Introduction: Construye Un Motor De Corriente Continua
Este es mi primer instructable, ya que es la primera vez que construyo algo digno de ser publicado aquí, así que con toda humildad aceptaré cualquier crítica constructiva sobre esta publicación.
El motor aquí descrito fue realizado como proyecto personal obligatorio para la asignatura "Máquinas eléctricas" de la universidad politécnica de Valencia (España).
El reto consistía en construir un motor de corriente continua con materiales de andar por casa o que pudiéramos conseguir fácilmente. Por ello la construcción resulta algo chapucera, sin duda cualquiera podrá mejorarlo con materiales de una mejor calidad, pero esto es lo que había disponible a mi alcance.
Notareis el abuso de cinta adhesiva, pero quiero señalar el caracter provisional del montaje, las piezas empleadas desempeñan una función a la que tienen que volver, por lo que no he querido usar cola en algunas zonas.
Espero que os guste.
Step 1: Que Tipo De Motor Vamos a Hacer?
Tipos de motores de corriente continua los hay a patadas, tras la investigación previa al proyecto (ya que aun no hemos estudiado nada de motores) me decidí por el modelo típico con escobillas, que era el que se ajustaba más a los materiales de los que podía disponer.
Lo más complicado fue conseguir un colector de corriente que no perdiera el contacto con las escobillas.
En las imagenes podeis ver la idea que perseguimos construir: Dos cables conectados a la fuente de alimentación que llegan a un colector de dos mitades, fijo al eje del motor y por tanto de giro solidario a este. Por último una espira por donde circula la corriente en un sentido distinto cada medio giro.
Dicha espira (o conjunto de ellas) se encuentran en el seno de un campo magnético constante creado por dos imanes permanentes con sus polos opuestos enfrentados.
En resumen y palabras sencillas, la corriente circulante por la espira crea un campo magnético perpendicular al plano que forma ella misma, este campo intenta alinearse con el ya existente creado por los imanes permanentes. Las espiras son "unos bichos" a los que no les gusta que el flujo magnético que las atraviesa cambie, y por ello intenta mantener constante ese flujo siguiendo la dirección 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 campo magnético de la espira cambia su alineación norte sur y se intenta alinear en el sentido opuesto, haciendo que la espira continué girando en un mismo sentido.Cabe señalar que no se atasca en un punto muerto gracias a su propia inercia de giro.
A nivel físico se implican varios fenómenos en los que no voy a perderme ahora, pero que os resultarán interesantes para comprender por qué gira el motor.
Inercia:
es.wikipedia.org/wiki/Inercia
Ley de Faraday:
es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faraday
Ley de Lenz:
:es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_lenz
Inducción electromágnética:
es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica
Step 2: Materiales Y Herramientas
MATERIALES
2 Varillas de metal
4 Soportes en forma de L
2 altavoces viejos (o dos buenos imanes)
Hilo de cobre esmaltado (importante que sea esmaltado)
Piezas de un meccano
cinta adhesiva gris
cable unifilar (del empleado en electronica)
Lata de refresco vacia
Tapón de corcho
Cartón pluma
Transformador de 12V viejo.
Cola termofusible
Base de madera
Interruptor
HERRAMIENTAS
Berbiquí
Martillo
Tijeras
Pistola de cola termofusible
multímetro
Step 3: El Colector De Corriente
La pieza mecánicamente mas complicada y de la que dependerá el éxito del proyecto es esta.
La corriente sale de la fuente de alimentación y llega a nuestras escobillias que deben transmitírsela a la espira que necesita que esa corriente cambie de sentido cada media vuelta. Esto se consigue gracias a un colector cilíndrico compuesto por dos láminas conductoras de la electricidad que no se tocan entre si y cuya separación es en sentido longitudinal. A este colector estará conectada nuestra espira.
Mi error inicial fue considerar que cuanta mas circunferencia tuviera el colector, mas fácil 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 más me aleje de ese eje para aplicar una fuerza, menor tiene que ser esta para frenarlo.
Así que finalmente lo hice del modo que veis en el cuarto paso.
Step 4: Construyendo El Colector
Materiales empleados para el colector:
Un tapón de corcho.
Una varilla metálica.
Una lata vacía.
Un berbiquí.
Tijeras.
Cola termofusible.
Un martillo. (mejor de goma).
Step 5: Construyendo El Colector II
Manos a la obra!!!
Con el berbiquí y con mas maña que fuerza, hacemos un agujero pasante en sentido axial al tapón de corcho.
Id poco a poco para que el corcho no se raje y tengamos que usar otro tapón, aunque siempre es una buena excusa para descorchar una botella :-)
Una vez taladrado por completo pasamos nuestra varilla metálica por el agujero.
Es importante que este agujero sea mas pequeño que el eje, el corcho es flexible y no tendremos problema para introducirlo, pero una vez hecho, el propio corcho se sujetará fuerte al eje por su propio rozamiento.
Step 6: Construyendo El Colector III
ESTE PASO ES EL MÁS DELICADO
-Cortaremos la lata para recubrir el corcho, con dos tiras de aluminio conductor de la electricidad.
-Medid la longitud necesaria para que la tira recubra la mitad del corcho, pero tened en cuenta que entre ambas no pueden tocarse y deberéis dejar un par de milímetros o tres de espacio entre ambas.
-Pegadlas con la cola termofusible, con mucho cuidado de que en los bordes no queden pegotes de cola o escalones donde luego se puedan enganchar las escobillas. No obstante, si disponeis de otro elemento mejor para el pegado usadlo. Os recomiendo algún tipo de resina más resistente al calor que la cola termofusible.
Podeis golpear con un martillo de goma (el que tenga) suavemente antes de que la cola se enfríe para moldear bien la placa y que no quede ningún escalón. (MUY IMPORTANTE: LEED LA NOTA AÑADIDA AL FINAL DEL PASO #11 SOBRE EL PEGADO CON COLA TERMOFUSIBLE, ES MEJOR QUE VOSOTROS UTILICEIS OTRA COSA)
Step 7: El Soporte De La Bobina
Materiales para el soporte de la bobina:
Cartón pluma
Bisturí de precisión o un cutter normal y corriente.
Cola termofusible
Lapiz
Escuadra y Cartabón con regla de medición
Procedimiento:
Hay que fabricar una estructura ligera y resistente para enbobinar nuestras espiras. Para ello pegué con cola termofusible dos tiras de cartón pluma al eje. Ambas forman un plano con este.
Luego se pegaron dos tiras mas largas (ya que deben ir muesqueadas para que el hilo de cobre una vez enbobinado no se salga) perpendicularmente a las dos primeras que forman un plano con el eje.
Las medidas que utilicé las esbocé sobre un papel para luego ponerlas aquí.
Nota:
Por comodidad instalé el eje partido por la mitad, así me es más fácil trabajar por un lado con la bobina y por otro con el colector, y si el proyecto no funcionase por culpa de uno de los dos, no debo trabajar en las reparaciones con el otro elemento "colgando".
Step 8: La Bobina
Bueno, ahora hay que bobinar HILO DE COBRE ESMALTADO en nuestro soporte.
Mi idea es construir un motor de 12 VOLTIOS por lo que debería haber dado unas 300 vueltas, pero solo dí 150 ya que si se me rompía la bobina corría el riesgo de quedarme sin hilo de cobre para fabricar otra.
El hilo de cobre esmaltado es difícil de conseguir, solo lo tienen en tiendas de electrónica especializadas y no en todas. Vivo en Valencia capital y aquí no fui capaz de encontrar, el que disponía lo compré en Murcia hace muchos años en una tienda llamada Rayte. No obstante por internet se encuentra fácil.
Si el hilo de cobre no va esmaltado no funcionará el motor
El esmalte aísla las distintas espiras entre si de manera que la corriente tenga que circular por todas ellas dando vueltas.
Como se aprecia en la segunda 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.
Step 9: Conexion Entre La Bobina Y El Colector.
DISPOSICIÓN INICIAL:
Es muy importante colocar el colector y la bobina como se ven en la imagen. ATENCIÓN AL DETALLE, las separaciones de los colectores van a 90º del plano de la bobina.
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. Os propongo dos ensayos de calidad:
1 Continuidad:
Conectad los dos extremos del hilo de la bobina a un multímetro y comprueba su continuidad.
2 Correcto aislamiento entre espiras:
Colocad el eje, formando 90º con el plano de la aguja de una brújula.
Si nuestra bobina funciona bien al conectarla a una pila de por ejemplo 4'5 o 9 voltios durante un segundo, debería ser capaz de orientar la brujula próxima en una dirección perpendicular al plano de esta, es decir la brújula debería ponerse a apuntar a nuestro eje. Si invertimos la polaridad de la bobina, la brújula apuntará hacia el eje pero con su otro polo.
Una vez sabemos que nuestra espira funciona, unimos cada extremo del hilo a una mitad distinta de nuestro colector
Justo en este momento mi soldador decidió dejar de funcionar, pero recordé de las clases de ciencia de materiales que para soldar sobre aluminio me habría hecho falta una atmósfera inerte o sustancias químicas fuera de mi alcance. Simplementé hice un "caracol" con cada extremo del hilo (previamente lijados para despojarlo de su barniz aislante) y los fijé cada uno a una chapa del colector mediante cinta aislante.
y ya tenemos terminado nuestro Rotor, ahora solo hay que montarlo en un soporte que encontréis por casa, o podes comprar algo en la ferretería.
Step 10: El Estator
La parte fija de nuestro motor se llama "Estátor" y está constituido por dos imanes permanentes con sus polos enfrentados.
Desgraciadamente no pude conseguir en ferreterías imanes permanentes de tamaño considerable como para esta aplicación y si los pedía por internet iban a tardar mucho, pero rescaté dos altavoces viejos de una radio rota.
Comprobad con una brújula la orientación de los imanes y colocadlos con norte y sur enfrentados, en mi caso particular los altavoces estaban montados con las polaridades al contrario, por lo que el efecto estético fue mejor
Step 11: Alimentacion Y Cableado
No tengo el autocad instalado en el pc nuevo, así que el Paint es lo que hay...
Materiales:
Cable unifilar de un grosor de medio milímetro.
Meccano o carton pluma (soportes de las escobillas)
Una fuente de alimentación:
Transformador de 220/12 voltios viejo.
Una fuente de alimentación ATX no funciona ya que ve un cortocircuito y por seguridad desconecta la alimentación.
La idea es sencilla, dos cables que salen de una fuente de alimentacion de 12 voltios y van a parar al colector mediante unas escobillas. el colector está conectado a la bobina.
Yo utilicé un transformador viejo al que conecté los cables mediante cinta adhesiva y cable de electrónica unifilar y grueso.
En un primer intento hice las escobillas con cable normal y corriente de varios hilos de cobre pero no funcionó.
En resumen tenemos un conductor que le pasa la corriente a una chapa conductora y esta a una bobina conductora de pocas vueltas, osea un cortocircuito en toda regla por lo que la intensidad que circula por nuestros cabes es muy elevada,.
Estaa intensidad de corriente continua forma arcos (chispas, o rayos pequeños) cuando se separan mecánicamente dos conductores, pero los conductores tienen mucha resistencia a separarse por efectos electromagnéticos de modo que en un cable de varios hilos, cada uno de ellos hace arcos cuando el colector gira y digamos que el cable se pega al colector cuando está alimentado, esta fuerza de rozamiento tan intensa no puede superarse y el motor no gira.
Por lo tanto la escobilla es un cable de un hilo pelado.
Las escobillas han de montarse tocando las chapas del colector y diametralmente opuestas. Yo hice dos soportes con el meccano y las coloqué en los laterales del eje, podéis usar muchas cosas si no tenéis un meccano, como por ejemplo un sobrante del cartón pluma empleado en el paso #6
Con tanta intensidad circulando y chispas saltando el colector y las escobillas se calientan mucho y queman yo utilicé un clip para ajustar las escobillas con el motor en marcha sin tener que tocarlas...
Las chispas van quemando el aluminio de la lata y de vez en cuando, tras mucho uso hay que lijarlo con suavidad para que vuelva a funcionar de forma óptima.
NOTA IMPORTANTE
Como el colector se calienta tanto, la cola termofusible se deshace tras 10 minutos de funcionamiento , por suerte le di al colector una vuelta de cinta adhesiva que lo mantiene unido y sigue funcionando, es altamente recomendable que useis otro material para el pegado como algún tipo de pegamento o resina epoxy que resista bien el calor.
Step 12: A Correr!
Finalmente conectamos la alimentación y si no se pone a girar le damos un empujoncito en cada sentido a ver en cual gira.
O intuimos previamente el sentido de giro estudiando esto:
es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua
Gracias por leerme!
Nos vemos en el proximo proyecto.
