ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
TOPICO ESPECIAL DE GRADUACIÓN
ARTICULO PARA LA REVISTA TECNOLÓGICA

TITULO
Prototipo de un Motor Magnético


Director de Tópico, Ingeniero Electrónico, Escuela Superior Politécnica del
Litoral, 1983, Master en Ciencias de la Ingeniería Biomédica, Universidad de
Texas en Arlington (UTA), 1986, Profesor de la ESPOL desde 1983.

RESUMEN

El trabajo consistía en construir un prototipo que usara el magnetismo
presente en los imanes permanentes para generar un movimiento rotacional
,esto con la base estructural de los motores de combustión interna que se
conocen hoy en día. Para ello se pasó por varias etapas en las cuales se
experimentó con varios electroimanes, los que provocarían el movimiento

de pistones que construidos en su base por imanes, generarían la fuerza
necesaria para provocar el movimiento.


En una primera etapa se construyó un prototipo que solo producía un
movimiento lineal, el mismo tenía por objetivo brindarnos una idea de la
fuerza que se generaría con los imanes y los electroimanes que se habían
construido. En la segunda parte de este proyecto se construyó un motor de
tres pistones pero ya con un cigüeñal y con movimiento rotacional con una
frecuencia casi constante.

INTRODUCCIÓN

Este proyecto esta basado en un trabajo publicado en 1831 por Joseph
Henry, en el cual se describe el funcionamiento de un motor eléctrico basado
en principios magnéticos aún desconocidos para esa época.En

reconocimiento a éste trabajo el nombre de Henry fue dado a la unidad de la
inductancia eléctrica.

El trabajo presentado consiste en una innovación tecnológica a los motores
de combustión interna que todos conocemos, amoldando sus características
a las del diseño descrito mas adelante.

El trabajo tiene como finalidad

presentar el primer prototipo de motor magnético reciprocante como una
alternativa ecológica a los motores de hoy en día, los cuales por trabajar
sobre la base de la combustión interna desperdician mucha energía ademas
de contaminar el medio ambiente.


OBJETIVOS

Los principales objetivos en éste proyecto son los siguientes

Aplicar los conocimientos de teoría electromagnética a la idea original
de Joseph Henry y plantearnos posibles correcciones a ésta idea.

Encontrar una forma de sustentación del sistema de tal forma de
obtener la menor pérdida de energía posible.

Evaluar las mejores condiciones para el establecimiento del campo
magnético, así como también la mejor forma de aislar esos campos.

Analizar las mejores formas de controlar el funcionamiento del motor
mediante circuitos de control.

Aprovechar al maximo la energía brindada por los imanes
permanentes usados en el proyecto.

Conseguir

el

funcionamiento

correcto

del

ensambladas todas las partes antes anotadas.

motor,

una

vez


BREVE DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO.

El motor basicamente tiene sustentado su funcionamiento en la atracción y
la repulsión que sufren en forma alternada sus pistones, que estan
conformados por imanes permanentes.

Éstaatracción y repulsión esta

manejada por un circuito de control, que envía pulsos de corriente a los
electroimanes en la parte superior de los cilindros.

Primer prototipo
El motor en sí se lo puede dividir en tres partes bien definidas

El sistema Magneto-mecanico
El sistema de electroimanes
El sistema de control

A continuación se detallan cada uno de los sistemas arriba mencionados:
El sistema Magneto-mecanico consistía de una caja en donde debía ir el
balancín, la misma fue construida de madera, los cilindros fueron hechos de
plastico y sujetados a la caja por arandelas. Ademas en el interior de los
cilindros se hizo un “ encamisado”, de tal manera que los pistones pudieran
desplazarse sin mucha fricción y con el espacio justo para que no se
balancearan de un lugar a otro.

Los brazos y balancín debían ser de un material que no se presente como
un medio facil para el transporte del campo magnético, es decir, que


presente una reluctancia apropiada a las líneas de campo generadas tanto
por el electroiman como por los pistones (imanes permanentes).

El sistema de electroimanes consistía como su nombre lo indica de dos
electroimanes que debían poseer las características adecuadas para el
correcto funcionamiento del motor, esto es, debían producir un campo
magnético lo suficientemente fuerte como para producir el torque necesario
para repeler a los pistones y así producir el movimiento.

El sistema de control esta basado en el funcionamiento de un CI555
operando en modo astable, con tiempos de alto y bajo iguales, dados por los
valores de las resistencias decontrol y el capacitor sobre el cual se produce
la carga y la descarga del voltaje. Para ajustar los tiempos con un solo
control se usó un potenciómetro doble que hacía las veces de resistencias
tanto para la carga como para la descarga del capacitor.

Luego del circuito astable se colocaron dos circuitos de salida, controlados
por transistores de conmutación rapida.

En un lado se colocó la señal

directa controlando un relay y en el otro se coloco la señal invertida
controlando el segundo relay.

El voltaje de la fuente se usó en forma común tanto para el circuito de control
como para los electroimanes, que eran los que sin lugar a dudas consumían
mas corriente.


En éste primer prototipo no fue crítica la sincronización de los pistones con el
circuito de control, ya que por la forma del sistema mecanico, el ancho de los
pulsos bastaba para que el motor se mueva a una mayor o menor velocidad.

El funcionamiento final observado en el primer prototipo es un sube y baja de
los pistones que se mueven dentro de los cilindros de plastico, en éste caso
la velocidad dependía de el ancho de los pulsos de corriente enviados por el
circuito de control, estos pulsos brindaban un menor o un mayor tiempo de
exposición del campo magnético producido por los electroimanes a los
imanes permanentes.

Figura 1. Primer prototipo construído


Segundo prototipo
El motor en esta parte también se lo puede dividir en tres partes bien
definidas:

El sistema Magneto-mecanico
El sistema de electroimanes
El sistema de control y sincronismo

A continuación se detallan cada uno de lossistemas arriba mencionados:
En este caso el sistema de magneto-mecanico consiste de un cigüeñal de
aluminio montado sobre una base de madera muy similar a la del primer
prototipo, sin embargo como ya se había anotado anteriormente en el primer
caso solo se producía un movimiento lineal, pero en el caso del segundo
prototipo ya se producía un movimiento circular continuo que se obtenía
gracias a la intervención de 3 pistones basados en imanes permanentes

Los electroimanes son de las mismas características utilizas en el primer
prototipo, solo que ente caso su encendido y apagado si debe estar
sincronizado con el movimiento y la posición de cada uno de los pistones.
Para este último caso fue necesario tener un circuito de retroalimentación
con el fin de obtener el movimiento deseado.

Finalmente el circuito de control y sincronismo consiste de un generador de
pulsos sincronizado con el movimiento de los pistones, cuya salida final son


así mismo relays que controlan el paso o no de la corriente por los
electroimanes.

Figura 2. Segundo prototipo construído

CONCLUSIONES

A continuación se detallan algunas de las conclusiones mas importantes a lo
largo de éste trabajo

1. El cigüeñal y las chumaceras presentan cierta fricción que afectan
indiscutiblemente el normal movimiento de los pistones.

2. Durante el movimiento normal del motor, las uniones entre las chapas
de biela y el cigüeñal frenan el impulso brindado por los pistones para


el movimiento giratorio, esto resulta en una pérdida de energía en
forma de calor.

3. El hecho de que los pistones seanconstituidos en su parte superior
por imanes permanentes limita el uso de los mismos durante un
tiempo de vida corto. Esto se debe a que las fuerzas generadas entre
los pistones y los electroimanes son de repulsión y por lo tanto se
presenta un desmagnetización progresiva, la cual poco a poco va
alterando la orientación remanente de los dipolos magnéticos en los
imanes utilizados.

4. El hecho de utilizar un núcleo de acero sólido en los electroimanes
produce pérdidas por histéresis y corrientes parasitas. Estas
corrientes podrían ser disminuidas colocando un núcleo laminado, sin
embargo por la forma de los imanes en la cabeza de los pistones,
este núcleo debería ser circular y con centro hueco, razón por la cual
su construcción se hace difícil.

En el caso de las pérdidas por

histéresis, el núcleo debe ser de un material “suave”, esto es que se
magnetice y desmagnetice con facilidad, ademas debe presentar una
curva de histéresis angosta con el fin de disminuir al mínimo estas
pérdidas.


REFERENCIAS

1. J. Villamar, M. Santillan, A. Plúa , “Prototipo de un motor magnético”
(Tópico especial de graduación, Escuela Superior Politécnica del Litoral,
2001).

2. A. J. COMPTON, Electromagnetismo basico y sus aplicaciones. (Editora
Addison-Wesley Iberoamericana), capítulos 8 y 9.

3. ALLEN MOORE, A text Book of Practical Physics. ( Tercera edición,
editora Mcmillan & CO. LTD ), capítulo 5

4. EDWARD F. OBERT, Motores de combustión.
Continental S.A. de C.V México, 1997), capítulo 1.


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