Dispositivo didáctico. Open-Source de Caída Libre: Archivos de Construcción y Código

Se permite su uso y reproducción para uso exclusivo educativo no comercial, como se menciona en la Licencia. Para otros usos, contactar con el autor de correspondencia mencionado en el artículo "Ciencia para todos: Diseño y validación de un dispositivo de bajo costo y código abierto para estudiar la caída libre". Manual de Ensamblaje Este manual detalla el ensamblado mecánico y electrónico del equipo de caída libre. Secciones Principales del Aparato El dispositivo se compone de tres partes fundamentales integradas: 1. Parte mecánica: está compuesta de una estructura vertical que soporta un electroimán. La altura del electroimán se puede ajustar manualmente para variar la distancia de caída del objeto (un balín metálico). En la base del dispositivo se integra un sensor piezoeléctrico que detecta la presión que recibe cuando el balín se deja caer. 2. Parte electrónica: El sistema principal es una placa de adquisición de datos genérica tipo Arduino UNO. La interfaz de usuario incluye una pantalla LCD y botones de control. 3. Parte de Adquisición de Datos: Al presionar un botón, la tarjeta de adquisición de datos desactiva el electroimán y simultáneamente inicia el cronómetro. Cuando el balín golpea la base, el sensor piezoeléctrico detecta el impacto y envía una señal a la tarjeta y detiene el cronómetro. El tiempo de caída se muestra en la pantalla LCD. 1. Lista de Materiales (Bill of Materials - BOM) A continuación, se enlistan los componentes electrónicos, materiales estructurales y las herramientas necesarias para el ensamblaje completo del dispositivo. Componentes Electrónicos: Cantidad Componente 1 Tarjeta de adquisición de datos tipo Arduino uno 1 LCD 16x2 1 módulo I2C 1 Electroimán de 12v, 0.33 A, 5 Kg 1 Sensor piezoeléctrico para arduino 1 Controlador MOSFET IRF520 5 V y 5 A para arduino 1 Switch Push Button con 4 terminales 1 Resistencia 1 k Ω 1, ¼ W 3 Jack 3.5 mm estéreo, encapsulado, para chasis 1 Plug 3.5 mm estéreo 1 Cable auxiliar plug a plug 3.5 mm de 1,8 m, tipo cordón 1 Un metro cable de tres vías Se permite su uso y reproducción para uso exclusivo educativo no comercial, como se menciona en la Licencia. Para otros usos, contactar con el autor de correspondencia mencionado en el artículo "Ciencia para todos: Diseño y validación de un dispositivo de bajo costo y código abierto para estudiar la caída libre". Componentes mecánicos: Cantidad Componente 1 Balín Metálico diámetro de 15.8 mm 1 Parte de piezas en impresión 3D PLA: base, base piezoeléctrico, cover electroimán holder, cover piezoeléctrico, cover rodamientos, electroimán holder, husillo holder, manivela, tornillo sin fin soporte inferior, tornillo sin fin soporte superior. 2 Barras de acero, diámetro: 6.4 mm, longitud: 1.20 m 1 Placa de acero de 14.1 x 10.9 cm y 5 mm de grosor. 1 Tornillo sin fin de 8 mm , longitud de 1.20 m 1 Husillo de 8 mm 2 Baleros de 8 mm 1 Varios Tornillos de 5/32’’ x 5/8’’ y varias tuercas de 5/32” de diámetro. Lista de Herramientas Necesarias  Cualquier Impresora 3D  Soldador de 40W y soldadura estaño  Multímetro digital  Taladro y juego de brocas  Destornilladores  Flexómetro  Pinzasas de corte y de punta 2. Pasos de Ensamblaje Parte Mecánica 1. Impresión de Piezas: Imprimir todas las piezas 3D en la impresora (base, base piezoeléctrico, cover electroimán holder, cover piezoeléctrico, cover rodamientos, electroimán holder, husillo holder, manivela, tornillo sin fin soporte inferior, tornillo sin fin soporte superior.) usando filamento PLA. Como se muestra en la siguiente imagen. Se permite su uso y reproducción para uso exclusivo educativo no comercial, como se menciona en la Licencia. Para otros usos, contactar con el autor de correspondencia mencionado en el artículo "Ciencia para todos: Diseño y validación de un dispositivo de bajo costo y código abierto para estudiar la caída libre". Base Base piezoeléctrico Cover electroimán holder Cover piezoeléctrico Cover rodamientos Husillo holder Se permite su uso y reproducción para uso exclusivo educativo no comercial, como se menciona en la Licencia. Para otros usos, contactar con el autor de correspondencia mencionado en el artículo "Ciencia para todos: Diseño y validación de un dispositivo de bajo costo y código abierto para estudiar la caída libre". Manivela Tornillo sin fin soporte inferior Tornillo sin fin soporte superior Electroimán holder Caja Se permite su uso y reproducción para uso exclusivo educativo no comercial, como se menciona en la Licencia. Para otros usos, contactar con el autor de correspondencia mencionado en el artículo "Ciencia para todos: Diseño y validación de un dispositivo de bajo costo y código abierto para estudiar la caída libre". Tapa Armado de la parte mecánica a. Seguir las siguientes instrucciones. Insertar la placa de acero en el compartimento inferior de la base impresa en 3D, la base de acero debe de contar con las barras de 1.20 m de largo soldadas a la placa de acero cuidando que las barras queden totalmente verticales y realizar un orificio a la base de acero para insertar el tornillo sin fin. Se coloca la parte Tornillo sin fin soporte inferior impresa en 3D que pase por las varillas de acero hasta tapar la base metálica unirla a la base con tornillos, después colocar el balero de 8 mm en el orifico correspondiente, enseguida colocar el tornillo sin fin hasta topar. Se permite su uso y reproducción para uso exclusivo educativo no comercial, como se menciona en la Licencia. Para otros usos, contactar con el autor de correspondencia mencionado en el artículo "Ciencia para todos: Diseño y validación de un dispositivo de bajo costo y código abierto para estudiar la caída libre". Colocar la pieza Cover rodamientos impresa. Soldar el electroimán en el Jack 3.5 mm estéreo como se muestra en la figura y colocar el Jack y el electroimán en la pieza impresa Electroimán holder y por último colocar la tapa Cover electroimán holder. Colocar la pieza impresa Husillo holder en las varillas metálicas y el tornillo sin fin, después colocar el husillo de 8 mm en el tornillo sin fin y atornillarlo a Husillo holder y por último se unen las piezas Husillo holder y Electroimán holder mediante tornillos. Se permite su uso y reproducción para uso exclusivo educativo no comercial, como se menciona en la Licencia. Para otros usos, contactar con el autor de correspondencia mencionado en el artículo "Ciencia para todos: Diseño y validación de un dispositivo de bajo costo y código abierto para estudiar la caída libre". Colocar la pieza impresa Tornillo sin fin soporte superior y nivelarla entre las varillas sujetarla con tornillos y tuercas, insertar el balero de 8 mm en el orificio correspondiente de Tornillo sin fin soporte superior, colocar la parte Cover rodamientos sujetarla con tornillos y por último colocar en el tornillo son fin la pieza Manivela colocando tornillo y tuerca. Colocar el sensor piezoeléctrico en el orifico de la pieza impresa Base piezoeléctrico colocar una especie de goma pequeña encima del piezoeléctrico, soldar el cable de tres vías en la placa del sensor piezoeléctrico como se muestra en la imagen, al soldar el otro extremo del cable al Plug 3.5 mm estéreo respetar las conexiones como es muestra en la imagen. Por último, atornillar la pieza Cover piezoeléctrico. Se permite su uso y reproducción para uso exclusivo educativo no comercial, como se menciona en la Licencia. Para otros usos, contactar con el autor de correspondencia mencionado en el artículo "Ciencia para todos: Diseño y validación de un dispositivo de bajo costo y código abierto para estudiar la caída libre". Parte Electrónica Realizar el siguiente circuito, se podría montar en una placa fenólica con ayuda de la soldadura de estaño y cautín, o podría ser una placa de pruebas de circuitos. Si se llegara a soldar en placa fenólica el circuito, puede utilizar la caja como muestra en la imagen para proteger el circuito, esta cuenta con el espacio para el botón, pantalla lcd, tarjeta de adquisición de datos, etc. Se permite su uso y reproducción para uso exclusivo educativo no comercial, como se menciona en la Licencia. Para otros usos, contactar con el autor de correspondencia mencionado en el artículo "Ciencia para todos: Diseño y validación de un dispositivo de bajo costo y código abierto para estudiar la caída libre". Para el conectar el Jack se debe respetar las conexiones como es muestra en la imagen. Calibración del Sistema Para llevar a cabo la calibración del sistema, guiase por medio del articulo Ciencia para todos: Diseño y validación de un dispositivo de bajo costo y código abierto para estudiar la caída libre.