INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA
O
- ELECTROMAGNETISMO
–
Generador de Corriente Electrico
“
”
Ing. César Hernández Sánchez CATEDRATICO
Integrantes:
Cadena Ramírez José Gerardo
Matías Velasco Jessica
Ramos Cabrera Ariadna
Ruíz Morales Mario Daniel
Ingeniería Electrónica Grupo: E1A HORARIO DE CLASE:
8:00 a.m. a 9:00 a.m. Oaxaca de Juárez, Oaxaca, Diciembre/2011
Reporte de Proyecto “Generador de Corriente Eléctrico”
Objetivo 1. Construir una maquina en la cual utilizaremos los principios del funcionamiento de un generador eléctrico. 2. Demostrar la forma en que la energía mecánica se transforma en energía eléctrica, a partir del movimiento de una rueda de bicicleta, se creara un movimiento en el generador, posteriormente la energía mecánica en el interior del generador se transformara en energía eléctrica. 3. Crear una corriente continua con el funcionamiento del generador, y así alcanzar un voltaje de 5 volts a 25 miliamperes.
Introducción
Generador Eléctrico
Generador eléctrico de una fase que genera una corriente eléctrica alterna (cambia periódicamente de sentido), haciendo girar un imán permanente cerca de una bobina. Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre sus dos terminales o bornes transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua.
Inducción Electromagnética
La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday quien lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético ( Ley de Faraday ). Por otra parte, Heinrich Lenz comprobó que la corriente debida a la f.e.m. inducida se opone al cambio de flujo magnético, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es válido tanto para el caso en que la intensidad del flujo varíe, o que el cuerpo conductor se mueva respecto de él.
Dinamo
Una dinamo es un generador eléctrico destinado a la transformación de flujo magnético en electricidad mediante el fenómeno de la inducción electromagnética, generando una corriente continua. Su funcionamiento se basa en el giro dentro de un campo magnético de una espira (lazo) metálica, por lo general de cobre, aunque para aumentar el rendimiento, se recurre al uso de varias espiras en forma de bobina. Debido a los fenómenos de inducción electromagnética en la bobina aparece una corriente eléctrica que se recoge mediante unas escobillas también metálicas o de carbón en el llamado colector. El colector es una pieza importante dentro de las dinamos puesto que es el dispositivo que permite ofrecer corriente continua, ya que debido a su giro, el sentido de la corriente cambia en la bobina. Pese a esto se trata de un mecanismo muy sencillo, ya que es un simple anillo con incrustaciones metálicas aisladas entre sí a las que se
conectan los extremos de la bobina. En cada giro la incrustación metálica que corresponda al polo positivo de la bobina siempre estará en contacto con la escobilla que haga las veces de polo positivo de la dinamo, cosa que ocurre de igual modo con el polo negativo. Como la corriente ofrecida por una sola bobina tendría una componente ondulatoria muy elevada (es decir, que el voltaje suministrado variaría continuamente dentro de unos límites en ocasiones muy poco admisibles) se recurre a añadir más bobinas hasta llegar a montajes de gran complejidad.
Motor eléctrico
Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos. Principio de funcionamiento
Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.
Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha. Motores de corriente continúa
La conversión de energía en un motor eléctrico se debe a la interacción entre una corriente eléctrica y un campo magnético. Un campo magnético, que se forma entre los dos polos Opuestos de un imán, es una región donde se ejerce una fuerza sobre determinados metales o sobre otros campos magnético5 Un motor eléctrico aprovecha este tipo de fuerza para hacer girar un eje, transformándose así la energía eléctrica en movimiento mecánico. Los dos componentes básicos de todo motor eléctrico son el rotor y el estator. El rotor es una pieza giratoria, un electroimán móvil, con varios salientes laterales, que llevan cada uno a su alrededor un bobinado por el que pasa la corriente eléctrica. El estator, situado alrededor del rotor, es un electroimán fijo, cubierto con un aislante. Al igual que el rotor, dispone de una serie de salientes con bobinados eléctricos por los que circula la corriente. Cuando se introduce una espira de hilo de cobre en un campo magnético y se conecta a una batería, la corriente pasa en un sentido por uno de sus lados y en sentido contrario por el lado opuesto. Así, sobre los dos lados de la espira se ejerce una fuerza, en uno de ellos hacia arriba y en el otro hacia abajo. Sí la espira de hilo va montada sobre el eje metálico, empieza a dar vueltas hasta alcanzar la posició n vertical. Entonces, en esta posición, cada uno de los hilos se encuentra situado en el medio entre los dos polos, y la espira queda retenida. Para que la espira siga girando después de alcanzar la posición vertical, es necesario invertir el sentido de circulación de ¡a corriente. Para conseguirlo, se emplea un conmutador o colector, que en el motor eléctrico más simple, el motor de corriente continua, está formado por dos chapas de metal con forma de media luna, que se sitúan sin tocarse, como las dos mitades de un anillo, y que se denominan delgas. Los dos extremos de la espira se conectan a ¡as dos medias lunas. Dos conexiones fijas, unidas al bastidor del motor y llamadas escobillas, hacen contacto con cada una de las delgas del colector, de forma que, al girar la armadura, las escobillas contactan primero con una delga y después con la otra. Cuando la corriente eléctrica pasa por el circuito, la armadura empieza a girar y ¡a rotación dura hasta que la espira alcanza la posición vertical. Al girar las delgas del colector con la espira, cada media vuelta se invierte el sentido de circulación de la corriente eléctrica. Esto quiere decir que la parte de la espira que hasta ese momento recibía la fuerza hacia arriba, ahora la recibe hacia abajo, y la otra parte al contrario.
De esta manera la espira realiza otra media vuelta y el proceso se repite mientras gira la armadura. El esquema descrito corresponde a un motor de corriente continua, el más simple dentro de los motores eléctricos, pero que reúne ¡os principios fundamentales de este tipo de motores. Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en:
Motor serie
Motor compound
Motor shunt
Motor eléctrico sin escobillas
Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:
Motor paso a paso
Servomotor
Motor sin núcleo
Motores de corriente alterna
Los motores de C.A. se clasifican de la siguiente manera:
Asíncrono o de inducción
Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias. Jaula de ardilla
Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas). Monofásicos
Motor de arranque a resistencia. Posee dos bobinas una de arranque y una bobina de trabajo
Motor de arranque a condensador. Posee un condensador electrolítico en serie con la bobina de arranque la cual proporciona más fuerza al momento de la
marcha y se puede colocar otra en paralelo la cual mejora la reactancia del motor permitiendo que entregue toda la potencia.
Motor de marcha.
Motor de doble condensador.
Motor de polos sombreados o polo sombra.
Trifásicos
Motor de Inducción. A tres fases: La mayoría de los motores trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir, consumen lo mismo en las tres fases, ya estén conectados en estrella o en triángulo. Las tensiones en cada fase en este caso son iguales al resultado de dividir la tensión de línea por raíz de tres. Por ejemplo, si la tensión de línea es 380 V, entonces la tensión de cada fase es 220 V.
Rotor Devanado
El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en corto circuito al igual que el eje de jaula de ardilla. Monofásicos
Motor universal
Motor de Inducción-Repulsión.
Motor de fase partida
Motor por reluctancia
Motor de polos sombreados
Trifásico
Motor de rotor devanado.
Motor asíncrono
Motor síncrono
Síncrono
En este tipo de motores y en condiciones normales, el rotor gira a las mismas revoluciones que lo hace el campo magnético del estator. Cambio de sentido de giro
Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna se siguen unos simples pasos tales como:
Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente o con unos relevadores
Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases.
Para motores de AC es necesario invertir los contactos del par de arranque.
Los motores eléctricos satisfacen una amplia gama de necesidades de servicio, desde arrancar, acelerar, mover, o frenar, hasta sostener y detener una carga. Estos motores se fabrican en potencias que varían desde una pequeña fracción de caballo hasta varios miles, y con una amplia variedad de velocidades, que pu eden ser fijas, ajustables o variables.
Hipótesis
Un generador eléctrico es un dispositivo que transforma la energía mecánica en energía eléctrica, dado que la corriente eléctrica se produce por un movimiento de electrones, el generador eléctrico se sirve de un campo magnético para producir este movimiento, al girar una bobina conductora entre los campos de un imán se produce una variación en el flujo del movimiento del campo magnético generando una fuerza electromotriz capaz de originar una corriente eléctrica alterna.
Variables Involucradas
Velocidad
Fuerza
Corriente
Voltaje
Material Utilizado
Material
Cantidad
Bicicleta
1
Motor Eléctrico
1
Dinamo
1
Cinta de Aislar
1
Cinturones que sirvan de abrazaderas Cable
1 2m
Tornillos
2
Tuercas
4
Rondanas
4
Taladro
1
Llaves para fijar tuercas Foco de 12 volts a 6 watts Multímetro Leeds ultra brillantes
3
Cables caimanes Perico Pinzas
Desarrollo De La Práctica
1. Adaptar a la bicicleta el motor, con ayuda de las abrazaderas, de manera que este pueda girar sin complicaciones. 2. Taladrar en la bicicleta dos agujeros, con el propósito de fijar el dinamo y el foco. 3. Con ayuda de los tornillos, las tuercas, rondanas, y llaves fijar el dinamo y el foco en los agujeros realizados. 4. Probar el funcionamiento del sistema creado. 5. Medir el voltaje y amperaje producido por los generadores eléctricos.
Resultados
Al realizar mediciones con respecto al proyecto elaborado, el motor arrojo un voltaje de 9 Volts y la intensidad fue de 30 miliamperios; en cuanto al dinamo este nos arrojó un total de 20 volts. Para medir el voltaje se conectó la terminal negativa del multímetro con la terminal negativa de los generadores, y la terminal positiva del multímetro con la terminal positiva de los generadores, en caso del dinamo notamos que había una pequeña variación debido a que el movimiento del conductor debe ser continuo para que el
flujo de energía sea constante y que a mayor velocidad mayor será nuestro voltaje, mientras que en el motor este a menor velocidad nos producida mayor voltaje. Este movimiento al ser medido nos arrojó los resultados ya mencionados.
Análisis o Interpretación de Resultados
Los resultados arrojados nos hacen referencia a la Ley de inducción de Faraday que enuncia lo siguiente: “la fuerza electromotriz (fem) inducida en un circuit o es
directamente proporcional a la rapidez de cambio de flujo magnético a través del circuito”. Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose dentro
de un campo magnético (imán) generaba una tensión y cuando el circuito se cerraba con un receptor circulaba una corriente eléctrica. Es decir comprobó con un amperímetro que se generaba una corriente eléctrica al mover el conductor por dentro del campo magnético, a esta corriente la llamo corriente inducida. A partir del enunciado de la ley de Faraday y del proyecto realizado descubrimos que cuando hacíamos girar el conductor creábamos una variación en el flujo del campo magnético y por consecuencia una fem (voltaje).
Conclusiones
Al finalizar el proyecto nos percatamos que efectivamente una energía mecánica aplicada puede
convertirse
en
energía
eléctrica,
mediante
las
aplicaciones
de
leyes
de
electromagnetismo. Durante el desarrollo del proyecto y al demostrar el funcionamiento de la conversión de energía mecánica en energía eléctrica, observamos el funcionamiento del dinamo, en el cual comprobamos que en su interior existe un conductor que se hace girar en torno a un campo magnético, esto hace que el campo sea cortado por los conductores a los cuales se les ha aplicado un movimiento, esto crea una diferencia de potencial en el dinamo debido a que el voltaje varía dependiendo del ángulo que se va formando respectivamente con las líneas del campo magnético. Al generar una diferencia de potencial se crea una corriente eléctrica que viaja en el conductor y que se le conecta a un foco del dinamo, el cual enciende cuando existe movimiento. La intensidad de la corriente difiere dependiendo de la velocidad que se le aplique , en este caso al giro de la rueda, pues a mayor velocidad, existe mayor flujo de electrones y con ello mayor intensidad de corriente eléctrica, esto es porque los conductores cortan con mayor velocidad las líneas de flujo magnético.
Anexos
Bibliografía
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico http://www.inta.es/descubreAprende/htm/hechos8_2.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Dinamo_%28generador_el%C3%A9ctrico%29 http://www.monografias.com/trabajos72/generadores-electricos/generadoreselectricos.shtml http://www2.ib.edu.ar/becaib/bib2007/LopezL.PDF http://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica
