EL MOTOR MAGNÈTIC

GUILLEM DANÉS ALTÉS

2n BATXILLERAT HELGA BLASCO

INSTITUT BAIX MONTSENY SANT CELONI

20 de Desembre de 2013

2

NOTA D’ AGRAIMENT Agraeixo la col·laboració del meu avi que m’ ha ajudat molt amb la mecanització amb tot el que seria el torneig de les peces, al meu pare que va ser l’ instigador a que fes aquest treball i el qual m’ha ajudat sempre que he tingut algun problema, i per últim agraeixo la col·laboració del meu cosí Alex Campoy Altés, que sense ell res d’ això hauria estat possible, per el seu suport constant envers la matèria.

3

ÍNDEX

1. INTRODUCCIÓ 4

2. NIKOLAS TESLA 7

3. MOTOR MAGNÈTI 10

3.1 ENERGIA 10

3.1.1 Les fonts d’energia no renovable 10

3.1.2 Les energies renovables 10

3.2 QUÈ ÉS EL MOTOR MAGNÈTIC 11

3.2.1. Rotor 11

3.2.2. Estator 12

3.2.3Estructura 12

3.3 TIPUS PRINCIPALS DE MOTORS 13

3.4 ESTRUCTURA 14

3.4.1 Placa base 14

3.4.2 Eix estator 14

3.4.3 Eix principal 14

3.4.4 Porta-rotor 14

3.4.5 Brida porta rotor 15

3.4.6 Rotor 15

3.4.7 Estator 15

3.4.8 Anul·ladors magnètics 15

3.5 L’ IMANT, LES DIMENSIONS I LA POSICIÓ 15

3.6 PUNT MORT 19

4. DISENY AMB SOLIDWORKS 20

5. ESCANDALL 31

6. MECANITZACIÓ 32

7. CONCLUSIONS 34

8.BIBLIOGRAFIA 37

4

1. INTRODUCCIÓ

Innovador, desconegut, irreal, somiador, abstracte... Un tema el podem definir de moltes maneres, tot depèn del punt de vista que facis servir i de les ganes que hi posis en entendre’l. Per començar, a diferència de la resta de les persones, jo m'he volgut passar de llest! He volgut fer un treball que em superava fa un any, amb les eines que tenia era impossible arribar a una conclusió de la hipòtesi plantejada. Però això ha canviat, crec que ara he après, he millorat, he reforçat els meus coneixements i he augmentat els meus camps, i això ha fet que pugui arribar a unes petites conclusions del gran món on m'he posat. Ara imaginem que el dia de la exposició es presenta un alumne i ens exposa que ha estat desenvolupant una vacuna contra el sida. Seria sorprenent, no? Podríem arribar a pensar irreal i tot! Com una persona de 2º de batxillerat ha arribat tant lluny! O potser és que allà on ha arribat no és tan lluny? No era tant difícil. Al darrera d’aquesta malaltia horrorosa hi ha molts interessos creats, econòmics, politics i socials. La vacuna és probable que sigui fàcil però no interessa la implantació immediata. Jo crec que ens enganyen. Un dels objectius d’aquest treball és saber del cert si moltes de les coses que ens envolten es poden millorar però no interessa. Per exemple la energia elèctrica; amb el motor magnètic vull demostrar que és possible crear energia sense contaminació i a uns costos baixíssims per a tothom. Un projecte es pot elaborar de dues maneres diferents, la primera seria fent un estudi exhaustiu , calculant-ho tot des d’ un punt de vista físic i matemàtic, i el segon tipus seria el de prova-error, que es va dissenyant segons les teves idees i si no funciona es millora. El meu cas ha estat dissenyat segons el mètode de prova-error, ja que no tinc els suficients coneixements matemàtics i físics, i en canvi seguint aquest mètode puc anar experimentant fins a arribar al final. El meu treball tindrà com a hipòtesis la següent definició: “L’energia lliure existeix, i és demostrable amb el disseny i la fabricació del motor magnètic” La metodologia general del treball es dividirà en tres parts bàsiques i principals; teòrica, pràctica i fabricació:

- Teòrica: és la promotora de tot el treball, relacionada amb la hipòtesis

5

d’energia lliure, també anomenada free energy. Tenim com a creador d’ aquest concepte Nikolas Tesla, una de les fonts d’inspiració mes importants del treball, i el inventor del motor magnètic, tot i que no el va arribar a construir. Desconegut, però una de les persones que ha aportat mes canvis en la nostre manera de viure, el mon seria diferent si hagués pogut realitzar els seus invents. Va morir en un hotel, sol, arruïnat i d’ una malaltia desconeguda. En aquesta primera part de treball també parlo de les fonts d’energia principals, i els seus tipus com a concepte bàsic. Ho dono a conèixer perquè el tema es l’energia i l’utilitzem com a una petita introducció. No faré més que la definició principal i esmentar-ne els tipus.

- Pràctica: seria el disseny, en aquest cas amb el programa Solid Works.

- Fabricació: es la última part del projecte, la mecanització del disseny. Abans de poder fer la part pràctica, vaig definir què era el motor magnètic, les part, les característiques... i a l’hora de fer-ho em van sorgir molts imprevistos, com per exemple quin era el motor magnètic adient i el que tenia unes possibilitat mes altes de funcionar. És una part essencial del cos de la memòria, on esmento els dos tipus de motors que crec que poden arribar a funcionar. Poso els pros i els contres de cada un d’ells i aposto pel que crec que té més probabilitats de funcionar. Com aquest, altres dubtes, la inclinació dels imans, el nombre de forats del rotor, les dimensions, la separació entre imans i tipus, els materials... aquesta és la feina a realitzar en un projecte, i sorgeixen molts imprevistos. Aquí, el blanc és blanc i el negre és negre. No serveix, s’ha de estudiar bé cada possibilitat i el per què ens la plantegem. Això és molt important, si tenim un dubte, és que hi és, s’ha de resoldre, no el podem ignora ni amagar el cap sota la taula, sempre surt. Delimitats clarament els camps del motor magnètic, les dimensions, el nº d’ imans, la estructura del motor... (a tot això ho anomenem croquis) i un cop realitzat anem al disseny gràfic . He fet servir un programa informàtic anomenat SolidWorks que et permet modelar cossos amb 3D, amb una capacitat de detall increïble. Aquest programa et permet dissenyar qualsevol cosa, i si et vols dedicar a la enginyeria, és imprescindible. És per això que he preferit dissenyar el motor amb aquest programa i no a mà, ja que he pogut aprendre com funciona i en un futur treballar amb ell. Si sortim dels límits del treball, aquesta ha estat la part mes feixuga i la que se m’ha fet mes llarga i difícil, començar de zero un programa com aquest i sense cap tutor (com a ésser humà) que t’ ajudi és molt complicat. El dibuix en conjunt el volia presentar en moviment, però no ha estat possible, té imperfeccions com per exemple la inclinació, els suports dels imans, i d’altres. Em falten coneixements i moltes hores de pràctiques. Imprevistos del treball en sí en aquest apartat no n’he tingut molts, alguna peça

6

feta en va, però no massa cosa més. Tot i això a l’hora de mecanitzar m’ha servit de molt, com que m’havia passat tantes hores dibuixant-ho, tenia molt clar els passos a seguir. En el cos de la memòria, el disseny gràfic del motor el trobem dividit en pràctiques, on en cada pràctica esmento: la data, el temps empleat en fer aquella pràctica, els procediments duts a terme, imprevistos o problemes a l’hora de fer la pràctica i per últim les conclusions que en trec de la feina feta. Aquesta tasca d’analitzar la feina al acabar-la és molt important, així sabia clarament el que havia fet dia a dia, i al cap d’un temps, poder corregir els errors si era capaç. I per últim tenim la mecanització del motor magnètic. Tot el treball s’ha pogut fer gràcies a tantes hores invertides en el disseny, ja que els conceptes i la estructura ho tenia molt clar. En aquest punt també he sumat forces hores, però no tantes com en el disseny, principalment pels imprevistos i aprenentatge del SolidWorks. També l’he dividit en pràctiques. Té una estructura interna diferent a la del disseny, he posat un sub-apartat on englobo les 3 pràctiques i es fa un anàlisis final de la mecanització. Les pràctiques tenen la següent estructura: temps en fer la pràctica, procediments fets, feina feta(on esmento qui ha fet cada part del procediment) i imprevistos. En aquest punt els imprevistos han sigut notables, i ja era d’ esperar. Sent conscient de que no és el mateix sobre el paper que a la realitat, en molts llocs he sortit per tanteig i en altres encara no sé com.

7

2. NIKOLAS TESLA

A cada moment de la història hi ha una branca de la ciència que sembla que estigui de moda, i es concentren un grapat de descobriments en aquesta especialitat. Avui en dia sembla que la bioenginyeria i la genètica és el que ho està petant. Uns quants anys abans va ser la electrònica i abans la física nuclear i una mica abans de tot això l’electricitat i tot el que l’envolta. Aquestes estrebades que pateix la ciència normalment estan relacionades amb un gran descobriment i l’aparició d’un científic molt brillant que fa que el coneixement canviï per sempre. Al final del segle XIX i fins a mitjans del XX aquest científic va ser Nikolas Tesla, tot i que no va tenir molta sort i no va ser reconegut en vida: Tot just l’estudien a l’escola els nens i fins i tot li van prendre un premi Nobel. Un caràcter introvertit, una mica esquerp, i uns enemics massa poderosos són mala combinació. Nikolas Tesla va néixer el 10 de juliol de 1856 a Smiljan, a l’imperi Austrohongarès, la actual Croàcia. Va estudiar a la universitat de Praga on va començar estudiant Física i Matemàtiques, però va acabar especialitzant-se en enginyeria elèctrica. Al 1881 treballava a Budapest com a enginyer a la companyia de telèfon i durant aquells anys va dissenyar el primer motor d’inducció elèctrica. Llavors va entrar a treballar a l’Edison Company a Paris, la grandíssima empresa de Thomas Alba Edison, que estava electrificant totes les grans ciutats del món. Al 1883 fabrica per la seva compte el primer motor d’inducció elèctrica que passa completament desapercebut. Decebut d’Europa va a treballar a Nova York a les ordres del mateix Edison, tot el que porta són alguns dòlars i una carta de recomanació de Charles Batchelor dirigida a Edison que diu: ”Conec dos grans homes, vostè i aquest jove”. Tesla li comenta a Edison les esperances que té en el corrent altern i les investigacions que vol fer, però Edison li treu importància i només el contracta per dissenyar generadors de corrent continua que està fent servir la seva companyia. Fins i tot li promet 50.000 dòlars si és capaç de millorar-los. Quan Tesla ho aconsegueix un any després Edison no li paga al·legant que tot era una broma típica americana. Fins i tot es nega a pujar-li el sou quan Tesla aconsegueix varies patents per la companyia. A aquestes alçades, Tesla esta convençut de que el corrent altern és molt més pràctic i barat que el continu, però Edison, que monopolitza el subministrament de corrent a moltes de les grans ciutats dels Estats Units amb corrent continu, ho veu com una amenaça al negoci.

8

Tesla va assenyalar la ineficiència de transportar corrent continu a llargues distàncies (no era possible transportar-lo més enllà de dos o tres quilòmetres) i com el corrent altern podia fer-ho molt més eficientment a més de ser molt més fàcil i barat de generar. Gràcies al canvi de polaritat cíclica del corrent altern és possible alimentar qualsevol aparell amb un sol cable i no cal un de retorn, a més es poden aconseguir altes tensions gràcies a un invent del mateix Tesla, la bobina de Tesla, que fan que el transport a llargues distàncies no tingui gairebé pèrdues. Finalment la baralla Edison – Tesla fa que aquest últim dimiteixi, poc després el milionari George Westinghouse li dóna fons per seguir treballant i Tesla aconsegueix més de 40 patents relacionades amb el corrent altern. Comença la

guerra AC/DC. Edison es dedica a fer una campanya en contra del corrent altern ensenyant electrocucions de gossos i cavalls i fins i tot inventa la cadira elèctrica al·legant que és l’únic per al que serveix. Mentre tant, Tesla i Westinghouse construeixen la primera central hidroelèctrica a les cataractes del Niàgara usant un invent de Tesla que prové del motor d’inducció que va dissenyar fa anys: l’alternador. Aquest és capaç de convertir un

moviment rotatiu, que fa girar un imant, en un camp elèctric altern. Així aconsegueixen imposar-se fins al punt que el corrent altern és el que avui ens arriba a tots a casa. Per poder afrontar el cost de construcció de la central a Niàgara Tesla va renunciar a cobrar els beneficis de les patents, cosa que anys més tard el va portar, de poder ser l’home més ric del món, a morir casi en la indigència. Durant els anys 90 del segle XIX, Tesla descobreix l’enviament d’energia per l’aire i per tant el principi de la comunicació sense fils. Ell vol aconseguir enviar corrent d’alt voltatge sense cables, però no hi ha probes que ho aconseguís. El que sí aconsegueix és moure un petit vaixell a control remot, a més de la primera fotografia de rajos X i les primeres emissions radiofòniques i els principis del Radar que més endavant es desenvoluparia durant la segona guerra mundial. Al 1909 Marconi rep un premi Nobel per la invenció de la Ràdio quan ell feia anys que l’havia patentat. L’obsessió per transportar energia per l’aire el porta a construir una gran torre per poder enviar energia a traves de l’atlàntic aprofitant la conductivitat de la ionosfera. La torre en qüestió es construeix a 60 milles de Manhattan i tenia més de 50 metres d’alçada. Les instal·lacions encara existeixen, tot i que la torre va ser enderrocada anys després. Finalment Tesla va haver de

9

donar-les per pagar els deutes i va acabar completament arruïnat. Passats aquests episodis Westinghouse va assignar-li un paga com a consultor per que no acabés en la indigència i va morir el any 1943 amb 86 anys. Els seus últims anys treballava en un projecte que anomenava “raig de la mort” que podia emetre una pulsació electromagnètica que abatria fins a deu mil avions a 400 quilòmetres de distància. Degut a aquest projecte el FBI va requisar tots els seus documents després de la seva mort i la seva tasca va ser tapada durant molts anys.

10

3. MOTOR MAGNÈTIC

3.1 ENERGIA

Es un recurs imprescindible perquè pugui haver-hi vida al nostre planeta. Necessitem energia per moure'ns, per comunicar-nos, per a la il·luminació i la climatització de les nostres llars, per a la indústria, el comerç, etc. Per fer qualsevol cosa que impliqui un canvi (un moviment, una variació de temperatura, una transmissió d’ones, etc), cal la intervenció d’energia. Per tant, podríem definir-la com una propietat de tot cos o sistema, gràcies a la qual aquest es pot transformar modificant la seva situació o estat, així com també actuar sobre altres cossos o sistemes provocant-hi processos de transformació. Aquesta propietat es manifesta de manera diferent: són les diferents formes d’energia: química, nuclear, potencial, cinètica, etc. transformables les unes amb les altres.

Dintre de les energies, en tenim dos tipus:

� 3.1.1 Les fonts d’energia no renovable : són aquelles que es troben en una quantitat limitada i que s’esgoten amb la seva utilització: una vegada exhaurides les reserves no poden regenerar-se. Es consideren fonts d’energia no renovables els combustibles fòssils (carbó, petroli i gas) i l’urani, la matèria primera per aconseguir l’energia de fissió nuclear. Totes aquestes fonts d’energia tenen unes reserves que es poden considerar finites, ja que necessiten molt de temps per ser reposades.

� 3.1.2 Les energies renovables : són totes aquelles que provenen del

sol ja sigui de forma directa o indirecta, són inesgotables a escala humana. A més de ser virtualment inesgotables, aquestes fonts d’energia es consideren també fonts netes, ja que són molt més respectuoses amb el medi ambient que les energies convencionals o brutes.

L’aprofitament humà de l’energia sempre comporta un cert impacte en el medi, però, comparat amb els importants efectes negatius que causen a l’entorn les energies convencionals, el impacte de les renovables és ínfim. Així, les energies renovables no produeixen les emissions de gasos contaminants que provoquen els combustibles fòssils i tampoc generen residus de difícil tractament i que suposen una amenaça per a totes les generacions futures, com els provocats per l’energia nuclear. Aquesta introducció es copiada literalment de la pagina web ja que no és la base del meu treball.

11

3.2 QUÈ ÉS EL MOTOR MAGNÈTIC És inventat per Nicolas Testa tot i que mai el va arribar a construir, en va deixar la idea, el concepte. A Internet tenim moltes interpretacions de la seva idea i molta gent la intentat construir, n’hi ha de molt ben fets i d’altres que fan pena, però el que si és cert és que desperta molt d’interès. També cal dir que la seva simplicitat potencia aquest interès. Consisteix en un mecanisme que mitjançant la força d’atracció i repulsió dels imants col·locats estratègicament en un cèrcol aconseguim fer girar un eix, igual que en tots els motors existents, tan si son elèctric, d’explosió, eòlics, turbines hidràuliques..... Per explicar el motor magnètic el dividirem en tres parts: 3.2.1. Rotor : és el encarregat de donar el moviment circular. Consisteix en un cilindre que en la seva part exterior hi incrustem uns imants distribuïts radialment a parts iguals. Aquest cilindre per la part interior es fixa a un eix que descansa sobre de dos coixinets fixats a una estructura. El rotor té un moviment circular lliure i sense fre, tan sols el provocat pel fregament de les boles del coixinet i aire. Els imants es troben fixats en polaritat + mirant el exterior cada un d’ells.

12

3.2.2. Estator : Són dos segments que creen una corona i en la seva part interior hi incrustem uns imants distribuïts radialment a parts iguals. El diàmetre interior es 10 mm mes gran que el diàmetre exterior del anell Rotor. En la seva part inferior de cada un dels dos segments s’hi col·loquen uns eixos de fixació donant al segment un moviment de oportuna i tancament respecte al rotor. Aquest eixos forment part del xassís. Els imants fixats en polaritat + mirant el interior cada un d’ells.

3.2.3. Estructura : és la base on fixem els estators i descansa el rotor. La energia ens ve donada tal i com hem dit abans aprofitant la força dels imants d’atracció o repulsió, però aquest han d’estar posats amb una inclinació adequada per poder fer girar el rotor.

13

3.3 TIPUS PRINCIPALS DE MOTORS A l’hora de començar a dissenyar el motor em trobo amb dos dissenys que considero que són els que tenen mes possibilitats de funcionar. Quan busquem per internet, es pot trobar molta informació, i has de saber canalitzar-la. En aquest apartat, per internet corren molts tipus de dissenys, i aparentment en vídeos del youtube sembla que tots funcionin, però siguem realistes, no tot el que hi ha a internet és veritat i creïble. Dit això jo crec que de les idees que corren, n’hi ha dos que em criden especialment l’atenció, el motor magnètic guiat per carrils i el guiat per braços. Com tot això és molt nou i innovador puc tenir el plaer d’ inventar-me els noms, ja que ningú els ha anomenat anteriorment.

Motor guiat per braços motor guiat per carrils Aquest són els dos models esmentats, les diferències d’estructura es veuen clares a simple vista, podem observar que a la primera imatge l’estator es desplaça en horitzontal damunt unes guies, en canvi a la segona imatge per activar el motor tenim que tancar el braços. Després de rumiar-hi, al final em vaig decantar per la segona opció, que seria el motor magnètic guiat per braços. Vaig escollir aquest per diferent motius, el primer i el més important, el tema econòmic, ja que l’estructura del segon disseny és molt més simple i té un cost molt mes baix que el del primer. Un altre motiu és la mecanització; és molt mes simple per exemple fer els forats dels imants a l’interior de la corona del motor guiat per carrils. A més, és més fàcil tenir la corona dividida en dues part i treballar-les per separat, a part de que no es requereix d’ una maquinaria especifica per a la prefabricació. Quant al funcionament, el segon et permet escollir la distància desitjada entre el imants de l’estator i els del rotor, ja que els pots separar i apropar-los tant com vulguis, a diferència del motor magnètic guiat per carrils, que se li assigna una distància determinada, i aquesta és intocable. I això és un punt molt important en el meu treball ja que es basa en una construcció, com ja he dit anteriorment, prova-error!

14

3.4 ESTRUCTURA Els materials que farem servir a l’ hora de construir la estructura han de ser no magnètics, d’ aquesta manera no afectarem el camp magnètic. La estructura consta de les següents parts: 3.4.1 Placa base : serà on anirà recolzat tot el motor. La fabricarem amb AISI 304. 3.4.2 Eix estator : constarà de dos barres de AISI3 encarregades d’aguantar l’ estator per la part inferior. 3.4.3 Eix principal : es el que aguantarà el rotor, aquest tindrà dos coixinets com a suport que li permetran la rotació. El material serà AISI304.

3.4.4 Porta-rotor : serà el que mantindrà fixa el rotor amb l’ eix el que no li permetrà un moviment amb horitzontal. El material serà AISI340.

15

3.4.5 Brida porta rotor : serà el que ajudarà al porta-rotor a mantenir quiet el rotor. El material serà ASIS304.

3.4.6 Rotor : ja hem mencionat el que era, i el material serà Nylon, ja que és mes lleuger que l’ AISI304. 3.4.7 Estator : el mateix que el rotor, serà fabricat amb Nylon. 3.4.8 Anul·ladors magnètics : són uns casquillos de coure per anular el punt mort. 3.5 L’ IMANT, LES DIMENSIONS I LA POSICIÓ Un imant és un cos o dispositiu amb un camp magnètic significatiu, de manera que tendeix a alinear-se amb altres imants (per exemple, amb el camp magnètic terrestre). Si experimenteu amb un imant, us adonareu que atrau alguns objectes, però d’altres no. Recull claus, però no anells d’or. Recull agulles, però no culleres de plata. L’imant està fet de ferro i, per això només atrapa coses que contenen ferro. El mot deriva del grec µαγνήτης λίθος (magnítis líthos) o pedra de Magnèsia, una localitat coneguda des de l’antiguitat pels seus dipòsits de magnetita. Els imants poden ser permanents o temporals, un imant permanent no necessita de cap influència externa per a generar el seu camp magnètic mentre que en els imants temporals, com per exemple els electroimants, només generen el seu camp magnètic gràcies al corrent elèctric. Els imants permanents es poder formar de manera natural, com en el cas de la magnetita, però també poden ser fabricats de manera artificial. El camp magnètic no és visible però és el responsable de que els imants atregui o repel·leixin diversos materials, aquells que són fortament atrets per un imant tenen

16

una gran permeabilitat magnètica, com en el cas del ferro i alguns tipus d’acer, i reben la denominació de materials ferromagnètics. Els materials amb una baixa permeabilitat magnètica només són atrets feblement pels imants i reben el nom de paramagnètics, un exemple seria l’oxigen líquid. Finalment hi ha alguns materials, com l’aigua, que tenen una permeabilitat magnètica tant baixa que el magnetisme només es manifesta en presència d’un camp magnètic extern (diamagnetisme). Tot té una permeabilitat magnètica mesurable. Els imants poder ser permanents, si un cop magnetitzats conserven de manera persistent les propietats magnètiques, o temporals, si només conserven les propietats magnètiques mentre són sota la influència d’un camp magnètic, desapareixent quan el camp desapareix. Un electroimant seria un tipus d’imant temporal fet amb un bobinat de fil elèctric pel que passa un corrent elèctric, i només es comporta com un imant mentre passa el corrent; de vegades el bobinat es fa al voltant d’un material ferromagnètic per tal de millorar el camp magnètic que es produeix. Tenim dos imants candidats a ser els utilitzats per la construcció del motor magnètic: El primer està compost de Neodimi (Nd) - Ferro (Fe) - Bor (B), amb excel·lents valors magnètics en relació amb la seva massa. Apropiat per a muntatges que requereixen miniaturització. Segons el procés de fabricació poden ser sintetitzat o bonded. El segon està compost per Cobalt (Co) - Samari (Sm). Posseeix importants valors magnètics encara que sensiblement inferiors al Neodimi Sintetitzat quant a la qualitat Algunes de les seves principals característiques són: alta inducció i força coercitiva, (Cobalt-Samari) , dificultat de mecanitzat per la seva fragilitat, baixa resistència a l'oxidació, (Neodimi) escassa resistència a temperatures elevades, (Cobalt-Samari) molt estable a alta temperatura (250 °C) i (Neodimi). A causa dels seus alts valors magnètics, poden ser de molt reduïdes dimensions, el quin els dóna utilitat en aplicacions impossibles per a altres materials magnètics. En la construcció del motor, al final m’he decantat per escollir el imant de neodimi dintre dels dos que hem parlat. Degut a que els seus millors valors magnètics creen una major força de rotació i disminueixen la frenada del punt mort ja que te una major energia cinètica. Un altre detall i no menys important es que es molt mes fàcil de manegar i mecanitzar, i això pot ser decisiu.

17

Les característiques d’ aquest imant son les següents: Neodimio Símbolo químico Nd Número atómico 60 Periodo 6 Aspecto blanco plateado, amarillento Bloque f Densidad 6800 kg/m3 Masa atómica 144.24 u Radio medio 185 pm Radio atómico 206 Configuración electrónica [Xe]4f46s2 Electrones por capa 2, 8, 18, 22, 8, 2 Estados de oxidación 3 Óxido levemente básico Estructura cristalina hexagonal Estado sólido Punto de fusión 1297 K Punto de ebullición 3373 K Calor de fusión 7.14 kJ/mol Presión de vapor 6,03·10-3Pa a 2890 K Electronegatividad 1,14 Calor específico 190 J/(K·kg) Conductividad eléctrica 1,57·106S/m Conductividad térmica 16,5 W/(K·m) Ara hem d’escollir les dimensions del imant, hem de ser precisos en dos punts, com mes gros més pesa ell i tota l’estructura que l’envolta, és a dir, mes difícil arrencar, però és important que tingui suficient força per crear-li una acceleració inicial. Les dimensions definitives son diàmetre 20mm per una altura de 10mm. Ens preguntarem, per què? Molt senzill, ho he fet a ull, he considerat amb els preus del material que aquesta era la millor elecció. La distància entre imants ja no ha estat per tempteig. Per trobar-la el que he fet ha estat estudiar el camp magnètic del imant, per evitar que els camps magnètics alterin el seu magnetisme i les seves funcions.

Camp magnètic d’un imant

18

Com a punt final en el tema dels imants tenim la inclinació, vaig calcular quina era la posició idònia per donar la màxima força i que no s’afectessin els camps magnètics, que consisteix en 66’28 respecta la tangent al rotor o a l’ estator. Aquesta inclinació és imprescindible, ara si els graus escollits són els correctes o no ja ens ho trobarem a la mecanització.

Càlcul de la inclinació exacte que ha de tenir l’imant

19

3.6 PUNT MORT L’ anomenat punt mort és clarament l’inconvenient d’aquest motor magnètic. Aquesta és la teoria que es dona per justificar que aquest invent no funciona i que és inútil provar de construir-lo. Aquí es on tenim la part mes important del meu treball! Si vull que arribi a funcionar haig d’anular aquest inconvenient. Altres persones que han provat de construir-lo ja han trobat possibles solucions, la base dels 3 rotors. Això es fa perquè quan un rotor es troba en el precís punt mort, els altres dos rotors estiguin aplicant una força suficient per poder contrarestar aquesta i aconseguir que funcioni. Per fer això, el que es fa és que l’estructura de l’estator sempre sigui igual i alineada en el lloc on es troben els forats. Sí, sí... això es una bona idea, però jo crec que no és suficient, al haver-hi tants imants junts, prop d’ uns 60, això fa que hi hagin moltes interferències magnètiques, per això crec que hem d’intentar focalitzar aquesta forma magnètica cap on volem que actuï, i se’m va ocórrer crear uns anells d’un material que anul·lés el magnetisme, i només deixar al descobert la part que volgués que treballi, però aquest material no el vaig trobar. Es veu que es impossible anular el camp magnètic d’un imant, l’únic que pots fer es aïllar-lo mes o menys depenent del material, i el material que aïlla més és el coure, per tant, fabricarem uns anells de coure que envoltin l’imant i només deixar lliure la punta. D’aquesta manera no ens trobarem amb camps magnètics que alterin el funcionament. Un altre aspecte que he pensat ha sigut fet un nombre il·limitat de forats a l’ estator i al rotor. D’aquesta manera puc jugar amb els imants posant-los continus, un si un no, aleatòriament... i tenir unes possibilitats més altes per que funcioni. Aquest punt mort és la base d’aquest treball. Si s’és capaç de anul·lar-lo ja tenim el motor magnètic.

Posició del rotor i l’estator per evitar el punt mort

20

4. DISENY AMB SOLIDWORKS Pràctica 1 . Data: 27/06/2013 Temps : 50min Procediment : llegir els tutorials de solidworks del meu pare, principalment per les eines que esta format (extrusió, acoblament, croquis...) Problemes : ---- Conclusions : ----- Pràctica 2 . Data: 28/6/2013 Temps : 1h 37min Procediment : fullejant les pàgines del tutorial de solidworks. Fer el meu primer dibuix. Problemes : no entenc el tema croquis, no se acotar un cop he posat la mida. Conclusius : aquest programa té molt bona pinta. Pràctica 3 . Data: 29/06/2013 Temps :27min Procediments : solucionar els dos problemes del dia anterior mitjançant el tutorial i amb l’ajuda del meu pare. Problemes : ----. Conclusions : ---- Pràctica 4 . Data: 30/06/1013 Temps 1h 14min Procediments : primera activitat del tutorial del programa, disseny d’ una càmera. Problemes : diversos que he anat solucionant a mida que he anat fent, com per exemple el tema del canó de la càmera. Conclusions : ----

21

Pràctica 5 . Data: 1/07/2013 Temps : 40min Procediments : he acabat de fer la càmera que havia començat el dia anterior, i he après a fer servir diferents tipus de pigmentació. Problemes : cap en especial. Conclusions : molt divertit aquest programa. Imatge:

Pràctica 6 . Data: 2/07/2013 Temps: 3h Procediments : activitat 4 del tutorial. Disseny d’una figura jugant especialment amb les extrusions cilíndriques. Problemes : cap en especial. Conclusions : aquest programa és una passada. Imatge:

Pràctica 7 . Data: 3/07/2013 Temps : 25min Procediment : el meu pare m’explica com passar el dibuix 3D a fixa tècnica on consten les parts essencials amb les mides respectives i el dibuix amb 3D. Problemes : no m’ha quedat massa clar. Conclusions : aquest programa et permet fer de tot, en un futur si vull fer alguna enginyeria serà important que l’aprengui a fer funcionar.

22

Pràctica 8 . Data: 4/07/2013 Temps :1h 36min Procediment : activitat 12 del tutorial, disseny d’ una clau dinamomètrica. Problemes : a l’ hora d’ unir el mànec amb la punta, es una extrusió molt difícil. Conclusions : em sento a gust treballant amb el programa. Imatge:

Pràctica 9 . Data: 4/07/2013 Temps : 3h Procediment : disseny d’ un joc de claus allen, un dibuix mes complex, on s’ha de saber fer be els acoblaments. Problemes : a l’hora de fer el doblec en forma de nou a la allen per que s’aguanti amb la base. Conclusions : això és un treball molt complex on s’hi han de invertir moltes hores, ara!! Imatge:

Pràctica 10 . Data: 8/07/2013 Temps : 1h 10min Procediment : dibuix d’ un coixinet, inventat per mi. Problemes : no sabia com posar les boles del coixinet centrades, al final ho va fer el meu pare. Conclusions : he d’aprofundir més amb el tema coincidències, que és on coincideixen els punts...

23

Pràctica 11 . Data: 9/07/2013 Temps : 40min Procediment : disseny d’un fondo cloper problemes : no sabia per on començar, vaig veure que era una esfera tallada per una punta. Conclusions : continuem aprenent a fer anar el solid. Pràctica 12 . Data: 10/07/2013 Temps : 2h Procediment : pràctica d’ acotacions amb un tub jugant amb diferents mides. Problemes : cap en concret, aquest tema ja esta assolit perfectament. Conclusions : comencem a entendre alguna cosa de solidworks. Pràctica 13 . Data: 11/07/2013 Temps : 2h 30min Procediment : disseny d’ un cargol allen amb pas de rosca 2mm. Problemes : no sé fer la rosca. Conclusions : a youtube no saben explicar-ho, i si t’encalles en algun lloc perds molt temps Imatge:

Pràctica 14 . Data: 12/07/2013 Temps : 2h 15min Procediment : un altre cargol però amb cabota plana i pas de rosca 2mm. Problemes : el mateix que el dia anterior, i no hi ha manera de que em surti. Conclusions : abandono l’intent de fer el pas de rosca.

24

Pràctica 15 . Data: 13/07/2013 Temps : 2h Procediment : exercici relacionat amb agregar relacions. El procediment es bastant senzill, però l’ exercici es complica una mica més quan has d’ agregar totes les relacions Problemes : ----- Conclusions : el tema d’ agregar relacions és una bona eina, però has de vigilar no equivocar-te. Exercicis:

Pràctica 16 . Data: 14/07/2013 Temps : 4h (plou) Procediment : activitat del tutorial creació d’ una pesa de mecano. On hi ha diverses peces i s’han d’acoblar. Probleme s: a l’ hora de fer la bola i els cantons arrodonits Conclusions :----- Imatge:

Pràctica 17 . Data: 15/07/2013 Temps :1h Procediment : part d’ un exercici del tutorial, disseny d’ una politja- Problemes : molts, en un principi volia fer com un joc de politges, però em vaig encallar amb la paràbola per on passa la corda, m’he posat nerviós i ho he deixat. Conclusions : és molt divertit però no et rallis.

25

A PARTIR D’ AQUÍ ACABO LES PRÀCTIQUES I COMENÇO EL DISSENY DEL MOTOR Pràctica 18 . Data: 16/07/2013 Temps : 40min Procediment : creació del suport del motor. Problemes : a l’hora de fer els forats de l’estator. Conclusions : estèticament fatal, i a l’hora de no tenir un tutorial per anar seguint molt.més difícil imatge:

Pràctica 19 . Data: 17/07/2013 Temps : 1h 40min Procediment : arreglar tot l’escriptori i 2n intent de fer la base. Problemes : no podia treballar be perquè tenia tot l’ escriptori desconfigurat. Conclusions: sembla que està millor, Pràctica 20 . Data: 18/07/2013 Temps : 50min Procediment : redissenyar i canviar la idea, en un principi volia fer el motor guiat per carrils, però he canviat d’idea i crec que amb braços serà millor. Problemes : cap Conclusions : crec que d’aquesta manera sí funcionarà.

26

Pràctica 21 . Data: 19/07/2013 Temps : 1h Procediment : portarotor i brida portarotor. Problemes : cap. Conclusions : molt guapo. Imatges:

Pràctica 22. Data: 21/09/2013 Temps : 2h 42min Procediment : dibuix 2D posició dels imants. Problemes : solucionats. Conclusions : molta feina. Imatge:

27

Pràctica 23 Data: 22/09/2013 Temps : 5h (3h mati 2h tarda) Procediment: disseny del rotor i acoblament amb portarotor. Problemes : no he sigut capaç de posar inclinació als forats he perdut molt temps. Conclusions : ho deixo així. Imatges:

Pràctica 24 Data: 28/09/2013 Temps : 2h 48min Procediment : perfeccionar el rotor disseny de l’eix, la xaveta i acoblament. Problemes : fer els forats per poder donar inclinació al rotor. Conclusions : té bona pinta. Imatge :

28

Pràctica 25. Data: 06/10/2013 Temps : 3h Procediment : estator Problemes : el mateix que els del rotor, no sóc capaç de fer els forats amb diagonal. Conclusions : cap Imatge:

Pràctica 26. Data: 12/10/2013 Temps :2h 27min Procediment : acoblament del conjunt rotor amb els braços del estator. Problemes : cap. Conclusions : ja quasi estem. Imatge :

29

Pràctica 27 Data: 20/10/2013 Temps :2h 14min Procediment : eliminar la base que tenia feta i crear-ne una de nova. Problemes : va ser un punt que em va costar molt especialment, perquè les barres de l’estator no es troben a la mateixa altura Conclusions : això es una base sobre el paper, a l’ hora de mecanitzar s’adaptarà al motor. Imatge:

30

Pràctica 28 Data: 26/10/2013 Temps : 2h Procediment : acoblament final. Últimes modificacions al meu abast. Problemes : en podem trobar forces. Conclusions : ha quedat molt xulo i estic molt orgullós. Imatges :

31

6. MECANITZACIÓ Després d’una llarga preparació ha arribat el moment, tenim els plànols, el material, les eines, els conceptes clars, ara ja podem processar la mecanització. Aquest es farà al taller del meu parr, on disposem del material necessari per mecanitzar-ho, que és el següent: torn, fresadora, tall per plasma, plegadora, màquines per soldar inox, serra, trepant i eines vàries.

Pràctica 1. Temps : 12h Procediments : Primer hem mecanitzat totes les peces d’acer inox.

- Eix rotor: de una barra de rodo calibrat l’hem tallat uns 5 mm mes llarg amb la serra, l’hem posat al torn, refractades les cares i deixat a mida definitiva, xamfrans i amb la fresadora el xavatero.

- Eixos estator: d’aquest ni ha quatre. El procediment és similar: de la mateixa

barra anterior em tallat quatre trossos 5 mm mes llargs que la mida definitiva, i amb el torn refrendem i deixem a la mesura definitiva. També en el torn hi fem les regates per el anell elàstic de posició.

- Portarotor: tenim tres unitats i partim d’una barra de ø 80 tallem 3 peces de

80 a la serra les portem al torn i mecanitzem. El diàmetre interior ens porta més feina per la qual cosa hem d’ajustar amb tolerància al eix rotor. Un cop finalitzada la feina de torn i amb la fresadora fem les entalles, que fa punt d’unió amb el xavatero del eix. Amb el trepant fem els forat per fixar el rotor amb la brida porta rotor.

- Brida portarotor: també en tenim tres unitats. El procés de fabricació és el

mateix, primer amb la serra, passem al torn i ajustem el ø interior 1 mm mes gran que l’assentament del portarotor, amb el trepant fem els forats coincidents amb els fets al portarotor i els rosquem.

Pràctica 2. Temps: 18h Procediments: hem mecanitzat tot el que seria de nylon, és a dir hem fabricat el rotor i l’estator.

- Rotor: Partim de 3 discos subministrat per un proveïdor, mecanitzem en el torn totes les cares, ø exterior, ø interior i refrentat. Aquest és una mica més complicada ja que per poder fer els forats inclinats dels assentaments del imanrs ens cal col·locar a la fresadora un plat divisor. Fent el càlcul de les divisions hi fem els forats. També amb la fresadora i el plat divisor fem els traus per on pesaran els cargols de subjecció.

32

- Estator: Partim de 2 anells. Fem el mateix procediment que amb el rotor. Un cop fets tots els forats d’assentament dels imants farem els forats amb el trepant dels eixos del estator.

Amb molt de compte tallarem la circumferència per la meitat i tindrem 4 estators. Un ens sobrarà un però és el mes senzill de fer. Amb una llima ajustarem i polirem les imperfeccions.

Pràctica 3 Temps: 4h Procediments: en aquesta pràctica procedirem a la mecanització de l’estructura

d’una xapa plana. Tallarem amb la taula de plasma el desenvolupament de la placa base i els suport eix estator ja amb tots els forats fets. Amb la plegadora realitzarem els plec adients. Repàs dels forats i xamfrans.

Practica 4 Temps: 5h Procediment : construcció final, tenim totes les parts del motor, ara nomes queda

construir-lo. En la construcció, primer he muntat la base on es recolzarà el motor, posteriorment he construït el rotor, que consta dels 3 cilindres, el porta rotor i la brida porta rotor, els imants i la unió amb l’eix principal. Després he construït l’estator amb totes les seves parts i per acabar-ho hem ajuntat tot, acabant d’ aquesta manera la mecanització.

Fotos dutes a terme durant la mecanització, si es vol veure el motor, s’haurà

d’assistir a la presentació.

33

7. CONCLUSIONS En primer lloc, aquest treball està basat en 3 punts essencials, trobem una part teòrica, que ha sigut la última en fer-se, que consisteix en: La presentació del creador de la meva hipòtesis, és a dir el creador de l’energia lliure, Nikolas Tesla, que explico qui va ser. Aquest punt em va fascinar molt, imaginar que pot existir un geni tan gran i que hagi quedat a l’ombra de les grans multinacionals… fa cosa pensar-ho. En definitiva el conèixer aquest home em va fer veure les coses d’una altra manera, i va fer que canviés el rumb del meu treball de recerca cap a una hipòtesis relacionada amb ell. En aquest primer punt trobem un altre apartat, que és el motor magnètic. Arribats a aquest punt, primer poso quatre pinzellades del que és l’energia, els tipus… Aquest breu resum és tret directament d’internet ja que considero que no té cap importància envers el meu treball, però s’ha de dir. Després d'això comento el punt fort, que es una minuciosa i detallada explicació del que és el motor magnètic, les parts, l'estructura… Saltem al segon punt, on trobem el disseny amb el solidworks, en aquest apartat he introduït moltes il·lustracions per poder entendre bé la feina feta. I en el tercer punt i per acabar, trobem la mecanització, on explico el passos que s’han dut a terme i de la manera que s’ha fet, també trobem il·lustracions on es pot veure el que ha mecanitzat el meu avi, però no trobem cap foto del motor. Això és fet expressament. No us vull presentar aquesta feina amb una simple imatge, us haureu d’espera a la exposició, perquè s’ha de veure en directe SÍ o SÍ. Tots aquest apartats han sigut elaborats seguint la hipòtesis formulada, que era que “l’energia lliure existeix, i és demostrable amb el disseny i la fabricació del motor magnètic”, i intentant trobar punts que m’afirmessin o em neguessin aquesta hipòtesis. A mida que he anat fent el treball he tret una sèrie de conclusions que considero molt més important que si al final puc afirmar la hipòtesis o no. Aquestes conclusions les presentaré amb l’ordre que les he anat treien, no amb el que podem observar al treball. Primer de tot el que vaig fer va ser tot el que seria el disseny amb solidworks, trobo que aquí és on en puc treure algunes de les conclusions més importants del treball. Quan vaig decidir fer el motor amb aquest programa, no era per tenir un disseny i posteriorment mecanitzar-lo, tot el contrari, era per aprendre a fer anar un programa amb aquestes característiques, poder fer plànols, figures amb 3D, polígons, estructures... En un futur, m'agradaria dedicar-me al tema d'enginyeria, i vaig considerar que aprendre a fer anar aquest programa m'ajudaria molt a l'hora de ser un bon enginyer. Vaig començar a fer servir el software del solidworks amb uns coneixements nuls, però tot i que ara encara són molt limitats, he après les funcions bàsiques del programa. Tot i que no puc fer moltes coses, tinc una base que em permetrà el dia de demà aprendre a fer anar aquest programa a la

34

perfecció. Per mi això son les conclusions mes importants que en puc treure del treball. Posteriorment vaig procedir a fer una part de la memòria, especialment tot el que toca de ple el motor magnètic. En un principi tenia en ment calcular matemàtica i físicament el motor, i d'aquesta manera assegurava el tanto, però quan vaig començar no sabia per on agafar-ho, no sabia calcular la integral que es creava entre els dos imants que cada cop es troben més a prop, i com això, infinitat de coses més, així que vaig decidir fer-ho seguint el mètode prova-error. El que vaig fer va ser pensar una manera de crear el motor on tingués molt de joc amb totes les peces. Amb aquest mètode puc anar provant fins a arribar a l'equilibri. Per això el porta-rotor porta un numero extens de forats al rotor i a l'estator... Les meves conclusions d'aquest apartat són que he d’aprendre moltes coses en tema càlculs i sobre el paper a l'hora de construir una idea d'aquest estil, i per això m'agradaria com a treball de final de carrera poder dissenyar el motor magnètic, però aquest cop amb tots els càlculs matemàtics corresponents. I per últim tenim les conclusions que en trec de la mecanització. Aquí, a part d’aprendre quina és la feina del meu pare, he après a mecanitzar peces i a fer servir les eines com per exemple un torn, la fresadora, la plegadora... sembla que no però jo crec que per a una persona qualificada amb un títol o un grau hauria de saber clarament com funciona la maquinària, perquè es veu tot molt diferent des del paper. Per exemple: poses a fer un forat de 10mm amb un angle de 23º respecte una superfície cònica i que a dintre d'aquest forat se’n faci un altre cap a... A l' hora de dibuixar-ho es molt fàcil, però després te les veus i te les desitges per mecanitzar, i si soc capaç de donar un bon rendiment sobre el paper i aconseguir una mecanització ràpida i ben feta, puc treure un molt bon rendiment al món laboral. Tornem a la hipòtesis: “l’energia lliure existeix, i és demostrable amb el disseny i la fabricació del motor magnètic”. De moment admeto que no la puc validar tota, i dic de moment, perquè crec que m'ha faltat una mica de temps, el motor està construït completament, nomes falta arrencar-lo, però no he tingut prou temps per fer totes les proves dels imants. Tinc un punt mort que és l'únic que fa que no giri, un sol punt en tota la roda, quan el poso en marxa fa la primera volta fins arribar aquell punt, allà queda parat, i si li aplico una força inicial, sembla que rodi bé, però al cap d'una estona s'acaba parant. Aquest punt mort es produeix per la repulsió de quatre imants en sentit contrari de la rotació dels rotors, però si trec aquests imants se'm descompensa i llavors no té prou força per girar. Estic en un punt complicat, però estic segur de que el faré girar, perquè si he sigut capaç de fer-lo arribar fins aquí, crec que seré capaç d'arribar fins al final. És a dir, la hipòtesis no la puc validar ja que posa “demostrable”, i no ho he demostrat per el moment, però si que puc dir que es certa, l'energia lliure existeix, i amb aquest treball me n’he adonat clarament de que si jo fabricant-ho prova-error he arribat a 20mm de fer-lo girar, estudiant-ho es poden arribar a fer meravelles.

35

En el treball trobem varies qüestions que han quedat obertes, i que podrien ser hipòtesis de nous treballs, com per exemple, tot el disseny amb el solid. Podríem arribar a fer-lo molt mes detallat i exhaustiu. També es podria aprofundir molt amb tot el tema de Tesla, tot el que va fer, les seves teories... Un treball de recerca podria ser perfectament un estudi exhaustiu de totes les etapes que va viure Tesla. Una altra qüestió que ja he mencionat anteriorment i que repeteixo, fer aquest treball amb càlculs físics i matemàtics, seria la perfecció com a treball. Una altra serien els imants. Treballar amb ells, per què uns tenen més força que uns altres? Què son imants de terres rares? I com aquestes qüestions, moltes d’altres. Un treball com aquest el podem derivar cap a molt cantons i podem arribar a fer-lo molt complex. Com a resum final, crec que en trec unes conclusions molt bones en general, no per si he sigut capaç de validar la hipòtesis o no, sinó per tot el que he après, disseny amb solidworks, com es treballa a un taller, he conegut a Nicolas Tesla, he après a fer una memòria digna... i tot això trobo que no només m' ha servit per aquest treball de recerca, tot el contrari, m'ha donat unes bases que em permetran afrontar millor els meus futurs reptes, com per exemple la universitat, el món laboral o qualsevol obstacle amb la que em pugui trobar d’aquí en endavant.

36

8. BIBLIOGRAFIA http://es.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla http://www.teslasociety.com/index.html http://mossegalapoma.com/nikola-tesla-el-cientifico-a-lombra-que-va-il%C2%B7luminar-el-mon/ http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

http://w110.bcn.cat/portal/site/MediAmbient/menuitem.37ea1e76b6660e13e9c5e9c5a2ef8a0c/?vgnextoid=3a34b16187f5d210VgnVCM10000074fea8c0RCRD&lang=ca_ES http://peswiki.com/index.php/News:Magnet_Motors http://www.curiositats.cat/funciona-imant/ http://es.wikipedia.org/wiki/Im%C3%A1n_de_neodimio http://www.areatecnologia.com/La_dinamo.htm http://www.ventageneradoreselectricos.es/epages/62212964.sf/es_ES/?ObjectPath=/Shops/62212964/Categories/%22venta%20generadores%20el%C3%A9ctricos%22 La majaría de les practiques del SolidWorks són tretes del quadern “FUNDACIÓCIM” que també ha estat el referent a l’hora de dissenyar el motor, per ajudar-me a resoldre dubtes i qüestions. podem trobar coses copiades literalment, ja que trobo que es tenen que esmentar perquè el treball ho requereix, ara, no tenen cap relació amb el meu treball i trobo que no hagués estat adequat perdre-hi hores de feina.