte para soportar el deslizamiento de las ruedas constantemente, a la vez no puede ser magnético, ya que podría crear campos que no interesan. También se ha hecho este diseño, quitando material para que no sea muy pesada, solo reforzándola en los puntos importantes. Va anclada con el eje, usando una chaveta, de esta forma la fabricación y el montaje se hace mucho más fácil, ya que podremos fabricar las 3 levas del motor iguales, será en el eje donde determinaremos la posición de cada leva mediante la chaveta. Figura 29: Leva del RCO 1.0 35 - Hélice: Cada uno de los conjuntos lleva dos hélices, de seis aspas, con un imán de Neodimio a cada una de estas. Cada aspa está separada por un ángulo de 60 grados, que en la parte final hay un plano a 30 grados, es dónde hay el hueco para el imán, para conseguir una suma de ángulos con el pistón del estator lateral idóneo, de esta manera se aprovecha al máximo la fuerza de repulsión. Figura 30: Hélice del RCO 1.0 Esta también está fabricada en Aluminio, para no generar campos magnéticos. En esta foto podemos observar los mecanizados interiores, que es dónde van colocados los imanes. En este caso igual que la leva, las 6 Hélices que lleva el motor, serán iguales para agilizar la fabricación, será el eje principal el cual nos dará la posición de cada hélice respectolas otras. Figura 30: representación de la Leva RCO 1.0 36 - Estator Constituido por seis pistones regulables, tanto en posición, cómo en presión de regreso, repartidos en grupos de tres, en dos caras opuestas del estator. Figura 31: ensamble del estator del RCO 1.0 Los dos pistones opuestos, que trabajan sobre el mismo conjunto del rotor, están dispuestos de tal manera que trabajan con una diferencia entre ellos de 30 grados. Cada uno de estos conjuntos, lleva un sistema de muelles, necesario para mantener siempre la rueda guía presionando la leva del rotor. Al final de la columna es dónde hay la pieza que sujeta los imanes de Neodimio, estos están encarados con los grados necesarios para atacar la hélice, creando de esta forma la repulsión del campo magnético. Figura 32: ensamble del estator del RCO 1.0 37 - Eje El eje está diseñado de tal manera que cada uno del conjunto del rotor (leva-Hélices) están desplazados, respecto del eje rotacional con una diferencia de 20 grados. Si tenemos en cuenta que cada aspa está separada por un ángulo de 60 grados y controlada por dos pistones, los cuales trabajan con una diferencia de 30 grados, lo que significa que cada 10 grados de giro una fuerza magnética de repulsión está dando inercia al rotor. De esta manera tiene un movimiento rotacional relativamente continuo. Figura 33: diseño del eje del RCO 1.0 38 9. PROCESO DE FABRICACIÓN En la primera fase de investigación, diseño y fabricación del RCO 1.0 se ha trabajado con el programa de SolidWorks y después también con el Creo Parametric, ya que para trabajar según qué conjunto es mejor. También se ha usado una Impresora 3D para hacer alguna prueba para construir los primeros prototipos y ver algunos fallos de diseño o concepto, esto ha ido muy bien, ya que se pueden conseguir las piezas de una manera rápida y económica. Para mecanizar el prototipo final que ya eran los materiales definitivos se ha usado la siguiente maquinaria explicada a continuación. Figura 34: Componentes del RCO 1.0 39 9.1 ELECCIÓN DE MATERIALES La elección del material ha sido una decisión estudiada partiendo de dos principios fundamentales. El primero de ellos es que está libre de atracción de un campo magnético y el segundo por ser un material ligero para poder transportar. Otro motivo importante es el hecho de que es un material blando fácil de mecanizar y al mismo tiempo ligero. Por otro lado, esta aleación de aluminio (2017) también conocida como Duraluminio es un material muy común en el mercado y por lo tanto fácil de encontrar proveedores. La norma utilizada para la elección de este material es la norma UNE L-3120 38.312 "Aleación comercial aluminios de forja" de la Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR). Por otro lado, la equivalencia en una de las normas más utilizadas es DIN AlCuMg1 3,1325. La estructura prácticamente no tendrá esfuerzos, pero con este tipo de aleación minimizamos el posible desgaste para que se un aluminio con una resistencia alta, incluso superior a la de algunos aceros bajos en carbono. 40 9.2 EQUIPOS Y MÁQUINAS La maquinaria empleada para fabricar el prototipo es la siguiente; los centros de mecanizados CNC de alta velocidad, torno CNC y una máquina láser. Estas máquinas son las más adecuadas para trabajar los materiales férricos con una dureza baja. El hecho de trabajar con este tipo de materiales (Aluminios y Bronces) facilita trabajar a una alta velocidad de avance, así como un bajo desgaste de las herramientas y una precisión de acabados óptimos. El hecho de poderlas controlar todas desde un ordenador reduce el uso de mano de obra y en consecuencia reducir los costes al máximo Centro de mecanizado Características principales: Centro de mecanizado CNC Aggie Charmilles HSM 500. Su alta velocidad (40.000 min-1), velocidad de avance elevada y la mayor aceleración posible, especialmente con herramientas de diámetros de mecanizado reducidos la convierte en una máquina muy adecuada para los materiales y dimensiones que se deben trabajar. Figura 35: centro de mecanizado 41 Torno CNC Características principales: Torno CNC Haas OL-1. La función más importante dentro del sistema productivo para fabricar el RCO 1.0 que tendrá el torno CNC Hass es la de fabricar todas las piezas cilíndricas no comerciales que se requieran. Figura 36: Torno CNC Máquina de corte láser Características principales: Máquina de corte láser Prima Power Zaphiro. Con un área de trabajo de 3050mm x 1600 x 150mm (X, Y, Z) es la máquina adecuada para cortar todos los formatos de las piezas con una precisión y acabado óptimo para su posterior mecanizado. La gran capacidad de dimensiones de trabajo permite introducir el formato suministrado por el proveedor y partir rápidamente con las medidas necesarias para comenzar el proceso productivo. Con un avance de corte de 170mm / min se reducen costes y tiempo fácilmente. Figura 37: Máquina de corte Láser 42 Sierra cinta circular Características principales: Sierra de cinta THOMAS modelo SAR 330 SA con una capacidad de corte de redondo: 330mm, cuadrado: 320mm y rectangular de 500x300mm. Dispone de sistema de seguridad de parada de emergencia. Tiene una capacidad de corte angular de 0 a 60 grados. Con esta máquina, lo que permite se cortar las piezas a medida con un poco de acceso antes de ponerlas en el centro de mecanizado, donde allí si que ya haremos los acabados finales. Figura 38: Cierra circular Taladro vertical Características principales: Taladro vertical industrial Fama TC 40-E. Tiene una capacidad máxima de broca de 40mm, profundidad máxima de 180mm, potencia motor principal de 1,5 CV, peso máximo admitido sobre la mesa de 200kg, dispone de una gama de velocidades de entre 65 a 2.000 rpm. Como en el caso de la sierra de cinta el taladro vertical no será un máquina vinculada directamente al proceso productivo del RCO 1.0 pero es una máquina indispensable en cualquier taller mecánico por la versatilidad de procesos que permite y con un cuerpo bajo. Figura 39: Taladro Vertical 44 10. PRESUPUESTO En las siguientes tablas, se procederá a hacer una valoración económica del coste total de la fabricación del RCO 1.0. MATERIALS REFERENCE MATERIAL MEASURES(mm) UNITS UNIT PRICE(€) TOTAL (€) P01.1 Lleva ALUMINI (Aliatge 2017) 100x100x5 3 25 75 P01.2 Hélix ALUMINI (Aliatge 2017) 100x100x10 6 80 480 P02. Eix principal 1.6523 (20NiCrMoS2-2) Ø10x200 1 120 120 P03. Base inferior ALUMINI (Aliatge 2017) 160x130x10 1 55 55 P04. Laterals guia ALUMINI (Aliatge 2017) 155x130x10 2 55 110 P05. Base superior ALUMINI (Aliatge 2017) 160x130x10 1 55 55 P06. Separador de 15mm Bronze comercial, UNS C22000 (90-10 bronze) Ø15x15 4 15 60 P07.1. Suport imants mòbil ALUMINI (Aliatge 2017) 15x20x25 3 25 75 P07.2. Suport imants mòbil ALUMINI (Aliatge 2017) 15x20x25 3 25 75 P08. Columnes suports imants 1.6523 (20NiCrMoS2-2) Ø10x60 6 20 120 P09. Suport regulador ALUMINI (Aliatge 2017) 90x30x30 6 20 120 P10. Rodetes NILÓ 6/10 Ø12x5 6 15 90 P11. Virol suport regulador Bronze comercial, UNS C22000 (90-10 bronze) Ø22x30 6 20 120 P13. Regulador pressió emputxadors ALUMINI (Aliatge 2017) 30x30x30 6 15 90 COMMERCIAL MATERIAL P12. Imants Neodimi Ø6x6 48 0,34 16,32 DIN 912 8.8 M5x12 20 0,1 2 DIN 7991 8.8 M3x10 24 0,06 1,44 DIN 913 8.8 M10x10 6 1,9 11,4 DIN 6885 - 4x28 3 2,1 6,3 DIN 625-608 - Ø8xØ22x7 2 2,7 5,4 TOTAL 1687,86 11. CONCLUSIÓN Después de varios prototipos diseñados y algunos fabricados, podemos deducir que en nuestro caso no hemos alcanzado llegar al objetivo deseado, que era hacer un motor magnético perpetuo.Hemos podido ver que el tema de la repulsión magnética es un tema muy difícil de analizar ya que lo mejor es hacer pruebas físicas, porque sí que hay algunos softwares, como por ejemplo el COMSOL, pero no son fáciles de usar y tampoco puedes analizar las fuerzas de rotación, solo puedes trabajar con el campo magnético, por lo tanto, no sería del todo real. En el prototipo final, se ha visto que aparte de mejorar los rozamientos entre piezas móviles, que por tiempo y dinero no se ha podido, la energía que consigues con la repulsión del imán, es la misma que tienes que gastar en mover el estator. Por eso es difícil conseguir el movimiento rotacional en este tipo de prototipo. Si hay alguna manera de conseguir el movimiento perpetuo, seria seguir investigando la posición perfecta de los imanes, en un estator sin movilidad, para que no llegue el punto de equilibrio. 46 12. 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ANEXOS 6 21 19 16 14 10 57 3 15 12 18 4 1 9 20 17 VISTA E ESCALA 1 : 2 11 8 N.º DE ELEMENTO N.º DE PIEZA CANTIDAD 1 P02. Eix principal 1 2 Parallel key A4 x 4 x 28 DIN 6885 3 3 P01.1 Lleva 3 4 P04. Laterals guia 2 5 P03. Base inferior 1 6 P05. Base superior 1 7 P06. Separador de 15mm 4 8 DIN 625 - 608 - 8,DE,AC,8_68 2 9 P09. Suport regulador 6 10 P08. Columnes suports imants 6 11 P11. Virol suport regulador 6 12 P07.1. Suport imants mòbil 3 13 Parallel Pin ISO 8734 - 3 x 24 - A - St 6 14 P10. Rodetes 6 15 P12. Imants 48 16 P13. Regulador pressió emputxadors 6 17 DIN 7991 - M3 x 10 --- 10C 24 18 DIN 913 - M10 x 10-N 6 19 P07.2. Suport imants mòbil 3 20 DIN 912 M5 x 12 --- 12C 20 21 P01.2 Hèlix porta imants 6 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 1:2 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 0000 gr. Motor magnètic 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: 8 7 21 3 1 4 16 16 19 11 2010 9 14 5 2 12 12 18 6 N.º DE ELEMENTO N.º DE PIEZA DESCRIPCIÓN CANTIDAD 1 P02. Eix principal 1 2 Parallel key A4 x 4 x 28 DIN 6885 3 3 P01.1 Lleva 3 4 P04. Laterals guia 2 5 P03. Base inferior 1 6 P05. Base superior 1 7 P06. Separador de 15mm 4 8 DIN 625 - 608 - 8,DE,AC,8_68 2 9 P09. Suport regulador 6 10 P08. Columnes suports imants 6 11 P11. Virol suport regulador 6 12 P07.1. Suport imants mòbil 3 13 Parallel Pin ISO 8734 - 3 x 24 - A - St 6 14 P10. Rodetes 6 15 P12. Imants 48 16 P13. Regulador pressió emputxadors 6 17 DIN 7991 - M3 x 10 --- 10C 24 18 DIN 913 - M10 x 10-N 6 19 P07.2. Suport imants mòbil 3 20 DIN 912 M5 x 12 --- 12C 20 21 P01.2 Hèlix 6 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 1:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): 04/10/2021 MATERIAL 0000 gr. HÈLIX 00.00.0AA1/1 Pertany al Conjunt: Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: Robert Costas 2 1 N.º DE ELEMENTO N.º DE PIEZA DESCRIPCIÓN CANTIDAD 1 P12. Imants 6 2 P01.2 Hèlix 1 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 1:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 Aleacion 2024 0000 gr. Lleva 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: R5 6 ,6 4 5 Mecanitzar amb màquina de fil, document 3d adjunt B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 1:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 Alumini 1060 0000 gr. Hèlix 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: R5 6 ,5 8 4 6 R20 6 C 6,55 5,6 5 VISTA C mecanització amb màquina de fil, document adjunt. B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 1:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 F1.6523 0000 gr. Eix principal 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: 8 k7 8 k7 200 10 + - 0,10 0,10 145 + - 0,10 0,10 24 37 10 k7 40 40 A A B B D D 40° 7,6 SECCIÓN A-A ESCALA 1 : 1 20° 7,6 SECCIÓN B-B ESCALA 1 : 1 7,6 SECCIÓN D-D ESCALA 1 : 1 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 1:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 Alumini 1060 0000 gr. Laterals guia 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: 155 1 30 5 145 2 0 9 0 37,5 R6,5 3 5 4 6 3 8 6 0 40 40 A A 10 0,5 X 45° 9 5, 50 5 M 5 SECCIÓN A-A B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 1:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 Alumini 1060 0000 gr. Base superior00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: 2 0 5 10 9 0 M5 160 1 30 80 + - 0,05 0,05 6 5 + -0, 05 0, 05 BB 2 0 5 9 0 7 0 ,5 x4 5 22 H7 12 SECCIÓN B-B N 7 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 1:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 0000 gr. Sistema mòbil 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: 1 2 4 6 5 7 3 8 9 10 N.º DE ELEMENTO N.º DE PIEZA DESCRIPCIÓN CANTIDAD 1 P09. Suport regulador 1 2 P08. Columnes suports imants 1 3 P11. Virol suport regulador 1 4 P07.1. Suport imants mòbil 1 5 Parallel Pin ISO 8734 - 3 x 24 - A - St 1 6 P10. Rodetes 1 7 P12. Imants 2 8 P13. Regulador pressió emputxadors 1 9 DIN 7991 - M3 x 10 --- 10C 4 10 DIN 913 - M10 x 10-N 1 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 5:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 Bronze 0000 gr. Separador 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: A A 15 14 10 + 0, 15 0 15 + - 0,05 0,05 2,50 SECCIÓN A-A B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 3:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 Alumini 1060 0000 gr. Suport Imans mòvil 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: R 6,2 4 13,3 39° 7 ,6 5 6 1 2, 5 4,5 B A A 6 3, 85 4,98 15,05 VISTA B ESCALA 3 : 1 1 2, 5 4,5 25 1 5 3 5,10 M6 7 SECCIÓN A-A ESCALA 3 : 1 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 4:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 1.6523 0000 gr. Columne suport imans 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: 4 ,5 R5 - 0 0,10 A A M 6 66 6 40 60 0, 5 X 45 ° SECCIÓN A-A ESCALA 4 : 1 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 2:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 Alumini 1060 0000 gr. Suport Regulador 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: 3 0 5 20 45 1 5 AA 1 0 3 0 90 30 23 5 18 30 5 ,5 6 0,5 X 45 ° SECCIÓN A-A ESCALA 2 : 1 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 10:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 Polietileno 0000 gr. Rodet 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: A A 4,9 3, 05 0,4x45 R2 12 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 5:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/2021 Bronce UNS 22000 0000 gr. Virol Suport regulador 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: B B 18 -0 0, 10 22 -0 0, 10 30 - 0 0,10 5 + - 0,10 0,10 10 + 0, 10 0 0,5 X 45° SECCIÓN B-B ESCALA 5 : 1 B C D A B C D A 6 5 4 3 2 1 5 2 14 3 Rev. 2:1 Fulla Format Escala Subconjunt: REF: TOL. GENERAL I GEOMÈTRICA: DENOMINACIÓ: MATERIAL: TRACTAMENT: ACABAT: ISO 2769-mK PES (gr.): Robert Costas 4/10/21 Alumini 1060 0000 gr. Regulador presió 00.00.0A31/1 Pertany al Conjunt: NOTA: ARESTES NO ACOTADES AMB Alumne: R0 Data: Observacions: Treball nº: 30 3 0 22 4 B B M 10 5 30 12 22 R0,5 0,2 X 45° SECCIÓN B-B 1 ,7 7x 4 5 14/4/2015 Campo Magnetico http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Ciencias/Campo_Magnetico.htm 1/8 Definición y áreas de interés Proyecto Salón Hogar L a G r a n E n c i c l o p e d i a I l u s t r a d a d e l P r o y e c t o S a l ó n H o g a r Campo Magnético El magnetismo está muy relacionado con la electricidad. El Electromagnetismo es la parte de la Física que estudia la relación entre corrientes eléctricas y campos magnéticos. Una carga eléctrica crea a su alrededor un campo eléctrico. El movimiento de la carga eléctrica produce un campo magnético. Toda carga eléctrica que se mueve en el entorno de un campo magnético experimenta una fuerza. Dos cargas eléctricas móviles, no sólo están sometidas a las fuerzas electrostáticas que se ejercen mutuamente debidas a su carga, sino que además entre ellas actúan otras fuerzas electromagnéticas que dependen de los valores de las cargas y de las velocidades de éstas. Naturaleza del magnetismo Desde la antigüedad se sabe que ciertos minerales de hierro ( magnetita ) poseen la propiedad, denominada magnetismo, de atraer otros metales como el hierro, el acero, el cobalto y el níquel. Se dice que tales minerales están imantados. La magnetita es un imán natural. Los imanes construidos por el hombre se llaman imanes artificiales. En principio se creyó que los fenómenos magnéticos no tenían relación con los fenómenos eléctricos. Sin embargo, a comienzos del siglo XIX, el físico danés Hans Christian Oersted (17771851) observó que un conductor por el que circula una corriente ejerce una fuerza sobre un imán colocado en sus proximidades. Experimentos subsiguientes realizados por Andre Marie Ampère y otros físicos demostraron que las corrientes 14/4/2015 Campo Magnetico http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Ciencias/Campo_Magnetico.htm 2/8 eléctricas atraen trocitos o limaduras de Hierro y que corrientes paralelas se atraen entre sí. Ampère propuso la teoría de que las corrientes eléctricas son las fuentes de todos los fenómenos magnéticos. El modelo de Ampere es la base de la teoría moderna del magnetismo. Posteriormente fueron estudiadas otras conexiones que existen entre el magnetismo y la electricidad realizada por Michael Faraday y Joseph Henry, que demostraron que un campo magnético variable produce un campo eléctrico no conservativo y mediante la teoría de Maxwell que demostró que un campo eléctrico variable produce un campo magnético. En la actualidad, se sabe que cualquier fenómeno de atracción o repulsión magnética no es otra cosa que una fuerza de acción a distancia ejercida por una carga en movimiento sobre otra carga que también se encuentra en movimiento. Por ello, una corriente eléctrica al ser una carga en movimiento, ejerce una acción magnética sobre cualquier otra carga en movimiento. Para explicar el comportamiento magnético de los imanes, se considera que los electrones son cargas eléctricas en movimiento, es lógico esperar que cada uno de ellos por separado sea capaz de producir fenómenos magnéticos. En la mayor parte de las sustancias no se manifiestan, ya que, por estar los átomos orientados aleatoriamente, las acciones de sus electrones se anulan entre sí. Sin embargo en los materiales magnéticos, los átomos poseen una orientación tal que las acciones de sus electrones se suman unas a otras, presentándose la posibilidad de manifestarse magnéticamente. Campo magnético de un imán Un imán puede girarlibremente en un plano horizontal y se orienta aproximadamente en la dirección NorteSur geográfica. En consecuencias, si un imán en las condiciones citadas se coloca en una determinada región del espacio y cambia de posición, orientándose en otra dirección, esto indica que sobre el imán 14/4/2015 Campo Magnetico http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Ciencias/Campo_Magnetico.htm 3/8 actúa una fuerza y por consiguiente se ha realizado una interacción. Se dice entonces que en la región del espacio donde está situado el imán existe un campo magnético. La dirección del campo magnético es el eje longitudinal del imán y el sentido, el que va dirigido del polo Sur(S) al polo Norte (N). En el espacio que rodea a un imán existe un campo magnético, que es originado por el movimiento de los electrones alrededor de los núcleos de los átomos y por un movimiento rotatorio de los electrones sobre sí mismos que recibe el nombre de spin Campo magnético de una corriente Experimento de Oersted La conexión entre la electricidad y magnetismo no se conoció sino hasta el siglo XIX, cuando Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica influye sobre la orientación de la aguja de una brújula. Oersted comprobó en 1820 la estrecha vinculación que existe entre magnetismo y corriente eléctrica. Colocó por encima de una brújula (aguja imantada) y paralelamente a ella un alambre recto cuyos extremos van conectados a una fuente de corriente continua. Si en el circuito se intercala un interruptor S se observa que mientras el circuito está abierto no hay movimiento definido de cargas eléctricas en el alambre, por lo que el campo magnético no existe y la aguja imantada mantiene su posición original. Cuando se cierra el circuito, hay un movimiento definido de cargas eléctricas en el alambre y se origina un campo magnético a su alrededor. Si por un conductor circula una corriente eléctrica (cargas en movimiento) en el espacio que rodea al conductor se origina un campo magnético. Líneas de Campo magnético. Para representar y describir un campo magnético se utilizan línea de campo magnético o líneas de inducción. Al igual que los campos eléctricos, los campos magnéticos se pueden materializar mediante líneas de http://www.rena.edu.ve/Terceraetapa/Fisica/Electromagnetismo.html 14/4/2015 Campo Magnetico http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Ciencias/Campo_Magnetico.htm 4/8 fuerzas, que pueden presentar distintas formas, según sea el agente creador, del campo. Distintas formas presentan las líneas de fuerza del campo magnético creado por una corriente, según que el conductor sea rectilíneo, circular o en forma de bobina. Cuando se trata del campo magnético creado por un imán las líneas de fuerzas salen de una zona del mismo denominado polo norte y vuelven a otra zona que recibe el nombre de polo sur y es en las proximidades de estos polos donde más apretada se encuentran las líneas de fuerzas y, como consecuencias, donde con mayor intensidad se manifiestan los fenómenos magnéticos. Del mismo modo que en un campo eléctrico, y por análogas razones, las líneas de fuerzas de un campo magnético son líneas continuas que no se cortan entre sí. Inducción Magnética Noción de inducción magnética Por razones históricas, el vector se denomina normalmente vector de inducción magnética. Aunque se puede utilizar también la expresión campo magnético. La fuerza que actúa sobre una carga positiva, que se desplaza dentro de un campo magnético, perpendicularmente a las líneas de fuerza y con una velocidad V, depende del valor de la carga, de su velocidad y de una característica especifica de campo, denominada inducción magnética ( ) . La inducción magnética del campo es la fuerza que actúa sobre cada la unidad de carga y por unidad de velocidad, viene dada en módulo por la fórmula. La inducción magnética de un campo, en un punto del mismo, es la fuerza que actúa sobre una unidad de carga positiva que se desplaza, perpendicularmente a las líneas de 14/4/2015 Campo Magnetico http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Ciencias/Campo_Magnetico.htm 5/8 fuerza, con una unidad de velocidad. Se representa por ( ). Fuerza magnética sobre una carga móvil Sobre la carga móvil q actúa una fuerza magnética, llamada fuerza de Lorentz, cuya dirección es perpendicular a los vectores y cuyo módulo viene dado por: F = q.V.B. Las direcciones de los vectores , y son perpendiculares entre sí y sus sentidos pueden determinarse mediante la regla de la palma de la mano derecha. Para ello se coloca la mano derecha extendida con el pulgar perpendicular a los restantes dedos. Si en estas condiciones el pulgar señala el sentido del vector y los restantes dedos señalan el sentido de la inducción magnética (campo magnético) , la fuerza que el campo magnético ejerce sobre la partícula es perpendicular a la palma de la mano y se aleja de ella. En el caso general el vector velocidad forma con el vector de inducción magnética un ángulo q, el módulo de la fuerza que actúa sobre la carga viene dado por: F = q.V.B.senq Cuando q = 90º se obtiene la fuerza máxima. ¿Qué sucede con la fuerza cuando q = 0º o q = 180º De = q.( . ), se permite definir de manera más amplia el módulo del vector de la inducción magnética o campo magnético . El módulo de la inducción magnética o campo magnético en un punto es una magnitud que se mide por el cociente entre el módulo de la fuerza que actúa sobre una carga móvil que pasa por el punto y el producto de dicha carga por la componente de la velocidad perpendicular al vector inducción. Unidades inducción magnética o campo magnético. La unidad de inducción magnética en el Sistema Internacional o MKS se denomina Tesla . En el sistema cegesimal o CGS, la unidad de inducción es el Gauss. 14/4/2015 Campo Magnetico http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Ciencias/Campo_Magnetico.htm 6/8 Un Tesla es la inducción de un campo magnético en el que una carga de un coulomb que se desplaza perpendicularmente a las líneas de fuerzas con una velocidad de 1 m/seg se ve sometida a una fuerza de un newton. En la explicación o resolución de problemas donde intervienen campos magnéticos o corrientes eléctricas son importantes las siguientes notaciones. Para representar un campo magnético uniforme perpendicular al plano de la página y dirigido hacia adentro se utiliza como símbolo una cruz ( X ). Para representar un campo magnético uniforme perpendicular al plano de la página y dirigido hacia afuera se utiliza como símbolo un punto ( · ). Existe un campo magnético cuando al penetrar en una región del espacio, una carga móvil experimenta una fuerza que depende de la velocidad de la carga. Movimiento de una partícula cargada, situada en un campo magnético Cuando una partícula cargada penetra perpendicularmente a un campo magnético, su trayectoria es una circunferencia, porque sobre ella actúa una fuerza magnética que es una fuerza deflectora, perpendicular al vector principal. Fcentrípeta = Fmagnética = q.V.B Como la fuerza centrípeta es igual a la fuerza magnética al igualar estos valores se obtiene la siguiente fórmula: ; 14/4/2015 Campo Magnetico http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Ciencias/Campo_Magnetico.htm 7/8 el radio de la órbita descrita es: . La rapidez tangencial Vde la partícula en función de la rapidez angular w se determina mediante la ecuación V = w.R En consecuencia la rapidez angular de la partícula es: Fuerza magnética sobre una corriente rectilínea Una corriente eléctrica consiste en un movimiento definido de cargas eléctricas en un conductor. Un campo magnético ejerce una fuerza magnética sobre una carga aislada en movimiento. Por consiguiente, es de esperarse que un campo magnético ejerza una fuerza magnética sobre un conductor rectilíneo por el cual circula una corriente eléctrica. Para comprobarlo basta colocar un conductor rectilíneo PQ de longitudl perpendicularmente a un campo magnético uniforme de inducción magnética . Si por el conductor se hace pasar una corriente eléctrica de intensidad I en el sentido indicado, el campo magnético actúa sobre el conductor con una fuerza , por lo que el conductor se mueve o tiende a moverse en el sentido de dicha fuerza. Como los sentidos del campo magnético y de la corriente son generalmente conocidos, el sentido de la fuerza puede determinarse aplicando la regla de la palma de la mano derecha se coloca la mano derecha extendida con el pulgar perpendicular a los restantes dedos. Si en estas condiciones el pulgar señala el sentido de la corriente l, y los restantes dedos señalan el sentido de la inducción magnética , la fuerza que el campo magnético ejerce sobre la corriente es perpendicular a la palma de la mano y se aleja de ella. A fin de estudiar la fuerza ejercida por un campo magnético de inducción , considere un tramo recto de un conductor, de longitud l, que transporta una corriente de intensidad l, siendo q la carga total que se está desplazando por el conductor y t el tiempo que esta carga tarda en recorrer la longitud considerada. Teniendo en cuenta que la intensidad de la corriente es la carga que circula por cada unidad de tiempo: y que la velocidad con que se mueve las cargas es el espacio recorrido por unidad de tiempo: Las anteriores ecuaciones permite 14/4/2015 Campo Magnetico http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Ciencias/Campo_Magnetico.htm 8/8 deducir: Sustituyendo la anterior expresión de la velocidad en la fórmula de la fuerza ejercida por un campo magnético sobre una carga en movimiento, resulta: F = q.V.B La anterior ecuación es válida únicamente cuando el vector inducción magnética es perpendicular al conductor de longitud l. La fuerza ejercida por un campo magnético sobre un conductor rectilíneo situado perpendicularmente a las líneas de fuerza es igual al producto que resulta de multiplicar la inducción magnética por la longitud del conductor y por la intensidad de la corriente. Si la inducción magnética o campo magnético forma con el conductor l un ángulo q se tiene que la componente de perpendicular al conductor es . Por consiguiente, el módulo de la fuerza magnética que actúa sobre el conductor es: F = I. B1 .l Pero: B1 = B.senq Por consiguiente: F = I.B.l senq . Fundación Educativa Héctor A. García Hoja1 Vista de dibujo5 Vista de posición alternativa1 Vista de dibujo6 Vista de dibujo10 Hoja1 Vista de dibujo3 Hoja1 Vista de dibujo2 Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo3 Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo5 Hoja1 Vista de dibujo2 Vista de sección A-A Vista de sección B-B Vista de sección D-D Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de sección A-A Hoja1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo3 Vista de dibujo4 Vista de sección B-B Hoja1 Vista de dibujo3 Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de sección A-A Vista de dibujo3 Hoja1 Vista de dibujo2 Vista de dibujo5 Vista de dibujo6 Vista de dibujo7 Vista de sección A-A Hoja1 Vista de dibujo2 Vista de sección A-A Vista de dibujo5 Hoja1 Vista de dibujo4 Vista de sección A-A Vista de dibujo8 Hoja1 Vista de dibujo2 Vista de sección A-A Vista de dibujo4 Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de sección B-B Vista de dibujo4 Hoja1 Vista de dibujo1 Vista de sección B-B Vista de dibujo5 Vista de dibujo6
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