Un motor eléctrico a solenoide
Taller de Ingenios
Con ese nombre tan raro, “solenoide”, se llama a un carretel enrollado con muchas vueltas de alambre de cobre esmaltado. También se lo conoce en electrónica como “bobina” y todo motor eléctrico tiene un bobinado de algún tipo entre sus componentes.
El solenoide tiene una virtud extraordinaria: cuando cualquier corriente eléctrica, grande o pequeña, circula por el cable bobinado, lo transforma en UN ELECTROIMAN y se comporta como un imán cualquiera, atrayendo todo objeto de metal. Pero si el paso de la electricidad cesa, se acaba el efecto imán y se termina su capacidad de atraer objetos metálicos.
Con un pequeño solenoide que fabricaremos podemos hacer un motorcito de baja potencia pero muy divertido de hacer y jugar con él.
A – MATERIALES.
(1) Una base de madera o aglomerado de 8cm x 16cm x 1 ó 2cm de alto. Será la base del motor. Un trozo de madera o aglomerado de 4cm de alto, 6 cm de largo y 2 cm de espesor. Será la base del solenoide en sí.
(2) Un trozo de 6cm de un tubito de plástico (se obtiene de un bolígrafo común quitando el tanque de tinta y la punta, con ayuda de una pinza y luego cortando con una sierrita a la medida requerida). Será el cuerpo del solenoide.
(3) 30 metros de alambre de cobre esmaltado para bobinar de 0,3 mm de espesor (se obtiene en casas de artículos para electrónica). Será la bobina.
(4) 4 cocodrilos conectores (También se obtiene en casas de artículos para electrónica). Servirán para conectar el motor a su fuente de energía.
(5) Alambre galvanizado de 1,2 mm de espesor. Aproximadamente 1 metro. Se obtiene en casas de metales o en librerías para arquitectura (se usa en maquetas).
Con él haremos el cigüeñal, la biela y los soportes del del motor.
Un trozo de 17 cm de alambre de cobre de 1 mm de espesor. Será el interruptor.
(6) Un clavo de 5 cm de largo y 3 mm de espesor o poco mas.
Será el pistón del motor.
(7) Un palito de helado. Será el cabezal de la biela del motor.
(8) Una rueda de algún auto o camión de juguete descartado. Nos servirá como rueda volante. Se puede utilizar como alternativa la hélice de un cooler (ventilador) de cualquier PC en desuso (se puede comprar a bajo costo en casas de insumos para computación y se quita el ventilador del marco que la sostiene).
(9) Materiales varios: Un trozo de cartón de 3 x 6 cm, trozos de cable común con vaina de plástico, 4 o 5 tornillos para madera con cabeza plana de 1,5 cm de largo y aproximadamente 3 mm de espesor, arandelas metálicas que permitan el paso de esos tornillos, pistola de adhesivo de silicona caliente, adhesivo instantáneo (la gotita o similar).
(10) Como fuente de energía eléctrica usaremos una batería de 9 volts.
Como alternativa, también funciona con un transformador de 220 voltios a 12 voltios. Se obtiene de teléfonos inalámbricos en desuso o se compran en casas de electricidad y tienen un costo moderado.
B – EL MOTOR Y SUS COMPONENTES
1. El solenoide.
2. El pistón.
3. La biela.
4. El volante.
5. El cigüeñal.
6. La leva de la biela.
7. La leva del interruptor.
8. El interruptor.
9. El soporte del cigüeñal.
10. La traba del cigüeñal.
11. El extremo derecho del solenoide.
12. El extremo izquierdo del solenoide.
13. La base de madera del solenoide.
14. Conector al polo (+) de la batería de 9 volt.
15. Conector al polo (–) de la misma batería.
16. La base de aglomerado o madera del motor.
La indicación (+) o (–) es solo una convención. Cualquier extremo de alambre del solenoide puede conectarse indistintamente a uno u otro polo de la batería.
C – PORQUÉ FUNCIONA ?
Observá la foto: por el alambre (12), - extremo izquierdo del solenoide - le llega corriente (+) a la bobina conectando el borne (+) de la batería con el cocodrilo azul.
Por el cocodrilo rojo (15), llevamos electricidad (–) al cigüeñal (5), conectando simplemente el cocodrilo al soporte y su otro extremo al (-) de la bateria.
¿Cómo llega la energía (-) a la bobina?.
Llega conducida por el interruptor, en uno de cuyos extremos atornillado a la base conectamos el alambre (-) del solenoide
Cada vez que la leva (7) toque al alambre del interruptor, éste llevará corriente al extremo derecho del solenoide (11).
Ahora nuestra bobina tiene electricidad (+) y (–) circulando por su interior y entonces… SE VOLVIÓ UN IMAN!!!! y atrae con mucha fuerza al pistón (2) hacia su interior.
Pero, que pasa ahora ?: el pistón, al ser arrastrado al interior de la bobina tira con fuerza de la biela (3). Y la biela mueve al cigüeñal y éste mueve a la rueda volante (4) y… EMPIEZA LA FIESTA!!.
Cuando se movió el cigüeñal, se movió también la leva (7), la de interruptor.
Cesa el contacto y nuestro solenoide ya no es más un imán.
La rueda volante, por inercia, sigue girando y saca al pistón del interior del solenoide, pero….
El pistón, al salir, vuelve a empujar a su biela, y ésta hace girar al cigüeñal y otra vez la leva (7) vuelve a hacer contacto con el interruptor y entonces OTRA VEZ HAY ELECTRICIDAD DENTRO DE LA BOBINA… y todo vuelve a comenzar.
Todo esto sucede varias veces por segundo y el motorcito a solenoide va tomando velocidad y funcionará mientras reciba energía eléctrica de una batería de 9 volt o de un transformador de 220 v a 12v que en ambos casos conectarás con los cocodrilos.
D – FABRICACIÓN DE LOS COMPONENTES.
D/ 1. La base.
Cortá un trozo de aglomerado o madera con las medidas indicadas en la foto.
El espesor será variable entre 15 y 20 mm.
Esto le otorgará a la base un cierto peso, capaz de absorber las vibraciones del motorcito en funcionamiento
D/ 2. El cuerpo del solenoide.
Extraé el cuerpo de un bolígrafo común, usando unas pinzas y cortá con una sierrita un trozo de tubo de plástico de 6 cm de largo.
También recortá 2 arandelas de cartón semiduro (de una tapa de caja de zapatos) de 2 cm de diámetro exterior y de 6 o 7 mm de diámetro interior, para que entren a presión en el cuerpo del tubo, como muestran las fotos.
Las arandelas se pegan al tubo con cualquier adhesivo y se colocan a 5 mm de cada extremo.
D/ 3. El bobinado.
Necesitarás 30 metros de alambre de cobre esmaltado para bobinado eléctrico de 0,3 mm de espesor. Se consigue en casas de insumos para electrónica.
Cualquier motor de electrodoméstico en desuso te permitirá obtener el alambre de su bobinado interno, siempre y cuando el alambre que obtengas sea de una sola pieza, sin añadidos ni trozos conectados.
Dejando libre un extremo de 15 cm comenzá a envolver el tubo de plástico con vueltas apretadas. La foto te muestra un comienzo del bobinado.
Al terminar de enrollar el alambre, llevá las últimas vueltas hacia el extremo opuesto al del inicio y también aquí deja libre un trozo de 15 cm de alambre. Envolvé las últimas vueltas con cinta de papel, para evitar que se escapen las espiras (así se llama a cada vuelta de alambre). La foto te muestra el solenoide terminado, con sus extremos, (+) y (-) de 15 cm de largo. Con un pedacito de lija o con la hoja del cuter raspá el esmalte de ambos extremos del bobinado en unos 3 cm. Solo así se puede conectar el solenoide con cualquier otro componente, porque el esmalte es aislante.
Para probar que el solenoide funciona, introducí unos pocos milímetros de un clavo en el interior del tubito plástico del solenoide. Tocá con los extremos de alambre los bornes de la batería. El clavo será arrastrado inmediatamente y con bastante fuerza al interior de solenoide. Desconectá los extremos y el clavo cae al volcar el solenoide. Ya no hay imán.
No debés temer a la corriente eléctrica que estamos usando. Ni 9 volts o 12 volts son voltajes peligrosos ni sentirás nada al tocar los alambres, tampoco si usas un transformador.
D/ 4. El cigüeñal.
Doblá con una pinza un alambre de 1,2 mm de espesor y 16,5 cm de largo tal como se indica en la foto.
Si sumamos todos los tramos te sobrarán 3 o 4 mm que cortarás con la parte de corte de la pinza.
Después del propio solenoide esta es la pieza más importante del motor.
El primer tramo de 4 cm, el segundo de los de 2 cm y el último de 3 cm deben estar perfectamente alineados.
D/ 5. Los soportes.
Los soportes del cigüeñal se fabrican doblando un trozo de alambre de 1,2 mm como se ve en la fotografía. Podés hacerlos con una pinza de puntas finas o de plegado. Un muy buen recurso es doblar el alambre alrededor del vástago de un destornillador de aproximadamente 3 mm de diámetro, como te muestra la foto que sigue.
Envolvés el alambre alrededor del cuerpo del destornillador, que es mucho más rígido, tantas veces como te lo pide el diseño: 3 veces en el extremo superior y una sola vez, con un destornillador más grueso, para hacer el orificio inferior.
Cortá los sobrantes con la parte de corte de la pinza que utilices o con un alicate para alambre.
Con un poco de práctica lograrás fácilmente determinar qué medida de alambre necesitás para obtener una pieza de 6 cm de largo, como pide el diseño.
Los soportes terminados te quedarán así.
Los 2 soportes a fabricar deben ser iguales y simétricos en espejo.
Cuando expliquemos el montaje en el capítulo siguiente verás el motivo de esto.
D/ 6. El pistón.
El pistón es la pieza que entra y sale del solenoide. Tiene un movimiento rectilíneo hacia adelante y hacia atrás, alternativamente.
Lo fabricamos con un clavo de 2 pulgadas
( 5 cm) que tiene 3 mm de espesor. Nos quede un vástago de 5 cm, con la cabeza incluída, como se ve en la foto.
Cortamos y perforamos un trozo de 1,3 cm de palito de helado y lo pegamos con pistola de silicona caliente directamente en la cabeza del clavo. Aunque parezca “ mal fijado “, verán que se sostiene sólidamente pegado.
D/ 7. La biela
La biela es la pieza que vincula al pistón con el cigüeñal. El ojal que tiene en uno de sus extremos se insertará en la leva correspondiente, y su barra doblada perpendicular a su eje se insertará en la perforación del cabezal del pistón.
Gracias a la biela, el movimiento rectilíneo del pistón se transformará en movimiento giratorio del cigüeñal.
D/ 8. La base del solenoide.
Es un trozo de aglomerado, de espesor similar a la base del motor y cortado según las medidas que indica la foto.
Sobre esta base sujetaremos al solenoide, como te mostraremos en los capítulos siguientes. La altura de 4 cm de esta base es para que el centro del orificio del solenoide esté a 5 cm de altura sobre la base del motor, igual que los soportes del cigüeñal.
E – EL MONTAJE DEL MOTOR.
E/ 1. Colocar los soportes.
Los soportes se atornillan en los laterales de la base, en la línea media del espesor que tengas y a 1,5 cm del borde.
Ambos soportes deben quedar con el extremo que tiene 3 vueltas “ hacia adentro de la base “, como te muestra la foto, perfectamente alineados entre sí.
Nosotros hemos usado también arandelas para obtener una mejor fijación del soporte pero no son imprescindibles si el tornillo tiene una cabeza suficientemente ancha y sujeta bien al soporte.
E/ 2. Armado de la biela y el cigüeñal.
La biela se instala en su leva con su vástago corto HACIA LA IZQUIERDA. La trabamos con dos trocitos de 5 mm de vaina plástica de un cable común de 1 ó 1,2 mm al que le quitamos el alambre de cobre de su interior. Ésto se hace pelando 2 cm de un trozo de cable y tirando fuertemente del cobre con una pinza.Te quedará la vaina plástica vacía que usaremos como trabas en otras partes del motor.
E/ 3. Montaje del cigüeñal con biela en los soportes.
Aflojá el soporte derecho e inclinalo unos 45º hacia adelante. Esto permitirá poner el cigüeñal en el soporte izquierdo y luego habrá espacio para insertarlo en el derecho. Enderezá y atornillá el soporte derecho otra
vez. Te quedará como en la foto.
Con otras dos trabas de cable vacío en los extremos del cigüeñal impedimos que se deslice. Dejá en total 1,5 cm en el lado derecho y 2,5 cm en el izquierdo. NO TRABES MUY AJUSTADO. Probálo haciéndolo girar con los dedos. Todo debe girar fácilmente.
E/ 4. Montaje del solenoide en su base.
El solenoide (que ya teníamos realizado) se sujeta a su base por medio de precintos.
Se los ubica rodeando a los extremos del tubo plástico que es el eje de la bobina y se ajustan debajo del recorte que preparamos al fabricar la base como muestra la foto.
MUY IMPORTANTE: No olvides raspar totalmente el esmalte en el extremo de los alambres del solenoide, a lo largo de unos 3 cm. La foto muestra los extremos raspados que se ven con color mas claro que el resto del alambre.
E/ 5. Montaje del interruptor.
El interruptor es un trozo de 17 cm de alambre de 1mm ó 1,2 mm, doblado como indica la foto. Se atornilla a la base como se verá en la siguiente foto. Su tramo horizontal elevado es el que debe tocar a la leva del interruptor del cigüeñal para llevar electricidad al solenoide.
Nosotros elegimos alambre de cobre de 1 mm por ser mejor conductor, pero puede hacerse de cualquier otro alambre.
El interruptor se atornilla a la base por el extremo curvado inferior. Se instala a 5 cm del borde opuesto a los soportes y a 2,5 cm del borde derecho.
Observá que “entra” en el espacio de la leva derecha del cigüeñal y esta lo rozará cuando gire.
En el vástago vertical del interruptor que emerge al lado del tornillo conectaremos en su momento uno de los alambres del solenoide.
E/ 6. Instalación del solenoide y el pistón y su unión con la biela.
Como podés ver en la foto izquierda, el pistón se une a la biela utilizando otra vez el recurso de poner dos trabas de vaina de cable vaciado, en este caso rojas, en el vástago corto de la biela.
En la foto derecha llegamos a la antepenúltima etapa de armado del motor: el montaje del solenoide.
Apoyá el solenoide en la plataforma base. Introducí el pistón en su interior. Girá con los dedos el cigüeñal para que la biela quede en posición totalmente horizontal, como en la foto, y entonces mové suavemente el solenoide hacia atrás o adelante hasta que el pistón solo asome unos pocos milímetros, 2 o 3, del interior de la bobina. Acomodá el solenaide de manera tal que la biela quede perpendicular al cigüeñal y entonces esta será la posición definitiva de la bobina. Marcá con un lápiz en la plataforma base el contorno del soporte de madera del bobinado en la posición final que adoptaron después de acomodar todas las partes. Ahora podés separar el pistón del solenoide y a éste de la biela y pegar con silicona caliente el bobinado por su base a la plataforma en el lugar que marcaste.
El motor te quedará así.
Detalles importantes a tener en cuenta:
a/ Para sacar el pistón para corregir o reparar, se debe desarmar su unión con la biela, quitando las trabas rojas. Si no, no se puede.
b/ Ser riguroso con la alineación. Si bien biela y pistón no están en la misma línea - son paralelos -ambos deben quedar en lo posible perpendiculares al cigüeñal.
c/ Distancia saliente del pistón. La cabeza del clavo no debe tocar el borde del tubito plástico del solenoide. 2 mm de saliente serán suficientes.
E/ 7. El volante.
Penúltima etapa: el volante.
Es la pieza 4 de la foto inicial del proyecto, y tiene la misión de arrastrar al cigüeñal para que siga girando cuando el interruptor desconectó la energía del solenoide y se vuelva a conectar el circuito.
En este proyecto lo fabricamos con una rueda de un camión de juguete en desuso.
Para fijarlo al extremo izquierdo del cigüeñal le pegamos un disco de cartón rígido y en él, previa perforación, un trozo de vaina de cable vaciada, nuestro recurso estrella. El agujero en el cartón tiene el mismo diámetro que la vaina que usamos y una vez insertada, la pegamos con la gotita de ambos lados.
E/ 8. Ultima etapa del armado del motor a solenoide: las conexiones.
Las conexiones son muy simples. Son solo tres y las vas a entender muy rápido si mirás con atención la foto.
Una fuente de energía alternativa es conectar los cocodrilos a los terminales de un transformador de 220 v a 12 v.
Ponemos el motorcito en marcha dándole un leve impulso al volante en sentido antihorario.
Funcionará más rápido si le aplicás unas gotas de lubricante W40 en el encuentro del cigüeñal y los soportes.
¿Y a qué jugar con nuestro motorcito ?
En principio podemos atarle un hilo en el eje del cigüeñal, al lado del volante, y ver qué otro juguete con ruedas puede arrastrar (un autito o un camioncito, por ejemplo).
Lo podemos poner al borde de una mesa y verificar que peso es capaz de levantar.
Y todo juego que se te ocurra inventar aprovechando que te fabricaste un motor eléctrico.
por Alberto Teszkiewicz