Resumen

Michael Faraday fue el primero en darse cuenta, en el siglo XIX, que un imán genera electricidad en un circuito cerrado eléctrico que corta a través de sus líneas de campo magnético. Faraday se dio cuenta de esto por casualidad, durante una conferencia que estaba dando.

Se puede generar electricidad con imanes, mediante la construcción de un generador de energía libre magnético, que es básicamente un generador de electricidad libre. Utiliza los imanes, y la fuerza magnética para inducir movimiento perpetuo, y se ejecuta por sí mismo indefinidamente sin parar, creando así electricidad completamente libre, que puede plenamente con el poder eléctrico de una casa, y de forma gratuita

Los imanes de neodimio han reemplazado a los tradicionales imanes de alnico y ferrita en muchas de las miles de aplicaciones que tienen en la tecnología moderna, allí donde se requiera poderosos imanes permanentes para una determinada aplicación. Esto es debido a que su gran potencia permite el uso de piezas mucho más pequeñas y livianas.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Un generador magnético es una fuente de energía que se puede aprovechar fácilmente en sus hogares, utiliza sus poderosos imanes par la generación de electricidad, entonces, que sí existen las energías limpias y que son, además de aquellas que no generan residuos, un sinónimo de fuentes energéticas que respetan el medio ambiente.

Antecedentes

Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo.

Un imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe₃O₄) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. Podemos decir que un imán permanente es aquel que conserva el magnetismo después de haber sido imantado. Un imán temporal no conserva su magnetismo tras haber sido imantado.

En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos.

Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural.

Magnetismo

El magnetismo es producido por imanes naturales o artificiales. Además de su capacidad de atraer metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur.

Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno, con el polo norte de otro se atraen. Otra particularidad es que si los imanes se parten por la mitad, cada una de las partes tendrá los dos polos.

El magnetismo esta muy relacionado con la electricidad. Una carga eléctrica esta rodeada de un campo eléctrico, y si se esta moviendo, también de un campo magnético. Esto se debe a las “distorsiones” que sufre el campo eléctrico al moverse la partícula.

El campo eléctrico es una consecuencia relativista del campo magnético. El movimiento de la carga produce un campo magnético.

En un imán de barra común, que al parecer esta inmóvil, esta compuesto de átomos cuyos electrones se encuentran en movimiento (girando sobre su orbita. Esta carga en movimiento constituye una minúscula corriente que produce un campo magnético. Todos los electrones en rotación son imanes diminutos.

Michael Faraday

En 1831, Michael Faraday observó que un imán generaba una corriente eléctrica en las proximidades de una bobina, siempre que el imán o la bobina estuvieran en movimiento. La explicación teórica fue:

Es necesario un campo magnético variable (imán, bobina o cable en movimiento) para crear una corriente eléctrica en el cable o en la bobina.

Esta corriente se conoce como corriente inducida, y el fenómeno, como inducción electromagnética. La corriente eléctrica inducida existe mientras dure la variación del campo magnético.

La intensidad de la corriente eléctrica es tanto mayor  cuanto más intenso sea el campo magnético y cuanto más rápido se muevan el imán o la bobina.

En un imán de barra común, que al parecer esta inmóvil, esta compuesto de átomos cuyos electrones se encuentran en movimiento (girando sobre su orbita. Esta carga en movimiento constituye una minúscula corriente que produce un campo magnético. Todos los electrones en rotación son imanes diminutos.

En 1831, Michael Faraday observó que un imán generaba una corriente eléctrica en las proximidades de una bobina, siempre que el imán o la bobina estuvieran en movimiento. La explicación teórica fue:

Es necesario un campo magnético variable (imán, bobina o cable en movimiento) para crear una corriente eléctrica en el cable o en la bobina.

Esta corriente se conoce como corriente inducida, y el fenómeno, como inducción electromagnética. La corriente eléctrica inducida existe mientras dure la variación del campo magnético.

La intensidad de la corriente eléctrica es tanto mayor  cuanto más intenso sea el campo magnético y cuanto más rápido se muevan el imán o la bobina.

Cuando hablamos de los tipos de imanes nos referimos a aquellos materiales que tienen la capacidad de atraer materiales como el hierro, níquel, o incluso cobalto. Además de esto, el imán puede producir campos magnéticos exteriores, que es donde se percibe su capacidad de atraer a otros elementos. Todo imán está compuesto por dos polos, que son denominados Norte y Sur. En ellos es donde la atracción se genera con mayor potencia. Se debe tener en cuenta que los polos opuestos se atraen mientras que los que son iguales se repelen.

Los imanes cuentan además con una línea neutral que es aquella que actúa como aislante de las áreas polarizadas y se ubica en la superficie del elemento. Por último, el eje magnético es otra parte básica de los imanes. Esta, a diferencia de la neutral, es la que logra mantener unidos a ambos polos. Es un elemento sumamente utilizado en la sociedad gracias a sus propiedades. Entre otras cosas, son un componente esencial en las tarjetas de crédito, altoparlantes, brújulas, motores de vehículos, discos duros, llaves codificadas, auriculares, imágenes de resonancias magnéticas, generadores, detectores de metal, puertas de heladeras e incluso para fabricar adornos.

Clasificación de los imanes.

De alnico: están compuestos por cobalto, níquel y aluminio, los cuales se fusionan tomando distintas proporciones de cada uno. Los imanes de alnico se caracterizan por ser muy económicos, aunque presentan la desventaja de contar con una atracción bastante débil. Otra ventaja  que presentan estos elementos es que frente a temperaturas muy altas, presentan un buen comportamiento. El  nombre de este elemento proviene justamente de la combinación de sus tres componentes AL por aluminio, NI por níquel y CO por cobalto.

Moldeados por inyección: esta clase de imanes se caracteriza por tener rasgos muy similares a los materiales compuestos por plástico. Para poder ser moldeados, los especialistas recurren a polvos magnéticos así como también de resina.

Flexibles: como su nombre indica, estos imanes son sumamente flexibles, puesto a que están compuestos por estroncio y hierro, junto con materiales como PVC o caucho. Estos imanes están compuestos por bandas angostas, algunas de ellas contienen polos Norte y otras, polos Sur, por lo que se las coloca de forma alternada. Esto genera que, si bien su campo magnético cuenta con cierta intensidad, este tiene corto alcance.

Cerámicos: debido a su color y apariencia, estos son semejantes a la porcelana, puesto que son grises y

alisados. De todas formas, se los denomina de esta forma debido a sus propiedades físicas. Se caracterizan por ser sumamente frágiles, a tal punto que pueden partirse si son atraídos por otro imán. Para fabricarlos, se utilizan partículas de hierro, a los que, por medio de tratamientos especiales se los convierte en aglomerados. En algunos casos, los especialistas recurren al estroncio o bario para su fabricación.

Súper – imanes: este material, también conformado de forma artificial, están compuestos por bobinas que a bajas temperaturas se enfrían ya que son hechas con bobinas de aleaciones metálicas que actúan como súper-conductores, de allí su nombre.

De tierras raras: a pesar de su tamaño reducido, estos cuentan con una potencia que en algunos casos es hasta diez veces superior a la de otros imanes. Estos están compuestos por boro, hierro y neodimio, de allí sus rasgos metálicos. Por su fragilidad y tendencia a oxidarse, son recubiertos con una capa de barniz, cinc o níquel. Gracias a su potencia, también son muy utilizados para desmagnetizar y magnetizar a otros imanes. Según el material químico que los componga, estos imanes se suelen dividir en dos grupos. Por un lado se identifican los de neodimio, que son aquellos materiales compuestos por níquel, hierro y neodimio. Se caracterizan por oxidarse con extrema facilidad y por ser muy económicos. Por otro lado, se habla del grupo de imanes de samario cobalto. A diferencia de los anteriores, estos no se oxidan con tanta facilidad, lo que los vuelve un producto mucho más costoso.

De acuerdo a su naturaleza

Imanes Naturales: son los que se hallan en el suelo terrestre, de forma natural, sin que haya intervenido la mano del hombre, de allí su nombre. Estos elementos tienen la capacidad de atraer al hierro. Los imanes naturales están compuestos por óxido de hierro natural, que es aquello que le otorga su propiedad magnética.

Imanes Artificiales: estos, en cambio, son producto da elaboración del hombre, a partir de la aleación de diferentes metales. También conocidos bajo el nombre de materiales ferromagnéticos, por su combinación de hierro con otros metales, estos pueden ser imantados a través de corrientes eléctricas o bien, al friccionarlo con otros imanes. Esto hace que su imantación sea adquirida de forma artificial.

De acuerdo a sus capacidades magnéticas, los imanes pueden ser clasificados en:

Temporales: poseen sus propiedades magnéticas por períodos de tiempo extremadamente cortos. Esto sucede a pesar de que deben ser sometidos a procesos de imantación sumamente prolongados.

Estas características son propias de metales como el hierro dulce e incluso del aluminio. Por supuesto que, imanes como estos son siempre artificiales, puesto que carecen de magnetita, que es aquel mineral que cuenta con propiedades magnéticas de forma natural.

Permanentes: imanes de este tipo, en cambio, son aquellos que están compuestos por minerales que poseen propiedades magnéticas de forma natural, tal como sucede con la magnetita. Esto hace que su capacidad de atraer otros metales duren períodos de tiempo sumamente extensos, aún si no se encuentran influenciados por ningún campo inductor. Suelen estar compuestos por aleaciones, las cuales pueden variar de acuerdo al uso que se le quiera dar. Las más comunes suelen ser: tungsteno – acero; acero – cobalto; titanio – acero, o incluso, aluminio – hierro – níquel – cobalto.

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.

Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

Fundamentos de operación de los motores eléctricos

En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación. En la figura se muestra como se produce el movimiento de rotación en un motor eléctrico.

Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de inducción, descubierto por Michael Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio que André Ampére observo

en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.

Partes fundamentales de un motor eléctrico

Dentro de las características fundamentales de los motores eléctricos, éstos se hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes. No obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor.

• Estator

El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. Existen dos tipos de estatores

1. a) Estator de polos salientes.
2. b) Estator ranurado.

El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al silicio (y se les llama “paquete”), que tienen la habilidad de permitir que pase a través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los devanados proveen los polos magnéticos.

Los polos de un motor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).

• Rotor

El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos:

1. a) Rotor ranurado
2. b) Rotor de polos salientes
3. c) Rotor jaula de ardilla

Electroimán

Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.²​ Los electroimanes generalmente consisten en un gran número de espiras de alambre, muy próximas entre sí que crean el campo magnético.³​ Las espiras de alambre a menudo se enrollan alrededor de un núcleo magnético hecho de un material ferromagnético o ferromagnético, como el hierro; el núcleo magnético concentra el flujo magnético y hace un imán más potente.

La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente, es que el campo magnético se puede cambiar de forma rápida mediante el control de la cantidad de corriente eléctrica en el devanado. Sin embargo, a diferencia de un imán permanente que no necesita de alimentación, un electroimán requiere de una fuente de alimentación para mantener los campos.

Los electroimanes son ampliamente usados como componentes de otros dispositivos eléctricos, como motores, generadores, relés, altavoces, discos duros, máquinas MRI , instrumentos científicos y equipos de separación magnética. Los electroimanes también se emplean en la industria para recoger y mover objetos pesados, como la chatarra de hierro y acero.⁴​

Objetivo

Aprovechar el campo magnético que producen los imanes con la finalidad de utilizar su energía por medio; para destinarla como electricidad en diversos componentes  para el uso de la vida diaria.

Justificación

En algunos países donde los recursos de energía se están agotando este generador de electricidad magnética es una alternativa para producir electricidad más barata a gran escala; incluso la gente puede hacer uso de ese servicio mediante la ejecución del generador de electricidad magnética en sus hogares.

Hipótesis

Si es  posible crear energía con ayuda de campos magnéticos y entonces transformarla en energía limpia dándole distintas aplicaciones para facilitar la vida diaria

Método (materiales y procedimiento)

METODOLOGIA

• Para realizar este proyecto es necesario el uso de los siguientes materiales:

1. Imanes de neodimio
2. Caimanes
3. Ventilador para computadora
4. Pegamento extrafuerte
5. Foco
6. Tornillos
7. Desarmador
8. Pinzas
9. Multímetro
10. Pila
11. Focos de led
12. Buzer
13. Motor eléctrico
14. Accesorios de reciclaje (electrónicos)

Colocamos un poco de pegamento extrafuerte en cada una de las aspas del ventilador.

Posteriormente colocamos un imán de Neodimio en cada una de las aspas.

Teniendo como resultado final el siguiente:

Montar en una base el otro ventilador sin imanes, pero a este ventilador le colocamos una polea casera.

En una tabla de tamaño mediano fijamos el ventilador que tiene los imanes, el ventilador con la base y el motor eléctrico con ayuda de una base metálica y tornillos.

Unir la banda del motor eléctrico, al otro ventilador que se montó en una base.

Para finalizar con ayuda de caimanes conectamos del motor eléctrico a los accesorios finales que van a encender.

Galería Método

Resultados

El Sistema  Ventilador con imanes no logro tener un movimiento constante  con ayuda del campo magnético creado.

Se realizaron varias pruebas cambiando los polos de los imanes para conocer cual era el optimo y así lograr mayor  movimiento.

Debido a que por si solo, los componentes internos del ventilador no son capaces de producir un voltaje, aunque se logre mayor y constante movimiento del mismo.

En el sistema alterno  (ventilador/motor eléctrico,) si se produce un voltaje (pulso eléctrico) y es capaz de encender los accesorios eléctricos conectados al mismo.

.Necesitamos una fuerza externa para crear movimiento constante y que a su vez este mueva un motor eléctrico que  produzca electricidad.

Se realizaron pruebas con distintos componentes eléctricos con la finalidad de conocer la capacidad del mismo.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

La teoría conocida como “ENERGIA INFINITA” por medio de campos magnéticos externos, no es posible como es planteada solamente con ayuda de imanes.

El principio de un motor eléctrico es el electroimán, es decir formando un campo magnético interno dentro de una carcasa y aplicando una fuerza externa, se logra la excitación de electrones para tener como resultado final un pulso eléctrico.

No es posible producir electricidad solo con imanes, es necesario partir de los principios de Faraday.

El sistema alterno puede ser una forma de energía  renovable, ya que si el movimiento del ventilador se realiza con ayuda de aire, una corriente de agua o se aprovecha el movimiento generado por otra operación con maquinaria pesada o ligera.

Bibliografía

Física General, Héctor Pérez Montiel, 3ra edición, talleres gráficos Monte Albán, Marzo 2017,pp 141-145

Física General Bachillerato, Héctor Pérez Montiel, ,Publicaciones Cultural, Junio 1998, pp 459-467

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography