- Materiales necesarios:
- ¿Cómo funciona un electroimán?
- Montaje Proyecto Generador Eléctrico:
- Generando electricidad usando Fidget Spinner para hacer brillar un LED:
- Estimación del flujo producido por Spinner:
Un generador eléctrico es una máquina eléctrica muy común y útil que fue descubierta por Michael Faraday en 1832. Desde entonces hemos estado usando estas máquinas en todas nuestras plantas de energía para proporcionar electricidad a nuestro planeta. En este proyecto, vamos a construir un generador simple usando un electroimán y un fidget spinner para entender el concepto de generador.
Antes de comenzar, es importante conocer los generadores. No producen electricidad. ¡Sí, has escuchado bien! De hecho, nunca se puede producir electricidad; según la ley de conservación, la energía solo se puede transferir de un estado a otro. Entonces, en un generador, el rotor se hace girar utilizando cualquier acoplamiento mecánico de una turbina o motor y esta rotación mecánica se convierte en energía eléctrica en el estator. Vamos a hacer lo mismo, usaremos el fidget spinner como rotor y un electroimán como estator para producir electricidad lo suficientemente pequeña como para encender un LED. Suena interesante, ¿verdad? Empecemos…
Materiales necesarios:
- Fidget Spinner
- Electroimán
- Imanes de neodimio
¿Cómo funciona un electroimán?
Antes de continuar con este proyecto del generador de electricidad Fidget Spinner, dado que estamos usando un electroimán, entendamos cómo funciona. El que estamos usando en nuestro proyecto es un electroimán de 12V 0.25A (más especificaciones técnicas se discutirán más adelante). Entonces, obviamente, si suministramos un 12V consumirá alrededor de 0.25A y producirá un campo magnético (B) que atraerá cualquier pieza de metal en su área circundante. Este campo magnético se produce porque la corriente fluye a través de la bobina que se encuentra dentro del electroimán y como sabemos según la ley de inducción de Faraday,todos los conductores portadores de corriente producen un campo magnético a su alrededor. Este campo magnético se concentra en un punto particular debido a la disposición de la bobina y, por lo tanto, es capaz de atraer metal. Pero no es así como queremos que funcione aquí.
Teniendo en cuenta la misma ley de Faraday, también deberíamos poder generar corriente creando un campo magnético variable cerca del electroimán para que actúe como un generador. Entonces, para crear este campo magnético variable, usaremos imanes de neodimio con un fidget spinner.
Montaje Proyecto Generador Eléctrico:
La configuración para esto es relativamente simple, solo tiene que colocar los imanes de neodimio sobre el fidget spinner (como se muestra a continuación) y colocarlo directamente sobre el electroimán.
Los imanes de neodimio son muy potentes y tratarán de ser atraídos por el electroimán si lo haces girar con la mano libre. Por lo tanto, use algún arreglo para mantenerlos a ambos intactos. Usé una disposición de tuercas y pernos para lo mismo que se muestra en la imagen a continuación. Una vez hecho esto, conecte un LED al terminal de salida del electroimán (sin polaridad) y estará listo para dar una vuelta.
Generando electricidad usando Fidget Spinner para hacer brillar un LED:
Nuestro mini generador está listo para la acción. Simplemente gire el fidget spinner con la mano y debería notar que el LED brilla. Lo mismo también se puede encontrar en la presentación del video al final de esta página. Cuanto más rápido giras, más brillante brilla. Dedique un tiempo y disfrute de su salida, luego analicemos lo que está sucediendo aquí.
Bien, ahora para ponernos técnicos, analicemos algunas cosas. Debería haber notado que el LED se ilumina sin importar en qué dirección gire la rueda giratoria o en qué polaridad conecte el LED. Esto se debe a que aquí el LED se ilumina en realidad el voltaje de corriente alterna. Qué….?????
Sí, ningún generador es capaz de producir voltaje CC. Cuando el voltaje se produce en un generador, su voltaje predeterminado será CA. Incluso en los generadores de CC, el voltaje inmediato producido fuera del estator es CA y luego se convierte mecánicamente en CC utilizando una disposición llamada conmutador.
Estimación del flujo producido por Spinner:
Hasta ahora todo va bien, puede seguir adelante y darse una galleta para comprender las cosas hasta ahora. Pero intentemos averiguar algunas cosas más usando algunas fórmulas.
El electroimán que se utiliza aquí es del número de modelo ZYE1-P20 / 16 que tiene la siguiente especificación mencionada en su hoja de datos. (Hay más, he enumerado solo los obligatorios)
Voltaje: 12V
Corriente: 0.25A
Fuerza de sujeción: 2,5 kg / cm 2 o 25 N
Diámetro central: 8 mm
Para encontrar el número de vueltas de la bobina en el interior, usemos las fórmulas
F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)
Dónde, F = Fuerza de sujeción en Newton
N = Número de vueltas, que pretendemos encontrar
I = Corriente que fluye a través del electroimán en amperios
µ0 = Constante magnética, que es 4π × 10 -7
a = Área de atracción en m 2
g = espacio entre el electroimán y el metal en metros
En estos, conocemos la fuerza de la hoja de datos que es 25N, la corriente es 0.25A, y el área de atracción se calcula usando πr 2 (donde r es 8 mm) que da 0.125 m 2. Finalmente, la brecha es de 0.01 m ya que el 25N se da por cm de distancia.
Utilizando el valor anterior, se calcula que el número de vueltas de nuestro electroimán es de aproximadamente 715 vueltas. Ahora que conocemos el número de vueltas en nuestro electroimán, podemos usar esta información para encontrar la fuerza magnetomotriz (mmf) que está produciendo el rotor cuando gira con los imanes.
MMF = I × N
Donde, I es la corriente y N es el número de vueltas.
La corriente que fluye a través del LED podría aproximarse a 20 mA.
MMF = 0.02 * 715 = 14.3 En
Este valor de MMF es muy pequeño en comparación con los generadores reales, pero para un fidget spinner con imanes, esto es todo lo que podemos obtener. Además, tenga en cuenta que estos cálculos los realizamos solo para comprender la base y no están destinados a usarse para análisis.
Espero que lo haya entendido, haya disfrutado del proyecto y haya aprendido algo útil de él. Si tiene alguna duda, utilice la sección de comentarios o los foros para resolverla.