Creando"Rotores"

Rotor original Parque de diversiones

Rotor en futurama en el minuto 11:03 Vemos un Rotor el cual el profesor lo denomina "Analizador genético de especies extraterrestres"

'' XD Videos '' Series Online: Futurama 04x01 - Kif Queda Ligeramente Embarazado ...: KIF QUEDA LIGERAMENTE EMBARAZADO (Kif Gets Knocked Up A Notch) Futurama: Temporada 4 / Capítulo 1 Fecha De Estreno: 12 De Enero De 2...

Presentación del juego el rotor

Prototipo 3

Procedimiento:

Previamente el cautín es calentado por un instante (conectado a la energía normal); también la lupa es ubicada en una posición adecuada para que permita soldar los cables; luego se cubre la punta del cautín con estaño para soldar en primer  lugar el polo positivo del motor y el polo positivo del broche de la batería al potenciómetro, y luego el polo negativo del motor y el polo negativo del broche de la batería en la otra entrada del potenciómetro. 

Posteriormente, se verifica que el motor gire. Luego se arma la maqueta, colocando la caja Porta CDs sobre el motor; Se asegura con silicona el estuche al motor, se coloca un CD dentro de la base Porta CDs que simula el piso del rotor y por último

se coloca el muñeco de plástico sobre el CD. También se utiliza un marcador para que sirva como eje central, tanto de la plataforma como del CD.


Luego se hace girar al motor; se comprueba si el muñeco se queda pegado a las paredes de la caja Porta CDs. Si el muñeco está pegado procedemos a bajar el piso (CD). Se verifica si el cuerpo se queda pegado a las paredes de la base sin el piso.

Prototipo 2

PROCEDIMIENTO:

Se basó en los errores y en los resultados tomados del prototipo uno.

Se procedió a sustituir la base de cartón por la caja Porta CDs completa. Se adaptó adecuadamente al motor de la licuadora y se probó su funcionamiento por un lapso de 20 segundos. El resultado de este prototipo fue que la base necesitaba mayor agarre y balance ya que el motor seguía siendo  muy veloz y aún la plataforma era muy liviana

Prototipo 1

PROCEDIMIENTO:

En el Prototipo1 se utilizó un motor antiguo de licuadora con cinco  velocidades que a su vez tiene funciones de: Batidora, Trituradora, Mezcladora, Licuadora y Súper Veloz, este motor, realiza ciclos entre 50 y 60 ciclos (Hertz), es decir conocemos la frecuencia, (Información leída en el caparazón de la licuadora); a este motor se pegó con silicona a la base de cartón corrugado, y en éste se adhirió un vaso de cartón. Luego se puso en funcionamiento al motor por un lapso de 5 segundos, e inmediatamente se desprendió el vaso de cartón debido a su peso muy ligero

Rotor Construido a escala

 
PRÓLOGO

El proyecto  diseño y construcción de  “el juego el rotor “, está enfocado en realizar una maqueta que demuestre como funciona este; y analizar, la acción de la fuerza centrípeta en la trayectoria circular. Además determina la relación que hay entre la trayectoria circular y la fuerza dirigida hacia el centro de la circunferencia.
A nivel macro, el  juego de “el rotor “ en un parque de diversiones por ejemplo, la mayoría de los juegos mecánicos tales como el rotor, tagadá o carruseles tienen un tambor giratorio con piso móvil, que al parecer, desaparece cuando el tambor gira rápidamente en su interior, los ocupantes se mantienen pegados en las paredes o asientos gracias al rozamiento.
A nivel meso, se puede indicar, por ejemplo, la tina giratoria de una lavadora automática. La tina gira con gran rapidez durante el ciclo del centrifugado. La pared interior de la tina ejerce una fuerza centrípeta sobre la ropa mojada, que se mueve entonces en una trayectoria circular. La tina ejerce una gran fuerza sobre la ropa, pero los orificios de los cuales está provista impiden que la tina ejerza la misma fuerza sobre el agua.
A nivel micro, por ejemplo, se consideran: el micro motor  utilizado en   juguetes  que funcionan a control  remoto, así como micro generadores de las energías eólicas o de máquinas como secadoras de cabello, afeitadoras eléctricas, taladros, etc.
 


INTRODUCCIÓN

 “El juego el rotor“, constituye una atracción única  dentro  de lo que es un parque de diversiones, y consiste de un tambor giratorio con plataforma móvil, que desaparece cuando el tambor gira rápidamente en su interior, las personas se mantienen en las paredes gracias al
rozamiento; la rapidez de rotación hace pensar que las personas se quedan pegadas en las paredes de la plataforma al momento que el disco base gira.
El diseño y construcción la maqueta  de “el juego el rotor“,  permite analizar y entender conceptos bases del Movimiento Circular , como el radián, la aceleración en torno a un eje, las revoluciones, además de las fuerzas centrípeta y centrífuga. Para ello se necesitó construir varios prototipos de la maqueta: primero se optó por utilizar un motor de licuadora de varias velocidades adherido a un vaso de cartón, pero el momento en que se conectó a la energía normal el motor centrifuga demasiado rápido y el vaso salió disparado, así que este prototipo quedó descartado; luego se probó con una caja Porta CD como base en el mismo motor de licuadora, al momento de conectar a la energía convencional,  la caja se desprendió del motor y se destruyó por la velocidad muy alta del motor de la licuadora. Por último se decidió utilizar  un motor de grabadora conectado a una batería, en donde un muñeco fue colocado a un CD sobre una plataforma de Porta CD, en la que debe mantenerse en equilibrio, mientras  el  motor gira sin ningún obstáculo.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar y construir la maqueta de  “el juego el rotor“, para determinar la relación que hay entre la trayectoria circular y la fuerza dirigida hacia el centro de la circunferencia en motores de potencias bajas y la fuerza centrífuga que ejerce el cuerpo para mantenerse en equilibrio mientras gira el motor; de esta manera se demuestra el funcionamiento del Movimiento Circular Uniforme.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Demostrar y analizar qué fuerzas actúan en el Movimiento Circular y la aceleración centrípeta para mantener en equilibrio los cuerpos en una plataforma giratoria.
- Diseñar algunos prototipos de la maqueta utilizando diferentes motores hasta conseguir su diseño final.
- Construir la maqueta final y probar que funcione. 
MARCO TEÓRICO

Para el estudio específico de este proyecto vamos a estudiar los siguientes movimientos:

MOVIMIENTO CIRCULAR

Un movimiento circular es aquel en que la unión de las sucesivas posiciones de un cuerpo a lo largo del tiempo (trayectoria) genera una curva en la que todos sus puntos se encuentran a la misma distancia R de un mismo punto llamado centro.
Este tipo de movimiento plano puede ser, al igual que el movimiento rectilíneo, uniforme o acelerado. En el primer caso, el movimiento circunferencial mantiene constante el módulo de la velocidad, no así su dirección ni su sentido, así, siempre existe aceleración en un movimiento circunferencial, pues siempre cambia la velocidad en el tiempo, lo que no debemos confundir, es que si un movimiento circular es uniforme es porque su “rapidez” es constante. (URL1)

MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME

Cuando un objeto gira manteniendo su distancia a un punto fijo, llamado centro de giro, de manera que su rapidez lineal es constante, diremos que tiene un movimiento circunferencial uniforme (MCU). En un MCU, el cuerpo que gira describe arcos de circunferencia iguales en tiempos iguales.
En el MCU el módulo de la velocidad no cambia (por ser uniforme), pero si la dirección (por ser curvilíneo). La velocidad es un vector tangente a la trayectoria circular, por lo que es perpendicular al radio. (URL2)

VELOCIDAD ANGULAR.- La velocidad angular ω del móvil es el ángulo descrito θ por el radio en la unidad de tiempo t:
Entonces:  ω = θ / t

La velocidad angular indica que tan rápido gira un cuerpo, y  se expresa en radianes por segundo (rad/s).
Cuando el ángulo barrido es un ángulo de giro igual a 2π, el tiempo empleado es un período, pudiéndose escribir que:
ω = 2π/T

Un RADIÁN es el ángulo del centro comprendido en un arco de circunferencia cuya longitud es igual al radio de ella (R). En un ángulo completo de 360° hay exactamente 2π radianes, entonces un radián equivale a 57,3° aproximadamente.

                 
El Período T es el tiempo que tarda el móvil en dar una vuelta o revolución completa con el MCU.
Como una vuelta completa corresponde a 2 π  radianes, y el cuerpo la describe en un período: entonces   T = 2 π rad

Número de Vueltas: n = θ/2 π rad

La Frecuencia f es el número de revoluciones que da el cuerpo en una unidad de tiempo; la frecuencia y el período de un movimiento están relacionados. Estas magnitudes son inversamente proporcionales.
 f  = 1 / T
Sus unidades son revoluciones por minuto (r.p.m.), revoluciones por segundo (r.p.s.). Sin embargo, en el SI la frecuencia se expresa en Hertz (Hz), que corresponde a una revolución por segundo.

MOVIMIENTO ROTACIONAL

El movimiento rotacional es cuando un cuerpo gira en sí mismo (rotación), y el movimiento circular uniforme es cuando un cuerpo gira alrededor de un eje (revolución). Por ejemplo el planeta Tierra, rotacional gira en sí misma, y circular uniforme gira alrededor del sol.

RAPIDEZ LINEAL O VELOCIDAD TANGENCIAL
La dirección de la velocidad de un móvil en movimiento circular es tangente a la circunferencia que describe. Como se sabe, la rapidez media de un cuerpo en movimiento se relaciona con la distancia recorrida (d) y el tiempo empleado (t) como muestra la siguiente expresión:
V = d / t
Velocidad tangencial de la partícula es la velocidad del objeto en un instante de tiempo Puede calcularse a partir de la velocidad angular. Si V es el módulo de la velocidad tangencial a lo largo de la trayectoria circular de radio R, se tiene que:
 V= ω R
Donde V se mide en rad/s, y R se mide en m.

ACELERACIÓN CENTRÍPETA
En el movimiento circular uniforme, el módulo de la velocidad (rapidez) es constante, por lo tanto, la partícula no posee aceleración tangencial. Pero como la dirección de la velocidad varía continuamente, la partícula sí posee aceleración centrípeta se debe exclusivamente al cambio de la dirección de la velocidad:

           
Como se puede apreciar la dirección de las tres velocidades coincide perpendicularmente con el radio del círculo, los cuales tienen la misma dirección que la aceleración. Por lo tanto de aceleración es perpendicular a la velocidad y dirigida hacia el centro del círculo, es por ello que se denomina aceleración centrípeta:
ac = V2/R
La aceleración centrípeta también se expresa a través de la velocidad angular:
ac =R ω 2  (URL3)
 ANALISIS DE LA FUERZAS


               
FUERZA CENTRÍPETA

”Se define como la fuerza constante que actuando continuamente en ángulo recto con el movimiento de una partícula, hace que ésta se desplace en círculo con rapidez constante.
Tomando en cuenta que la aceleración centrípeta es: ac = V2/R; aplicando la segunda Ley de Newton del movimiento, la fuerza centrípeta está dada por las siguientes ecuaciones:
Fc= m V2/R  o  Fc=m ω2 R

SEGUNDA LEY DE NEWTON: La aceleración que una fuerza resultante produce en un cuerpo es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza resultante, tiene la misma dirección que la fuerza y es inversamente proporcional a la masa del cuerpo.

La fuerza centrípeta es el nexo entre el cuerpo y el centro del movimiento, y sin ella nunca existiría movimiento circular, por lo tanto la sumatoria de fuerzas sobre el eje centrípeto nunca puede ser igual a cero.

FUERZA TANGENCIAL

Es la resultante de la sumatoria de fuerzas en el eje tangencial, está relacionada directamente a la aceleración tangencial. at = a R
Ft = m at
Ft = m α R
En el MCU, la aceleración tangencial es nula.

FUERZA CENTRÍFUGA

La causa del movimiento circular es una fuerza dirigida hacia el centro, a veces se atribuye al movimiento circular una fuerza dirigida hacia fuera que se conoce como fuerza CENTRÍFUGA (que huye o se aleja del centro). Es una fuerza ficticia” (Cuaderno de Física de Segundo de Bachillerato).

DEFINICION DE ROTOR Y ESTATOR
“El ROTOR es el componente que gira (rota) en una máquina eléctrica, sea ésta  un motor o un generador eléctrico. Junto con su contraparte fija, el ESTÁTOR, forma el conjunto fundamental para la transmisión de potencia en motores y máquinas eléctricas en general. El rotor está formado por un eje que soporta un juego de bobinas arrolladas sobre un núcleo magnético que gira dentro de un campo magnético, creado bien por un imán o por el paso de otro juego de bobinas, arrolladas sobre unas piezas polares, que permanecen estáticas y que constituyen lo que se denomina estátor de una corriente continua o alterna, dependiendo del tipo de máquina de que se trate” (URL4).

TIPOS DE ROTORES
Entre los tipos de rotores más conocidos en la industria se encuentran los siguientes:

ROTOR DE JAULA DE ARDILLA SIMPLE

Ilustración 1
En la Ilustración 1  se puede observar unos círculos negros, éstos representan las ranuras del rotor donde va introducido el bobinado.
Este tipo de rotor es el usado para motores pequeños, en cuyo arranque la intensidad nominal supera 6 ó 8 veces a la intensidad nominal del motor. Soporta mal los picos de cargas.

ROTOR DE JAULA DE ARDILLA DOBLE

En la    Ilustración 2, la ranura es doble, por ello el nombre de jaula de ardilla doble. Las dos ranuras están separadas físicamente. Este tipo de rotor tiene una intensidad de arranque de 3 ó 5 veces la intensidad nominal.
Es el más empleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sin necesidad de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejor estabilidad.

ROTOR CON RANURA PROFUNDA

El tipo de rotor que se ve en la Ilustración 3, es una variante del rotor de jaula de ardilla simple, pero se le denomina rotor de ranura profunda. Sus características vienen a ser iguales a la del rotor de jaula simple. Es usado para motores de baja potencia que necesitan realizar continuos arranques y paradas.

ROTOR DE ANILLOS ROZANTES
Se denominan rotores de anillos rozantes,  porque cada extremo del bobinado está conectado con un anillo situado en el eje del rotor.


Las fases  del bobinado  salen al  exterior por  medio de unas escobillas que rozan en los anillos. Conectando unas resistencias externas a las escobillas se consigue aumentar la resistencia rotórica. (URL5).
 
 
VERIFICACIÓN DE HIPÓTESIS

Para el desarrollo de esta maqueta, se observa que un motor potente de alta velocidad al ponerlo en funcionamiento con  la corriente eléctrica normal como el utilizado en las dos primeras prácticas hace que la plataforma giratoria con muy escaso peso,  se destruya.  Por lo que éstas prácticas no satisfacen nuestras expectativas en mención.
En cambio que utilizando la batería como fuente de energía, y el motor de baja potencia MOTOR 200 con la ayuda del potenciómetro que nos ayuda a regular la potencia y las revoluciones del motor y añadiendo un poco más de peso a la plataforma giratoria, se ha obtenido el resultado esperado.
Así por ejemplo, la frecuencia que viene dada en el motor varía entre 150 y 200 RPM, que transformando a segundos se obtiene 2,50 y 3,33 RPS. Respectivamente. Para este análisis, sólo tomaremos estos datos extremos. La Velocidad Angular en el primer caso es 15,71 rad/s; y en el otro es 20,94 rad/s. Como el tiempo estimado de funcionamiento se considera 60 segundos en todos los casos, se tiene que el Desplazamiento Angular, en el primer caso es 942,48 rad., y en el segundo caso 1256,64 rads. La Velocidad Tangencial, en el primer caso, es 0,94 m/s y en el segundo caso 1,26 m/s. La Aceleración Centrípeta en el primer caso es 14,80 m/s2, y en el segundo caso es 26,32 m/s2. E igual la Fuerza Centrípeta en el primer caso es 0.33 Néwtones, y en el segundo caso es 0,58 Néwtones.
Verificando así que la acción de la fuerza centrípeta ejercida por la plataforma hace que el cuerpo se mantenga en equilibrio ya que éste a su vez ejerce una fuerza centrífuga.

SEÑALAMIENTO DE VARIABLES DE LA HIPÓTESIS

VARIABLES DEPENDIENTE
Diseño y construcción de la maqueta “el juego el rotor“.

VARIABLES INDEPENDIENTES
Motor de potencia baja y plataforma giratoria.

 
CONCLUSIONES

Del estudio investigativo se resumen las conclusiones más relevantes que se han ido desmenuzando a lo largo del desarrollo de la monografía:
. Determinar los mecanismos a ser implementados en el rotor para crear el juego se alcanza por medio del análisis y la investigación detallada en este trabajo:
Los elementos a implementar en el rotor son: un motor de baja potencia, ayudado con el potenciómetro y como fuente de energía la batería.
. La selección del motor adecuado para construir el juego del rotor, e ha logrado gracias a la indagación de las funciones y características de cada motor utilizado en las diversas prácticas utilizadas.
Dando como resultado que el motor de grabadora MOTOR 200 es el apropiado, pues, la función principal es producir su giro a una frecuencia de entre 150 y 200 RPM, o 2.5 y 3.33 RPS.




RECOMENDACIONES

. Conocer las entradas exactas del potenciómetro para ser soldadas.
. Tanto el motor como el potenciómetro deben ser los sugeridos por profesionales, para este tipo de experimentos.
. Asegurar bien el estuche del cd para que gire uniformemente.
. Asegurar bien el motor a la base para que no se mueva.
. El peso del cuerpo y de la plataforma en su conjunto debe ser el adecuado.
. Cuando se adquiera los productos para la elaboración de la maqueta, pedir las especificaciones técnicas al proveedor.
. Mantener alejadas a las personas que carecen de conocimientos electro físicos (niños) para que no se ocasionen accidentes.

 
BIBLIOGRAFÍA

- (URL1).- http://html.rincondelvago.com/movimiento-circular.html
- (URL2).- http://html.rincondelvago.com/movimiento-circular-uniforme.html
- (URL3).- http://html.rincondelvago.com/movimiento-circular.html
-Compendio de Física  Sexto curso. Lcdo. Zamora. 1979
- (URL4).- es.wikipedia.org/wiki/Rotor_(máquina eléctrica)
- (URL5).- www.nichese.com/rotor.htmlCompartir
- www.fisicarecreativa.com/informes/info_exp_1.htm
- infolabcam.blogspot.com/2010/08/fuerza-centripeta.html
- www.experimentosnuevos.com/2011/08/fuerza-centrípeta