Projecte final FiE II Sistema d’iluminació d’un túnel del terror
Marc Miquel Joan Alejo Xavi Prat G: 04
Proposta
Senyalitzar el camí correcte e incorrecte per on s’ha de dirigir l’usuari a parFr de d'uFlització de dos senyals lluminoses, que s'alternaran mitjançant un gir que canvia la posició dels florescents.
-‐ Color blanc ( fluorescent blanc): camí correcte -‐ Color vermell (fluorescent vermell) : camí incorrecte Per fer el canvi de color del fluorescent s’uFlitzarà un mecanisme que farà girar el portalàmpades, deixant passar la llum del color desitjat. El passadís s'il·∙lumina a través del reflexe de les llums. Entre l’espai obert (pel qual surt el reflexe) i l’interior (el que es troba sota terra) hi ha unes bandes de goma que impedeixen que la llum d’un fluorescent es barregi amb l’altre. Aquestes bandes son flexibles per tal de moure's quan el gira el mecanisme.
Proposta
Els fluorescents estaran units per una pinça que agafa els portalàmpades. Aquesta pinça va subjectada a un eix giratori, que a la vegada va subjectat al mecanisme que produeix el moviment.
El gir dels florescents es produeix mitjançant una roda amb uns imants. A parFr de l’atracció i repulsió és generarà el moviment de la roda i un canvi de posició dels fluorescents.
MagneFsme El magneFsme és un fenomen Usic pel qual els materials exerceixen forces d’atracció o repulsió sobre altres materials. Cada electró per naturaleza poseeix un camp magneFc, en un material tots els electrons es tan orientats aleatoriament en diferents direccións, per en un imant estan orientats en la mateixa direcció creant una força magnèFca. Un dipolo consta de dos pols, el nord i el surd, entre ells és generen unes línies de camp
Mecanisme de l’iluminària La idea principal del nostre projecte era la de fer girar els florescents mitjançant un sistema d’imants a parFr de l’atracció i repulsió. Aquest sistema consisteix en una roda que gira on van subjectats els fluorescents. Imants Roda Per fer girar la roda s’uFlitzen una imants encarats tots iguals (N,S), (N,S)... al voltant del perímetre de la roda. Amb un imant extern s’apropa a la roda i amb el camp magnèFc dels imants es produeix en moviment , fent que giri i canviï de posició el fluorescent, aparF de l’altracció i repulsió d’aquests.
Mecanisme de l’iluminaria Per poder fer girar els dos florescents amb tots els seus components seria necessari una sistema d’imants de grans dimensions , per tant vam decidir fer girar els florescents amb un motor elèctric però que funciones amb aquest mateix sistema d’imants, es a dir emprant-‐lo com a generador elèctric. Per la xarxa circulen mols vídeos domèsFcs on es “demostra” el seu funcionament.
Al apropar l’imant a la roda, aquesta gira transmetent el moviment a la dinamo que encén el led.
h_p://www.metacafe.com/watch/3427891/free_energy_how_to_build_magneFc_power_generator_for_home/
Mecanisme de l’iluminària Per dur a terme aquest experiment vam necessitar un seguit de materials: -‐ 8 imants de peFtes dimensions (1,5x1 cm) -‐ Una superUcie plana i rodona (CD, tapa tuper,...) -‐ Un imant gran -‐ Un eix (tap de suro) -‐ Una dinamo (llanterna) -‐ Un led 1. Primer vam tallar un tros de fusta amb forma rodona i vam enganxar amb superglue els 8 imants en la posició anteriorment esmentada.
2. Després, amb un tap de suro vam fer l’eix que transmet el moviment de la roda a la dinamo.
3. Seguidament vam desmuntar una llanterna amb
4. Un cop desmuntada, vam extreure tots els
dinamo, per tal d’uFlitzar-‐la en l’experiment.
components no necessaris i vam soldar un led directe a la dinamo, per assegurar-‐nos el funcionament de la dinamo vam tronar a muntar la llanterna per comprovar que el led s'encengués.
5. Per úlFm vam muntar l’eix i la roda sobre la dinamo i vam apropar l’imant per veure si girava Finalment vam veure que el gir no es produïa correctament, era necessari un moviment de la mà amb l’imant per tan de produir un mínim gir, igualment insuficient per generar energia amb la dinamo. Per aconseguir un bon gir seria necessari un camp magnèFc més fort , que amb els nostres imants no es pot obtenir.
Per saber la constant magnèFca dels nostres imants es pot obtenir amb un experiment i un seguit de càlculs. Consisteix en unir un imant amb una molla i fixar-‐ho, amb un altre imant apropar-‐lo a una distancia X i veure la longitud de deformació de la molla.
Fm = força magnèFca Fk = força de la molla Km = constant magnèFca Ke = constant de la molla ( la sabem) R = distancia
S N Fm
r S
N
Motor Elèctric Un motor elèctric és un aparell que transforma l’energia elèctrica en energia mecànica.
Carcasa
Eix
Imans
Bobina Escombreta
La carcassa o armadura envolta tota la part elèctrica del motor. L’estator és la part on esta enrotllada la bobina que és la que crea el camp magnèFc a parFr de l’energia elèctrica que passa pels borns del motor. L’estator es mou a parFr del moviment rotacional produït pel bobinat i els imans.
Motors de Corrent ConFnua Què és la corrent con9nua? És el fluxe conFnu d’electrons a través d’un conductor entre dos punts de diferent potencial. les carregas eléctriques circulan sempre en la mateixa direcció. Motors El motor de corrent conFnua és una máquina que transforma l’energía eléctrica en mecànica, principalment mitjançant el movimient rotatori. La principal caracterísFca del motor de corrent conrnua és la posibilitat de regular la velocitat des del vuit fins a plena carga. El seu principal inconvenient és el manteniment, molt car y laboriòs.
Motors de Corrent ConFnua • Com son ? • Com funcionen? És componen de dos parts, un estator que dona suport mecànic y que té un forat el centre, generalment de forma cilíndrica. En l’estator, a més, és en troben els pols, que poden ser d’imans permanents o debanats amb fils de coure sobre un nucli de ferro. El rotor és generalment de forma cilíndrica, també debanat y amb nucli, al qual arriba la corrent a traves de dos escombretes.
Motors de Corrent ConFnua -‐ Fàcil control de posició, aturada y velocitat. -‐ Millor opció en aplicacions de control y automaFzació de procesos. -‐ Possibilitat de regular la velocitat des del vuit a plena carrega. -‐ Car i laboriòs manteniment.
Funciona a parFr de la llei de Lorentz F = B ·∙ l ·∙ I F: Fuerza en newtons I: Intensidad que recorre el conductor en amperios l: Longitud del conductor en metros lineales B: Densidad de campo magnéFco o densidad de flujo teslas
Si es submergeix en un camp magnèFc un condutor que pasa per una corrent eléctrica, aquest pateix una força perpendicular al plano format per el camp magèFc i la corrent
Motors de Corrent Alterna Què és la Corrent Alterna? Corrient elèctrica en la que la magnitud y direcció varía cíclicament. La forma de l’ona de la corrent alterna més uFlizada es la d’una ona senoidal, ja que és consegueix una transmisió més eficient de l’energía.
Motors Un motor elèctric transforma l'energia elèctrica en forces de gir per mig de l’acció mútua dels camps magnèFcs. Existeixen diversos Fpus
Motors de Corrent Alterna Tipos de motores
Síncrons Els motors síncrons son un Fpus de motor de corrent alterna on la seva velocitat de gir es constant y depèn de la freqüència de la tensió de la xarxa elèctrica a la que esFgui connectat y per el número de pars de pols del motor. Aquesta velocitat es coneix amb el nom de "velocitat de sincronisme".
Motors de Corrent Alterna Tipos de motores
Síncrons Els imans del camp es monten sobre un rotor
És un alternador trifàsic que funciona a l’inversa
Aquests s’excitan mitjançant corrent conFnua
Les bobines de l’armadura están dividides en tres parts y alimentades amb corrent alterna trifàsica. Aquest sistema permet que...
La variació de las tres ones de corrent en l’armadura provoqui una reacció magnèFca variable amb els pols dels imans del camp Això fa que...
El camp giri a una velocitat constant h_p://cerezo.pnFc.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/imagenes/motorsincrono.gif
Motors de Corrent Alterna Tipos de motores
Asíncrons •
El motor asíncrons estan formats per un rotor, que pot ser de dos Fpus: De gàbia d’esquirol o d’un bobinat i un estator en el que es troben les bobines inductores. Aquestes bobines estan desfasades entre si 120º.
•
Aquests motors tenen la peculiaritat de que no precisen d’un camp magnéFc en el rotor alimentat amb corrent conrnua com en els casos del motor de corrent directa o síncron.
•
Són els més uFlitzats en la indùstria.
Motors de Corrent Alterna Tipos de motores
Gàbia d’esquirol És tracta d’un cilindre muntat en un eix. Internament té unes barres conductores longitudinals d’alumini o de coure amb uns forats y connectats junts en els dos extrems posant en curtcircuit els anells que formen la gàbia. El nombre es deriva de la semblança amb les rodes que tenen els hàmster i els esquirols a les gàbies.
Motors de Corrent Alterna Tipos de motores
Gàbia d’esquirol Es tracta del Fpus de motor elèctric més simple, fort i robust
Funciona a parFr d’alimentació trifàsica
Es similar al motor síncron
L’armadura d’aquest motor consisteix en tres bobines fixes
Element rotatori: consisteix en un nucli en el que hi ha una sèrie d’inductors de gran capacitat col·∙locats en el circuit al voltant de l’arbre .
Motors de Corrent Alterna Tipos de motores
Universal Els motors universals son motors en sèrie de potència fraccional, de corrent alterna, dissenyats especialment per usar-‐se en potencia ja sigui corrent conFnua o de corrent alterna. El cost d’aquests motors és relaFvament baix per això es poden trobar en aparells domèsFcs lleugers, o electrodomèsFcs. • Poden construir-‐se per a qualsevol velocitat de gir. • Poseeix un elevat par d'arrencada. • La velocitat s’adapta a la càrrega • Per a regular la velocitat de gir és conecta un reòstat en serie amb l’induït. • Alt quocient d’energia-‐pes i d’energia tamany.
Motors de Corrent Alterna Tipos de motores
Universal Caracterís9ques d’un motor eléctric universal • Funciona amb corrent alterna i corrent directa o conFnua. • Poseeix un par d’arrancada molt elevat. • La velocitat és directament proporcional a la corrent. • S’uFlitzen en eines manuals i electrodomèsFcs. • Per inverFr el senFr de rotació, s’inverteix el senFt de la corrent en qualsevol dels bobinats. Cons9tució d’un motor universal • • • • •
Bobina conductora: Se les coneix com a inductor o camps inductors. Bobina induïda: És el rotor bobinat i també s’anomena induït o armadura Escombretes : Són fabricades de carbó per ser un material suau i un coeficient de temperatura negaFu Ressorts : Serveixen per a manFndre les escombretes en la seva posició per mitja de presió mecànica Tapes o escuts: Seveixen per a sosFndre el eix del motor i donar la estructura mecànica al motor.
Conclusió Motors
Escollim un motor universal ja que: • Posseeixen un elevat PAR d'arrencada, important per realitzar el gir dels florescents des de parat. • Existeixen de peFtes dimensions, perfecte per la nostra instal·∙lació. • Els peFts no necessiten debanats compensadors ja que la reactància és mínima. • Molt uFlitzat en el món de la industria dels electrodomèsFcs ( secadors, neveres, maquines d'afaitar…) • Necessiten de revisió periòdica i son sorollosos a altes velocitats, però com que no precisem arribar a altes velocitats no ens afecta. • Necessitem un motor de 120RPM ja que el canvi de florescent s’ha de dur a terme en el mínim de temps possible, per exemple 0.5 segons. Es a dir en 1 segon fa una volta i en un minut en fa 120.
Estudi de mercat de fluorescents Els fluorescents seran els protagonistes del sistema d'il·∙luminació per tal de guiar pel recorregut als usuaris que esFguin fent servir l’atracció.
Philips
Per què?
Fluorescentes descartats •
MASTER TL5 High Efficiency Secura
•
MASTER TL5 AcFViva
•
MASTER TL5 High Output Secura
•
MASTER TL5 Very High Output TOP
•
MASTER TL5 HO 90 De Luxe
•
MASTER TL5 High Output Xtra
•
Tenen un recobriment per aguantar altes temperatures, aquest factor encareix el producte.
•
Les mesures no són les adequades
•
Consum alt
•
Es produeix un excedent de lluminositat
Fluorescents escollits Elecció final • • •
10% de estalvi energèFc amb el mateix nivell i qualitat que una làmpada TL5 Alta Eficàcia Ofereix una major eficàcia i estalvi que les làmpades TL-‐D Mesures adequades
• Philips Màster TL-‐5 High Output Eco Tub de fluorescent de baix consum, de color blanc i llarga vida úFl. Mesures : 100 cm x 3Ø Preu : 6,99 Euros Consum : 45 Wa_s , 5.000 hores 12 Hores d’ús diari i 1 fluorescent de 45 W 12.6 Kwh , 62.6 $/mes = 43,29 Euros • Woerner C Tub de fluorescent de baix consum i de color vermell. Mesures: 100 cm x 3Ø Preu : 39 Euros Consum : 30 Wa_s 12 Hores d’ús diari i 1 fluorescent de 30 W 10.8 Kwh , 50,2 $/mes = 34,60 Euros
Conclusions Les premisses bàsiques d’aquest projecte era la senyalització d’un recorregut, en el nostre cas el túnel del terror, mitjançant una il·∙luminaria amb florescents i un sistema magnèFc, sense especificar l'àmbit d’aplicació. Per tant dins del nostre projecte emprem dos Fpus de florescents, que senyalitzen el recorregut correcte i l’incorrecte, i per tal d’alternar la seva posició uFlitzem un mecanisme giratori, finalment un motor elèctric. La idea d’uFlitzar el generador d’imants o de fer girar el mecanisme per l’efecte del magneFsme d’aquest no ha resultat viable, per tant finalment l'hem subsFtuït per un motor elèctric, que en certa mesura, uFlitza les propietats electromagnèFques.