Resumen

El cargador de baterías contiene un motor de corriente continua (CC) o motor de corriente directa (CD); este motor convierte la energía mecánica en eléctrica, gracias a un movimiento rotatorio en el que se genera un campo magnético. Como es de esperarse tiene un inconveniente que es el mantenimiento, el cual es laborioso debido al desgaste del motor. En México existe un alto índice de consumo de energía, por lo tanto, esto provoca un mayor gasto económico; esto nos ha llevado a buscar energías alternativas que puedan reemplazar una energía contaminante con una limpia. Un cargador de baterías es un dispositivo utilizado para suministrar la corriente eléctrica o tensión eléctrica que almacenara una (o varias simultáneamente) en la pila recargable o una batería.La carga de corriente depende de la tecnología y de la capacidad de la batería a cargar. Por ejemplo, la corriente o tensión que debería suministrarse para una batería de un Auto de 12 v deberá ser muy diferente a la corriente para recargar una batería de 5 v de teléfono móvil. Un cargador sencillo trabaja haciendo pasar una corriente continua o tensión entre otras, por ejemplo para tecnología de plomo constante por la batería que va a ser cargador. Un cargador de mantenimiento es un tipo de cargador sencillo que carga la batería muy despacio, a la velocidad de auto descarga; es el tipo de cargador más lento. Los cargadores inductivos hacen uso de la inducción electromagnética para cargar las baterías. Estas son características comunes propias del proyecto, gracias a que el motor libera cargas electromagnéticas y las almacena; al mismo tiempo esta provoca una carga lenta a la batería.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Actualmente en el mundo, los teléfonos celulares consumen una gran cantidad de energía, debido a su uso constante. En México más del 90% de la población posee un teléfono celular por lo cual el uso de energía eléctrica aumenta considerablemente y gracias a esto el gasto económico es de aproximadamente 300 pesos mexicanos.

Hoy en día el uso excesivo de energía eléctrica se ha convertido en un problema que alerta a la población; con un desarrollo sustentable se pueden evitar ciertas prácticas diarias de uso de energía.

Además el uso de energía renovable constituye a un gran beneficio al medio ambiente y al uso de nuevas tecnologías, así se implementarán nuevas funciones de energías alternativas.

Antecedentes

Un motor eléctrico es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.

Existen básicamente tres tipos de motores eléctricos: a) Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.]. Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo número de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:

• Serie
• Paralelo
• Mixto

1. b) Los Motores de Corriente Alterna [C.A.]. Son los tipos de motores más usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de energías “normales”. De acuerdo a su alimentación se dividen en tres tipos:

• Monofásicos (1 fase)
• Bifásicos (2 fases)
• Trifásicos (3 fases)

1. c) Los Motores Universales. Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que es baja (del orden del 51%), pero como se utilizan en máquinas de pequeña potencia, ésta no se considera importante, además, su operación debe ser intermitente, de lo contrario, éste se quemaría. Estos motores son utilizados en taladros, aspiradoras, licuadoras, etc.

El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo.
Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería.

En la siguiente figura se representa, de forma esquemática y simplificada, la vista frontal de un colector seccionado en dos partes, perteneciente a un motor de corriente directa (C.D.) muy simple. También se muestra el enrollado de la bobina del electroimán que gira a modo de rotor, diferenciada por un color diferente en cada una de sus mitades. Una de las mitades se representa por un círculo rojo y la otra por un círculo azul, identificados como “1” y “2”. Como se puede ver, uno de los terminales de dicha bobina se encuentra conectado a la sección “a” del colector y el otro terminal a la sección “b”.

En el motor de corriente directa el colector o conmutador sirve para conmutar o cambiar constantemente el sentido de circulación de la corriente eléctrica a través del enrollado de la bobina del rotor  cada  vez que completa media vuelta. De esa forma el polo norte del electroimán coincidirá siempre con el polo norte del imán permanente y el polo sur con el polo sur del propio imán. Al coincidir siempre dos polos magnéticos, que en todo momento van a ser iguales, se produce un rechazo constante entre ambos, lo que permite al rotor mantenerse girando ininterrumpidamente sobre su eje durante todo el tiempo que se encuentre conectado a la corriente eléctrica.

Funcionamiento de un motor de corriente directa”

De acuerdo con la Ley de Lorentz y aplicando la “Regla de la mano izquierda” podremos comprobar que, en esas condiciones, el electroimán del rotor comienza a girar debido al torque magnético que se produce en sentido contrario a las manecillas del reloj. Dicho torque es resultado del rechazo que se manifiesta entre las polaridades magnéticas iguales del campo electromagnético del rotor y del campo magnético del imán permanente fijo en la carcasa del motor.

Cada vez que el electro imán del rotor da media vuelta y alcanza la posición vertical o neutra, los segmentos del colector (que giran también de forma conjunta con el rotor cambiando constantemente su posición), dejan de hacer contacto con las escobillas. En esa posición el suministro de corriente eléctrica a las espiras de la bobina cesa, por lo que el campo electromagnético desaparece por completo por unos instantes. La fuerza de inercia o impulso que mantiene el electro imán al llegar a la posición neutra permite que continúe girando y sobrepase ese punto de inmediato, por lo que los segmentos del colector pasan a ocupar la posición opuesta a la que tenían. En esta nueva posición la bobina se vuelve a energizar, pero al cambiar la polaridad de la corriente eléctrica que le suministra el colector, los polos magnéticos en cada extremo del electroimán del rotor también cambian.

El cambio constante de polaridad de la corriente en la bobina permite que los polos del electroimán sean siempre los mismos a cada lado del eje del rotor. Así pueden ser rechazados una y otra vez por los polos magnéticos del imán permanente, permitiendo que el rotor gire ininterrumpidamente durante todo el tiempo que la fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) se mantenga conectada al circuito eléctrico del motor. En algunos equipos de oficina podemos encontrar pequeños motores de C.D. en función de ventiladores para refrescar, por ejemplo, el interior de los ordenadores y otros equipos periféricos.

Sin embargo, esos motores poseen características diferentes a los comunes de C.D. ya explicados, pues funcionan “sin escobillas”. Igualmente se fabrican infinidad de juguetes que se mueven empleando motores de ese tipo.

Otros equipos de oficina utilizan un tipo de motor de C.D. diferente al común y al de tipo “sin escobillas” y se denomina “paso a paso”. Este otro motor, que funciona también sin escobillas, lo emplean los escáneres para mover la lámpara interna que barre e ilumina las imágenes que deseamos digitalizar, las impresoras láser y de tinta para mover el papel y sus rodillos internos, las grabadoras-lectoras para hacer girar los discos de CDs y DVDs, así como otros dispositivos periféricos para mover sus mecanismos internos.

Escáneres que emplean motores de C.D. del tipo “paso a paso” para mover la lámpara interna que barre e ilumina las imágenes durante el proceso de digitalización.

La diferencia principal entre los motores comunes de C.D. y los motores “sin escobillas” y “paso a paso” radica en que el electroimán de estos dos últimos se encuentra colocado de forma fija en la carcasa o cuerpo del motor, mientras el imán permanente pasa a ser el rotor.

Un pequeño motor común de corriente directa (C.D.) basa su funcionamiento en el rechazo que se produce entre el campo magnético que rodea al electroimán del rotor y el campo magnético de un imán permanente colocado de forma fija en el cuerpo del motor.

En la mayoría de los casos un imán  se compone de una pieza completamente metálica u obtenida mediante un proceso de pulvimetalurgía. Puede tener sección redonda, cuadrada, o rectangular y forma recta, curva, en herradura o semiherradura con diferentes longitudes. Su principal propiedad es que posee magnetismo permanente y polaridad diferente en cada uno de sus extremos.

*A uno de los extremos del imán le corresponde el polo norte “N” y al otro, el polo sur “S”. Su característica principal radica en que puede atraer algunos metales, así como a otro imán que le enfrentemos, cuando los polos magnéticos son diferentes (como, por ejemplo, polo norte de un imán con polo sur de otro imán) o, por el contrario, rechazarlo cuando sus polaridades son iguales (polo norte con norte, o polo sur con sur).

Atracción o repulsión  que  se  manifiesta  cuando  se enfrentan las polaridades diferentes o iguales de un imán permanente. En  los  dos  imanes  enfrentados  que encabezan  esta  ilustración  se  observa  que  sus polaridades. S – N  (sur-norte)  o  N – S  (norte-sur), .indistintamente, se atraen al ser diferentes, mientras que más abajo, las polaridades S – S (sur-sur) o N – N. (norte-norte) de los otros imanes enfrentados, se repelen al ser iguales. Resulta imposible que dos polos iguales se atraigan por sí mismos debido a la fuerza de repulsión que.se manifiesta entre ambos.

Aunque desde tiempos inmemoriales se conocen los imanes naturales con magnetismo permanente, desde hace años en la mayoría de las aplicaciones prácticas se emplean imanes magnetizados de forma artificial.

Cuando acercamos determinados metales al campo magnético de un imán (o igualmente de un electroimán), estos pueden quedar magnetizados también de forma permanente en unos casos, de forma temporal en otros o, por el contrario, no sufrir ninguna alteración. Cualquier cambio que ocurra dependerá, exclusivamente, de la naturaleza del metal expuesto al campo magnético.

Resulta evidente que un metal que haya quedado magnetizado de forma permanente, generalmente mantiene el magnetismo de forma indefinida y, por tanto, la propiedad de atraer otros metales, mientras que los que se magnetizan de forma temporal sólo conservarán un “magnetismo remanente” por un breve período de tiempo.

Pasado unos pocos segundos o minutos el magnetismo remanente se pierde por completo. Por último existen otros metales que no son atraídos ni afectados por el magnetismo, por lo que nunca quedan magnetizados.

Fricción

Fricción se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento relativo entre ambas superficies de contacto (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.

Existen dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática (F_e) y la fricción dinámica (F_d). El primero es la resistencia que se debe superar para poner en movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El segundo, es la resistencia, de magnitud considerada constante, que se opone al movimiento pero una vez que este ya comenzó. En resumen, lo que diferencia a un roce con el otro, es que el estático actúa cuando los cuerpos están en reposo relativo en tanto que el dinámico lo hace cuando ya están en movimiento.

La fuerza de fricción estática, necesaria para vencer la fricción homóloga, es siempre menor o igual al coeficiente de rozamiento entre los dos objetos (número medido empíricamente y que se encuentra tabulado) multiplicado por la fuerza normal. La fuerza cinética, en cambio, es igual al coeficiente de rozamiento dinámico, denotado por la letra griega, por la normal en todo instante.

No se tiene una idea perfectamente clara de la diferencia entre el rozamiento dinámico y el estático, pero se tiende a pensar que el estático es algo mayor que el dinámico, porque al permanecer en reposo ambas superficies pueden aparecer enlaces iónicos, o incluso microsoldaduras entre las superficies, factores que desaparecen en estado de movimiento. Este fenómeno es tanto mayor cuanto más perfectas son las superficies. Un caso más o menos común es el del gripaje de un motor por estar mucho tiempo parado (no solo se arruina por una temperatura muy elevada), ya que al permanecer las superficies, del pistón y la camisa, durante largo tiempo en contacto y en reposo, pueden llegar a soldarse entre sí.

Objetivo

Construir un cargador de baterías para celular suprimiendo el uso de conexiones eléctricas.

Justificación

En los tiempos actuales, muchas de las personas tienen la necesidad de estar conectados a un teléfono móvil y con los avances de la tecnología actual se han inventado cargadores portátiles, es por eso que hemos decidido construir nuestro propio cargador , que a diferencia de los cargadores portátiles de hoy en día, este no consume energía eléctrica, ya que cuenta con su propio generador de electricidad, pero es importante mencionar que solo carga baterías del teléfono de un tamaño de 6 x 4  cm.

A medida que la tecnología avanza, los teléfonos se han vuelto más accesibles y capaces de realizar acciones que una computadora no podría realizar; gracias a esto el teléfono móvil consume más energía y los cargadores se han vuelto más necesarios.

Hipótesis

Si construimos un cargador de baterías para celular, entonces ofreceremos un modo alternativo de cargar la pila de un teléfono.

Método (materiales y procedimiento)

Lista de Materiales:

3 Trozos de madera de 4 x 6 cm

3 Engranes de: 56,48 y 9 dientes de plástico

1 Motor de corriente continúa

1 Cable conductor de electricidad

1 Resistencia de 10 OHM a 1 W

1 Diodo de 1N4007

1 Cautín

30 Cm de Estaño

1 Lamina de cobre de 10 x 10 cm

2 Barras de silicon

1 Pistola de silicón

1 Abatelenguas

1 Pinzas

Procedimiento:

1.- Pelar los 2 cables alrededor de 1 cm por los cada lado.

2.- Cortar la lámina en tiras de 1 cm x 5 mm.

3.- Doblar la punta de las láminas como un triángulo, haciendo que tenga la funcion de un resorte.

4.- Pegar las láminas con silicón en la taba de 4 x 6 dejando un espacio de .5 entre ellos.

5.- Cortar 2 cuadrados de 1 x 1 cm con el abate lenguas

6.- Colocar los cuadrados de la parte inferior de la tabla de forma vertical, dejando un espacio de 2 cm entre si para que sirvan como soporte de la pila.

7.- Unir cualquiera de las patas de la resistencia con el cátodo de la resistencia (una línea amarilla) con el cautín y el estaño.

8.- Unir el cable positivo a la otra pata del diodo con el cautín y el estaño.

9.- Unir la otra pata de la resistencia a la lamina de cobre con la marca positiva. 10.- Unir el cable negativo con la lamina de cobre marcada con el símbolo negativo, con el cautín y el estaño.

11.-  En la madera de 4 x 6 realizar un agujero mas grande que el eje del motor.

12.- Colocar el motor y asegurarlo con silicon.

13.- Colocar el engranaje de 9 dientes sobre el eje del motor.

14.- Colocar el engranaje de 48 dientes junto al de 9 y marcar un agujero.

15.- Colocar el engranaje de 56 dientes junto al de 48 y marcar un agujero.

16.- Retirar los engranes de 48 y 56 dientes de la tabla para poder marcar los mismos agujeros en la tabla de 4 x 6 cm.

17.- Colocar de nuevo los 2 engranes sobrantes en la tabla con el motor y asegurarlos con el alambre verificando que el del engrane de 56 dientes sea mas largo.

18.- Colocar la tabla sobrante de 4.6 cm sobre los engranes y asegurarlos con silicón.

19.- Pegar las 2 tablas de 4 x 2 en la parte inferior y superior de las tablas con silicón.

20.- Doblar el alambre sobresaliente con las pinzas, haciendo que quede como manivela.

21.- Pegar o unir los cables con estaño y el cautín, pero debemos asegurarnos de que sea positivo en el contacto positivo del motor y viceversa.

22.- Girar la manivela para así producir electricidad y cargar nuestra pila.

Galería Método

Resultados

Obtuvimos un cargador que consta de dos piezas; la primera es la base de la bacteria y la segunda pieza es la que contiene el generador de energía, el cargador tiene un tamaño de 22 cm por 18 cm, además este posee una estructura frágil debido a su diseño

Galería Resultados

Discusión

Según los resultados obtenidos (el diseño final), se necesita ejecutar un movimiento constante en la manivela, por un largo periodo; se espera que al generar energía, la misma se mantuviera dentro del generador y así descargarse en la pila.

Al momento de soldar la parte principal del circuito de nuestro cargador, se tuvieron complicaciones porque constantemente el cautín quemaba los cables.

El estaño tomaba una forma uniforme la cual impedía la unión al soldar los cables.

Conclusiones

Fue posible elaborar el cargador suprimiendo las conexiones eléctricas; el consumo de este puede reducir la producción y el uso de la energía eléctrica.

Este mismo cuenta con una acción manual usando la manivela para activar el motor; además puede ser una opción viable para evitar el consumo de energía excesiva a pequeña escala.

Bibliografía

-Manual de motores mecánicos: Andrés Videla Flores, Ingeniero Civil Eléctrico. (70 páginas)

Ifinternacional, Fuerzas Fricción disponible en: http:/jfinternational.com/mf/fuerzas-friccion.html 

consultado el 15 de Enero del 2016

Asi funciona.Motor DC: disponible en http://www.asifunciona.com/electrotecnia/af_motor_cd/af, consultado el 13 de Enero del 2016

-El libro práctico de los generadores. transformadores y motores eléctricos:Gilberto Enriquez Harper, Editorial Limusa, Mar 31, 2005 – 252 paginas

Nichese. Motor disponible en: http://www.nichese.com/motor.html, consultado el 15 de Enero de 2016

Unicrom. Motor CC, disponible en: http://unicrom.com/motor-cc-motor-de-corriente-continua/ consultado el 15 de Enero de 2016

Galeon.Aubevo, disponible en:  http://www.galeon.com/auvebo/tarea3.htm consultado el 13 de enero del 2016

Feria de las ciencias. Motor de inducción, disponible en http://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria17/56.pdf (motor de inducción) consultado el 15 de enero de 2016

Summary

The battery charger contains a continual current (DC) motor or a direct current motor (CD). This small motor converts mechanical energy into electricity, due to a rotary motion in which a magnetic field is generated. As it is expected there is a problem of maintenance, which is laborious due to the wear of the engine. In Mexico exist a high rate of energy consumption, so they are causing more economic spending; it has led us to look for alternative energy sources that can replace the polluting energy for a clean energy. A battery charger is a device used to provide electrical current or electrical tension that is stored in one (or more or several batteries simultaneously) in the rechargeable battery. The charge of the current depends on the technology and the capacity of the battery to charge. For example, the current or voltage that should be supplied to a 12v car battery must be very different from the current to recharge a 5v cell phone battery. A simple charger works by passing a continual current or voltage among others. A maintenance charger is a type of a simple charger that charges the battery very slowly, at the speed of auto discharge. It is the slowest type of chargers. Inductive Chargers make use of electromagnetic induction to charge the batteries. These are common characteristics of the project, because the motor releases electromagnetic loads and stores them; at the same time this causes a slowly charge of the battery.

Research Question

Problem approach

Currently, in the world, cell phones are consuming a lot of energy, because the constant use of them. In Mexico more than 90% of the population has a cell phone, so the use of electrical energy has increased considerably and due to this the economic cost as well, which is approximately 300 Mexican pesos.

Today the excessive use of electricity has become a problem that alerts the population. Along with a sustainable development you can avoid certain daily practices preventing the waste of energy.

Furthermore, the use of renewable energy is a great benefit to the environment as well as the use of new technologies, so there will be implemented new features in alternative energy supplies.

Background

Un motor eléctrico es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.

Existen básicamente tres tipos de motores eléctricos: a) Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.]. Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo número de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:

• Serie
• Paralelo
• Mixto

1. b) Los Motores de Corriente Alterna [C.A.]. Son los tipos de motores más usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de energías “normales”. De acuerdo a su alimentación se dividen en tres tipos:

• Monofásicos (1 fase)
• Bifásicos (2 fases)
• Trifásicos (3 fases)

1. c) Los Motores Universales. Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que es baja (del orden del 51%), pero como se utilizan en máquinas de pequeña potencia, ésta no se considera importante, además, su operación debe ser intermitente, de lo contrario, éste se quemaría. Estos motores son utilizados en taladros, aspiradoras, licuadoras, etc.

El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo.
Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería.

En la siguiente figura se representa, de forma esquemática y simplificada, la vista frontal de un colector seccionado en dos partes, perteneciente a un motor de corriente directa (C.D.) muy simple. También se muestra el enrollado de la bobina del electroimán que gira a modo de rotor, diferenciada por un color diferente en cada una de sus mitades. Una de las mitades se representa por un círculo rojo y la otra por un círculo azul, identificados como “1” y “2”. Como se puede ver, uno de los terminales de dicha bobina se encuentra conectado a la sección “a” del colector y el otro terminal a la sección “b”.

En el motor de corriente directa el colector o conmutador sirve para conmutar o cambiar constantemente el sentido de circulación de la corriente eléctrica a través del enrollado de la bobina del rotor  cada  vez que completa media vuelta. De esa forma el polo norte del electroimán coincidirá siempre con el polo norte del imán permanente y el polo sur con el polo sur del propio imán. Al coincidir siempre dos polos magnéticos, que en todo momento van a ser iguales, se produce un rechazo constante entre ambos, lo que permite al rotor mantenerse girando ininterrumpidamente sobre su eje durante todo el tiempo que se encuentre conectado a la corriente eléctrica.

Funcionamiento de un motor de corriente directa”

De acuerdo con la Ley de Lorentz y aplicando la “Regla de la mano izquierda” podremos comprobar que, en esas condiciones, el electroimán del rotor comienza a girar debido al torque magnético que se produce en sentido contrario a las manecillas del reloj. Dicho torque es resultado del rechazo que se manifiesta entre las polaridades magnéticas iguales del campo electromagnético del rotor y del campo magnético del imán permanente fijo en la carcasa del motor.

Cada vez que el electro imán del rotor da media vuelta y alcanza la posición vertical o neutra, los segmentos del colector (que giran también de forma conjunta con el rotor cambiando constantemente su posición), dejan de hacer contacto con las escobillas. En esa posición el suministro de corriente eléctrica a las espiras de la bobina cesa, por lo que el campo electromagnético desaparece por completo por unos instantes. La fuerza de inercia o impulso que mantiene el electro imán al llegar a la posición neutra permite que continúe girando y sobrepase ese punto de inmediato, por lo que los segmentos del colector pasan a ocupar la posición opuesta a la que tenían. En esta nueva posición la bobina se vuelve a energizar, pero al cambiar la polaridad de la corriente eléctrica que le suministra el colector, los polos magnéticos en cada extremo del electroimán del rotor también cambian.

El cambio constante de polaridad de la corriente en la bobina permite que los polos del electroimán sean siempre los mismos a cada lado del eje del rotor. Así pueden ser rechazados una y otra vez por los polos magnéticos del imán permanente, permitiendo que el rotor gire ininterrumpidamente durante todo el tiempo que la fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) se mantenga conectada al circuito eléctrico del motor. En algunos equipos de oficina podemos encontrar pequeños motores de C.D. en función de ventiladores para refrescar, por ejemplo, el interior de los ordenadores y otros equipos periféricos.

Sin embargo, esos motores poseen características diferentes a los comunes de C.D. ya explicados, pues funcionan “sin escobillas”. Igualmente se fabrican infinidad de juguetes que se mueven empleando motores de ese tipo.

Otros equipos de oficina utilizan un tipo de motor de C.D. diferente al común y al de tipo “sin escobillas” y se denomina “paso a paso”. Este otro motor, que funciona también sin escobillas, lo emplean los escáneres para mover la lámpara interna que barre e ilumina las imágenes que deseamos digitalizar, las impresoras láser y de tinta para mover el papel y sus rodillos internos, las grabadoras-lectoras para hacer girar los discos de CDs y DVDs, así como otros dispositivos periféricos para mover sus mecanismos internos.

Escáneres que emplean motores de C.D. del tipo “paso a paso” para mover la lámpara interna que barre e ilumina las imágenes durante el proceso de digitalización.

La diferencia principal entre los motores comunes de C.D. y los motores “sin escobillas” y “paso a paso” radica en que el electroimán de estos dos últimos se encuentra colocado de forma fija en la carcasa o cuerpo del motor, mientras el imán permanente pasa a ser el rotor.

Un pequeño motor común de corriente directa (C.D.) basa su funcionamiento en el rechazo que se produce entre el campo magnético que rodea al electroimán del rotor y el campo magnético de un imán permanente colocado de forma fija en el cuerpo del motor.

En la mayoría de los casos un imán  se compone de una pieza completamente metálica u obtenida mediante un proceso de pulvimetalurgía. Puede tener sección redonda, cuadrada, o rectangular y forma recta, curva, en herradura o semiherradura con diferentes longitudes. Su principal propiedad es que posee magnetismo permanente y polaridad diferente en cada uno de sus extremos.

*A uno de los extremos del imán le corresponde el polo norte “N” y al otro, el polo sur “S”. Su característica principal radica en que puede atraer algunos metales, así como a otro imán que le enfrentemos, cuando los polos magnéticos son diferentes (como, por ejemplo, polo norte de un imán con polo sur de otro imán) o, por el contrario, rechazarlo cuando sus polaridades son iguales (polo norte con norte, o polo sur con sur).

Atracción o repulsión  que  se  manifiesta  cuando  se enfrentan las polaridades diferentes o iguales de un imán permanente. En  los  dos  imanes  enfrentados  que encabezan  esta  ilustración  se  observa  que  sus polaridades. S – N  (sur-norte)  o  N – S  (norte-sur), .indistintamente, se atraen al ser diferentes, mientras que más abajo, las polaridades S – S (sur-sur) o N – N. (norte-norte) de los otros imanes enfrentados, se repelen al ser iguales. Resulta imposible que dos polos iguales se atraigan por sí mismos debido a la fuerza de repulsión que.se manifiesta entre ambos.

Aunque desde tiempos inmemoriales se conocen los imanes naturales con magnetismo permanente, desde hace años en la mayoría de las aplicaciones prácticas se emplean imanes magnetizados de forma artificial.

Cuando acercamos determinados metales al campo magnético de un imán (o igualmente de un electroimán), estos pueden quedar magnetizados también de forma permanente en unos casos, de forma temporal en otros o, por el contrario, no sufrir ninguna alteración. Cualquier cambio que ocurra dependerá, exclusivamente, de la naturaleza del metal expuesto al campo magnético.

Resulta evidente que un metal que haya quedado magnetizado de forma permanente, generalmente mantiene el magnetismo de forma indefinida y, por tanto, la propiedad de atraer otros metales, mientras que los que se magnetizan de forma temporal sólo conservarán un “magnetismo remanente” por un breve período de tiempo.

Pasado unos pocos segundos o minutos el magnetismo remanente se pierde por completo. Por último existen otros metales que no son atraídos ni afectados por el magnetismo, por lo que nunca quedan magnetizados.

Fricción

Fricción se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento relativo entre ambas superficies de contacto (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.

Existen dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática (F_e) y la fricción dinámica (F_d). El primero es la resistencia que se debe superar para poner en movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El segundo, es la resistencia, de magnitud considerada constante, que se opone al movimiento pero una vez que este ya comenzó. En resumen, lo que diferencia a un roce con el otro, es que el estático actúa cuando los cuerpos están en reposo relativo en tanto que el dinámico lo hace cuando ya están en movimiento.

La fuerza de fricción estática, necesaria para vencer la fricción homóloga, es siempre menor o igual al coeficiente de rozamiento entre los dos objetos (número medido empíricamente y que se encuentra tabulado) multiplicado por la fuerza normal. La fuerza cinética, en cambio, es igual al coeficiente de rozamiento dinámico, denotado por la letra griega, por la normal en todo instante.

No se tiene una idea perfectamente clara de la diferencia entre el rozamiento dinámico y el estático, pero se tiende a pensar que el estático es algo mayor que el dinámico, porque al permanecer en reposo ambas superficies pueden aparecer enlaces iónicos, o incluso microsoldaduras entre las superficies, factores que desaparecen en estado de movimiento. Este fenómeno es tanto mayor cuanto más perfectas son las superficies. Un caso más o menos común es el del gripaje de un motor por estar mucho tiempo parado (no solo se arruina por una temperatura muy elevada), ya que al permanecer las superficies, del pistón y la camisa, durante largo tiempo en contacto y en reposo, pueden llegar a soldarse entre sí.

Objective

To build a battery charger for cell phone suppressing the use of electrical connections.

Justification

On modern times, many people have the need of being connected through a mobile phone, and portable chargers have been invented with the advances of modern technology, this is why we decided to build our own boot, unlike today’s portable chargers, this consumes no electric power, since it has its own electricity generator, but it is important to mention that only charge batteries within a size of 6 x 4 cm.

As technology progresses, the phones have become more accessible and able to carry out actions that a computer could not perform; due to this, mobile phone consumes more power and chargers have become more necessary.

Hypothesis

If we build a battery charger for cell phone, then we will offer an alternative way to charge the battery of a telephone.

Method (materials and procedure)

List of Materials:

3 pieces of wood 4 x 6 cm

3 gears: 56, 48 and 9 plastic teeth

1 DC power motor

1 conductor power cord

1 10 OHM to 1W resistor

1 1N4007 diode

1 soldering gun

30 cm of tin

1 copper sheet (10 x 10 cm)

2 silicon bars

1 silicone gun

1 tongue depressor

1 tweezers

Methodology

1.-Peel around 1 cm on the 2 wires each side

2.-Cut the sheet into strips 1 cm x 5 mm.

3-Fold the tip of the sheets as a triangle, making sure it has a similar function as a spring.

4-Stick the copper sheets with silicone in the 4 x 6 board leaving a space between them.

5-Cut 2 squares from the tongue depressor 1 x 1 cm

6.-Place the squares at the bottom of the piece of wood vertically, leaving a space of 2 cm between to serve as support for the battery

7-Connect any of the resistance legs with the cathode resistance (yellow line) with the soldering iron and tin.

8-Join the positive cable to the leg of the diode with the soldering iron and the tin.

9-Join the other leg of the resistance to the sheet of copper with the positive brand.

10.-Join the negative cable with the copper plate marked with the negative symbol, with the soldering iron and tin.

11-Make a hole on the 4 x 6 wood bigger than the axis of the engine.

12.-Put the motor and secure it with silicone.

13-Place the 9 teeth gear on the engine shaft.

14-Place the 48 teeth gear next to the 9 teeth gear and mark a hole.

15-Place the 56 teeth gear next to the 48 teeth gear and mark a hole.

16.-Remove 48 and 56 teeth gears from the wood dialing the same holes in the table of 4 x 6 cm.

17-Place the 2 gears on the table with the engine and secure with wire checking that the 56 teeth gear is longer.

18.-Place the 4.6 cm remaining wood above the gears and paste them with silicone.

19.- Paste the 2 pieces of wood of 4×2 at the top and bottom of the tables with silicon.

20.- Fold the wire outstanding with the tweezers, making it is as handle.

21.- Paste or join the cables with tin and soldering iron, but make sure that it is positive in the positive contact of the engine and vice versa.
22.- Turn the handle to produce electricity and charge our battery.

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Results

We obtained a charger that consists in two pieces; the first is the base of the battery and the second piece is the one that contains the power generator, the charger has a size of 22 cm x 18 cm. Furthermore, it has a fragile structure because of the design.

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Discussion

According to the obtained results (final design), it is needed to do a constant movement in the handle , for a long period; it is expected that at the moment of generating energy, it is kept within the generator and then charge the battery.

At the moment of soldering the main part of our principal charger circuit, there were some complications because the soldering gun constantly burned the cables.

The tin took a uniform shape which prevented the union to solder the cables.

Conclusions

It was possible to develop the charger avoiding electrical connections; the consume of this device can reduce the production and use of electric power. It has a manual action using the handle to activate the engine; it can also be a viable option to avoid excessive energy on a small scale.

Bibliography

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