Introduccin

En el trabajo que a continuacin se presenta, Los motores elctricos son mquinas que sirven como medios de transformacin de energa elctrica a energa mecnica, la cual se genera provocando un movimiento rotatorio, gracias a la accin del campo magntico.

Llegar a comprender el uso tan importante de la energa continua o alterna en las telecomunicaciones, mediante la compresin del campo magntico la cual es esencial para producir la reaccin del motor, la reaccin que se genera cuando se le aplica un voltaje a los generadores, su funcionamiento a partir de la combinacin del imn y la corriente, partiendo de los conceptos bsicos de la electricidad con la creacin del motor elctrico casero.

El objetivo de esta investigacin, es hacer un motor casero en el cual se comprender de primera mano la reaccin que se genera con el campo magntico del imn y el voltaje aplicado, partiendo de los conceptos bsicos aprendidos en clase y la interdependencia de la electricidad con el campo magntico

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Principio de funcionamiento del motor D.C.El principio de funcionamiento de los motores elctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsin que ejercen los polos magnticos de un imn permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactan con los polos magnticos de un electroimn que se encuentra montado en un eje. Este electroimn se denomina rotor y su eje le permite girar libremente entre los polos magnticos norte y sur del imn permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor.

Cuando la corriente elctrica circula por la bobina de este electroimn giratorio, el campo electromagntico que se genera interacta con el campo magntico del imn permanente. Si los polos del imn permanente y del electroimn giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magntico o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batera.Funcin del colector o conmutador en el motor de C.D.En la siguiente figura se representa, de forma esquemtica y simplificada, la vista frontal de un colector seccionado en dos partes, perteneciente a un motor de corriente directa (C.D.) muy simple. Tambin se muestra el enrollado de la bobina del electroimn que gira a modo de rotor, diferenciada por un color diferente en cada una de sus mitades. Una de las mitades se representa por un crculo rojo y la otra por un crculo azul, identificados como 1 y 2. Como se puede ver, uno de los terminales de dicha bobina se encuentra conectado a la seccin a del colector y el otro terminal a la seccin b.

Tal como vemos, en A de la figura, la bobina del electroimn se encuentra colocada entre los polos norte N y sur S del campo magntico del imn permanente. A su vez, el polo positivo (+) de la batera se encuentra conectado siguiendo el sentido convencional de la corriente (del signo positivo al negativo) en la mitad a del colector a travs de la escobilla identificada tambin con el signo (+). De esa forma la mitad de la bobina de color rojo (1) se energiza positivamente para formar el polo norte N, mientras que la otra mitad, la de color azul (2) se energiza negativamente para formar el polo sur S.

Como resultado, cuando en el electroimn se forma el polo norte, de inmediato el tambin polo norte del imn permanente lo rechaza. Al mismo tiempo el polo sur que se forma en el extremo opuesto, es rechazado igualmente por el polo sur del propio imn; por tanto se produce una fuerza de repulsin en ambos extremos del rotor al enfrentarse y coincidir con dos polos iguales en el imn permanente. Si bajo esas condiciones aplicamos la Regla de la mano izquierda y tomamos como referencia, por ejemplo, la parte de la bobina donde se ha formado el polo norte en el electroimn, comprobaremos que al romper la inercia inicial, comenzar a girar en direccin contraria a las manecillas del reloj, como indica la flecha de color verde.

Una vez que la bobina del electroimn gira y asume una posicin vertical (como se muestra en la parte B de la ilustracin), las escobillas dejan de hacer contacto con ambos segmentos del colector. En esa posicin neutra la corriente que suministra la batera deja de circular y la bobina se desenergiza, por lo que ambos extremos del electroimn pierden momentneamente sus polos magnticos. No obstante, debido a la fuerza de inercia o impulso de giro que mantiene el electroimn, esa posicin la rebasa de inmediato y sus extremos pasan a ocupar la posicin opuesta a la que tenan, tal como se muestra en la parte C de la misma ilustracin.

Ahora en C se puede ver que la mitad de la bobina que anteriormente tena color azul (2) con polaridad sur cuando se encontraba situada a la derecha del eje del rotor pasa a ocupar la parte izquierda junto con la mitad (b) del colector al que se encuentra conectada. Esa parte de la bobina que ha girado, al ocupar ahora la posicin opuesta, se convierte en el polo norte (2) del electroimn por lo que es rechazado de nuevo por el polo norte del imn permanente, que como ya se explic se encuentra fijo al cuerpo del motor. Seguidamente el electroimn, al continuar girando y dar otra media vuelta, pasa de nuevo por la zona neutra (como en B) repitindose de nuevo el mismo ciclo. Esos cambios continuos en los polos del electroimn del rotor que proporciona el colector, son los que permiten que se mantenga girando de forma ininterrumpida mientras se mantenga energizado.

En resumen, la funcin del colector es permitir el cambio constante de polaridad de la corriente en la bobina del electroimn del rotor para que sus polos cambien constantemente. Este cambio ocurre cada vez que el electroimn gira media vuelta y pasa por la zona neutra, momento en que sus polos cambian para que se pueda mantener el rechazo que proporciona el imn permanente. Esto permitir que el electroimn del rotor se mantenga girando constantemente durante todo el tiempo que la batera o fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) se mantenga conectada al circuito del motor, suministrndole corriente elctrica.

En esta otra ilustracin se muestra, de forma esquemtica y simplificada, un motor comn de corriente directa (C.D.) con un rotor formado por una simple bobina de una sola espira de color rojo y azul, para diferenciar cada mitad. Si seguimos el recorrido de la corriente elctrica (I) asumiendo que fluye en el sentido convencional (del polo positivo "+" al polo negativo "" de la batera, segn indican las flechas negras), cuando en la mitad izquierda de la espira de color rojo se forma el polo norte N coincidiendo con la misma polaridad del campo magntico del imn permanente fijo al cuerpo del motor, se produce una fuerza de rechazo entre ambos polos iguales. Si aplicamos la Regla de la mano izquierda se puede determinar que esa mitad de la espira se mover hacia abajo (flecha verde izquierda). Por otra parte, en la mitad derecha (de color azul) ocurrir lo mismo, pero a la inversa, por lo que aplicando la propia regla comprobaremos que se mover hacia arriba (flecha verde derecha).

La combinacin de esas dos fuerzas o vectores actuando de forma opuesta y al unsono (de acuerdo con la Fuerza de Lorentz), provocar que el electroimn del rotor, formado aqu por esa simple espira, comience a girar en torno a su eje imaginario (representado por una lnea de puntos en la figura) en direccin contraria a las manecillas de reloj en este ejemplo. Ese movimiento de rotacin se encuentra sealado por la flecha negra en forma de semicrculo, que se encuentra dibujada al fondo de la espira.

FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR DE CORRIENTE DIRECTALa siguiente figura muestra e l funcionamiento de un motor comn bipolar de corriente directa. Como se puede observar, ste consta de un imn permanente en forma de semicrculo, dividido en dos partes fijas al cuerpo del motor. La parte de color rojo del imn corresponde al polo norte N y la azul al polo sur S. Tambin encontramos un electroimn que a modo de rotor gira entre los polos magnticos del imn permanente. En el eje del rotor se muestra un colector dividido en dos segmentos y dos escobillas haciendo contacto con los mismos. La batera se encuentra conectada de tal forma que la corriente elctrica fluye en el sentido convencional con el polo positivo (+) conectado a la escobilla derecha y el polo negativo () a la escobilla izquierda. Cada escobilla hace pleno contacto con las secciones del colector, incluso mientras el rotor se encuentra girando.

Como la bobina del rotor se encuentra conectada a ambos segmentos del colector, ste se energiza con la corriente elctrica directa que suministra la fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) (en este caso la batera), que le llega a travs de las escobillas. De esa forma la corriente la recibe el colector a travs de la escobilla izquierda identificada con el signo (+), recorre las espirales correspondientes a esa mitad de la bobina del electroimn (de color rojo) y contina recorriendo las espirales de la mitad derecha (de color azul) para retornar, finalmente, a la batera por su polo negativo (), completando as el circuito elctrico del motor.

Cuando la corriente elctrica comienza a fluir por la parte correspondiente a las espirales de color rojo, el electroimnadquiere polaridad norte N en ese extremo y polaridad sur S en el extremo opuesto representado por las espirales de color azul.De acuerdo con la Ley de Lorentz y aplicando la Regla de la mano izquierda podremos comprobar que, en esas condiciones, el electroimn del rotor comienza a girar debido al torque magntico que se produce en sentido contrario a las manecillas del reloj. Dicho torque es resultado del rechazo que se manifiesta entre las polaridades magnticas iguales del campo electromagntico del rotor y del campo magntico del imn permanente fijo en la carcasa del motor.

Cada vez que el electroimn del rotor da media vuelta y alcanza la posicin vertical o neutra, los segmentos del colector (que giran tambin de forma conjunta con el rotor cambiando constantemente su posicin), dejan de hacer contacto con las escobillas. En esa posicin el suministro de corriente elctrica a las espirales de la bobina cesa, por lo que el campo electromagntico desaparece por completo por unos instantes. La fuerza de inercia o impulso que mantiene el electroimn al llegar a la posicin neutra permite que contine girando y sobrepase ese punto de inmediato, por lo que los segmentos del colector pasan a ocupar la posicin opuesta a la que tenan. En esta nueva posicin la bobina se vuelve a energizar, pero al cambiar la polaridad de la corriente elctrica que le suministra el colector, los polos magnticos en cada extremo del electroimn del rotor tambin cambian.El cambio constante de polaridad de la corriente en la bobina permite que los polos del electroimn sean siempre los mismos a cada lado del eje del rotor. As pueden ser rechazados una y otra vez por los polos magnticos del imn permanente, permitiendo que el rotor gire ininterrumpidamente durante todo el tiempo que la fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) se mantenga conectada al circuito elctrico del motor.

Como se puede apreciar en la propia ilustracin, de acuerdo con la forma en que se encuentra conectada la batera, el rotor gira en contra de las manecillas del reloj. Ahora bien, si queremos que gire en sentido contrario, slo ser necesario cambiar la conexin invirtiendo nosotros mismos su polaridad.

FabricacinLa corriente circulante por la espira crea un campo magntico perpendicular al plano que forma ella misma, este campo intenta alinearse con el ya existente creado por los imanes permanentes. Los espirales necesitan que el flujo magntico que las atraviesa cambie, y por ello intenta mantener constante ese flujo siguiendo la direccin en la que el campo se intenta alinear, justo cuando esto casi ha sucedido la corriente en su interior empieza a circular en sentido inverso (gracias al colector, que ha pasado de tocar un cable a tocar el otro) y entonces el campomagnticode la espira cambia su alineacin norte sur y se intenta alinear en el sentido opuesto, haciendo que la espiracontinugirando en un mismo sentido. Cabe sealar que no se atasca en un punto muerto gracias a su propia inercia de giro.

Materiales y herramientas Varillas de metal Soporte frontal y trasero Imanes Hilo de cobre esmaltado Cinta adhesiva Cable Aluminio Trozo de madera redondo Madera para el cuerpo Pegamento Base de madera Batera Tijeras

Herramientas Martillo Pistola de silicn Multmetro Estao Cautn pinzas Cuchilla

El colector de corrienteLa pieza mecnicamente ms complicada y de la que depender el xito del proyecto es esta.

La corriente sale de la fuente de alimentacin y llega a nuestras escobillas que deben transmitrsela a la espira que necesita que esa corriente cambie de sentido cada media vuelta. Esto se consigue gracias a un colector cilndrico compuesto por dos lminas conductoras de la electricidad que no se tocan entre si y cuya separacin es en sentido longitudinal. A este colector estar conectada nuestra espira.

Mi error inicial fue considerar que cuanta ms circunferencia tuviera el colector, ms fcil me seria conseguir la continuidad entre este y las escobillas fijas de contacto, olvidando por completo que al estar este conjunto sometido a una fuerza de rozamiento en torno a un eje, cuanto ms me aleje de ese eje para aplicar una fuerza, menor tiene que ser esta para frenarlo.

Cortaremos la lata para recubrir trozo de madera, con dos tiras de aluminio el cual ser el conductor de la electricidad.

Cortar a la medida, para que las tira de aluminio recubra la mitad del corcho, tomar en cuenta que entre ambas no pueden tocarse se deberdejar unos milmetros de espacio entre ambas.

Pegar las tiras de aluminio teniendo cuidado que no queden residuos que puedan hacer falso contacto a las escobillas.

El soporte de la bobinaHay que fabricar una estructura ligera y resistente para enbobinar, la estructura tuiene que ser ligera, pero lo suficientemente resistente para que so se rompa al momento de que el campo electromagntico haga girar el motor.

La bobinaAhora hay que bobinar con hilo de cobre esmaltado en nuestro soporte. Si el hilo de cobre no va esmaltado no funcionar el motor

El esmalte asla las distintas espiras entre s de manera que la corriente tenga que circular por todas ellas dando vueltas. Como se aprecia en la imagen, fui pasando el hilo por encima y por debajo del eje de manera alterna para distribuir la masa del hilo por igual en ambas partes para que no haya vibraciones cuando funcione. Es importante que dejeis los dos extremos del hilo lo suficientemente largos para trabajar con comodidad cuando los conectemos al colector.Conexin entre la bobina y el colectorEs muy importante colocar el colector y la bobina como se ven en la imagen.

Antes de conectar entre si las dos partes que ya hemos construido hemos de asegurarnos que nuestra bobina cumple con lo que esperamos de ella.

Una vez sabemos que nuestra funciona, unimos cada extremo del hilo a una mitad distinta de nuestro colector

Justo en este momento mi soldador decidi dejar de funcionar, pero record de las clases de ciencia de materiales que para soldar sobre aluminio me habra hecho falta una atmsfera inerte o sustancias qumicas fuera de mi alcance. Simplemente hice un "caracol" con cada extremo del hilo (previamente lijados para despojarlo de su barniz aislante) y los fij cada uno a una chapa del colector mediante cinta aislante.

Tenemos terminado nuestro Rotor, ahora solo hay que montarlo en un soporte.