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Levitador magnetico

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Marisol Trelles

on 7 July 2016

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Transcript of Levitador magnetico

Sustento teórico
Magnetismo:
Es un fenómeno físico por lo que los cuerpos ejercen una fuerza de atracción o repulsión sobre otros materiales.
Funcionamiento de un levitador
:
El levitador del proyecto está basado en un electroimán cuya función es producir un campo magnético necesario para atraer o levitar , aquí es cuando envía una señal el sensor para dejar de aumentar la corriente que va al electroimán con esto se mantendrá estable el campo magnético, lo que hará que el objeto levite.
Electromagnetismo:
Una levitación magnética está basada en el principio de atracción y repulsión, como sabemos bien que los polos opuestos se atraen y los mismos se repelen.
Dicho de otra manera la presión magnética se contrapone a la gravedad, todo tipo de elemento puede ser levitado siempre y cuando el campo magnético sea lo suficientemente grande.
Flujo magnético:
Es la medida de la cantidad del magnetismo.
Campo magnético:
Es una magnitud vectorial la cual representa la intensidad de la fuerza magnética.
Reluctancia:
Es el impedimento al paso del flujo.
Levitación por atracción
: El cuerpo es atraído por un flujo magnético en contra de la gravedad, el equilibrio que debe formarse entre la gravedad y la fuerza es inestable por lo que la levitación por atracción no es factible sin la ayuda de un sistema de control.
Levitación por repulsión:
Las corrientes que se inducen en un cuerpo conductor generan las fuerzas de levitación, es estable.

Resumen
Está enfocado en la realización de un levitador magnético, tambien encontrara el circuito utilizado además el montaje de este proyecto se aprenderá a utilizar los conceptos sobre electricidad y magnetismo , en el cual utilizamos un controlador de tipo PD cuyo funcionamiento es estabilizar una esfera metálica para poder controlarla, se encontraran diversos cálculos de la corriente que pasa por la bobina , el campo magnético, impedancia y el flujo magnético. Se calculará la fuerza magnética necesaria para hacer levitar la esfera, la cual debe poseer un valor mayor o igual al peso de la esfera.

Introducción
La levitación magnética consiste en mantener los objetos suspendidos en el aire sin existir contacto mecánico gracias a la fuerza magnética que produce el circuito , como sabemos el proceso es inestable es decir no es lineal, por ello esto hace complicado el sistema es por esto que se utiliza un control PD para poder mantener la levitación.
Puede mantenerse la levitación gracias a la repulsión existente entre polos iguales debido al efecto Meissener el cual es una propiedad de los superconductores, esta propiedad que debajo de una temperatura critica no opone resistencia al paso de la corriente, esta propiedad se utiliza para minimizar las pérdidas de joule.
Con el montaje de este proyecto pretendemos aplicar lo aprendido durante el ciclo en los cálculos realizados para los cuales utilizamos la teoría de magnetismo.

Levitador magnético
Objetivos
General:• Construir un levitador magnético
Especificos:
• Demostrar de manera visual el campo electro-magnético.
• Calcular el flujo magnético, la fuerza magnética, la corriente que pasa por la bobina, la impedancia.
• Aplicar los conocimientos obtenido en clases de física y laboratorio de electricidad y magnetismo
• Analizar el funcionamiento del circuito.

Por atracción
Por repulsión
Cuando el sistema se encuentra en equilibrio estático, una fuerza FM actúa sobre la esfera, además del peso de la misma. Por medio de esto sabemos que la fuerza magnética tiene que ser igual o mayor a la masa para que levite.

Funcionamiento
La corriente que circula por el electroimán, resultado de la aplicación de un voltaje de corriente continua, el paso de la corriente genera un campo magnético concentrado en el eje “y”. Como consecuencia la esfera que es de material metálica está sometida a las fuerzas Gravitacional y Magnética.
Cuando estas fuerzas se equilibran la esfera llega a levitar (flotar) en la posición de equilibrio, manteniéndose en esta posición gracias al sistema de control que se aplique.
Se puede aumentar o disminuir la fuerza magnética de dos maneras bien sea aumentando o disminuyendo la corriente a través del electroimán dependiendo de la posición de la esfera, que se determina mediante un sensor. Poseerán diversas variables, de entrada serán el voltaje a través del imán y la corriente a través del electroimán y de salida la posición de la pelota para que levite es decir su distancia.

Partes del circuito
Sensor infrarrojo
Ve en la posición que esta la pelota y se activa de acuerdo si es que el sensor recibe la señal del emisor y actúa como una especia el interruptor que activa al transistor.


Derivador, integrador Proporcional:
Se encarga en mejorar el tiempo de respuesta a la derivación de corriente.
Control de error:
Esta parte se encuentra formada por la bobina que junto a
Su núcleo formaran el electroimán, el transistor nos dará la ganancia en corriente que demanda el inductor.

El Siguiente Calculo es tomando como un sistema perfecto en la práctica es diferente ya que el electroimán produce oscilaciones y generan una aceleración por lo que se debe crear un sistema que corrija esos errores.
∑Fy=0〗
Fm-m*g=0
Fm=m*g(1)
m*g=0.01E^(-3)*9.78=9.78E^(-5)
Fm=(μ*N^2 〖*i〗^2*A)/(2*L^2 )
i=√((2*L^2*m*g)/(μ*N^2*A))
Donde: Fm Es la fuerza magnética necesaria para que el sistema este en equilibrio.µ: Es la permeabilidad del material en este caso seria del hierro μ=μ_t*μ_o=2,51E^(-4)
donde µo : es la permeabilidad del aire y µt: es la permeabilidad relativa del hierro
i = Es la corriente necesaria para generar el campo magnético. Teníamos valores medidos de la maqueta
r=3,5E^(-3) m ,A=π*r^2=3,84E^(-5) m^2 ,L=0.015m
A: El área de el núcleo del electroimán
L: La Longitud que hay entre el electroimán y la esfera
despejando todo los valores
i=0,04A




Ahora se nesecita saber cuanta potencia consume ya que la misma se disipara en forma de calor a travésdel mosfet que esta conectado en serie a la bobina usamos una fuente de 12v por lo tanto:
P=i*V=0,48w
La fuente que construimos suministra una potencia de 12w por lo que en teoria seria suficiente para alimentar nuestra bobina
Tambien calcularemos el campo magnetico que seria
B=(μ*N*I)/L

B=26mT

Tambien calculamos la inductancia de la bobina
I: Longitud de la bobina
L(µH)=0.394 (〖(2*r)〗^2*N^2)/(18d+40I)=3.95µH.
La fuerza magneto motriz (fmm) es la encargada de generar el flujo magnético y viene dado en amperio vuelta.
Fmm=Ni= Fmm=32Av
El flujo magnético es igual a:
Donde β es el campo magnético y A el área del solenoide
∅=β*A =flujo=26E^(-3)*3,84E^(-5) m^2=1E^(-6) wb
Cuando el flujo de corriente eléctrica que circula a través del enrollado de cobre cesa, no desaparece inmediatamente el campo generado porque depende en gran medida de las características del metal que se haya empleado como núcleo del electroimán.
El momento magnético de la bobina es una cantidad que determina la fuerza que la bobina puede ejercer sobre las corrientes eléctricas y el par que un campo magnético ejerce sobre ellas.
m=N*I*A
m=800*0.04*3,84E^(-5)
m=1.2E^(-3)



Conclusión
• Si bien con este proyecto lo que se quería lograr era hacer levitar una esfera metálica, a lo largo de su realización tuvimos ciertos inconvenientes, por lo que el trabajo se nos dificultó sin llegar a obtener los resultados requeridos para cumplir con nuestro propósito, pero con todo lo aprendido durante este ciclo sabemos que para hacer levitar un objeto la Fuerza Magnética debe ser opuesta y cercana a la magnitud del peso de lo que se quiere hacer levitar, también podemos decir que para hacer levitar un objeto depende mucho de la manera como este estructurado la parte de control, que en nuestro proyecto constaba principalmente de un derivador, integrador, proporcional y control de error. Además se pudo calcular con éxito la corriente requerida por el circuito así como el flujo magnético, fuerza magneto motriz , la fuerza magnética obtuvimos tomándole al sistema como perfecto , además nos pudimos dar cuenta que cuando el flujo de corriente eléctrica que circula a través del enrollado de cobre cesa, no desaparece inmediatamente el campo generado porque depende en gran medida de las características del metal que se haya empleado como núcleo del electroimán. Sin embargo aun sin poder cumplir con la levitación de la pelota se puede notar que la fuerza magnética es superior a la magnitud del peso y esto ocasiona que la pelota se quede pegada al electroimán.
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