INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA
Aplicación del Generador Van de Graaff como fuente auxiliar de energía eléctrica en un automóvil. [Primer Avance de Proyecto Final]
Mecánica Clásica
Integrantes: Ayala Sarmiento Sarmiento Veronica Veronica Joscelin Joscelin Herrera Pedroza Sandra Leticia Mondragón Bárcena Christopher Gustavo Ocampo Lagunes Brenda Susana
Ingeniería Química
Aplicación del Generador Van de Graaff como fuente auxiliar de energía eléctrica en un automóvil. Es muy común que la batería de un automóvil quede descargada debido, principalmente, por descuidos del operador con el sistema eléctrico del vehículo, ejemplo dejar los faros encendidos o hacer uso de componentes electrónicos sin estar en marcha. Dicho problema puede resultar imposible solucionarlo si no se cuenta con los recursos materiales y/o humanos para arrancar el móvil *. El generador Van de Graaff es un generador de corriente constante, mientas que la batería es un generador de voltaje constante lo que cambia es la intensidad dependiendo de los aparatos que se conectan. El generador Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas, una correa o cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta.
Figura 1.- Esquema de un Generador Van de Graaff
Como lo muestra la figura el generador consta de un conductor metálico hueco ( A) de forma aproximadamente esférica, está sostenido por soportes aislantes de plástico, atornillados en un pie metálico ( C) conectado a tierra. Una correa o cinta de goma, no conductora, ( D) se mueve entre dos poleas ( E y F). La polea ( F) se acciona mediante un motor eléctrico. Dos peines ( G y H) están hechos de hilos conductores muy finos, están situados a la altura del eje de las poleas. Las puntas de los peines están muy próximas pero no tocan a la cinta. La rama izquierda de la cinta transportadora se mueve hacia arriba, transporta un flujo continuo de carga positiva hacia el conductor hueco A. Al llegar a G y debido a la propiedad de las puntas se crea un campo lo suficientemente intenso para ionizar el aire situado entre la punta G y la cinta. El aire ionizado proporciona el medio para que la carga pase de la cinta a la punta G y a continuación, al conductor hueco A, debido a la propiedad de las cargas que se introducen en el interior de un conductor hueco (cubeta de Faraday).
Funcionamiento del generador Van de Graaff Se ha estudiado cualitativamente como se produce la electricidad estática, cuando se ponen en contacto dos materiales no conductores. En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior F debido a que la superficie de la polea y la cinta están hechas de materiales diferentes. La cinta y la superficie del
rodillo
adquieren
cargas
de
igual
magnitud y de signo contrario. Sin embargo, la densidad de carga es mucho mayor en la superficie de la polea que en la Figura 2.- Esquema del funcionamiento de la
cinta, ya que las cargas se extienden por una
polea y cinta.
superficie mucho mayor
Debido a los materiales de la cinta y de la superficie del rodillo, se presenta el caso en el que la cinta adquiera una carga negativa y la superficie de la polea una carga positiva, tal como se muestra en la figura 2. En consecuencia se produce un intenso campo eléctrico en la superficie de la polea. Las moléculas de aire en el espacio entre ambos elementos se ionizan, creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la punta metálica hacia la cinta. Las cargas negativas son atraídas hacia la superficie de la polea, pero en medio del Figura 3.- Flujo de cargas entre la cinta y
la polea.
camino se encuentra la cinta, y se depositan en su superficie, cancelando parcialmente la carga positiva de la polea. Pero debido al movimiento hacia arriba el proceso comienza de nuevo.
La polea superior E actúa en sentido contrario a la inferior F. No puede estar cargada positivamente. Tendrá que tener una carga negativa o ser neutra (una polea cuya superficie es metálica). Existe la posibilidad de cambiar la polaridad de las cargas que transporta la cinta cambiando los materiales de la polea inferior y de la cinta. Si la cinta está hecha de goma, y la polea inferior está hecha de nylon cubierto con una capa de plástico, en la polea se crea una carga negativa y en la goma positiva. La cinta transporta hacia arriba la carga positiva. Esta carga como ya se ha explicado, pasa a la superficie del conductor hueco.
Si se usa un material neutro en la polea superior E la cinta no transporta cargas hacia abajo. Si se usa nylon en la polea superior, la cinta transporta carga negativa hacia abajo, esta carga viene del conductor hueco. De este modo, la cinta carga positivamente el conductor hueco tanto en su movimiento ascendente como descendente. Teóricamente el proceso se podría repetir indefinidamente de tal manera que aumentaría la carga electroestática constantemente, sin embargo existe un límite debido a las dificultades de aislamiento de dicha carga, ya que al elevar el potencial, el aire que rodea se hace conductor causando fugas de la energía transformada. Aplicando los principios de un Generador Van de Graaff es posible tener un auxiliar para recargar la batería cuando se presente el inconveniente de una descarga. Acoplando
al móvil se plantea que la función del motor, (en el
generador) sea remplazado por el movimiento de una o varias de las llantas, manteniendo el resto del sistema en el generador, claramente acoplado para las condiciones de esfuerzo provocado por la fuerza ejercida por el motor propuesto; de esta manera se aprovecha parte de la energía fugada en el movimiento de un automóvil. La energía electroestática que se producirá será acumulada en una celda independiente de todo funcionamiento eléctrico en el móvil la cual se activará manualmente cuando sea necesario.
Objetivos. Objetivos generales.
Hacer un generador electrostático de Van der Graaff para comprender su funcionamiento.
Objetivos específicos.
Capacitar al estudiante para desarrollar la teoría por medio de la práctica.
Aumentar su desarrollo práctico y científico del alumno.
Observar y analizar los fenómenos de atracción y repulsión.
Identificar qué tipos de cuerpos están cargados.
Aislar a un cuerpo de un campo eléctrico.
Comprobar la posibilidad de adaptar a un vehículo, como fuente auxiliar para la recarga de una batería automotriz.
Metodología. Se realizará una muestra del funcionamiento del Generador Van de Graaff. Para su construcción se requiere hacer una esfera hueca o bien conseguir algún sustituto de la misma él cual cumpla con el objetivo de acumulador d e electrones para alrededor
de
luego crear cierto voltaje en su superficie y ella.
Por
cuestiones
de
conductividad
es
recomendable elegir como material al aluminio. El diámetro de la esfera estará relacionado con las medidas que llevará el eje del rotor d e l a p a r t e s u p e r i o r ; e s t e s e r á e l e j e p o r e l c u a l p a s a r á l a banda dentro de la esfera. Después se analizará la distancia entre eje y eje sobre los cuales girará la ban da.
El r ot or i n f e r i o r s e r á
de plástico y se le tendr á que realizar unos
pequeños orificios en cada uno de los soportes para introducir el eje en el cual girara el rotor y
se colocara una polea del lado
exterior, que es por donde se transporta el movimiento a los ejes que vendrá de l mo tor y para crear el campo eléctrico, se necesitarán cables de cobre tanto en el eje superior como en el inferior. El m o t o r a u t i l i z a r s e r á d e 1 2 v o l t i o s p a r a p o d e r u t i l i z a r c o r r i e n t e d á n d o l e e l movimiento al eje inferior y consiguiendo así el giro de la banda.
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