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MÁQUINA DE WIMSHURST DEMOSTRACIONES PROYECTO FIN DE CARRERA CURSO 2009 AUTOR • Diego Comín Cebrián DIRECTOR : Antonio Usón Sardaña ESPECIALIDAD: Electricidad CONVOCATORIA: Septiembre 2010 MÁQUINA DE WIMSHURST PARA DEMOSTRACIONES DOCENTES PROYECTO FIN DE CARRERA CURSO 2009 -2010 • Diego Comín Cebrián : Antonio Usón Sardaña ESPECIALIDAD: Electricidad CONVOCATORIA: Septiembre 2010 PROYECTO FIN DE CARRERA Índice 1. MEMORIA DESCRIPTIVA. .......................................................................................1 1.1. ANTECEDENTES. .......................................................................................................... 1 1.2. OBJETO DEL PROYECTO. ......................................................................................... 2 1.3. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA. .............................................................. 3 1.4. CONDICIONES EXISTENTES. .................................................................................... 3 1.5. FUNCIONAMIENTO DE LA MÁQUINA DE WIMSHURST................................... 4 1.6. PLANTEAMIENTO BÁSICO. ...................................................................................... 7 1.7. PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA DE WIMSHURST. .......... 10 1.7.1. Los discos. .............................................................................................................................. 10 1.7.2. La estructura de la máquina. ................................................................................................... 12 1.7.3. El sistema de tracción. ............................................................................................................ 13 1.7.4. Las barras neutralizadoras. ...................................................................................................... 17 1.7.5. Los peines colectores. ............................................................................................................. 18 1.7.6. Las botellas de Leyden. ........................................................................................................... 18 1.7.6. El Interruptor de seguridad. .................................................................................................... 19 1.7.7. Los terminales de descarga. .................................................................................................... 20 1.8. DIFICULTADES ENCONTRADAS EN EL DISEÑO DEL PROTOTIPO. ........... 21 1.8.1. Dificultades debidas al almacenaje de las cargas. ................................................................... 21 1.8.2. Dificultades debidas al sistema de tracción............................................................................. 22 1.8.3. Dificultades debidas al tamaño de la estructura. ..................................................................... 22 1.8.4. Dificultades debidas a las tomas de tierra de los motores. ...................................................... 23 1.9. JUSTIFICACIÓN DE LA SOLUCIÓN OBTENIDA ................................................ 23 1.9.1. Justificación de la solución al almacenaje de las cargas. ........................................................ 23 1.9.2. Justificación de la solución del sistema de tracción. ............................................................... 24 1.9.3. Justificación de la solución al tamaño de la estructura. .......................................................... 24 1.9.4. Justificación de la solución a las tomas de tierra de los motores. ........................................... 25 1.10. ANEXO DE CÁLCULOS. .......................................................................................... 26 1.10.1. Fórmulas. .............................................................................................................................. 26 1.10.2. Cálculo de las poleas. ............................................................................................................ 26 1.10.3. Cálculo de las correas. .......................................................................................................... 27 1.10.4. Cálculo del variador. ............................................................................................................. 28 1.10.5. Cálculo de las ruedas............................................................................................................. 28 1.12. CONCLUSIÓN. ........................................................................................................... 29 1.13. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 30 2. ANEXO – FOTOS PROTOTIPO ..............................................................................31 3. ANEXO – PRESUPUESTO DEL PROTIPO............................................................38 4. ANEXO – PLANOS DEL PROTOTIPO ...................................................................40 4.1. ALZADO DE LA MÁQUINA DE WIMSHURST...................................................... 41 4.2. PLANTA DE LA MÁQUINA DE WIMSHURST. ..................................................... 42 4.3. PERFIL DE LA MÁQUINA DE WIMSHURST. ....................................................... 43 4.4. LOS DISCOS. ................................................................................................................. 44 4.5. LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA. .................................................................... 45 4.6. CONEXIÓN ELÉCTRICA DEL SISTEMA DE TRACCIÓN. ................................ 46 4.7. LAS BARRAS NEUTRALIZADORAS. ...................................................................... 47 4.8. LOS PEINES COLECTORES. .................................................................................... 48 4.9. LAS BOTELLAS DE LEYDEN. .................................................................................. 49 4.10. EL INTERRUPTOR DE SEGURIDAD. ................................................................... 50 4.11. LOS TERMINALES DE DESCARGA. ..................................................................... 51 Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 1. MEMORIA DESCRIPTIVA. 1.1. ANTECEDENTES. A través de este proyecto se describe el funcionamiento y construcción de una máquina electrostática de Wimshurst, el cual se encuentra dentro del innovación docente de la Universidad de Zaragoza, Convocatoria 2009/2010. Las máquinas electros "electricidad estática", o la electricidad en continua (DC) de alta tensión. fundamentales en los primeros estudios sobre la electricidad, que comenzó en el siglo XVII, en forma de máqu inas de XIX con el desarrollo de poderosas máquinas de especializados para ellos siguen existiendo, pero la mayoría son vistos como dispositivos de demostración en los laboratorios de física, con gran parte de su historia olvidada. La máquina de inducción estática fue un dispositivo mecánico que produce electricidad estática, de alto voltaje y de baja corriente continua. El conocimiento de la electricidad estática data de las primeras civilizaciones, pero durante milenios f ue vista solamente como un fenómeno interesante y misterioso, hasta que a fines del siglo XVII se idearon formas prácticas de generar electricidad por fricción. Sin embargo, el desarrollo de las máquinas de inducción estáticas no fue importante hasta el siglo XVIII, cuando se constituyeron en instrumentos fundamentales para el estudio de la nueva ciencia de la electricidad. eran operados utilizando fuerza manual para transformar el trabajo mecánico en energía eléctrica. L os había de dos tipos Las primeras máquinas máquinas de influencia, que operaban por Entre 1864 y 1880 el físico alemán Wilhelm T. B. Holtz (1836 un gran número de estas máquinas electrostáticas que fueron consideradas el desarrollo más avanzado de su época. La máquina de Holtz consistía en un disco de vidrio montado sobre un eje horizontal que podía hacerse rotar a una velocidad considerable por un engranaje multiplicador. El disco interactuaba recíprocamente con las placas de inducción montadas en otro disco ubicado cerca de él, que rotaba en sentido inverso o que era fijo. En 1878 el ingeniero e inventor inglés James Wimshurst (1832 un modelo mejorado con múltiples discos, que tuvo una amplia difusión, y fue presentado ante la comunidad científica en 1883. Fue la máquina de inducción más popular de su época. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes MEMORIA DESCRIPTIVA. A través de este proyecto se describe el funcionamiento y construcción de una máquina electrostática de Wimshurst, el cual se encuentra dentro del innovación docente de la Universidad de Zaragoza, Convocatoria 2009/2010. Las máquinas electros táticas son dispositivos electromecánicos que producen la "electricidad estática", o la electricidad en continua (DC) de alta tensión. fundamentales en los primeros estudios sobre la electricidad, que comenzó en el siglo inas de " fricción", y su desarrollo culminó a finales del siglo XIX con el desarrollo de poderosas máquinas de "influencia ". Hoy en día, algunos usos especializados para ellos siguen existiendo, pero la mayoría son vistos como dispositivos de demostración en los laboratorios de física, con gran parte de su historia La máquina de inducción estática fue el primer generador eléctrico. Se trata de un dispositivo mecánico que produce electricidad estática, de alto voltaje y de baja El conocimiento de la electricidad estática data de las primeras civilizaciones, ue vista solamente como un fenómeno interesante y misterioso, hasta que a fines del siglo XVII se idearon formas prácticas de generar electricidad por Sin embargo, el desarrollo de las máquinas de inducción estáticas no fue siglo XVIII, cuando se constituyeron en instrumentos fundamentales para el estudio de la nueva ciencia de la electricidad. Estos generadores electrostáticos eran operados utilizando fuerza manual para transformar el trabajo mecánico en energía os había de dos tipos ; las máquinas de fricción, y las máquinas de influencia. Las primeras máquinas de fricción fueron gradualmente superadas por las máquinas de influencia, que operaban por inducción electrostática. Entre 1864 y 1880 el físico alemán Wilhelm T. B. Holtz (1836 - un gran número de estas máquinas electrostáticas que fueron consideradas el desarrollo más avanzado de su época. La máquina de Holtz consistía en un disco de vidrio un eje horizontal que podía hacerse rotar a una velocidad considerable por un engranaje multiplicador. El disco interactuaba recíprocamente con las placas de inducción montadas en otro disco ubicado cerca de él, que rotaba en sentido inverso o 1878 el ingeniero e inventor inglés James Wimshurst (1832 - un modelo mejorado con múltiples discos, que tuvo una amplia difusión, y fue presentado ante la comunidad científica en 1883. Fue la máquina de inducción más Pág. nº 1 A través de este proyecto se describe el funcionamiento y construcción de una máquina electrostática de Wimshurst, el cual se encuentra dentro del programa de innovación docente de la Universidad de Zaragoza, Convocatoria 2009/2010. táticas son dispositivos electromecánicos que producen la "electricidad estática", o la electricidad en continua (DC) de alta tensión. Ellos fueron fundamentales en los primeros estudios sobre la electricidad, que comenzó en el siglo fricción", y su desarrollo culminó a finales del siglo "influencia ". Hoy en día, algunos usos especializados para ellos siguen existiendo, pero la mayoría son vistos como dispositivos de demostración en los laboratorios de física, con gran parte de su historia el primer generador eléctrico. Se trata de un dispositivo mecánico que produce electricidad estática, de alto voltaje y de baja El conocimiento de la electricidad estática data de las primeras civilizaciones, ue vista solamente como un fenómeno interesante y misterioso, hasta que a fines del siglo XVII se idearon formas prácticas de generar electricidad por Sin embargo, el desarrollo de las máquinas de inducción estáticas no fue siglo XVIII, cuando se constituyeron en instrumentos fundamentales Estos generadores electrostáticos eran operados utilizando fuerza manual para transformar el trabajo mecánico en energía las máquinas de fricción, y las máquinas de influencia. fueron gradualmente superadas por las - 1913) construyó un gran número de estas máquinas electrostáticas que fueron consideradas el desarrollo más avanzado de su época. La máquina de Holtz consistía en un disco de vidrio un eje horizontal que podía hacerse rotar a una velocidad considerable por un engranaje multiplicador. El disco interactuaba recíprocamente con las placas de inducción montadas en otro disco ubicado cerca de él, que rotaba en sentido inverso o - 1903) desarrolló un modelo mejorado con múltiples discos, que tuvo una amplia difusión, y fue presentado ante la comunidad científica en 1883. Fue la máquina de inducción más Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Como ya se dijo, las máquinas de inducción estáticas eran esencialmente dispositivos para transformar energía mecánica en energía electrostática de alta por medio de la fricción entre unos discos giratorios y fijos. Los discos estaban he de vidrio, goma dura o mica. Algunas de las máquinas eran de proporciones gigantescas, con hasta 50 discos de hasta 2 metros de diámetro cada uno. En la discos se giraban mediante manivela agua o incluso otras máquinas eléctricas. Las máquinas estáticas de tamaño promedio producían alto voltaje (hasta 100kV), pero poca corriente (cerca de 1 mA). Las más grandes, destinadas a aumentar el amperaje, eran muy ruidosas y funcionaban mal lo Por los años 1890s eran de uso común para tratar varias enfermedades (electroterapia) y para la demostración de los fenómenos eléctricos en los laboratorios. En radiología, si bien la corriente unidireccional generada era ideal para los rayos X usados para radiodiagnóstico, la baja corriente producida requería largos tiempos de exposición, por lo que se usaban principalmente para radioterapia. Las máquinas de Wimshurst constituyen el final del largo desarrollo de las máquinas e lectrostáticas con discos: la invención de l hicieron obsoletas. Actualmente las máquinas de inducción electrostáticas se utilizan para hacer demostraciones en los lugares de enseñanza sobre cómo se pueden acumular cargas eléctricas. 1. 2. OBJETO DEL PROYECTO. El presente proyecto tiene por objeto construir una máquina de Wimshurst, similar a la que se dispone en el laboratorio, que fue comprada a un artesano alemán. Se requiere que sea de mayores dimensiones para que se otros eventos de nuestra Universidad y que también sirva para aprender mejor la asignatura a futuras promociones de estudiantes. La construcción y explicación del funcionamiento de la máquina de Wimshurst pone de manifie sto conceptos básicos de la electrostática como la existencia de la carga eléctrica, la repulsión entre cargas del mismo género y atracción de las opuestas p olarización de los dieléctricos, (en los discos, para poder inducir cargas). funcionamiento de esta máquina pone en manifiesto que la electricidad es una propiedad de la materia y la energía asociada a ella un medio de cables. Es interesante ver como se enciende un tubo fluorescente al acercarlo los term inales de la máquina, lo que también se observa en el generador e Tesla. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Como ya se dijo, las máquinas de inducción estáticas eran esencialmente transformar energía mecánica en energía electrostática de alta por medio de la fricción entre unos discos giratorios y fijos. Los discos estaban he de vidrio, goma dura o mica. Algunas de las máquinas eran de proporciones gigantescas, con hasta 50 discos de hasta 2 metros de diámetro cada uno. En la mayoría de ellas los giraban mediante manivela , excepto en las más grandes donde se empl agua o incluso otras máquinas eléctricas. Las máquinas estáticas de tamaño promedio producían alto voltaje (hasta 100kV), pero poca corriente (cerca de 1 mA). Las más grandes, destinadas a aumentar el amperaje, eran muy ruidosas y funcionaban mal lo s días húmedos. Por los años 1890s eran de uso común para tratar varias enfermedades (electroterapia) y para la demostración de los fenómenos eléctricos en los laboratorios. En radiología, si bien la corriente unidireccional generada era ideal para los rayos X usados para radiodiagnóstico, la baja corriente producida requería largos tiempos de exposición, por lo que se usaban principalmente para radioterapia. Las máquinas de Wimshurst constituyen el final del largo desarrollo de las lectrostáticas con discos: la invención de l as bobinas electromagnétic Actualmente las máquinas de inducción electrostáticas se utilizan para hacer demostraciones en los lugares de enseñanza sobre cómo se pueden acumular cargas 2. OBJETO DEL PROYECTO. El presente proyecto tiene por objeto construir una máquina de Wimshurst, similar a la que se dispone en el laboratorio, que fue comprada a un artesano alemán. Se requiere que sea de mayores dimensiones para que se pueda colocar en exhibiciones y otros eventos de nuestra Universidad y que también sirva para aprender mejor la asignatura a futuras promociones de estudiantes. La construcción y explicación del funcionamiento de la máquina de Wimshurst sto conceptos básicos de la electrostática como la existencia de la carga eléctrica, la repulsión entre cargas del mismo género y atracción de las opuestas olarización de los dieléctricos, (en los discos, para poder inducir cargas). de esta máquina pone en manifiesto que la electricidad es una propiedad la energía asociada a ella un producto que llega a nuestras casas por medio de cables. Es interesante ver como se enciende un tubo fluorescente al acercarlo inales de la máquina, lo que también se observa en el generador e Tesla. Pág. nº 2 Como ya se dijo, las máquinas de inducción estáticas eran esencialmente transformar energía mecánica en energía electrostática de alta tensión por medio de la fricción entre unos discos giratorios y fijos. Los discos estaban he chos de vidrio, goma dura o mica. Algunas de las máquinas eran de proporciones gigantescas, mayoría de ellas los , excepto en las más grandes donde se empl eaba Las máquinas estáticas de tamaño promedio producían alto voltaje (hasta 100kV), pero poca corriente (cerca de 1 mA). Las más grandes, destinadas a aumentar Por los años 1890s eran de uso común para tratar varias enfermedades (electroterapia) y para la demostración de los fenómenos eléctricos en los laboratorios. En radiología, si bien la corriente unidireccional generada era ideal para los tubos de rayos X usados para radiodiagnóstico, la baja corriente producida requería largos tiempos de exposición, por lo que se usaban principalmente para radioterapia. Las máquinas de Wimshurst constituyen el final del largo desarrollo de las electromagnétic as las Actualmente las máquinas de inducción electrostáticas se utilizan para hacer demostraciones en los lugares de enseñanza sobre cómo se pueden acumular cargas El presente proyecto tiene por objeto construir una máquina de Wimshurst, similar a la que se dispone en el laboratorio, que fue comprada a un artesano alemán. Se pueda colocar en exhibiciones y otros eventos de nuestra Universidad y que también sirva para aprender mejor la La construcción y explicación del funcionamiento de la máquina de Wimshurst sto conceptos básicos de la electrostática como la existencia de la carga eléctrica, la repulsión entre cargas del mismo género y atracción de las opuestas , la olarización de los dieléctricos, (en los discos, para poder inducir cargas). El de esta máquina pone en manifiesto que la electricidad es una propiedad producto que llega a nuestras casas por medio de cables. Es interesante ver como se enciende un tubo fluorescente al acercarlo a inales de la máquina, lo que también se observa en el generador e Tesla. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 1. 3. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA. La Máquina de Wimshurst, desarrollada hacia 1880 por el b Wimshurst, consta de dos discos, antiguament los lleva de metacrilato, que giran en sentido contrario, muy próximos y paralelos. Los discos llevan pegados un número par de sectores metálicos que se comunican diametralmente por medio de un metálicas. Cada barra está separada Por mediación de peines colectores metálicos en dos circuitos independientes recogen cargas por inducción y en dos botella s de Leyden (condensadores). Cuando estos condensadores están conectados por su cara exterior mediante un interruptor denominado "interruptor de seguridad", y una vez están terminales de descarga, los cu interiores de las botellas de Leyden poder apreciar el efecto corona 1.4. CONDICIONES EXISTENTES Los profesores del departamento de ingeniería parejas de discos idénticos refuerzo, de 60 cm de diámetro A partir de ahí nos han dejado libertad para que empleemos los materiales que estimemos oportunos a la hora de llevar a cabo la construcción del prototipo, siempre y cuando no exceda demas iado el coste de algún material necesario justificarlo. Se intentarán aprovechar materiales reciclados para abaratar el coste máquina electrostática , aunque no sea este uno de los aspectos más importantes Esta máquina deberá ser de fácil transporte, ya que es probable que sea trasladada de una manera habitual por los diferentes laboratorios del departamento lo que será necesario coloca Además, por la falta de experiencia de los nuevos alumn tensión y seguridad en los laboratorios, será necesario realizar un diseño en el que existan los menores riesgos posibles como correas en zonas inaccesibles, o que los terminales de descarga se encuentren elevados y en una zona de mínimo riesgo. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 3. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA. La Máquina de Wimshurst, desarrollada hacia 1880 por el b de dos discos, antiguament e de ebonita o cristal; la que describimos los lleva de metacrilato, que giran en sentido contrario, muy próximos y paralelos. Los discos llevan pegados un número par de sectores metálicos que se comunican diametralmente por medio de un a barra neutralizadora separada 60º de la horizontal. Por mediación de peines colectores metálicos en dos circuitos independientes recogen cargas por inducción y son transportadas a los electrodos donde se almacenan s de Leyden (condensadores). Cuando estos condensadores están conectados por su cara exterior mediante un interruptor denominado "interruptor de están suficientemente cargados, una chispa salta entre los los cu ales son continuación de cada uno de los electrodos interiores de las botellas de Leyden a los que se les ha acoplado una esfera metálica para poder apreciar el efecto corona . 1.4. CONDICIONES EXISTENTES . Los profesores del departamento de ingeniería eléctrica nos suministraron dos parejas de discos idénticos , unos de 1 m de diámetro y 3 mm de grosor, de 60 cm de diámetro y 10 mm de grosor. A partir de ahí nos han dejado libertad para que empleemos los materiales que oportunos a la hora de llevar a cabo la construcción del prototipo, siempre y iado el coste de algún material y, si esto fuese así, s Se intentarán aprovechar materiales reciclados para abaratar el coste , aunque no sea este uno de los aspectos más importantes Esta máquina deberá ser de fácil transporte, ya que es probable que sea trasladada de una manera habitual por los diferentes laboratorios del departamento coloca r unas ruedas en la base del prototipo. Además, por la falta de experiencia de los nuevos alumn os en los temas de alta y seguridad en los laboratorios, será necesario realizar un diseño en el que existan los menores riesgos posibles como , por ejemplo, colocar los motores y las correas en zonas inaccesibles, o que los terminales de descarga se encuentren elevados y zona de mínimo riesgo. Pág. nº 3 La Máquina de Wimshurst, desarrollada hacia 1880 por el b ritánico James la que describimos los lleva de metacrilato, que giran en sentido contrario, muy próximos y paralelos. Los discos llevan pegados un número par de sectores metálicos que se a barra neutralizadora con escobillas Por mediación de peines colectores metálicos en dos circuitos independientes se a los electrodos donde se almacenan s de Leyden (condensadores). Cuando estos condensadores están conectados por su cara exterior mediante un interruptor denominado "interruptor de chispa salta entre los son continuación de cada uno de los electrodos a los que se les ha acoplado una esfera metálica para eléctrica nos suministraron dos y 3 mm de grosor, y otros para A partir de ahí nos han dejado libertad para que empleemos los materiales que oportunos a la hora de llevar a cabo la construcción del prototipo, siempre y si esto fuese así, s iendo Se intentarán aprovechar materiales reciclados para abaratar el coste de nuestra , aunque no sea este uno de los aspectos más importantes . Esta máquina deberá ser de fácil transporte, ya que es probable que sea trasladada de una manera habitual por los diferentes laboratorios del departamento , por os en los temas de alta y seguridad en los laboratorios, será necesario realizar un diseño en el que colocar los motores y las correas en zonas inaccesibles, o que los terminales de descarga se encuentren elevados y Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 1.5 . FUNCIONAMIENTO DE LA MÁQUINA DE WIMSHURST. Considerando la posibilidad de que la máquina se cargue como se muestra en la representación esquemática de la figura discos . El círculo interior D representa el disco frontal, y el círculo exterior D' el trasero, girando cada uno en la dirección señalada por la flecha adyacente. Figura 1 . Representación esquemática de la máquina de En cada disco están fijados una serie de sectores metálicos, denotados con las letras C y C'. Una barra neutralizadora EF se ha fijado en el disco D, para conectar diametralmente sectores opuestos mediante las escobillas de contacto fijadas en extremos, y una barra neutralizadora idéntica se coloca en la cara del disco D', a 60 EF. Los electrodos BP y AN tienen terminales de descarga P y N en cada ter peines colectores BB' y A A' en l uno frente a cada disco, y están metálicamente conectados mediante una lámina de cobre que pasa por los bordes de los discos. A y A' están equipados y conectados de una manera exactamente igual. Esta máquina, al igual que todas las que tien excitante , es decir, no requiere carga eléctrica de una fuente externa para ponerla en funcionamiento. El funcionamiento peines colectores. Al considerar el desarrollo de la electricidad en la máquina, los peines colectores y el circuito de electrodos se pueden despreciar. Aún no se sabe con certeza como se produce la carga inicial que lleva al arranque de las máquinas auto excitantes, pero pr obablemente es debido al hecho de que no hay en la atmósfera dos lugares al mismo potencial exactamente en un momento dado. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes . FUNCIONAMIENTO DE LA MÁQUINA DE WIMSHURST. Considerando la posibilidad de que la máquina se cargue como se muestra en la representación esquemática de la figura , como secciones de cilindros D y D' . El círculo interior D representa el disco frontal, y el círculo exterior D' el trasero, girando cada uno en la dirección señalada por la flecha adyacente. Representación esquemática de la máquina de Wimshurst. En cada disco están fijados una serie de sectores metálicos, denotados con las letras C y C'. Una barra neutralizadora EF se ha fijado en el disco D, para conectar diametralmente sectores opuestos mediante las escobillas de contacto fijadas en extremos, y una barra neutralizadora idéntica se coloca en la cara del disco D', a 60 EF. Los electrodos BP y AN tienen terminales de descarga P y N en cada ter A' en l a otra. Los peines colectores B B' están fre uno frente a cada disco, y están metálicamente conectados mediante una lámina de cobre que pasa por los bordes de los discos. A y A' están equipados y conectados de una Esta máquina, al igual que todas las que tien en sectores metálicos, , es decir, no requiere carga eléctrica de una fuente externa para ponerla en funcionamiento de la máquina no depende de la presencia de los Al considerar el desarrollo de la electricidad en la máquina, los peines colectores y el circuito de electrodos se pueden despreciar. Aún no se sabe con certeza como se produce la carga inicial que lleva al arranque de las máquinas auto excitantes, obablemente es debido al hecho de que no hay en la atmósfera dos lugares al mismo potencial exactamente en un momento dado. Pág. nº 4 Considerando la posibilidad de que la máquina se cargue como se muestra en la , como secciones de cilindros D y D' en lugar de . El círculo interior D representa el disco frontal, y el círculo exterior D' el trasero, En cada disco están fijados una serie de sectores metálicos, denotados con las letras C y C'. Una barra neutralizadora EF se ha fijado en el disco D, para conectar diametralmente sectores opuestos mediante las escobillas de contacto fijadas en los extremos, y una barra neutralizadora idéntica se coloca en la cara del disco D', a 60 0 de EF. Los electrodos BP y AN tienen terminales de descarga P y N en cada ter minación, y B' están fre nte a frente, uno frente a cada disco, y están metálicamente conectados mediante una lámina de cobre que pasa por los bordes de los discos. A y A' están equipados y conectados de una en sectores metálicos, es auto- , es decir, no requiere carga eléctrica de una fuente externa para ponerla en de la máquina no depende de la presencia de los Al considerar el desarrollo de la electricidad en la máquina, los peines colectores y el circuito de electrodos se pueden despreciar. Aún no se sabe con certeza como se produce la carga inicial que lleva al arranque de las máquinas auto excitantes, obablemente es debido al hecho de que no hay en la atmósfera dos lugares al Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Como consecuencia de esto, podemos suponer que en una mitad D' hay una pequeña ca rga positiva, y la otra mitad HA negativa. Debido a la influencia de las cargas positivas en D', cada sector C en D, cuando está en contacto con la escobilla E, recibe una carga negativa que irá dando la vuelta por el movimiento del disco, hasta que t disco tengan carga negativa. Del mismo modo, la influencia de las cargas negativas en D' inducen una carga positiva a cada sector C que pasa por debajo de la escobilla F, operación por la cual, la mitad FB Las dos mitades en las que se divide el disco por su barra neutralizadora, hasta ahora han actuado como placas de campo, para inducir cargas en las dos mitades en las cuales se divide el disco D por su barra neutr actúan como placas de campo para inducir cargas en los sectores C' del disco D', y una pequeña consideración mostrará que , debido al movimiento de este último disco, las cargas originales se aumentan por esta unos sobre otros de la forma descrita, e incrementan el potencial de sus respectivas cargas hasta el límite alcanzado por las fugas. La distribución final alcanzada es la mostrada por los signos + y divididos en cuatro cuadrantes (I, II, III, IV), mediante las dos barras neutralizadoras, podemos ver que las cargas en los dos discos en los cua por tanto, se atraen, pero en repelen. Los peines colectores están colocados opuestos, en el medio de los cuadrantes I y III, para obtener la electricidad auto repelida. Esto, como se muestra en la imagen, imparte carga p ositiva al terminal de descarga P, y carga negativa al terminal de descarga N, y si estos terminales no están muy alejados, pasa una chispa entre ellos. Como la acción de la máquina tiene lugar sin los peines colectores, no es necesario que entren en contacto para arrancar la máquina esta máquina no funciona separando los terminales de descarga mas allá de determinada distancia. La obtención de chispas muy brillantes requiere una intensa corriente. La corriente se puede obtener mediante el almacenamiento de la carga extraída de los discos giratorios en condensadores de alta tensión (botellas de Leyden) conectados entre los terminales de la máquina. El diseño clásico incluye dos botellas de Leyden con los terminales aisla dos conectados uno a cada terminal, y los terminales externos interconectados. Los terminales interiores, por lo general constan de dos bolas metálicas unidas por barras de metal para cargar los colectores, pero en nuestro caso lo realizaremos todo de una suficientemente aislante como para toda la longitud de la chispa que puede obtenerse de esta gran máquina, que es aproximadamente la suma de las dista parte de un disco (375,2 mm aproximadamente) Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Como consecuencia de esto, podemos suponer que en una mitad rga positiva, y la otra mitad HA ' G tiene una pequeña carga negativa. Debido a la influencia de las cargas positivas en D', cada sector C en D, cuando está en contacto con la escobilla E, recibe una carga negativa que irá dando la vuelta por el movimiento del disco, hasta que t od os los sectores de la mitad EA disco tengan carga negativa. Del mismo modo, la influencia de las cargas negativas en una carga positiva a cada sector C que pasa por debajo de la escobilla F, la mitad FB E del disco D s erá cubierta por carga eléctrica positiva. Las dos mitades en las que se divide el disco por su barra neutralizadora, hasta ahora han actuado como placas de campo, para inducir cargas en las dos mitades en las cuales se divide el disco D por su barra neutr alizadora. Las dos mitades de D ahora a su vez actúan como placas de campo para inducir cargas en los sectores C' del disco D', y una pequeña consideración mostrará que , debido al movimiento de este último disco, las cargas originales se aumentan por esta acción. Los discos continuamente unos sobre otros de la forma descrita, e incrementan el potencial de sus respectivas hasta el límite alcanzado por las fugas. La distribución final alcanzada es la mostrada por los signos + y - en la i magen. Si consideramos que los discos pueden ser divididos en cuatro cuadrantes (I, II, III, IV), mediante las dos barras neutralizadoras, que las cargas en los dos discos en los cua drantes II y IV son opuestas, y se atraen, pero en los otros dos cuadrantes (I y III), son las mismas, por ello se repelen. Los peines colectores están colocados opuestos, en el medio de los cuadrantes I para obtener la electricidad auto repelida. Esto, como se muestra en la imagen, ositiva al terminal de descarga P, y carga negativa al terminal de descarga N, y si estos terminales no están muy alejados, pasa una chispa entre ellos. Como la acción de la máquina tiene lugar sin los peines colectores, no es contacto para arrancar la máquina . Es por la misma razón que esta máquina no funciona separando los terminales de descarga mas allá de La obtención de chispas muy brillantes requiere una intensa corriente. La obtener mediante el almacenamiento de la carga extraída de los discos giratorios en condensadores de alta tensión (botellas de Leyden) conectados entre los terminales de la máquina. El diseño clásico incluye dos botellas de Leyden con los dos conectados uno a cada terminal, y los terminales externos interconectados. Los terminales interiores, por lo general constan de dos bolas metálicas unidas por barras de metal para cargar los colectores, pero en nuestro caso lo realizaremos todo de una pieza. Debido a la falta de una botella de Leyden lo como para evitar la ruptura, no ha sido posible poner a prueba toda la longitud de la chispa que puede obtenerse de esta gran máquina, que es aproximadamente la suma de las dista ncias de los espacios del sector (375,2 mm aproximadamente) . Pág. nº 5 Como consecuencia de esto, podemos suponer que en una mitad GB'H del disco G tiene una pequeña carga negativa. Debido a la influencia de las cargas positivas en D', cada sector C en el disco D, cuando está en contacto con la escobilla E, recibe una carga negativa que irá dando la os los sectores de la mitad EA F del disco tengan carga negativa. Del mismo modo, la influencia de las cargas negativas en una carga positiva a cada sector C que pasa por debajo de la escobilla F, erá cubierta por carga eléctrica positiva. Las dos mitades en las que se divide el disco por su barra neutralizadora, hasta ahora han actuado como placas de campo, para inducir cargas en las dos mitades en las cuales alizadora. Las dos mitades de D ahora a su vez actúan como placas de campo para inducir cargas en los sectores C' del disco D', y una pequeña consideración mostrará que , debido al movimiento de este último disco, las acción. Los discos continuamente interaccionan unos sobre otros de la forma descrita, e incrementan el potencial de sus respectivas hasta el límite alcanzado por las fugas. La distribución final alcanzada es la magen. Si consideramos que los discos pueden ser divididos en cuatro cuadrantes (I, II, III, IV), mediante las dos barras neutralizadoras, drantes II y IV son opuestas, y los otros dos cuadrantes (I y III), son las mismas, por ello se repelen. Los peines colectores están colocados opuestos, en el medio de los cuadrantes I para obtener la electricidad auto repelida. Esto, como se muestra en la imagen, ositiva al terminal de descarga P, y carga negativa al terminal de descarga N, y si estos terminales no están muy alejados, pasa una chispa entre ellos. Como la acción de la máquina tiene lugar sin los peines colectores, no es Es por la misma razón que esta máquina no funciona separando los terminales de descarga mas allá de una La obtención de chispas muy brillantes requiere una intensa corriente. La obtener mediante el almacenamiento de la carga extraída de los discos giratorios en condensadores de alta tensión (botellas de Leyden) conectados entre los terminales de la máquina. El diseño clásico incluye dos botellas de Leyden con los dos conectados uno a cada terminal, y los terminales externos interconectados. Los terminales interiores, por lo general constan de dos bolas metálicas unidas por barras de metal para cargar los colectores, pero en nuestro caso lo Debido a la falta de una botella de Leyden lo ruptura, no ha sido posible poner a prueba toda la longitud de la chispa que puede obtenerse de esta gran máquina, que es ncias de los espacios del sector entre la tercera Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Algunos autores como Antonio C. M. de Queiroz (ver bibliografía), pueden obtenerse mayores chispas conectada al terminal de descarga del terminal positivo , obligando a la ionización del aire del espacio entre terminales diferencia simétrica. La ionización positiva forma una ramas, que puede verse en la oscur que fácilmente se conecta a la corona difusa emit conexión se estabiliza, se produce una chispa, con los electrones fluyen negativo al positivo. Las chispas chispas mayores son más irregulares, y pueden presentar rama dirección de l terminal negativ más brillante, especialmente en las chispas obtenid debido a la mayor concentración siempre es una línea recta perpendicular a la superficie del terminal, con el lado negativo irregular y un poco más brillante No es necesario que la bola pequeña esté eléctricamente conectada al terminal positivo. Es más ef ectivo si está separada de la bola grande por una pequeña longitud aislante (un tornillo de nylon por ejemplo). La pequeña chispa entre la bola grande y la bola pequeña, aparentemente incrementa la ionización alrededor del terminal, y la separación reduce la pérdida de carga en el aire. Figura 2. Detalle de los terminales de la máquina El anteriormente mencionado autor también afirma que "e voltaje para causar una chispa grande cuya suma sea la misma longitud. La razón es que los sectores distribu eléctrico de manera más uniforme a través del espacio, reduciendo su valor máximo Debido a esto, la máquina funciona mejor con muchos sectores que con unos pocos. nuestro caso la máquina consta de 22 sectores Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes como Antonio C. M. de Queiroz (ver bibliografía), mayores chispas mediante la adición de una bola de descarga positivo P. Esto aumenta el campo eléctrico alrededor , obligando a la ionización del aire a empeza r por el lado positivo del espacio entre terminales , en lugar de en el lado negativo, com o sucede con una diferencia simétrica. La ionización positiva forma una curiosa estructura en la oscur idad, apuntando hacia afuera del ter minal positivo que fácilmente se conecta a la corona difusa emit ida por el termi nal negativo. Cuando la conexión se estabiliza, se produce una chispa, con los electrones fluyen chispas cortas se observan como líneas rectas brillante son más irregulares, y pueden presentar rama s, casi siempre en la l terminal negativ o. En resumen, en chispas cortas , el extremo positivo es más brillante, especialmente en las chispas obtenid as sin adición de botellas de Leyden, debido a la mayor concentración de corriente. En chispas largas , el extremo positivo siempre es una línea recta perpendicular a la superficie del terminal, con el lado negativo irregular y un poco más brillante . No es necesario que la bola pequeña esté eléctricamente conectada al terminal ectivo si está separada de la bola grande por una pequeña longitud aislante (un tornillo de nylon por ejemplo). La pequeña chispa entre la bola grande y la bola pequeña, aparentemente incrementa la ionización alrededor del terminal, y la la pérdida de carga en el aire. Figura 2. Detalle de los terminales de la máquina El anteriormente mencionado autor también afirma que "e s necesario voltaje para causar una chispa grande , que para causar una serie de pequeñas chispas la misma longitud. La razón es que los sectores distribu eléctrico de manera más uniforme a través del espacio, reduciendo su valor máximo Debido a esto, la máquina funciona mejor con muchos sectores que con unos pocos. nuestro caso la máquina consta de 22 sectores . Pág. nº 6 como Antonio C. M. de Queiroz (ver bibliografía), afirman que bola más pequeña el campo eléctrico alrededor r por el lado positivo o sucede con una estructura en forma de minal positivo , y nal negativo. Cuando la conexión se estabiliza, se produce una chispa, con los electrones fluyen do del polo se observan como líneas rectas brillante s. Las casi siempre en la , el extremo positivo es sin adición de botellas de Leyden, , el extremo positivo siempre es una línea recta perpendicular a la superficie del terminal, con el lado No es necesario que la bola pequeña esté eléctricamente conectada al terminal ectivo si está separada de la bola grande por una pequeña longitud aislante (un tornillo de nylon por ejemplo). La pequeña chispa entre la bola grande y la bola pequeña, aparentemente incrementa la ionización alrededor del terminal, y la s necesario menos una serie de pequeñas chispas la misma longitud. La razón es que los sectores distribu yen el campo eléctrico de manera más uniforme a través del espacio, reduciendo su valor máximo . Debido a esto, la máquina funciona mejor con muchos sectores que con unos pocos. " En Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 1.7.3. El sistema de tracción. Este apartado comprende todos los mecanismos necesarios para que giren los discos. Hablaremos del sistema de tracción desde las correas, hasta el variador y los motores. Este sistema se compone de un alimenta de la red a 230 V mediante un enchufe convencional monofásico, del variador es la de arrancar suavemente mediante un arranque tipo rampa los motores trifásicos de 0,18 k Dichos motores llevan acoplados a su eje una diámetro, 5mm de paso, y 20 dientes a la que se le ha practicado un taladro del mismo diámetro que el eje, además de mediante una lima, para su polea dentada de 60 m m de diámetro, el movimiento de los discos movimiento de los motores a los discos utilizamo longitud, de acuerdo co n los cálculos realizados, y una anchura de 16 mm al igual que las poleas. A la hora de realizar la configuración de una serie de entre los motores, el variador y la red conexiones eléctricas que llevamos a cabo a la hora de poner en funcionamiento el sistema de tracción de la máquina. Figura 9. Conexionado eléctrico del sistema de Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 1.7.3. El sistema de tracción. Este apartado comprende todos los mecanismos necesarios para que giren los sistema de tracción desde las poleas dentadas, pasando por las correas, hasta el variador y los motores. Este sistema se compone de un variador de frecuencia de 0,37 k alimenta de la red a 230 V mediante un enchufe convencional monofásico, es la de arrancar suavemente mediante un arranque tipo rampa los motores trifásicos de 0,18 k W, uno en cada sentido. Dichos motores llevan acoplados a su eje una polea dentada de y 20 dientes a la que se le ha practicado un agujero mediante el taladro del mismo diámetro que el eje, además de la mecanización de para su mejor sujeción. A su vez en los discos hemos m de diámetro, 5 mm de paso y 60 dientes con el fin de producir los discos con una reducción de velocidad de 1/3. Para transmitir el movimiento de los motores a los discos utilizamo s una correa dentada de 1580 mm n los cálculos realizados, y una anchura de 16 mm al igual que A la hora de realizar la puesta en marcha del variador fue necesario realizar la una serie de parámetros , así como realizar las conexiones eléctricas motores, el variador y la red . En la siguiente figura podemos ver las que llevamos a cabo a la hora de poner en funcionamiento el de la máquina. Conexionado eléctrico del sistema de tracción. Pág. nº 13 Este apartado comprende todos los mecanismos necesarios para que giren los dentadas, pasando por las variador de frecuencia de 0,37 k W que se alimenta de la red a 230 V mediante un enchufe convencional monofásico, La misión es la de arrancar suavemente mediante un arranque tipo rampa los dos polea dentada de 20 mm de agujero mediante el la mecanización de un chavetero hemos atornillado una paso y 60 dientes con el fin de producir Para transmitir el s una correa dentada de 1580 mm de n los cálculos realizados, y una anchura de 16 mm al igual que necesario realizar la , así como realizar las conexiones eléctricas . En la siguiente figura podemos ver las que llevamos a cabo a la hora de poner en funcionamiento el Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Para que los motores funcionen correctamente caja de conexiones con 6 bornes, dependiendo de si se desea una conexión tipo estrella o una conexión tipo triángulo. Si nos referimos a la placa de características de los motores, podemos observar que aparecen dos tensiones de la forma 230/400V, corresponde a la conexión en triángulo, y la mayor, a la conexión en estrella. Estos dos motores inicialmente venían configurados salida del variador tenemos configurar los bornes para la conexión mediante la unión de los bornes, a través de las láminas metálicas que se encuentran en el bornero, de la misma forma que nos ilustra la siguiente figura. Figura 10. Detalle de la conexión de la caja de bornes de un motor A la hora de programar cada uno de los parámetros del variador de frecuencia, primero fue necesario conocer las funciones de cada botón. Figura La tecla MODO sirve para cambiar el modo de Las teclas ARRIBA y los valores de éstos. En el modo de funcionamiento por teclado permite reducir la velocidad del motor. La tecla INICIO se utiliza para poner en marcha el accionamiento en el modo de teclado. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Para que los motores funcionen correctamente , en la carcasa del motor de conexiones con 6 bornes, donde se hacen las conexiones pertinentes, desea una conexión tipo estrella o una conexión tipo triángulo. nos referimos a la placa de características de los motores, podemos observar que aparecen dos tensiones de la forma 230/400V, siendo la menor tensión corresponde a la conexión en triángulo, y la mayor, a la conexión en estrella. Estos dos inicialmente venían configurados para la conexión en estrella y salida del variador tenemos un sistema trifásico de tensiones a 230 V, para la conexión de los motores en triángulo. Esto se consiguió la unión de los bornes, a través de las láminas metálicas que se encuentran en el bornero, de la misma forma que nos ilustra la siguiente figura. Detalle de la conexión de la caja de bornes de un motor . programar cada uno de los parámetros del variador de frecuencia, necesario conocer las funciones de cada botón. Figura 11. Teclado y pantalla del variador de frecuencia. MODO sirve para cambiar el modo de funcionamiento del accionamiento. ABAJO sirven para seleccionar los parámetros y los valores de éstos. En el modo de funcionamiento por teclado permite reducir la velocidad del motor. INICIO se utiliza para poner en marcha el accionamiento en el modo de Pág. nº 14 en la carcasa del motor hay una las conexiones pertinentes, desea una conexión tipo estrella o una conexión tipo triángulo. nos referimos a la placa de características de los motores, podemos observar la menor tensión la que corresponde a la conexión en triángulo, y la mayor, a la conexión en estrella. Estos dos en estrella y , como en la V, fue necesario Esto se consiguió la unión de los bornes, a través de las láminas metálicas que se encuentran en programar cada uno de los parámetros del variador de frecuencia, accionamiento. ABAJO sirven para seleccionar los parámetros y modificar los valores de éstos. En el modo de funcionamiento por teclado permite aumentar o INICIO se utiliza para poner en marcha el accionamiento en el modo de Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes La tecla PARADA/REINICIO se utiliza en el modo de teclado para detener y reiniciar el accionamiento. También permite reiniciar el accionamiento en el modo de terminal. Para llevar a cabo la s elección y cambio de parámetros esquema explicativo, que accionamiento desde la primera vez que se enciende, sin que haya terminales conectados, parámetr os modificados ni medidas de seguridad definidas. Figura 12 . Esquema explicativo de la programación del variador de frecuencia. Si se mantiene pulsada la tecla estado, la pantalla alterna las indicaciones de velocidad y carga. Sin embargo, si se modo de estado al de visualización de parámetros. En el modo de visualiza parámetros, el número del parámetro parpadea en la parte izquierda de la pantalla y el valor del parámetro en la parte derecha. Al pulsar y soltar la tecla visualización de parámetros al modo de edi parámetros, en la parte derecha de la pantalla parpadea el valor del parámetro mostrado a la izquierda. Para que el accionamiento regrese al modo de visualización de parámetros, debe pulsar la tecla MODO en tecla MODO otra vez, el accionamiento regresará al modo de estado. Sin embargo, si se utiliza la tecla arriba o pulsar la tecla MODO, cuando edición de parámetros. Esto permite alternar los modos de visualización y edición de parámetros de forma sencilla durante la puesta en servicio del accionamiento. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes PARADA/REINICIO se utiliza en el modo de teclado para detener y reiniciar el accionamiento. También permite reiniciar el accionamiento en el modo de elección y cambio de parámetros se ha realizado el siguiente esquema explicativo, que incluye las instrucciones necesarias para utilizar el accionamiento desde la primera vez que se enciende, sin que haya terminales os modificados ni medidas de seguridad definidas. Esquema explicativo de la programación del variador de frecuencia. mantiene pulsada la tecla MODO durante 2 segundos en el modo de estado, la pantalla alterna las indicaciones de velocidad y carga. se pulsa y se suelta la tecla MODO, la pantalla pasa del modo de estado al de visualización de parámetros. En el modo de visualiza parámetros, el número del parámetro parpadea en la parte izquierda de la pantalla y el valor del parámetro en la parte derecha. Al pulsar y soltar la tecla MODO otra vez, la pantalla cambia del modo de visualización de parámetros al modo de edi ción. Cuando se usa el modo de edición de parámetros, en la parte derecha de la pantalla parpadea el valor del parámetro mostrado Para que el accionamiento regrese al modo de visualización de parámetros, MODO en el modo de edición de parámetros. Cuando MODO otra vez, el accionamiento regresará al modo de estado. Sin embargo, arriba o abajo para cambiar el parámetro mostrado antes de MODO, cuando se pulse MODO aparecerá de nuevo el modo de edición de parámetros. Esto permite alternar los modos de visualización y edición de parámetros de forma sencilla durante la puesta en servicio del accionamiento. Pág. nº 15 PARADA/REINICIO se utiliza en el modo de teclado para detener y reiniciar el accionamiento. También permite reiniciar el accionamiento en el modo de se ha realizado el siguiente incluye las instrucciones necesarias para utilizar el accionamiento desde la primera vez que se enciende, sin que haya terminales Esquema explicativo de la programación del variador de frecuencia. MODO durante 2 segundos en el modo de MODO, la pantalla pasa del modo de estado al de visualización de parámetros. En el modo de visualiza ción de parámetros, el número del parámetro parpadea en la parte izquierda de la pantalla y el MODO otra vez, la pantalla cambia del modo de ción. Cuando se usa el modo de edición de parámetros, en la parte derecha de la pantalla parpadea el valor del parámetro mostrado Para que el accionamiento regrese al modo de visualización de parámetros, se el modo de edición de parámetros. Cuando se pulsa la MODO otra vez, el accionamiento regresará al modo de estado. Sin embargo, abajo para cambiar el parámetro mostrado antes de MODO aparecerá de nuevo el modo de edición de parámetros. Esto permite alternar los modos de visualización y edición de parámetros de forma sencilla durante la puesta en servicio del accionamiento. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Los modos de estado que posee el variador de frecuencia son los siguientes Izquierda de la pantalla Estado Accionamiento preparado Accionamiento inhibido Accionamiento bloqueado Frenado por inyección de CC Ausencia de potencia de alimentación Los parámetros que configura 01  Velocidad mínima fijada. se podría poner cualquier valor menor que 02  Velocidad máxima fijada. la velocidad de funcionamiento nominal. 03  Rampa de aceleración haya un arranque brusco. 04  Rampa de deceleración no haya un paro brusco. 05  Configuración de accionamiento para que se pueda realizar el control por teclado. Además ha sido necesario realizar un puente entre los terminales de control B2 y B4, ya que si no el variador de frecuencia piensa que tiene un pulsador de emergen Figura 13 . Detalle del puente realizado en los terminales de control. 06  Intensidad nominal del motor coincidiendo con la intensidad a plena carga de la placa de características de los motores. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes que posee el variador de frecuencia son los siguientes Descripción preparado El accionamiento está activado y listo para recibir una El puente de salida no está activo. inhibido El accionamiento se inhibe por varios motivos: no se ha dado de activación, un paro por inercia hasta detenerse tras desconexión por bloqueo. bloqueado El accionamiento ha sufrido un bloqueo. El aparecerá en la parte derecha de la pantalla. de CC Se está aplicando corriente de frenado por inyección de de alimentación Consulte la Guía avanzada del usuario del Commander Los parámetros que configura mos antes de la puesta en marcha fueron los siguientes: Velocidad mínima fijada.  Este parámetro se ha configurado en 11,8 Hz aunque se podría poner cualquier valor menor que el parámetro Pr.02. Velocidad máxima fijada.  Este parámetro se ha configurado en 50 Hz que será la velocidad de funcionamiento nominal. Rampa de aceleración  Este parámetro se ha configurado en 25 Hz, para que no Rampa de deceleración  Este parámetro se ha configurado en 25 Hz, para que Configuración de accionamiento  Este parámetro se ha configurado en PAd, para que se pueda realizar el control por teclado. Además ha sido necesario realizar un puente entre los terminales de control B2 y B4, ya que si no el variador de frecuencia piensa que tiene un pulsador de emergen cia activado. Detalle del puente realizado en los terminales de control. Intensidad nominal del motor  Este parámetro se ha configurado en 0,6 A, coincidiendo con la intensidad a plena carga de la placa de características de los Pág. nº 16 que posee el variador de frecuencia son los siguientes : para recibir una orden de inicio. motivos: no se ha dado una orden detenerse o durante un reinicio El accionamiento ha sufrido un bloqueo. El código de bloqueo Se está aplicando corriente de frenado por inyección de CC al motor. Consulte la Guía avanzada del usuario del Commander SK. los siguientes: se ha configurado en 11,8 Hz aunque Este parámetro se ha configurado en 50 Hz que será Este parámetro se ha configurado en 25 Hz, para que no Este parámetro se ha configurado en 25 Hz, para que Este parámetro se ha configurado en PAd, para que se pueda realizar el control por teclado. Además ha sido necesario realizar un puente entre los terminales de control B2 y B4, ya que si no el variador de frecuencia Este parámetro se ha configurado en 0,6 A, coincidiendo con la intensidad a plena carga de la placa de características de los Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 07  Velocidad nominal del motor como se colocan dos motores en paralelo debido a que éste sería erróneo. 08  Tensión nominal del motor como aparece en la placa de características de los motores es la tensión nominal de los motores. 09  Factor de potencia del motor de potencia nominal de los motores especificado en la placa de características de éstos. 10  Acceso a parámetros acceder así a todos los parámetros entre 01 y 60. 41  Seleccionar modo de tensión se consigue un aumento de la relación tensión/frecuencia prefijado. Los demás parámetros cuya configuración por defecto que viene de fábrica, y está frecuencia. 1.7.4. Las barras neutralizadoras Se dispone de dos barras idénticas, una por cada disco, horizontal en forma de X, y que sujetas a este mediante una tuerca de mariposa una pletina de cobre y dos escobillas, una a cada lado de la pletina ésta. Cada barra está construida mediante una pletina de cobre duro de 30 con una longitud de 890 formadas por una barra de en el centro de una de sus caras, le practicamos 4,25 mm, para posteriormente mediante un macho, proceder a hacer una rosca tipo tuerca de 5 mm. Después realizaremos un agujero de 5 coincidiendo con el centro de los sectores, escobillas. Por la otra cara , introducir una lá mina fina de acero un contacto permanente a través de lámina va sujeta al cilindro mediante un tornillo de 4 Figura Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Velocidad nominal del motor  Este parámetro se ha configurado a 0 ya que como se colocan dos motores en paralelo , no se puede permitir el cálculo vectorial sería erróneo. Tensión nominal del motor  Este parámetro se ha configurado a 230 V ya que como aparece en la placa de características de los motores es la tensión nominal de los Factor de potencia del motor  Este parámetro se ha configurado a 0,73, factor de potencia nominal de los motores especificado en la placa de características de éstos. Acceso a parámetros  Este parámetro se ha configurado a L2, para poder acceder así a todos los parámetros entre 01 y 60. Seleccionar modo de tensión  Este parámetro se ha configurado a Fd con lo que se consigue un aumento de la relación tensión/frecuencia prefijado. cuya configuración no se ha especificado, llevan la configuración por defecto que viene de fábrica, y está descrita en el manual de usuario del variador de barras neutralizadoras . Se dispone de dos barras idénticas, una por cada disco, colocadas a 60º de la horizontal en forma de X, y que unidas eléctricamente entre sí a través del eje sujetas a este mediante una tuerca de mariposa . Cada una de ellas está una pletina de cobre y dos escobillas, una a cada lado de la pletina perpendiculares a está construida mediante una pletina de cobre duro de 30 mm. En cada extremo se colocan las escobillas barra de latón de 19 mm de diámetro y 62 mm de longitud, en el centro de una de sus caras, le practicamos un agujero mediante una broca de mm, para posteriormente mediante un macho, proceder a hacer una rosca tipo Después realizaremos un agujero de 5 mm a cada lado de la pletina, coincidiendo con el centro de los sectores, para poder atornilla r cada una de las , y utilizando la fresa, le practicamos una ranura con el fin de mina fina de acero de 0,03 x 12,7 mm que es la encargada de que haya a través de los sectores cuando realizan el giro los discos va sujeta al cilindro mediante un tornillo de 4 x 10 mm. Figura 14 . Detalle de una de las escobillas del prototipo. Pág. nº 17 Este parámetro se ha configurado a 0 ya que cálculo vectorial Este parámetro se ha configurado a 230 V ya que como aparece en la placa de características de los motores es la tensión nominal de los Este parámetro se ha configurado a 0,73, factor de potencia nominal de los motores especificado en la placa de características de éstos. Este parámetro se ha configurado a L2, para poder Este parámetro se ha configurado a Fd con lo que no se ha especificado, llevan la configuración en el manual de usuario del variador de colocadas a 60º de la unidas eléctricamente entre sí a través del eje , están está compuesta por perpendiculares a está construida mediante una pletina de cobre duro de 30 x 6 mm, mm. En cada extremo se colocan las escobillas que están 19 mm de diámetro y 62 mm de longitud, a la cual, mediante una broca de mm, para posteriormente mediante un macho, proceder a hacer una rosca tipo mm a cada lado de la pletina, r cada una de las una ranura con el fin de encargada de que haya cuando realizan el giro los discos . Dicha Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 1.7.5 . Los peines colectores. Para que las carga Leyden, es necesario colocar unos peines colectores chapa de cobr e recocida de 0,6 mm de espesor. 70 x 280 mm, y dos de 80 x Para montar cada uno de los peines del segundo. A las piezas de 70 una serie de cables de cobre, interconectamos entre sí y con la propia chapa. Para eléctricas, utilizamos cinta adhesiva de aluminio. Posteriormente , atornillamos estructura de madera, de tal forma que los hilos de cobre quedasen muy cerca de los sectores me tálicos de los discos, sin llegar a tocar una mayor estética, decidimos atornillar especiales , y después de varias ideas, decidimos utilizar y con la cabeza redond eada d el perímetro de cada peine, Para poder pasar la varilla de latón que sujeta terminal interior de la botella de Leyden, fue necesario practicar, mediante una broca de campana de 18 mm un agujero a cada peine en el centro de la chapa botella de Leyden. Figura 1.7.6. Las botellas de Leyden. Para la construcción de los condensadores o botellas de Leyden utiliza botes de vidrio idénticos, cinta de aluminio adhesiva , una barra de latón de 18 mm de d de diámetro y dos muelles. Una botella de Leyden dieléctrico y dos metales uno a cada lado del aislante. Cada uno de estos metales corresponde con un terminal del condensador. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes . Los peines colectores. que las carga s repelidas en los discos se almacenen en necesario colocar unos peines colectores que están construidos mediante e recocida de 0,6 mm de espesor. Tuvimos que recortar x 180 mm. uno de los peines utilizamos dos piezas del p del segundo. A las piezas de 70 x 280 mm les colocamos pegados por la parte de abajo una serie de cables de cobre, pelados y alineados a la mis ma medida, y con la propia chapa. Para poder realizar estas uniones cinta adhesiva de aluminio. , atornillamos estos peines en forma de U sobre los brazos de la de tal forma que los hilos de cobre quedasen muy cerca de los tálicos de los discos, sin llegar a tocar los, y enfrentados uno con el otro estética, decidimos atornillar las chapas a la estructura con , y después de varias ideas, decidimos utilizar tornillos de 3 x eada . Estos tornillos los fuimos colocando cada 30 mm a lo largo el perímetro de cada peine, y a una distancia de 7 mm del exterior. Para poder pasar la varilla de latón que sujeta a cada aislador y conecta terminal interior de la botella de Leyden, con el terminal de descarga correspondiente, fue necesario practicar, mediante una broca de campana de 18 mm un agujero a cada peine en el centro de la chapa de unión, coincidiendo con el agujero Figura 15 . Detalle de uno de los peines colectores. Las botellas de Leyden. Para la construcción de los condensadores o botellas de Leyden utiliza cinta de mylar, chap a de cobre recocida de 0,6 mm , una barra de latón de 18 mm de d iámetro, tubo de cobre de 18 mm Una botella de Leyden , como se ha explicado anteriormente , dieléctrico y dos metales uno a cada lado del aislante. Cada uno de estos metales corresponde con un terminal del condensador. Pág. nº 18 s repelidas en los discos se almacenen en las botellas de construidos mediante recortar cuatro piezas de dos piezas del p rimer tipo y una por la parte de abajo ma medida, los cuales poder realizar estas uniones en forma de U sobre los brazos de la de tal forma que los hilos de cobre quedasen muy cerca de los y enfrentados uno con el otro . Para a la estructura con tornillos x 12 mm dorados 30 mm a lo largo cada aislador y conecta el el terminal de descarga correspondiente, fue necesario practicar, mediante una broca de campana de 18 mm un agujero a cada de la tapa de la Para la construcción de los condensadores o botellas de Leyden utiliza mos dos a de cobre recocida de 0,6 mm , cinta de iámetro, tubo de cobre de 18 mm , consiste en un dieléctrico y dos metales uno a cada lado del aislante. Cada uno de estos metales Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Se va a explicar el proceso constructivo de una de las dos botellas, puesto que se realizaron los mismos pasos A la hora de realizar electricista, recortamos un rectángulo de chapa de cobre de 200 mm de altura, ya que era la altura que queríamos que tuviese el recubrimiento exte l ongitud igual a la circunferencia d Con la ayuda del bote para darle la forma, y soldar un cilindro que ajustase del cilindro soldándola también mediante estaño, y poder base de la estructura. Estos tornillos que sujetan la botella de Leyden a la base de la máquina son los que se han aprovechado par los condensadores. La capa interior metálica pegado por toda la cara inter que en la capa exterior , y posteriormente, u torno, hicimos un acople que nos permit desde el colector al fondo del bote Con lo que respecta y una rigidez dieléctrica relativamente baja todo el bote cuidadosamente de cinta de mylar, ya que tiene una rigidez un espesor de 36 botellas tarden más en perforar Finalmente, para que el tubo de cobre fuese centrado, y así tener mejor presencia, realizamos de la estructura, agujero central de 18 mm Figura 16 . Detalle de una de las botellas de Leyden. 1.7.6. El Interruptor de seguridad. Su misión es la de desconectar las botellas de Leyden impidiendo la acumulación de cargas y reduciendo la energía de las chispas. Este interruptor se ha hecho mediante una pletina de cobre de mm. de largo, un mango de madera soporte de un fusible tipo "cuchilla" Se practicó un orificio en de forma que una de las piezas del portafusiles hace pletina se quede introducida horizontalmente. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Se va a explicar el proceso constructivo de una de las dos botellas, puesto que se realizaron los mismos pasos en la elaboración de cada una. A la hora de realizar la capa exterior metálica, utilizando unas tijeras de electricista, recortamos un rectángulo de chapa de cobre de 200 mm de altura, ya que era la altura que queríamos que tuviese el recubrimiento exte rior, y de una anchura de ongitud igual a la circunferencia d el bote de vidrio. Con la ayuda del bote para darle la forma, y mediante estaño, procedimos a que ajustase a este. Después recortamos un cí rculo para tapar la base soldándola también mediante estaño, y poder posteriormente Estos tornillos que sujetan la botella de Leyden a la base de la máquina son los que se han aprovechado par a unir eléctricamente las caras exte La capa interior metálica la realizamos mediante papel de aluminio adhesivo la cara inter na del bote de vidrio, hasta una altura de 2 , y posteriormente, u sando una barra de latón, y con la ayuda un acople que nos permit iese unir un tubo de cobre a un muelle desde el colector al fondo del bote , a presión, para tener un buen contacto eléctrico. lo que respecta a la capa aislante, como el vidrio tiene un espesor muy bajo, y una rigidez dieléctrica relativamente baja (aproximadamente 130 kV/cm) todo el bote cuidadosamente de cinta de mylar, ya que tiene una rigidez un espesor de 36 µm de 5,5 kV , consiguiendo de e ste modo que las botellas tarden más en perforar (152 MV/m). Finalmente, para que el tubo de cobre fuese centrado, y así tener mejor presencia, realizamos mediante la madera sobrante de los recortes de la estructura, una tapa que va encajada a presión en el bote, y ll agujero central de 18 mm por el que sale el tubo. Detalle de una de las botellas de Leyden. 1.7.6. El Interruptor de seguridad. Su misión es la de desconectar las botellas de Leyden impidiendo la acumulación de cargas y reduciendo la energía de las chispas. Este interruptor se ha hecho mediante una pletina de cobre de 12 x 5 mm. y 370 un mango de madera obtenido de una paleta de albañil, además del tipo "cuchilla" de una caja de acometida eléctrica antigua. un orificio en la pletina, para posteriormente poder introducir de forma que una de las piezas del portafusiles hace de bisagra, y la otra permite que la pletina se quede introducida horizontalmente. Estas piezas van atornilladas a la base de Pág. nº 19 Se va a explicar el proceso constructivo de una de las dos botellas, puesto que se utilizando unas tijeras de electricista, recortamos un rectángulo de chapa de cobre de 200 mm de altura, ya que rior, y de una anchura de mediante estaño, procedimos a rculo para tapar la base posteriormente atornillarla a la Estos tornillos que sujetan la botella de Leyden a la base de la las caras exte rnas de papel de aluminio adhesivo 2 00 mm, al igual y con la ayuda del un muelle que va , a presión, para tener un buen contacto eléctrico. vidrio tiene un espesor muy bajo, (aproximadamente 130 kV/cm) , recubrimos todo el bote cuidadosamente de cinta de mylar, ya que tiene una rigidez dieléctrica para ste modo que las Finalmente, para que el tubo de cobre fuese centrado, y así tener mediante la madera sobrante de los recortes el bote, y ll eva un Su misión es la de desconectar las botellas de Leyden impidiendo la 12 x 5 mm. y 370 una paleta de albañil, además del antigua. la pletina, para posteriormente poder introducir un eje, de bisagra, y la otra permite que la Estas piezas van atornilladas a la base de Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Figura 17 . Detalle del interruptor de seguridad. 1.7.7. Los terminales de descarga. Los terminales de descarga no son más que dos bolas obtenidas de un pomo de puerta colocadas en la terminación de un tubo de cobre de 18 mm de diámetro, a las cuales se les ha tenido que hacer mediante el torno un casquillo a medida para poder tener el mismo diámetro que el tubo donde iba conectadas. A la bola del terminal de un tirador de cajón, que y una arandela de madera, mismo terminal y consiga enlazar la chispa con el terminal negativo con mayor facilidad. Como los pomos de las puertas y los tiradores barniz, con el fin de no tener problemas eléctricos, lija y con sosa caústica, decidimos eliminar esta capa aislante mediante el torno, para así no perder brillo, y que la esfera tuviese un acabado más homogéneo. Dichas bolas van sujetas Estos terminales van en roscados a la varilla de latón que sujeta a los aisladores, y a su vez pasa por los peines colectores M ediante un sistema de bisagra cilíndrico que hemos realizado con el torno permite dar la inclinación deseada a estos terminales de descarga y así poder tener unas distancias de separación di ferentes Cada una de estas bisagras y 55 mm de longitud. Mediante el torno, diámetro de la mitad de su longitud tubo de cobre (unos 16 mm practicamos una ranura , de forma que realizando un saliente la otra, se pudiesen acoplar entre ellas. mediante el tornillo de banco, mecanización descrita mediante una broca poder realizarle la rosca al agujero, y métrica 5 para regular la inclinación Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes l a máquina y conectadas por debajo una a la cara exterior de cada condensador haciendo la función de interruptor. Este in terruptor añade seguridad en el uso de la máquina, por lo que es recomendable dejarlo abierto cuando no se use. Detalle del interruptor de seguridad. 1.7.7. Los terminales de descarga. Los terminales de descarga no son más que dos bolas idénticas obtenidas de un pomo de puerta colocadas en la terminación de un tubo de cobre de de diámetro, a las cuales se les ha tenido que hacer mediante el torno un casquillo a medida para poder tener el mismo diámetro que el tubo donde iba A la bola del terminal positivo se le añadió otra bola más pequeña de un tirador de cajón, que unida a la esfera grande mediante un tornillo y una arandela de madera, permite que salte un pequeño arco entre esta consiga enlazar la chispa con el terminal negativo con mayor Como los pomos de las puertas y los tiradores suelen tener una capa exterior de no tener problemas eléctricos, tras varias pruebas realizadas con la sosa caústica, decidimos eliminar esta capa aislante mediante el torno, para así no perder brillo, y que la esfera tuviese un acabado más homogéneo. Dichas bolas van sujetas al tubo de cobre mediante un t ornillo de métrica roscados a la varilla de latón que sujeta a los aisladores, y a su los peines colectores . ediante un sistema de bisagra cilíndrico que hemos realizado con el torno deseada a estos terminales de descarga y así poder tener unas ferentes en función de las pruebas que se deseen realizar bisagras consta de dos piezas de latón de 18 mm de diámetro, Mediante el torno, a cada una de estas piezas, le su longitud , hasta hacerlo coincidir con el diámetro inter (unos 16 mm ). A la otra mitad de una de las piezas , utilizando la fresa , de forma que realizando un saliente de las mismas dimensiones la otra, se pudiesen acoplar entre ellas. Posteriormente , sujetando las dos piezas mediante el tornillo de banco, les realizamos un agujero perpendicular a la mediante una broca de 4,25 mm, para después, usando al agujero, y que nos permitiese introducir un tornillo para regular la inclinación de los terminales. Pág. nº 20 a máquina y conectadas por debajo una a la cara exterior de cada condensador haciendo la función de terruptor añade seguridad en el uso de la máquina, por lo que es recomendable dejarlo idénticas de metal obtenidas de un pomo de puerta colocadas en la terminación de un tubo de cobre de de diámetro, a las cuales se les ha tenido que hacer mediante el torno un casquillo a medida para poder tener el mismo diámetro que el tubo donde iba n a ir más pequeña obtenida un tornillo aislante (nylon) salte un pequeño arco entre esta s bolas del consiga enlazar la chispa con el terminal negativo con mayor tener una capa exterior de tras varias pruebas realizadas con la sosa caústica, decidimos eliminar esta capa aislante mediante el torno, para así ornillo de métrica 5. roscados a la varilla de latón que sujeta a los aisladores, y a su ediante un sistema de bisagra cilíndrico que hemos realizado con el torno se deseada a estos terminales de descarga y así poder tener unas en función de las pruebas que se deseen realizar . de latón de 18 mm de diámetro, a cada una de estas piezas, le rebajamos el diámetro inter ior del , utilizando la fresa , le de las mismas dimensiones , sujetando las dos piezas perpendicular a la usando un macho, que nos permitiese introducir un tornillo de Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Figura L a idea de que el funcionamiento óptimo era mediante el tipo de terminales explicados, la habíamos obtenido de la bibliografía con distintos tipos de terminales llegamos a la conclusión de que del terminal negativo por un terminal en punta se obtiene una chispa más definida, y con una mayor longitud y frecuencia; por tanto decidimos construir mediant terminal en punta fácilmente intercambiable, para que los us coloquen el que deseen. 1.8. DIFICULTADES ENCONTRAD 1.8.1. Dificultades debidas al almacenaje de las cargas. El principal problema que Wimshurst, es q ue para una máquina de estas dimensiones, condensador es o botellas de Leyden óptimos diferencia de potencial tan elevada la chispa entre los terminales de descarga y rápidamente. Este problema lo hemos tenido con los frascos de vidrio usados inicialmente; las primeras ocasiones en las que se hacía funcionar la máquina, la chispa obtenida era considerable, pero cada vez C on la máquina en marcha se cargan las botellas, pero vez procedíamos al paro de la máquina, poco se iban descargando entre la placa interior y la exterior, escuchando un chasquido dentro de las botellas de Leyden. Como la capacidad de los condensadores de la superficie de las placas, tampoco se podía usar un dieléctrico muy grueso ya que no perforaría, pero no se podría almacenar tanta carga. La cuestión es buscar un equilibrio entre el espesor del aislante y la capacidad. relacionada con la intensidad de la chispa entre los terminales. Hay una enorme cantidad de materiales que poseen una rigidez dieléctrica elevada, como los aceites dieléctricos, o el SiO ser una sustancia líquida que Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Figura 18 . Detalle de la bisagra cilíndrica construida. a idea de que el funcionamiento óptimo era mediante el tipo de terminales la habíamos obtenido de la bibliografía estudiada . Pero tras varias pruebas con distintos tipos de terminales llegamos a la conclusión de que si sustituimos la bola del terminal negativo por un terminal en punta se obtiene una chispa más definida, y con una mayor longitud y frecuencia; por tanto decidimos construir mediant fácilmente intercambiable, para que los us uarios del prototipo ENCONTRAD A S EN EL DISEÑO DEL PROTOTIPO. 1.8.1. Dificultades debidas al almacenaje de las cargas. El principal problema que hemos tenido en la construcción de ue para una máquina de estas dimensiones, almacenar la carga en unos es o botellas de Leyden óptimos es muy difícil, ya que al tener una diferencia de potencial tan elevada entre placas, se perfora el dieléctrico antes de saltar los terminales de descarga y , por tanto, las botellas se descargan Este problema lo hemos tenido con los frascos de vidrio usados inicialmente; las primeras ocasiones en las que se hacía funcionar la máquina, la chispa obtenida era considerable, pero cada vez íbamos obteniendo una chispa menor. on la máquina en marcha se cargan las botellas, pero el problema es que de la máquina, en vez de quedarse almacenada la carga, poco se iban descargando entre la placa interior y la exterior, escuchando un chasquido dentro de las botellas de Leyden. Como la capacidad de los condensadores depende del espesor del dieléc de la superficie de las placas, tampoco se podía usar un dieléctrico muy grueso ya que no perforaría, pero no se podría almacenar tanta carga. La cuestión es buscar un equilibrio entre el espesor del aislante y la capacidad. La carga almacenada est relacionada con la intensidad de la chispa entre los terminales. Hay una enorme cantidad de materiales que poseen una rigidez dieléctrica elevada, como los aceites dieléctricos, o el SiO 2 . El caso del aceite lo desechamos por que crearía problemas a la hora de trasladar la máquina. Pág. nº 21 a idea de que el funcionamiento óptimo era mediante el tipo de terminales . Pero tras varias pruebas si sustituimos la bola del terminal negativo por un terminal en punta se obtiene una chispa más definida, y con una mayor longitud y frecuencia; por tanto decidimos construir mediant e el torno un uarios del prototipo S EN EL DISEÑO DEL PROTOTIPO. construcción de la máquina de almacenar la carga en unos ya que al tener una entre placas, se perfora el dieléctrico antes de saltar las botellas se descargan Este problema lo hemos tenido con los frascos de vidrio usados inicialmente; en las primeras ocasiones en las que se hacía funcionar la máquina, la chispa obtenida era el problema es que una en vez de quedarse almacenada la carga, poco a poco se iban descargando entre la placa interior y la exterior, escuchando un chasquido depende del espesor del dieléc trico y de la superficie de las placas, tampoco se podía usar un dieléctrico muy grueso ya que no perforaría, pero no se podría almacenar tanta carga. La cuestión es buscar un La carga almacenada est á Hay una enorme cantidad de materiales que poseen una rigidez dieléctrica caso del aceite lo desechamos por a la hora de trasladar la máquina. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 1.8.2 . Dificultades debidas al sistema de tracción. Todos los prototipos de máquina de se accionan mediante el giro de los discos se consigue cruzando una de las dos correas. Debido a que nuestro prototipo posee unas dimensiones bastante que respecta a los demás que habíamos estudiado, fue necesario idear un sistema de tracción especial para el caso que nos ocupaba No sirve en este caso colocar una manivela ya que para girar los discos a la velocidad necesaria para el correcto funcionamiento considerable y, por tanto, si se debe accionar media tampoco se puede utilizar el método de inversión del sentido de giro visto anteriormente, debido a la velocidad del eje Pensamos en colocar un motor, que accionase a un sistema de engranajes cuyo resultado final fuese la inversión del sentido de giro en uno de los discos, pero debido a la complejidad del conjunto, y a que no disponíamos de las herramientas suficientes para realizarlo, tuvimos que pensar en usar algún sistema que estuviese comercializado. Llegad os a este punto, tipo BS o tipo DX, que habíamos visto en varios catálogos, y único motor girar un eje en cada sentido, deseemos. El presu puesto que nos dio el teníamos pensado gastar, ya que de la máquina. 1.8.3 . Dificultades debidas a A la hora de proceder a diversas ideas en lo que respecta a los materiales usados y al grosor de é debido a la gran envergadura y peso que iba a poseer el prototipo tablero de pino macizo, ya que es materiales como el metacrilato, que aunque el diseño final de la máquina hubiese sido más vistoso, no hubiese soportado todo el peso y las vibraciones. Tras estas valoraciones, decidimos realizar la estruct pero la estructura colector - paralelos a la base de la máquina a la misma altura que el eje, para no tener una excesiva altura, y conseguir minimizar los efectos negativo Es to no fue suficiente, ya que al haber realizado los peines colectores mediante chapa de cobre en forma de dientes de sierra la estructura de cobre, dichos dientes podrían rayar los disc cuando comenzamos a pensar Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes . Dificultades debidas al sistema de tracción. Todos los prototipos de máquina de Wimshurst que hasta ahora habíamos visto el giro de una manivela manual, y el sentido de giro contrario en los discos se consigue cruzando una de las dos correas. Debido a que nuestro prototipo posee unas dimensiones bastante que respecta a los demás que habíamos estudiado, fue necesario idear un sistema de el caso que nos ocupaba . No sirve en este caso colocar una manivela ya que para girar los discos a la para el correcto funcionamiento habría que hacer un esfuerzo por tanto, si se debe accionar media nte un sistema mecánico externo tampoco se puede utilizar el método de inversión del sentido de giro visto anteriormente, debido a la velocidad del eje principal. Pensamos en colocar un motor, que accionase a un sistema de engranajes cuyo fuese la inversión del sentido de giro en uno de los discos, pero debido a la complejidad del conjunto, y a que no disponíamos de las herramientas suficientes para realizarlo, tuvimos que pensar en usar algún sistema que estuviese comercializado. os a este punto, pensamos que lo mejor era comprar un reenvío angular tipo BS o tipo DX, que habíamos visto en varios catálogos, y que permite mediante un único motor girar un eje en cada sentido, y reducir la velocidad con el factor que puesto que nos dio el proveedor no entraba dentro de lo que nosotros ya que nos obligaría a recortar en gastos para otros materiales . Dificultades debidas a l tamaño de la estructura. A la hora de proceder a construir la estructura de la máquina se valoraron diversas ideas en lo que respecta a los materiales usados y al grosor de é debido a la gran envergadura y peso que iba a poseer el prototipo , decidimos utilizar tablero de pino macizo, ya que es un material medianamente duro, desechando así materiales como el metacrilato, que aunque el diseño final de la máquina hubiese sido más vistoso, no hubiese soportado todo el peso y las vibraciones. Tras estas valoraciones, decidimos realizar la estruct ura principal de madera, - terminal, la hicimos con tubo de cobre. Los terminales iban paralelos a la base de la máquina a la misma altura que el eje, para no tener una excesiva altura, y conseguir minimizar los efectos negativo s de las vibraciones. to no fue suficiente, ya que al haber realizado los peines colectores mediante en forma de dientes de sierra , e ir tan próximos a los discos, dichos dientes podrían rayar los disc os. A partir de aquí fue cuando comenzamos a pensar e n realizar los dientes mediante un material blando. Pág. nº 22 hasta ahora habíamos visto , sentido de giro contrario en Debido a que nuestro prototipo posee unas dimensiones bastante elevadas con lo que respecta a los demás que habíamos estudiado, fue necesario idear un sistema de No sirve en este caso colocar una manivela ya que para girar los discos a la habría que hacer un esfuerzo nte un sistema mecánico externo tampoco se puede utilizar el método de inversión del sentido de giro visto Pensamos en colocar un motor, que accionase a un sistema de engranajes cuyo fuese la inversión del sentido de giro en uno de los discos, pero debido a la complejidad del conjunto, y a que no disponíamos de las herramientas suficientes para realizarlo, tuvimos que pensar en usar algún sistema que estuviese comercializado. pensamos que lo mejor era comprar un reenvío angular permite mediante un la velocidad con el factor que proveedor no entraba dentro de lo que nosotros a recortar en gastos para otros materiales construir la estructura de la máquina se valoraron diversas ideas en lo que respecta a los materiales usados y al grosor de é stos, pero decidimos utilizar un material medianamente duro, desechando así materiales como el metacrilato, que aunque el diseño final de la máquina hubiese sido ura principal de madera, Los terminales iban paralelos a la base de la máquina a la misma altura que el eje, para no tener una s de las vibraciones. to no fue suficiente, ya que al haber realizado los peines colectores mediante e ir tan próximos a los discos, si se movía os. A partir de aquí fue n realizar los dientes mediante un material blando. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 1.12. CONCLUSIÓN. No duda el abajo firmante que a la vista de las manifestaciones contenidas en la presente memoria y datos complementarios, así como en los planos adjuntos pueda funcionar correctamente y sin causar ningún riesgo a los usuarios el prototipo de máquina de Wimshurst descrita. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes No duda el abajo firmante que a la vista de las manifestaciones contenidas en la presente memoria y datos complementarios, así como en los planos adjuntos pueda correctamente y sin causar ningún riesgo a los usuarios el prototipo de máquina de Wimshurst descrita. Firmado: Diego Comín Cebrián Pág. nº 29 No duda el abajo firmante que a la vista de las manifestaciones contenidas en la presente memoria y datos complementarios, así como en los planos adjuntos pueda correctamente y sin causar ningún riesgo a los usuarios el prototipo de Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 1.13. BIBLIOGRAFÍA LIBROS MARCOLAIN SAN JUAN, R. PEDRO: Hospicio Provincial, Zaragoza, 1920, páginas 177 J. Gray, "Electrical Influence Machines", Whittaker & Co., London, 1890. INTERNET http://www.manualespdf.com/listado.php http://www.maquinascientificas.es/05zm%E1quina%20de%20wimshurst.htm http://www.upct.es/contenido/seeu/_as/divulgacion_cyt_09/Libro_Historia_Ciencia/w eb/botella_de_leyden.htm http://www.ie.itcr.ac.cr/marin/lic/el4513/wimshurst.html http://www.zonaelectrica.es/carpetaprotegida/pagina26.html Antonio C. 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ANEXO – FOTOS PROTOTIPO Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes FOTOS PROTOTIPO ANEXO –FOTOS PROTOTIPOMÁQUINA ELECTROSTÁTICA DE WIMSHURST Pág. nº 31 Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Foto 1 . Vista general de la máquina de Wimshurst. Foto 2 . Vista de los terminales de descarga de la máquina de Wimshurst. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes general de la máquina de Wimshurst. Vista de los terminales de descarga de la máquina de Wimshurst. Pág. nº 32 Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Foto 3 . Vista general de la máquina de Wimshurst. Foto 4 . Detalle de una de las dos botellas de Leyden Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Vista general de la máquina de Wimshurst. Detalle de una de las dos botellas de Leyden . Pág. nº 33 Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Foto 5. Detalle del interruptor de seguridad. Foto 6. Vista general de la máquina de Wimshurst. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes interruptor de seguridad. Vista general de la máquina de Wimshurst. Pág. nº 34 Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Foto 7 . Vista del prototipo emitiendo una chispa. Foto 8 . Detalle de la chispa con los terminales de bolas. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Vista del prototipo emitiendo una chispa. Detalle de la chispa con los terminales de bolas. Pág. nº 35 Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Foto 9 . Vista general de la máquina de Wimshurst Foto 10 . Máquina funcionando con el terminal en punta y emitiendo una chispa Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Vista general de la máquina de Wimshurst emitiendo chispas en pleno funcionamiento. Máquina funcionando con el terminal en punta y emitiendo una chispa . Pág. nº 36 Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Foto 11 . Detalle de una chispa de poca corriente con el terminal en punta. Foto 12 . Detalle de una chispa de mucha Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes Detalle de una chispa de poca corriente con el terminal en punta. Detalle de una chispa de mucha corriente con el terminal en punta. Pág. nº 37 Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes 3. ANEXO – PRESUPUESTO DEL PROTIPO. – PRESUPUESTO DEL PROTOTIPO Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza Máquina de Wimshurst para demostraciones docentes PRESUPUESTO DEL PROTIPO. ANEXO PRESUPUESTO DEL PROTOTIPO - MÁQUINA ELECTROSTÁTICA DE WIMSHURST Pág. nº 38