Humboldt Makerspace magnetic tug of war/Tira y afloja magnético en Humboldt Makerspace

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Ubicación	Arcata , Estados Unidos
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Este proyecto es un concepto para un juego de tira y afloja magnético que utiliza electroimanes accionados por personas y un coche sobre una pista. Fue diseñado por un equipo de la clase ENGR 205 de Cal Poly Humboldt en otoño de 2023, con el objetivo de crear una atracción de mesa para la Facultad de Ingeniería que inspire y eduque a los nuevos estudiantes sobre conceptos de ingeniería.

El objetivo de este proyecto era crear una atractiva exhibición interactiva de mesa para la Facultad de Ingeniería con fines promocionales y educativos. La cliente fue la Dra. Eileen Cashman, jefa del departamento, y su representante, Alison Hodges. Los estudiantes que participaron en el proyecto se autodenominaron "Los Audaces", en referencia a las ideas sumamente ambiciosas que surgieron durante la lluvia de ideas inicial. Este proyecto se desarrolló a lo largo de aproximadamente un semestre, en otoño de 2023, dentro de la asignatura ENGR 205 de Cal Poly Humboldt.

El objetivo de este proyecto es proporcionar a la Facultad de Ingeniería de Cal Poly Humboldt expositores de mesa para informar a los nuevos estudiantes sobre las diferentes disciplinas de ingeniería que se imparten en Cal Poly Humboldt y cómo están involucradas en el diseño de ingeniería, e inspirar interés en los conceptos y la ciencia de la ingeniería.

El objetivo acordado por el equipo era implementar el electromagnetismo y componentes interactivos para crear un juguete de mesa que fomentara la interactividad. Inicialmente, la intención era crear un tren de levitación magnética (Mag Lev) accionado manualmente. Sin embargo, debido a las restricciones de seguridad, el uso de nitrógeno líquido para crear un superconductor no era una opción viable. En su lugar, el equipo intentó crear un tren de juguete que pudiera modelar los conceptos de fuerzas magnéticas permanentes y electromagnetismo.

Consulte las figuras V1 Prototipo n.° 1 y 2 para ver la primera versión funcional del prototipo de levitación magnética. El vagón con forma de soporte y la vía en viga en I no dejaban suficiente espacio para que el público pudiera percibir visualmente las fuerzas magnéticas en acción, aunque sí se podían sentir al tacto.

Consulte la figura V2, "Dibujos conceptuales del prototipo", para ver los dibujos conceptuales de la segunda versión funcional del prototipo Mag Lev. Los problemas de la versión anterior que este nuevo prototipo busca solucionar fueron la visibilidad de las fuerzas magnéticas, así como la resolución preventiva de problemas detectados al girar en las curvas de la vía. En esta etapa también se realizaron pruebas para un circuito paralelo de electroimanes, como se muestra [aquí].

Consulte la figura V2 Prototipo n.° 1 y 2. Al implementar este prototipo, surgieron algunos problemas con respecto a la resistencia del pasador en la parte inferior del automóvil, y dos se rompieron en diferentes puntos durante la construcción de estas pruebas.

Consulte la figura V3, prototipo n.° 1. Casi al final del semestre, fue necesario realizar un cambio importante para ajustarse a las limitaciones de tiempo y a los problemas relacionados con la potencia de los electroimanes y los métodos de propulsión del vagón. La vía se acortó a 4,5 pulgadas y el vagón se ajustó para mejorar la resistencia del pasador inferior. El nuevo objetivo era crear un juego de tira y afloja magnético con el único vagón en la vía más corta, electroimanes y generadores manuales con motores de corriente continua.

• Prototipos
• 
  V1 Prototipo n.° 1 del tren de levitación magnética modelo en forma de T
• 
  V1 Prototipo n.° 2 del tren de levitación magnética modelo en forma de T
• 
  Prototipo V2 n.° 1 de pista + coche impresos en 3D
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  Prototipo V2 n.° 2 de pista + coche impresos en 3D
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  Prototipo V3 n.° 1 de Tira y afloja magnético

El producto final de este proyecto es el juego de la soga, así como un material visual que se exhibirá junto al producto sobre la mesa para explicar los conceptos de física e ingeniería involucrados en el juego.

• Producto final
• 
  Animación de cómo se supone que funciona el juego de la soga magnética.
• 
  Dibujo de prueba de concepto del tira y afloja

Hay una manivela que se acciona manualmente. Esta manivela hace girar dos conjuntos de engranajes: el engranaje más grande, de 50 dientes, está conectado a la manivela y, a su vez, hace girar un engranaje más pequeño de 5 dientes. En el mismo eje, se encuentra otro engranaje de 50 dientes. Este último engranaje hace girar el último, que a su vez acciona un motor de corriente continua (CC) con una entrada de 50 rpm y una velocidad de salida de 5000 rpm, generando así la energía suficiente para el electroimán.

Esta construcción se repite en el otro lado del diseño.

• Construcción del juego de tira y afloja
• 
  Prueba de concepto del tira y afloja
• 
  Primer plano del tira y afloja
• 
  Manivela que genera energía electromagnética

La tabla que aparece a continuación refleja los costes de implementación de nuestro equipo.

1

Encuentra un enemigo

Dado que el juego es competitivo, el primer requisito para jugar es tener un oponente contra quien jugar.

2

Gire la manivela

Gire la manivela para hacer girar el generador y generar electricidad. La electricidad fluirá por los cables conectados hasta el solenoide que rodea el [cilindro de hierro], lo que inducirá un campo magnético que comenzará a afectar al automóvil.

• El costo de mantenimiento anual del proyecto es de $6.50.
• Los archivos de las piezas 3D se proporcionan al cliente.
• Dependiendo del entorno del espacio de almacenamiento, puede ser necesario realizar un mantenimiento periódico a la manivela.
• El cliente deberá enviar una solicitud de mantenimiento al Humboldt Makerspace con los costos de implementación indicados.

A diario

• Lubrique el riel antes de usarlo.

Semanalmente

• Lubrique el riel antes de usarlo.

Mensual

• Cambia de marcha si es necesario.

Anual

• Continúe lubricando antes de usar.
• Continúe cambiando de marcha si es necesario.

Cada 2 años

• Sustituir el motor de CC

Todavía no se ha realizado una prueba totalmente exitosa del nuevo sistema de pivote. En cambio, el enfoque está en la prueba de concepto, con la esperanza de que la información obtenida sirva para mejorar el diseño en el futuro.

Consulte las secciones de Construcción y Operaciones.

- Los valores de la organización.

- Cómo funciona el electromagnetismo

- Comunicación

Los conceptos de este proyecto tienen el potencial de ser útiles en diversas situaciones, como la sustitución de interruptores automáticos grandes y pesados ​​para mejorar la seguridad de los sistemas eléctricos, o en puertas o portones de apertura rápida. Los siguientes pasos para esta implementación en particular deberían consistir en perfeccionar el concepto, así como en mejorar la estética de la carcasa y demás componentes, siempre que sea posible.

El equipo Audacious del otoño de 2023 estuvo compuesto por los siguientes estudiantes:

• Jahni Caldwell
• Paloma Rall
• Ian Berry
• Madcen Murillo-Suvia