Reporte de proyecto
NOMBRE DEL ESTUDIANTE
Fernando Javier Chan Valle Alejandro Kuman Pech Carlos Manuel Tzab Ek
CARRERA
Ingeniería Electromecánica Electromecánica
ASIGNATURA
Maquinas Eléctricas
SEMESTRE
6to Semestre
DOCENTE
Erick del Jesús Tamayo Loeza
CORREO ELETRONICO
[email protected] etamayo@itsprogreso. edu.mx
Objetivo:
Construir un electroimán capaz de levantar mínimo 50 kg empleando transformadores de microondas para su elaboración.
Materiales:
- Platinas de acero
- Paños de lijas
- Cable calibre 8 (color rojo y negro)
- Desengrasante
- Electrodos 6013
- Compresor
- Transformadores de microondas
- Pistola para compresor
- Caimanes para batería
- Soldadura de estaño
- Pinzas - Maquina para soldar - Careta y guantes - Pintura de esmalte - Broca de ½” - Disco de corte para metal - Disco para pulir acero - Pasta automotriz
Marco teórico:
-
Electroimán
Es un imán que pasa corriente por una bobina, deja de magnetizar si se llega a cortar la corriente, está compuesto por un núcleo de hierro. Si se enrolla un hilo conductor alrededor de una barra de hierro curvada y se convierte en circular, se obtiene un imán muy potente que atrae grandes cantidades de material magnético. -
Avances del electroimán
Un avance importante en la evolución del electroimán fue gracias a Joseph Henry, un científico estadounidense que cambió el aislamiento del hierro por el aislamiento del conductor, consiguiendo mejores resultados que Sturgeon. Además descubrió el principio de inducción electromagnética de forma paralela a Faraday, aunque fue publicado antes por éste último. Puso en práctica sus conocimientos sobre electromagnetismo para ayudar a Morse a desarrollar su telégrafo basado en el electroimán. El primer electroimán era un trozo de hierro con forma de herradura el cual se había envuelto con cobre 18 veces. Sturgeon demostró la fuerza de su invención levantando con él hasta 4 kg mediante el uso de una batería. -
Ventajas
Una de las ventajas del electroimán es que el campo magnético se puede alterar mediante la manipulación de la corriente eléctrica que pasa a través del aparato. Cuando pasa la corriente, genera un campo magnético según la regla de la mano derecha, que se puede visualizar
apuntando con el pulgar en la dirección de la corriente. Al cerrar los dedos restantes, indicarán la dirección del campo magnético. Muchos electroimanes aumentan al tener hierro u otros materiales naturalmente ferromagnéticos en el núcleo, lo cual genera una fuerza máxima de 1,6 teslas (la unidad científica de fuerza magnética) por unidad de área. Juegan un papel clave en motores y generadores, ya que usan la fuerza del campo magnético para generar energía y electricidad. También pueden usarse para producir sonido en timbres eléctricos y altavoces. Otro uso de los electroimanes es que posibilitan la grabación de material en casetes, cintas de vídeo y discos duros. Por último, los electroimanes de alta potencia pueden usarse en imaginología y en aceleradores de partículas.
Fig. 1. Electroimán.
Metodología:
En primer lugar el profesor nos explicó sobre el funcionamiento de los transformadores y los diferentes tipos que existen y la relación de transformador. Luego en la primera semana procedimos a elaborar un cronograma de nuestras actividades y un bosquejo del prototipo, también durante esta semana se fue a conseguir los materiales que emplearíamos en la elaboración del electroimán, los cuales fueron los siguientes: las platinas de acero, los transformadores de microondas, cables d e calibre 8 y electrodos. Una vez teniendo esto materiales en las horas de las clases de máquinas eléctricas utilizábamos el taller para ir construyendo nuestro dicho proyecto. En el cual tuvimos que desarmar los transformadores para dejar lo que solo utilizaríamos, ahí mismo en el taller empezamos a soldar la base que se emplearía en el electroimán utilizando las platinas de acero, de igual manera en la base se le realizo un soporte donde se colocaría unas “S” para que este su pueda colgar, también se le hizo una tapa con el mismo material.
Fig. 2. Base del electroimán
Fig. 3. Tapa
Fig. 4. Electroimán con transformadores
Después en la segunda semana se enfocó mayormente en lo que viene siendo la estética del prototipo, dándole su acabado para que tenga una buena presentación, luego le soldamos una agarradera para que se pueda cargar o levantar con la mano. En esta semana también se pintó la base y la tapa del proyecto. Y se le pego un logotipo del ITSP.
Fig. 5. Acabado
Fig. 6. Pintado de tapa y base
Fig. 7. Trabajo final
En la última y tercera semana nos enfocamos en los cálculos respectivos del electroimán, en donde calculamos la potencia que tendría el prototipo para soportar lo máximo que podría levantar una carga X, también el número de espiras, el campo magnético, cuanta corriente y voltaje está consumiendo, la fuerza que soporta y la sección del hilo primario.
S = sección en
=
= √ → - 150w 1.2 10000 G → 150 990w 1 12000 G → 1000 - 4000w 1.5 – 8000 G
K=
–
–
–
Pp = potencia absorbida por el primario
Sec = sección hilo en
Sec=
I = Intensidad en Amperios
/
d = Densidad de corriente en
N =Espiras por voltio F = Frecuencia en HZ S = sección núcleo en
B = inducción de gauss
D = ( ) 2 Sección hilo =
3 = =4/ 10 = 4.44 =
h = 8.5 cm b = 3.3 cm 8.5 cm X 3.3 cm = 28.05
= = .. = 546.39 Vp = 110v P = 546.39 w F = 60 Hz B = 10,000
= 4.44 60 1028.05 10,000 =1.33 / n = 1.33 esp/V d=4 Ep = 120 X 1.33 =159 .6 espiras
. = 4.55 . Sección del hilo primario = = = 1.1 3 Ip =
Nota: Los cálculos anteriores se realizaron para poder dete rminar el número de espiras del trasformador de microondas que se está empleando para la realización del electroimán.
Cálculos para el electroimán
Potencia = 546.39w V = 12v Ip =
Sección del hilo primario =
. = 45.53
= . = 11.38 Campo Magnético
Mo =
4 107 . = 1.26 ./
= ℎ =
N = 160 espiras I = 45.53 A h = es la longitud de la bobina, igual a la suma de los diámetros
h = 160 (3.3
10−+159 8.5 10− =0.187
45.53 = 49.08 10 = 1.26 160 0.187 B = 49.08 mT
Cálculos de Fuerza
Fuerza = ((N X I X K X A) / (2X N = # vueltas I = corriente A = área de la sección transversal del imán en
g = la distancia, en metros, entre el imán y la pieza k=4X
10− = símbolo que significa la potencia de determinado numero
=0.002805 F = ((160 X 45.53A X 4 x 10− x 0.002805) / (2 x 0.01 = 28.05
935.29 Newton’s
1 Newton’s = 0.224808943 lb
935.29 X 0.224808943 = 210.26 Libras 1 Libra = 0.453592 kg 210.26 X 0.453592 = 95.37 kg
Nota: 95.37 kg es solo para una bobina pero l o multiplicamos por 2 ya que estamos usando 2 bobinas 95.37 kg X 2 = 190.74 kg
Resultados:
En conclusión podemos decir que este proyecto de la materia de “Máquinas eléctricas”, en el tema de transformadores; fueron muchos los aprendizajes obtenidos en especial la aplicación y comprensión del electromagnetismo, así como la fácil comprensión de las leyes a través de su aplicación en nuestro prototipo. Las principales leyes que se aplican en este prototipo son 2: Ley de Inducción de Faraday: El voltaje inducido en una bobina es proporcional al producto del número de espiras y a la razón de cambio del campo magnético. Ley de Lenz: El sentido del voltaje y la corriente inducida en una bobina son tales que producen un campo magnético que se opone a la variación de dicho campo ya existente a través del área de la bobina. Por lo tanto, así como una corriente eléctrica genera un campo magnético, un campo magnético puede generar una corriente eléctrica. Algo que demostró Faraday fue que si se mueve un imán dentro de una bobina de alambre conductor, se obtiene una corriente inducida. El mismo efecto puede observarse si es la bobina la que se mueve manteniendo fijo el imán. Este fenómeno se conoce como inducción electromagnética. Si la dirección del movimiento se invierte, también invierte el sentido de la corriente inducida. La magnitud de la corriente inducida es proporcional al número de espiras de la bobina, a la intensidad del campo magnético y a la rapidez del movimiento entre imán y bobina. El objetivo se logró y se pudo llevar a cabo el electroimán.
Referencias:
- Rolando Martínez. (2014). Magnetismo, Electroimán y Transformador. Obtenida el 28 de Mayo de 2017, de https://prezi.com/maht-dlvhll6/magnetismo-electroiman-y-transformador/
- AkaVideos. (n.d). Transformador de microondas un poderoso electroimán. Obtenida el 28 de Mayo de 2017, de https://www.akavideos.com/watch?v=PWAtHW58Uv0
