AARON RUIZ CASTRO Y MONICA ESQUIVEL VILLA DE MARZO DE 2016
ESIME AZCAPOTZALCO INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ING. ROBOTICA INDUSTRIAL
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿Cómo crear una fuente de energía que sea útil, económica y que sea buena para el medio ambiente?
JUSTIFICACIÓN Al elegir este proyecto se busca crear un medio que produzca energía limpia de manera fácil y económica utilizando materiales que no afecten al ambiente. sto permitirá conocer el funcionamiento de un generador de energía y cómo es que logra crear suficiente energía para encender aparatos el!ctricos.
HIPÓTESIS "e puede generar energía a partir de las fuerzas y mo#imientos que e$isten en la naturaleza, con#irtiendo de este modo energía magn!tica en energía el!ctrica.
OBJETIVO GENERAL
Construir un generador de electricidad ecológico con materiales que no generen ningún tipo de contaminación.
OBJETIVO ESPECÍFICO
Comprobar que el generador de energía a base de imanes posee la energía suficiente para %acer funcionar un aparato el!ctrico, así como tambi!n demostrar las #enta&as que este posee tanto para la #ida diaria como para el medio ambiente.
ANTECEDENTES 'a #ida moderna sería impensable sin la e$istencia de los generadores de electricidad, ya que !stos los encontramos en todas partes( en la industria, el transporte, el %ogar, etc. n nuestra #ida diaria estamos acostumbrados a un tipo particular de generadores( como son los que generan electricidad mediante uno u otro tipo de energía, pues e$isten en muc%os de los aparatos que tenemos en nuestra casa. )ebido a la importancia que tienen en nuestra #ida cotidiana, consideramos importante conocer cómo son los generadores, motores y los principios físicos in#olucrados en su funcionamiento.
MARCO TEÓRICO IMANES *n imán es toda sustancia que posee o %a adquirido la propiedad de atraer el %ierro. Imanes naturaes. 'a magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer todas las sustancias magn!ticas. "u característica de atraer trozos de %ierro es natural. stá compuesta por ó$ido de %ierro. 'as sustancias magn!ticas son aquellas que son atraídas por la magnetita. Imanes art!"!#!aes $ermanentes. "on las sustancias magn!ticas que al frotarlas con la magnetita, se con#ierten en imanes, y conser#an durante muc%o tiempo su propiedad de atracción. ESIME AZCAPOTZALCO INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
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Algunos imanes permanentes son( Imanes #er%m!#&s "e llaman así por sus propiedades físicas. "u apariencia es lisa y de color gris oscuro, de aspecto parecido a la porcelana. "e les puede dar cualquier forma, por eso es uno de los imanes más usados +alta#oces, aros para auriculares, cilindros para pegar en figuras que se ad%ieren a las ne#eras, etc.. "on muy frágiles, pueden romperse si se caen o se acercan a otro imán sin el debido cuidado. "e fabrican a partir de partículas muy finas de material ferromagn!tico +ó$idos de %ierro que se transforman en un conglomerado por medio de tratamientos t!rmicos a presión ele#ada, sin sobrepasar la temperatura de fusión. -tro tipo de imanes cerámicos, conocidos como ferritas, están fabricados con una mezcla de bario y estroncio. "on resistentes a muc%as sustancias químicas +disol#entes y ácidos y pueden utilizarse a temperaturas comprendidas entre / 0C y 12/ 0C Imanes 'e an!#& "e llaman así porque en su composición lle#an los elementos aluminio, níquel y cobalto. "e fabrican por fusión de un 3 4 de aluminio, un 5 4 de níquel, un 1 4 de cobalto, un 65 4 de %ierro y un 7 4 de cobre. "on los que presentan me&or comportamiento a temperaturas ele#adas. 8ienen la #enta&a de poseer buen precio, aunque no tienen muc%a fuera en otros sitios Imanes "e(!)es "e fabrican por aglomeración de partículas magn!ticas +%ierro y estroncio en un elastómero +cauc%o, 9:C, etc.. "on la base sobre la que se traba&an los imanes publicitarios "u principal característica es la fle$ibilidad, presentan forma de rollos o planc%as con posibilidad de una cara ad%esi#a. "e utilizan entre otras cosas para la fabricación de imanes publicitarios, cierres para ne#era, tar&etas personales imantadas lla#es codificadas, etc. Consisten en una serie de bandas estrec%as que alternan los polos norte y sur. ;usto en la superficie su campo magn!tico es intenso pero se anula a una distancia muy peque
tienen alta resistencia a la des magnetización. "on lo bastante fuertes como para magnetizar y desmagnetizar algunos imanes de alnico y fle$ibles. "e o$idan fácilmente, por eso #an recubiertos con un ba
Imanes art!"!#!aes tem$&raes. Aquellos que producen un campo magn!tico sólo cuando circula por ellos una corriente el!ctrica. *n e&emplo es el electroimán. 9A8" ) *@ B@ &e Bagn!tico. &e magn!tico de la barra de la línea que une los dos polos. ESIME AZCAPOTZALCO INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
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'ínea neutra. 'ínea de la superficie de la barra que separa las zonas polarizadas. 9olos. "on los dos e$tremos del imán donde las fuerzas de atracción son más intensas. "on el polo norte y el polo sur. @8ACCD@ @8 BA@" 'os polos magn!ticos del de diferente nombre se atraen> los del mismo nombre se repelen. "i se rompe un imán, cada uno de los trozos se comporta como nue#o imán, y presenta sus propios polos norte y sur. Cuando se apro$ima una agu&a imantada o brú&ula a un imán, el polo sur de la agu&a se orienta %acia el polo norte debido a la atracción entre ambos. s imposible separar los polos de un imán. CAB9- BAE@F8Cs la región del espacio en la que actúa una fuerza sobre una agu&a imantada o sobre un imán. *n imán altera el espacio a su alrededor( peque
Im%n 'e ne&'!m!& *n !m%n 'e ne&'!m!& es el tipo de imán de tierras raras más e$tensamente utilizado> se trata de un imán permanente %ec%o de una aleación de neodimio, %ierro y boro, combinados para formar un compuesto que cristaliza en el sistema cristalino tetragonal con la fórmula empírica @d1Ge5H. Gue desarrollado en 5I31 por la Eeneral Botors y la di#isión de metales especiales de la "umitomo Betal ndustries. 'os imanes de neodimio son los más poderosos tipos de imanes permanentes %ec%os por el %ombre. 7 1 Jan reemplazado a otros tipos de imanes en muc%ísimas aplicaciones de la industria moderna que requieren imanes permanentes de gran poder> aplicaciones tales como la fabricación de motores en %erramientas inalámbricas, discos duros, y sellos magn!ticos. A$!#a#!&nes En te#n&&-*a 'os imanes de neodimio %an reemplazado a los tradicionales imanes de alnico y ferrita en muc%as de las miles de aplicaciones que tienen en la tecnología moderna, allí donde se requiera poderosos imanes permanentes para una determinada aplicación. sto es debido a que su gran potencia permite el uso de piezas muc%o más peque
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Botores para automó#iles tanto %íbridos como el!ctricos. l motor el!ctrico de cada 8oyota 9rius requiere de 5 Kilogramo de neodimio para su fabricación. Eeneradores el!ctricos para turbinas de #iento> %asta 2// Kg de materia prima por mega Latt +se estima que el contenido de neodimio es de 754 del peso del imán. 'a demanda para el neodimio en #e%ículos el!ctricos se estima que es 6 #eces mayor que en turbinas de #iento. Otras a$!#a#!&nes Además, la mayor fuerza de los imanes de neodimio %a inspirado nue#as aplicaciones en áreas donde los imanes no eran usados anteriormente, tales como broc%es de &oyería magn!ticos, con&untos de construcción magn!ticos para ni
Cara#ter*st!#as 'e &s Imanes Dens!'a',.9eso específico, indicado en g=cm7 o Kg=dm7. Dens!'a' 'e ener-*a /B0H1,.s el producto entre la inducción magn!tica +H y la fuerza de campo +J. Fu2& ma-n3t!#&,. Cantidad de líneas de fuerza en un área determinada. Fu(4metr&,. Aparato utilizado para medir el flu&o magn!tico. Fuer+a 'e #am$& #&er#!t!5& /H#21,. Guerza que %ay que aplicar para que un elemento magnetizado %asta la saturación regrese a cero. Gaus4metr&,. Aparato utilizado para medir la inducción magn!tica. Gauss /G1,. *nidad de medida de la inducción magn!tica. 5 E M 5/N 8, 5 m8 M 5/ E. Im%n $ermanente,. s aqu!l que mantiene su magnetismo despu!s de la magnetización. Imanta#!4n /ma-net!+a#!4n1,. Aplicación de un campo magn!tico más de tres #eces más fuerte que el campo coerciti#o del elemento a magnetizar Jc&. In'u##!4n /B1,. )ensidad de líneas magn!ticas. In'u##!4n ma-n3t!#a,. Glu&o por unidad de área normal a la dirección del campo magn!tico. L*neas 'e #am$&,. epresentan el campo magn!tico, #isualizándose mediante limaduras de %ierro. Ma-net!sm&,. 'os electrones que se mue#en alrededor de los núcleos de los átomos generan un momento +o fuerza magn!tica. Ma(6e,. *nidad de medida de flu&o magn!tico. Oerste' /Oe1,. *nidad de medida de campo magn!tico. P&& ma-n3t!#&,. 'ugar por donde entra +"ur o sale +@orte el flu&o magn!tico de un imán. Tem$eratura 'e tra)a2&,. 8emperatura má$ima a la que podemos e$poner el imán sin que pierda magnetismo. Tem$eratura 'e Cur!e,. 8emperatura a la cual un imán pierde su magnetismo. Tesa /T1,. *nidad de medida de inducción magn!tica. 5 m8 M 5/ E, 5 E M 5/N 8. 7e)er /7)1, . *nidad de medida de flu&o magn!tico. 5Ob M 5/N +P3 Ba$Lell. ESIME AZCAPOTZALCO INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
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Ma-net!sm& l ma-net!sm& es un fenómeno físico por el que los ob&etos e&ercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Jay algunos materiales conocidos que %an presentado propiedades magn!ticas detectables fácilmente como el níquel, %ierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. "in embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magn!tico. l magnetismo tambi!n tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la radiación electromagn!tica, como por e&emplo, la luz. Bre5e e($!#a#!4n 'e ma-net!sm& Cada electrón es, por su naturaleza, un peque
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atómica, resultan de dos tipos diferentes del mo#imiento de electrones. l primero es el mo#imiento orbital del electrón sobre su núcleo atómico> este mo#imiento puede ser considerado como una corriente de bucles, resultando en el momento dipolar magn!tico del orbital. 'a segunda, más fuerte, fuente de momento electrónico magn!tico, es debido a las propiedades cuánticas llamadas momento de spin del dipolo magn!tico +aunque la teoría mecánica cuántica actual dice que los electrones no giran físicamente, ni orbitan el núcleo. l momento magn!tico general de un átomo es la suma neta de todos los momentos magn!ticos de los electrones indi#iduales. 9or la tendencia de los dipolos magn!ticos a oponerse entre ellos se reduce la energía neta. n un átomo los momentos magn!ticos opuestos de algunos pares de electrones se cancelan entre ellos, ambos en un mo#imiento orbital y en momentos magn!ticos de espín. Así, en el caso de un átomo con orbitales electrónicos o suborbitales electrónicos completamente llenos, el momento magn!tico normalmente se cancela completamente y solo los átomos con orbitales electrónicos semiP llenos tienen un momento magn!tico. "u fuerza depende del número de electrones impares. 'a diferencia en la configuración de los electrones en #arios elementos determina la naturaleza y magnitud de los momentos atómicos magn!ticos, lo que a su #ez determina la diferencia entre las propiedades magn!ticas de #arios materiales. $isten muc%as formas de comportamiento magn!tico o tipos de magnetismo( el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo> esto se debe precisamente a las propiedades magn!ticas de los materiales, por eso se %a estipulado una clasificación respecti#a de estos, según su comportamiento ante un campo magn!tico inducido, como sigue(
Cas!"!#a#!4n 'e &s mater!aes ma-n3t!#&s T!$& 'e mater!a
Cara#ter*st!#as @o afecta el paso de las líneas de Campo magn!tico. @o magn!tico &emplo( el #acío. Baterial d!bilmente magn!tico. "i se sitúa una barra magn!tica cerca )iamagn!tico de !l, !sta lo repele. &emplo( bismuto +Hi, plata +Ag, plomo +9b, agua. 9resenta un magnetismo significati#o. Atraído por la barra magn!tica. 9aramagn!tico &emplo( aire, aluminio +Al, paladio +9d, magneto molecular . Bagn!tico por e$celencia o fuertemente magn!tico. Atraído por la barra magn!tica. 9aramagn!tico por encima de la temperatura de Curie Gerromagn!tico +'a temperatura de Curie del %ierro metálico es apro$imadamente unos RR/ SC. &emplo( %ierro +Ge, cobalto +Co, níquel +@i, acero sua#e. @o magn!tico aún ba&o acción de un campo magn!tico inducido. Anti ferromagn!tico &emplo( ó$ido de manganeso +Bn-1. Benor grado magn!tico que los materiales ferromagn!ticos. Gerrimagn!tico &emplo( ferrita de %ierro. Bateriales ferromagn!ticos suspendidos en una matriz diel!ctrica. "uperparamagn!tico &emplo( materiales utilizados en cintas de audio y #ideo. Gerritas Gerromagn!tico de ba&a conducti#idad el!ctrica. ESIME AZCAPOTZALCO INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
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&emplo( utilizado como núcleo inductor para aplicaciones de corriente alterna.
T!$&s 'e mater!aes ma-n3t!#&s $isten di#ersos tipos de comportamiento de los materiales magn!ticos, siendo los principales el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo. n los materiales diamagn!ticos, la disposición de los electrones de cada átomo es tal, que se produce una anulación global de los efectos magn!ticos. "in embargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiere una imantación d!bil y en el sentido opuesto al campo inductor. "i se sitúa una barra de material diamagn!tico en el interior de un campo magn!tico uniforme e intenso, esta se dispone trans#ersalmente respecto de aquel. 'os materiales paramagn!ticos no presentan la anulación global de efectos magn!ticos, por lo que cada átomo que los constituye actúa como un peque
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acción del campo del imán. l disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicación de un #olta&e entre el borde y el centro del disco, lo que %ace que el disco gire gracias a la fuerza producida por la reacción magn!tica. l campo magn!tico de un imán permanente es lo suficientemente fuerte como para %acer funcionar una sola dinamo peque
C&m$ara#!4n 'e m&t&res 9 -enera'&res 8odos los motores son generadores. 'a fem en un generador aumenta su eficiencia, pero una fem en un motor contribuye al desperdicio de energía e ineficiencia en su desempe
DESARROLLO DEL PRO:ECTO Mater!aes; 2 imanes de neodimio. mpalme de tubo de 9:C de R,6cm. $ 9inzas cocodrilo. Cobre esmaltado. Cable de corriente de 5,6mm. Componentes del circuito. :arilla roscada del 2 y tornillería. Clemas de cone$ión. Baderas para los e&es y base madera. Haleros. scobillas. Hridas. "úper pegamento. Cinta aislante. sta
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C&st&s; 2 imanes de neodimio..........................................................................................T6/ mpalme de tubo de 9:C de R,6cm...................................................................T5/ $ 9inzas cocodrilo..................................................................................................T Cobre esmaltado. ....................................................................................................T Cable de corriente de 5,6mm. .................................................................................T Componentes del circuito........................................................................................T :arilla roscada del 2 y tornillería..............................................................................T Clemas de cone$ión.................................................................................................T Baderas para los e&es y base madera. ...................................................................T Haleros. ...................................................................................................................T scobillas.................................................................................................................T Hridas.......................................................................................................................T "úper pegamento.....................................................................................................T Cinta aislante...........................................................................................................T sta
C&nstru##!4n; n base a un dise
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