Diferencia entre revisiones de «Cómo armar un motor eléctrico»
La enciclopedia de ciencias y tecnologías en Argentina
m |
(final) |
||
| Línea 142: | Línea 142: | ||
Pruebe ahora el funcionamiento del sistema verificando si circula corriente por la bobina y si se invierte su sentido con la llave inversora. Para ello, acerque uno de los imanes a un extremo de la bobina, verificando la atracción y repulsión según la posición del rotor. | Pruebe ahora el funcionamiento del sistema verificando si circula corriente por la bobina y si se invierte su sentido con la llave inversora. Para ello, acerque uno de los imanes a un extremo de la bobina, verificando la atracción y repulsión según la posición del rotor. | ||
| + | |||
| + | ===Imanes=== | ||
| + | El montaje de los imanes con sus soportes debe hacerse de modo que no toquen los núcleos que sobresalen de la bobina. Por la misma razón que imanes demasiado potentes pueden hacer que el motor funcione mal, su colocación a la mínima distancia posible no necesariamente optimiza el funcionamiento. En efecto, si la magnetización que los imanes inducen en los núcleos de la bobina es demasiado grande para ser revertida por el bobinado, es conveniente aumentar la separación. Esto debe verificarse experimentalmente, para lo cual necesitarás ayuda de otra persona de modo que uno se ocupe de mantener los imanes en posición verificando que estén bien centrado con la bobina, y otro de dar el envión inicial a la bobina. Se prueba luego de alejarlos, simétricamente, comparando la velocidad de rotación con la previa. Los imanes deben fijarse a la base en la posición en que la velocidad de rotación es máxima. Si no notas diferencia, colócalos de modo que cuando la bobina esté horizontal queden a 1 mm de distancia del núcleo más cercano (si se desplazaron para hacer el balanceo, uno de ellos estará más cercano que el otro). | ||
| + | |||
| + | Una vez determinada la posición hay que proceder a la fijación definitiva de los imanes a sus soportes, hasta ahora provisoriamente sujetos con cinta de enmascarar. Deben quedar bien centrados respecto de los núcleos cuando la bobina está horizontal. Marque la posición de los tornillos del esquinero primero con marcador y luego con el punzón, haga los agujeros guía de 2,5 mm y coloque los tornillos verificando la buena alineación del soporte antes de ajustarlos a fondo (siempre hay un margen de rotación de los esquineros). Para evitar las vibraciones de los imanes cuando el motor está en funcionamiento (las fuerzas son bastante grandes) el soporte de madera debe estar bien asentado en la base. Verifique si es así mirando por el costado en dirección rasante a la base. Si hay una pequeña luz entre la madera o el hierro ángulo y la base, verifique si el ángulo es recto y si no suplemente con trocitos de carton hasta hacerla desaparecer. | ||
| + | |||
| + | ==Afinación y puesta en marcha del motor== | ||
| + | La afinación y puesta en marcha siguiente requiere numerosas pruebas que pueden tanto agotar como dañar las pilas. Verifique continuamente su temperatura palpándolas: deben estar a lo sumo tibias; si se calientan más, desconecte el motor y déjelas enfriar. | ||
| + | |||
| + | El contacto de las escobillas y la presión que hacen sobre el colector son factores críticos para el buen funcionamiento. Las superficies de las escobillas deben ser paralelas a la del colector, lo que puede verificarse mirando si las chispas que se generan durante el funcionamiento están distribuidos uniformemente sobre el área de contacto o están concentradas en un punto. En el último caso corrija la falta de paralelismo torciendo el colector suavemente con una pinza. | ||
| + | |||
| + | Si la presión de las escobillas es insuficiente, el motor no alcanzará su velocidad máxima por mala transmisión de la corriente. Si la presión es excesiva, tampoco la alcanzará por exceso de roce. Hay un punto medio óptimo que puede verificarse apretando ambas escobillas con los dedos y variando la presión hasta encontrarlo. Ajuste la tensión de la gomilla, corriendo el nudo, hasta obtener la tensión óptima. | ||
| + | |||
| + | Si se invierte la polaridad es probable que que el motorcito funcione más rápido en un sentido de giro que en el opuesto. Ésto se debe a que las ranuras del colector no han quedado bien alineadas con el eje de la bobina. Puede corregirse girando el colector con los dedos o usarse esta propiedad para obtener la máxima velocidad posible de giro en un sentido privilegiado, que debería entonces marcarse en la llave inversora con un punto rojo usando esmalte para uñas. | ||
==Fuentes== | ==Fuentes== | ||
Revisión del 20:55 27 oct 2012
Se explica aquí cómo armar un motor eléctrico de bajo costo y alto rendimiento alimentado con 4 pilas alcalinas AA. De alta velocidad y gran fuerza, puede ser usado tanto para comprender el funcionamiento de los motores eléctricos de corriente continua como para mover dispositivos mecánicos muy variados. El armado se hace con útiles simples (no se requiere un torno, por ejemplo) y elementos reciclados o de bajo costo que pueden obtenerse fácilmente en cualquier carpintería, ferretería y taller de reparaciones electrónicas.
Contenido
Introducción
Los motores son componentes indispensables de artefactos muy variados, como los electrodomésticos con partes móviles: molinillos de café, licuadoras, procesadoras de alimentos, aspiradoras, lustradoras, refrigeradores (donde accionan las bombas compresoras del fluido refrigerante) y lavarropas. El funcionamiento de estos motores, cuyos componentes cruciales son electroimanes, es difícil comprender porque no se puede ver bien lo que sucede en su interior. Todos los componentes de este motor son claramente visibles y, tanto en el proceso de su construcción como después, se pueden hacer variados experimentos para comprender la función de cada uno. La herramienta más compleja y costosa requerida para la construcción es un taladro de banco que puede ser reemplazado, aunque con desventajas, por un taladro eléctrico o manual. El resto de las herramientas se encuentran en cualquier taller casero razonablemente equipado (véase la lista más abajo).
Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento de este tipo de motor eléctrico es la atracción y repulsión que 2 imanes fijos ejercen, alternadamente, sobre los extremos opuestos de un electroimán que gira alrededor de su centro. El principio de funcionamento se basa en tres hechos elementales:
- dos polo magnéticos iguales se repelen y dos polos magnéticos opuestos se atraen;
- los extremos opuestos de imanes y electroimanes son polos magnéticos distintos;
- cuando se invierte la corriente eléctrica de un electroimán, cada polo magnético se transforma en su opuesto: el Norte se transforma en Sur y el Sur en Norte.
En la Figura 2 se ilustra el uso de estas propiedades para hacer andar el motor. Los imanes permanentes están fijos y paralelos de modo que el polo magnético Norte (N) de uno de ellos se enfrenta al polo magnético Sur (S) del otro. El electroimán puede girar alrededor de un eje perpendicular al eje de la bobina por su centro, eje que en la figura es perpendicular al papel por el punto central. En la parte izquierda de la figura el polo S del electroimán es atraído por el N del imán de la izquierda y el N por el S del imán de la derecha. Ésto hace girar el electroimán en el sentido indicado por la flecha central. Si se invierte la corriente del electroimán cuando éste pasa por la posición horizontal, sus polos magnéticos se invierten pasando a ser los de la parte derecha de la figura. Ahora se produce una repulsión que tiende a alejar los polos del electroimán de los iguales de los imanes, lo que refuerza la fuerza de rotación en el sentido inicial. Esta configuración de polos se mantiene hasta que, por el impulso adquirido, el electroimán completa media vuelta. Se vuelve entonces a repetir la atración, comutación de corriente y repulsión recién descriptas, manteniendo de modo continuo la rotación de la bobina. Es fácil ver que la inversión del sentido de circulación de la corriente —que transforma, en el electroimán, los polos magnéticos N en S y viceversa— invierte el sentido de rotación de la bobina. En efecto, en la figura izquierda el reemplazo de los polos magnéticos hace que la atracción se transforme en repulsión, tendiendo a hacer girar la bobina en el sentido opuesto al de la flecha. Lo mismo sucede en la figura derecha, donde la repulsión se transforma en atracción. El cambio del sentido de giro al invertir la alimentación —intercambio de borne positivo con negativo— es común a todos los motores de corriente continua con escobillas (ver sección Colector y escobillas), no en aquellos donde la conmutación de corriente se hace electrónicamente, caso de los ventiladores de PC.
Materiales y útiles
- Materiales
- 1 carrete de hilo de coser, vacío, de aproximadamente 58 mm de largo y diámetro interior de no menos de 10 mm.
- 11 m de alambre de cobre esmaltado No 23 o 24 (0,6 0,5 mm de diámetro).
- 8 cm de rayo de bicicleta de 2 mm de diámetro.
- 2 bulones de acero sin tuerca de 10 x 1,50 x 55.
- 15 mm de varilla cilíndrica de madera de 8 mm de diámetro.
- trozo de 15 mm x 24 mm de papel de España de 0,1 mm de espesor.
- resina epoxi transparente.
- trozo de 1,4 cm x 6,5 cm de lámina de cobre o aluminio de 0,4 –0,5 mm o de bronce de 0,3 mm de espesor.
- 2 imanes de parlante de 2“ o 3”.
- 1 bloque de madera dura de 20 cm x 6,5 cm x 2 cm.
- 2 bloques de madera dura de 6 cm x 3 cm x 2 cm.
- 2 esquineros de hierro de 25 mm x 25 mm.
- 2 esquineros de hierro de 50 mm x 50 mm.
- 10 tornillos Parker cabeza plana de 6 x 3/8.
- 4 tornillos de bronce de 14 x 10 de cabeza redonda.
- 4 tornillos de hierro de 14 x 10 de cabeza fresada.
- 1 llave miniatura doble inversora de 3 puntos a palanca, de montaje superficial o pasante.
- 1 caja plana de 4 pilas AA con chicotes (no sirven las que tienen 2 pilas de un lado y 2 del otro, ni las con conector abrochable).
- 30 cm de cable de 0,3 mm2 de sección.
- hojas de lija No 120, 180 y 220 (más fina cuanto mayor el número).
- Útiles
- marcador indeleble de punta fina, como el Edding 404 de 0,75 mm.
- sierra para metales con hoja de dientes finos.
- lima fina para metales.
- punzón para madera.
- taladro de banco o taladro/torno eléctrico.
- brocas de acero rápido de los siguientes diámetros: 1,75 mm; 2 mm; 2,5 mm;7,75 mm.
- soldador eléctrico y soldadura con alma de resina y decapante.
Bobina del motor
La bobina del motor se construye de modo diferente al electroimán porque su cuerpo tiene un eje ubicado como se ve en la Figura 1. Este eje es un trozo de 8 cm de rayo de bicicleta de 2 mm de diámetro hecho de acero rígido (elemento de otro modo muy difícil de conseguir) que debe montarse, antes de enrollar el alambre de cobre, pasándolo exactamente por el centro del carretel. Si el eje se coloca más cerca de uno de los bordes del carretel o está desplazado del centro de la sección circular media, la bobina vibrará violentamente cuando gire a máxima velocidad.
Para hacer los 2 agujeros por los que pasará el eje (hay que usar una broca de 1,75 mm) se requieren dos marcas precisas hechas con un marcador indeleble de punta fina: un punto medio entre los dos bordes del carretel y el punto diametralmente opuesto a éste. Si se maneja bien el calibre se lo puede usar para hacer ambas marcas: la primera midiendo la distancia entre los bordes y dividiéndola por 2; la segunda asentando una mandíbula del calibre en el punto anterior y marcando el punto en que la otra mandíbula hace contacto con el carretel.
Una técnica más simple, tal vez más precisa, es cortar con prolijidad una tirita rectangular de papel del ancho del carretel, como se muestra en la Figura e. Se la enrolla bien apretada, se marca el punto donde empieza la superposición de la segunda capa de papel con la primera y se la corta por una línea perpendicular a ese punto (A2 en la Figura 3). Para determinar esa línea (el origami es una buena práctica para estos métodos) se pliega el papel por dicha marca haciendo coincidir los dos bordes. Si el papel fue bien cortado, cuando está bien asentado sobre el carrete el borde recién cortado coincidirá sin dejar espacio libre con el borde opuesto (A1 con A2 y lo mismo con los puntos correspondientes del lado opuesto). Si no es así, se repite el procedimiento hasta lograrlo. En el rectángulo de papel resultante, la longitud del lado menor A1-A2 es el perímetro del carrete y la del mayor es su largo interior. Es fácil ahora determinar la mitad de cada una de esas dimensiones plegando sucesivamente el rectángulo en dos por las líneas de trazos. Se determina así el punto medio B del lado A1-A2. Se marca luego el primer punto A en cualquier lugar del diámetro central del carretel, para lo que se pliega la tirita por la línea vertical de trazos. Cuando el pliegue resultante se hace coincidir con el borde interior del carrete, el borde A1-A2 coincide con el círculo central del carrete. Para determinar el punto diametralmente opuesto a A se hacen coincidir los puntos A1 y A2 del papel con la marca A del carretel. La marca B del papel determina entonces la posición del punto diametralmente opuesto a A, que se marca sobre el carretel.
Verifique después si los dos puntos así marcados sobre el carrete están bien trazados, midiendo con las mismas tiritas de papel, dobladas. Deben ser iguales tanto la distancia de cada punto a los 2 bordes, como las distancias perimetrales entre los 2 puntos medidas por lados opuestos del perímetro del carrete.
Sería un grave error tratar de perforar los dos puntos del carretel en una sola operación con el taladro, porque lo más probable es el fracaso. Usando una broca de 1,75 mm (0,25 mm menos que el diámetro del eje, para que entre apretado) se perfora un punto por vez, primero de un lado y luego del otro. Se coloca y centra el carretel sobre el eje y se lo hace girar con los dedos para verificar visualmente que el carretel ha quedado bien centrado. Si no lo está, hay que descartarlo y repetir la operación tantas veces como sea necesario hasta obtener un centrado visualmente perfecto. El ojo, aunque no se crea, es muy preciso en la determinación de trazos perpendiculares.
Con el eje colocado se arrolla el alambre de cobre del mismo modo que para el electroimán, pero sacando el chicote final por el extremo del carretel opuesto al inicial (véase la Figura 1), distribuyendo el alambre de la última capa de modo que quede uniformemente repartido en toda la longitud del carretel para distribuir simétricamente su peso o recortando el exceso si es poco. Si se han seguido bien las instrucciones, el bobinado debería estar bien equilibrado no tendiendo a girar en ninguno de los dos sentidos cuando se apoyan los extremos de su eje sobre 2 dedos paralelos (equilibrio indiferente).
Resta colocar el núcleo de la bobina, hecho con dos trozos de perno. Se corta primero la cabeza de ambos pernos con una sierra para metales. Se introducen los trozos a fondo en el interior del carretel y se traza en cada uno, con el marcador indeleble, el perímetro correspondiente al borde exterior del carretel. Se cortan los 2 trozos de perno con un exceso de 2 mm sobre esa línea, tratando de que ambos tengan exactamente el mismo largo. Se eliminan las rebabas de los bordes con una lima fina para metales. Estos núcleos del bobinado deben fijarse firmemente en su interior. Para eso se los envuelve con cinta de enmascarar, las suficientes vueltas para que entren apretados. Posteriormente se mejorará esta fijación usando resina epoxi, pero no todavía. Cumplidas estas tareas, el sistema bobina-eje debe completarse con el colector cuya construcción se describe a continuación.
Colector y escobillas
El funcionamiento del motor es posible sólo porque tiene un dispositivo capaz de invertir, cada media vuelta, el sentido de la corriente eléctrica que circula por el electroimán: un sistema formado por el colector y 2 escobillas. El colector está formado por dos láminas iguales de cobre (las delgas), con una pequeña separación entre ellas, crucial para evitar el cortocircuito de la fuente de alimentación. Las escobillas, llamadas así porque originalmente estaban formadas por haces de alambres conductores flexibles, como pequeñas escobas, deben hacer buen contacto eléctrico en puntos diametralmente opuestos de las 2 delgas, con el mínimo rozamiento posible. En motores como los de los taladros eléctricos las escobillas son piezas de carbón grafitado (el grafito disminuye mucho el rozamiento), por eso llamados carbones, que presionan sobre las delgas por la presión de pequeños resortes.
La base del colector se hace con un trozo de varilla cilíndrica de madera de 15 mm de largo y 8 mm de diámetro. Puede usarse un diámetro menor, lo que disminuiría el frenado por rozamiento y las vibraciones que generan las irregularidades de la superficie, pero ésto complicaría el armado por el menor tamaño de las delgas. No es recomendable, en cambio, un diámetro mayor por el agravamiento de dichos problemas. La perforación del agujero por donde se pasará el eje debe coincidir con el eje del cilindro (línea que pasa por el centro geométrico de cada una de las caras circulares) a fin de disminuir las vibraciones de las escobillas y el motor. Ésto no es fácil de hacer sin un taladro de banco y un soporte que mantenga al cilindro exactamente vertical. Una técnica para lograrlo es perforar verticalmente con el taladro de banco un agujero en un bloque de madera blanda de por lo menos 1 cm de espesor con un diámetro ligeramente inferior al del cilindro base del colector (7,75 mm en este caso, ya que 0,25 mm es el salto mínimo entre medidas sucesivas de brocas). El cilindro será mantenido en posición por el alambre del bobinado y hay que poder rotarlo con facilidad, por lo que se puede perforar su agujero central del mismo diámetro que el eje de acero del motor (2 mm).
Las 2 delgas deben ser del mismo ancho y tener el largo del soporte, 15 mm. Deben cubrir totalmente la superficie del cilindro salvo una franja de 1 mm. Con una tirita de papel de 15 mm de ancho se puede determinar el perímetro del cilindro base, del mismo modo que se hizo con el carrete del bobinado. Se recorta luego 1 mm de este perímetro y se dobla el papel resultante en 2 partes iguales por la línea paralela al eje del cilindro para obtener el patrón para el corte de las delgas. Se pega luego este patrón sobre el papel de España (que puede conseguirse en casas de materiales para artesanías) con adhesivo sólido soluble en agua para guiar el corte. Se curvan las delgas con una pinza de punta redonda o a mano, de modo que se adapten perfectamente a la superficie del cilindrito de madera, dejando una franja libre de 1 mm. Se recubre el interior de cada delga con resina epoxi transparente y se las monta de modo que el ancho de las 2 franjas de separación entre ambas sea el mismo. Se limpia las superficies del cobre con un trozo húmedo de tela de algodón, antes de que la resina epoxi endurezca, teniendo cuidado de no modificar la separación simétrica entre ellas (si las delgas se tocaran entre sí las pilas se pondrían en cortocircuito). Una vez que la resina fraguó, se limpia la superficie del cobre con un trozo de lija fina Nº 120 asegurándose de que no queden trozos de resina adheridos y teniendo especial cuidado de enrasar la zona de las ranuras. En la Figura 4 se muestra el colector terminado.
Las escobillas se cortan en base al patrón de la Figura 5, respetando las dimensiones. Para ello se puede rehacer eldibujo o imprimirlo en escala apropiada, modificándola hasta que las dimensiones se correspondan con las indicadas.
Los chicotes deben ser 1 cm más largos que lo necesario para soldarlos a las delgas, de modo de poder rotar el colector durante el ajuste final. Se suelda un chicote de la bobina al extremo contiguo de una delga y el otro chicote a la delga restante. El colector debe introducirse en el eje a 2 o 3 mm de la bobina. Para que el dispositivo de conmutación de corriente funcione bien las ranuras de separación de las delgas deben estar alineadas con los extremos del carrete, como se ilustra en la Figura 6. El rotor queda así terminado, salvo los ajustes finales.
Imanes permanentes
Los imanes son esenciales para el funcionamiento del motor pero, aunque pueda parecer extraño, el uso de imanes demasiado poderosos puede hacer que el motor funcione mal. La razón es la atracción permanente que ejercen sobre los núcleos de hierros de la bobina (los trozos de perno) que debe ser, como mínimo, cancelada por la bobina. Se puede verificar ésto levantando clavos con el imán, cuyo número no debe exceder al de los levantados por la bobina. Para nuestro diseño el imán de un parlante de 2” o 3” (pulgadas) es suficiente si se lo usa del lado de menor atracción, el opuesto al cono de papel que por vibración genera el sonido. Un experimento muy instructivo es usar el lado opuesto de los imanes, verificando cómo funciona entonces el motor. El momento oportuno para hacerlo es en la etapa final de su montaje.
Pueden obtenerse de parlantes descartados por mal funcionamiento —los talleres de reparación de artefactos electrónicos suelen regalarlos— ya que sus imanes no pierden sus propiedades magnéticas y los desperfectos son usualmente de los conos y bobinas móviles. Si se compran, conviene elegir un par cuyas polarizaciones magnéticas sean opuestas, para lo que basta verificar que sus partes traseras (las que se enfrentarán al rotor) se atraigan. Si ya se tienen dos parlantes cuyas partes traseras se repelen, hay que desmontar con cuidado el anillo magnético de uno de ellos y darlo vuelta, sujetándolo nuevamente con resina epoxi. Usualmente están montados con una resina frágil que se desprende si se deforma levemente el recipiente en que están embutidos. El diagrama de la Figura 2 muestra la distribución de polos magnéticos que debe tener el motor para funcionar correctamente. Si el imán con su entrehierro (la pieza metálica que va dentro del anillo de material magnético) no pueden separarse del parlante, hay que recortar su soporte metálico con una sierra para metales de modo de conservar sólo estas dos partes.
Ambos imanes se sujetarán provisoriamente, con cinta de enmascarar, en un extremo de la cara de 6 cm x 3 cm de los bloquecitos de madera, en la posición que se ve en la Figura 1. En el otro extremo de la misma cara se coloca un esquinero de 25 mm x 25 mm con tornillos Parker cabeza plana de 6 x 3/8, sin fijarlos todavía a la base. La razón del montaje provisorio es que la altura final de los imanes se determinará recién después de hacer el montaje de la bobina, con cuyos núcleos deben quedar bien alineados.
Fuente de alimentación
La fuente de alimentación consta de dos partes principales conectadas por cables: una caja de pilas y una llave inversora de polaridad que se describen separadamente a continuación.
Caja de pilas
La caja de pilas a usar es una plana de 4 pilas AA con chicotes (trozos de cable). No debe comprarse una caja que tenga las pilas distribuidas en dos capas porque será difícil de sujetar a la base del motor. Tampoco son convenientes las cajas que no tienen chicotes sino conectores abrochables, como los usados en las pilas de 9 voltios, porque es difícil soldar cables a tales terminales. La usada en el motor de la Figura 1 es una combinación de 2 cajas de 2 pilas cada una, con terminales abrochables, lo que aumentó considerablemente el trabajo de instalación.
Llave doble inversora de 3 puntos
La función de la llave inversora es invertir el sentido de la corriente de modo que el motorcito pueda funcionar indistintamente en ambos sentidos de rotación, según se explicó en la sección Principio de funcionamiento del motor.
Los conmutadores o llaves inversoras dobles son componente imprescindibles en fuentes de alimentación de motorcitos eléctricos capaces de hacer, por ejemplo, hacer que un autito avance o retroceda. Es diferente el caso de una hélice común, que está diseñada para funcionar eficientemente sólo en un sentido de rotación, pero pueden construirse fácilmente hélices poco eficientes de doble sentido. El mecanismo interior de una llave de 3 puntos de este tipo se ilustra en la Figura 7. En cada una de las posiciones extremas los terminales centrales están conectados a los del extremo, pero no entre sí (los 3 terminales de la izquierda no están conectados con los 3 de la derecha). En la posición central, en cambio, los terminales medios, adonde se conectará la fuente de alimentación (la caja de pilas) no está conectada a ninguna salida. Así, este tipo de llave permite que la fuente proporcione dos sentidos diferentes de corriente o esté desconectada del dispositivo a alimentar.
La forma de hacer las conexiones de la llave se muestra en la Figura 8, donde la corriente eléctrica siempre va del borne positivo (+) al negativo (-), del mismo modo que las corrientes de agua circulan del lugar más alto al menos alto. Las líneas que entran a la cajita de la llave representan los cables eléctricos. Los cables que se cruzan, con o sin curvita (dos maneras alternativas de indicarlo) no tienen contacto eléctrico entre sí. Los contactos eléctricos entre conductores se indican con pequeños círculos como los usados aquí para representar los 6 terminales de la llave. El símbolo de la izquierda es en ambos casos una pila.
- Figura 8. Cambio de la polaridad de alimentación según la posición de la llave inversora.
Para asegurar la buena circulación de la corriente eléctrica y la buena fijación, todas las conexiones a la caja de pilas y a la llave inversora deben soldarse con estaño del usado en trabajos de electrónica, pero con una recomendación especial para los novatos. Las llaves (así como otros tipos de conectores) que se consiguen en Argentina están hechas con materiales termoplásticos que se ablandan con el calor. El excesivo calentamiento de los terminales las inutiliza, por lo que hay que tomar precauciones especiales para evitarlo, como las que se usan para soldar transistores (que también se arruinan con el excesivo calor, aunque por otras razones). Los diestros en soldadura pueden evitar el problema haciendo una aplicación rápida de soldadura. Los menos diestros necesitarán la ayuda de alguien para que sujete la base del terminal que va a soldar (es decir la parte donde el terminal se inserta en la llave) con una pinza de puntas finas. El metal de la pinza recibirá la mayor parte del calor del terminal, evitando que se transfiera al plástico, lo que permite hacer aplicaciones más prolongadas de calor y mejores soldaduras.
Montaje de los componentes
Se da a continuación el orden de preparación y montaje de las diferentes partes del motor, orden que es crucial respetar para poder hacer un buen ajuste que optimice el funcionamiento. En ningún caso debe pegarse ninguna pieza a la base: puede ser necesario cambiarla de posición o reemplazarla, por lo que todas deben ser desmontables.
Preparación de las maderas
Los tres bloques de madera deben lijarse y también barnizarse si se quiere mejorar su duración (humedad y rayaduras) y estética (manchas). El barniz más apropiado es uno brillante y resistente al maltrato, como los barnices marinos o para pisos. La lija a usar depende de la dureza de las maderas, pero en todos los casos debe usarse primero una de grano grueso (como la Nº 120) para eliminar las asperezas principales y luego una de grano más fino para completar la terminación (como la Nº 180). Es recomendable dar tres manos de barniz, dejando pasar 1 día entre 2 manos sucesivas y lijando suavemente con una tercera lija de grano bien fino (Nº 220) antes de aplicar la mano siguiente.
Montaje del rotor
El fácil giro del rotor —sistema formado por la bobina, el eje y el colector— se logra soportando sobre piezas metálicas ambos extremos del eje. El medio más simple es usar dos esquineros metálicos de 50 mm. Estos esquineros son usualmente simétricos y cada brazo tiene 2 agujeros para los tornillos de sujeción. Basta usar un tornillo para el extremo que irá fijado a la base, por lo que conviene cortar el exceso con una sierra de metales de dientes finos. En la parte superior del extremo largo de cada uno se hace un agujero de 2 mm para el pasaje del eje. Conviene hacer este agujero pasante con el taladro de banco para garantizar su perpendicularidad.
Los esquineros se montan sobre la base cerca del borde, como se indica en la Figura 9, donde los cuadrados corresponden a las partes recortadas de los esquineros y los brazos verticales no recortados está ubicados del lado exterior. Se marca la posición de los agujeros (los círculos blancos de la figura) con un punzón y se perfora el agujero guía de los tornillos Parker con una broca de 2,5 mm. Se fija primero un esquinero, se introduce en él el eje del rotor y luego se coloca y atornilla el segundo esquinero, sin apretar demasiado. Si los soportes están bien alineados el rotor debe girar con facilidad; de lo contrario, se corrige la posición de los soportes hasta lograrlo.
El rotor debe balancearse, tal como se hace con las ruedas de los automóviles, para disminuir sus vibraciones cuando gira a alta velocidad. Para esto se introducen primero ambos núcleos hasta el fondo de la bobina, el punto donde tocan al eje. Se pone luego la bobina horizontal y se la libera. Si está bien balanceada, mantendrá su posición. Si uno de sus extremos desciende, hay que extraer poco a poco el núcleo del otro extremo, hasta lograr el equilibrio.
La fuerza de los imanes y la centrífuga generada en la rotación del motor pueden sacar los núcleos de su posición, por lo que hay que aplicar un filete de resina epoxi que fije los trozos de bulón al carretel. No se necesita una capa gruesa, sólo la necesaria para redondear el ángulo de encuentro entre cada núcleo y el carretel. Ésto debe hacerse antes de que endurezca la resina, pasando suavemente por dicho ángulo el dedo mojado con un poco de detergente.
El rotor requiere algún tipo de topes para que no se desplace lateralmente durante la rotación. Un método simple es usar pequeñas 2 arandelitas de plástico que calcen bien apretadas sobre el eje, por dentro o por fuera de los soportes. Estas arandelitas se recortan del extremo vacío de un tanque de bolígrafo, para lo que hay que probar varias marcas hasta encontrar la que da la medida adecuada (existen, sólo hay que tener un poco de paciencia en la búsqueda).
Escobillas
Para las escobillas hay que usar lámina de cobre más bien gruesa para que combinen suficiente rigidez con elasticidad. Una chapa de 0,4 mm probó ser suficiente, chapa que podría ser también de aluminio o bronce de otros espesores. Para hacer bien el corte, fotocopie el patrón en tamaño natural de la Figura 5 y péguelo con adhesivo de contacto sólido soluble en agua. Haga el recorte con una tijera chica de cortar metales, ya que una mucho más cara de costura se arruinaría en la tarea. La contigüidad de las escobillas en el patrón tiene por objeto minimizar la cantidad de cortes y el desperdicio de material.
La parte inferior de la Figura 5 sugiere la forma aproximada de las escobillas terminadas, pero su ajuste final debe hacerse una vez que están montadas sobre la base. Antes de montarlas sobre ellas, para facilitar la posterior soldadura de los cables de alimentación, conviene estañar con el soldador los extremos contiguos a los agujeros de los tornillitos de sujeción de bronce de 14 x 10, cabeza redonda.
Los extremos angostos de las escobillas, que harán contacto con el colector, deben quedar perfectamente verticales y paralelos entre sí. La presión con que se asientan sobre las delgas es crítica para el buen funcionamiento del motor. La razón es que a la gran velocidad de giro del rotor, cualquier pequeño rebote puede interrumpir el contacto eléctrico, el que debe ser constante y uniforme en todo momento. Para evitar este problema se usa una gomilla común, del tipo usado para sujetar rollos de papel, la que se corta, se pasa por las muescas de las 2 escobillas y se ata como se muestra en la Figura 1. El punto óptimo de atadura (es decir, la tensión de la gomilla) se regulará en la etapa final de afinación del funcionamiento.
Fuente de alimentación
La caja de pilas se fija en el extremo de la base opuesto al rotor, sujetándola con tornillitos de hierro de cabeza fresada de 14 x 10. Es difícil conseguir una llave doble inversora miniatura de montaje superficial que se pueda fijar a cualquier superficie con un par de tornillos. En general habrá que usar una de montaje pasante, la que usan la mayoría de los aparatos electrónicos, y fabricarle un montaje, como fue mi caso. Para ello se puede usar un trozo de chapa de aluminio de 1 mm de espesor o (más fácil de conseguir) una chapita de transformador. En la Figura 14 se da la forma del montaje, no las dimensiones, las que deberás fijar de acuerdo con tu llave particular.
Se sueldan todos los cables de la llave inversora según el circuito de la Figura 12. Aunque es obvio para los que saben del tema, hay que aclarar a los novatos que los cables no se disponen como en esa figura sino con las longitudes mínimas indispensables para efectuar la conexión más un margen de 1 o 2 cm para los cables largos en caso de que alguno se corte y haya que reconectarlo. La fotografía de la Figura 15 muestra las conexiones terminadas.
Pruebe ahora el funcionamiento del sistema verificando si circula corriente por la bobina y si se invierte su sentido con la llave inversora. Para ello, acerque uno de los imanes a un extremo de la bobina, verificando la atracción y repulsión según la posición del rotor.
Imanes
El montaje de los imanes con sus soportes debe hacerse de modo que no toquen los núcleos que sobresalen de la bobina. Por la misma razón que imanes demasiado potentes pueden hacer que el motor funcione mal, su colocación a la mínima distancia posible no necesariamente optimiza el funcionamiento. En efecto, si la magnetización que los imanes inducen en los núcleos de la bobina es demasiado grande para ser revertida por el bobinado, es conveniente aumentar la separación. Esto debe verificarse experimentalmente, para lo cual necesitarás ayuda de otra persona de modo que uno se ocupe de mantener los imanes en posición verificando que estén bien centrado con la bobina, y otro de dar el envión inicial a la bobina. Se prueba luego de alejarlos, simétricamente, comparando la velocidad de rotación con la previa. Los imanes deben fijarse a la base en la posición en que la velocidad de rotación es máxima. Si no notas diferencia, colócalos de modo que cuando la bobina esté horizontal queden a 1 mm de distancia del núcleo más cercano (si se desplazaron para hacer el balanceo, uno de ellos estará más cercano que el otro).
Una vez determinada la posición hay que proceder a la fijación definitiva de los imanes a sus soportes, hasta ahora provisoriamente sujetos con cinta de enmascarar. Deben quedar bien centrados respecto de los núcleos cuando la bobina está horizontal. Marque la posición de los tornillos del esquinero primero con marcador y luego con el punzón, haga los agujeros guía de 2,5 mm y coloque los tornillos verificando la buena alineación del soporte antes de ajustarlos a fondo (siempre hay un margen de rotación de los esquineros). Para evitar las vibraciones de los imanes cuando el motor está en funcionamiento (las fuerzas son bastante grandes) el soporte de madera debe estar bien asentado en la base. Verifique si es así mirando por el costado en dirección rasante a la base. Si hay una pequeña luz entre la madera o el hierro ángulo y la base, verifique si el ángulo es recto y si no suplemente con trocitos de carton hasta hacerla desaparecer.
Afinación y puesta en marcha del motor
La afinación y puesta en marcha siguiente requiere numerosas pruebas que pueden tanto agotar como dañar las pilas. Verifique continuamente su temperatura palpándolas: deben estar a lo sumo tibias; si se calientan más, desconecte el motor y déjelas enfriar.
El contacto de las escobillas y la presión que hacen sobre el colector son factores críticos para el buen funcionamiento. Las superficies de las escobillas deben ser paralelas a la del colector, lo que puede verificarse mirando si las chispas que se generan durante el funcionamiento están distribuidos uniformemente sobre el área de contacto o están concentradas en un punto. En el último caso corrija la falta de paralelismo torciendo el colector suavemente con una pinza.
Si la presión de las escobillas es insuficiente, el motor no alcanzará su velocidad máxima por mala transmisión de la corriente. Si la presión es excesiva, tampoco la alcanzará por exceso de roce. Hay un punto medio óptimo que puede verificarse apretando ambas escobillas con los dedos y variando la presión hasta encontrarlo. Ajuste la tensión de la gomilla, corriendo el nudo, hasta obtener la tensión óptima.
Si se invierte la polaridad es probable que que el motorcito funcione más rápido en un sentido de giro que en el opuesto. Ésto se debe a que las ranuras del colector no han quedado bien alineadas con el eje de la bobina. Puede corregirse girando el colector con los dedos o usarse esta propiedad para obtener la máxima velocidad posible de giro en un sentido privilegiado, que debería entonces marcarse en la llave inversora con un punto rojo usando esmalte para uñas.
Fuentes
- Solivérez, Carlos E.; Electroimán; revista ¡Armemos algo! Nº 3; San Carlos de Bariloche; 2006; pp. 34‑44.
Véase también