Motores

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Puede encontrar motores en todo, desde trenes eléctricos hasta automóviles con control remoto y es posible que se sorprenda de lo comunes que son. ¿Cuántos motores eléctricos hay en la habitación con usted ahora mismo? Probablemente hay dos en su computadora para empezar, uno girando su disco duro y otro que enciende el ventilador de enfriamiento. Si está sentado en un dormitorio, encontrará motores en los secadores de pelo y muchos juguetes; en el baño, hay extractores y afeitadoras eléctricas; En la cocina, los motores están en casi todos los electrodomésticos, desde lavadoras de ropa y lavavajillas hasta molinillos de café, microondas y abrelatas eléctricos. Los motores eléctricos han demostrado ser uno de los mayores inventos de todos los tiempos.

¿Cómo el electromagnetismo hace que un motor se mueva?

La idea básica de un motor eléctrico es realmente simple: se le pone electricidad en un extremo y un eje (varilla de metal) gira en el otro extremo, lo que da la potencia para impulsar una máquina. ¿Cómo funciona esto en la práctica? ¿Cómo se convierte la electricidad en movimiento?

Suponga que toma un trozo de cable normal, lo convierte en un bucle grande y lo coloca entre los polos de un poderoso imán de herradura permanente. Ahora, si conecta los dos extremos del cable a una batería, el cable saltará brevemente. Esto ocurre porque cuando una corriente eléctrica comienza a deslizarse a lo largo de un cable, crea un campo magnético a su alrededor. Si coloca el cable cerca de un imán permanente, este campo magnético temporal interactúa con el campo del imán permanente. Sabrá que dos imanes colocados uno cerca del otro se atraen o se repelen. De la misma manera, el magnetismo temporal alrededor del cable atrae o repele el magnetismo permanente del imán, y eso es lo que hace que el cable salte.

¿Cómo funciona un motor eléctrico, teóricamente?

El vínculo entre electricidad, magnetismo y movimiento fue descubierto originalmente en 1820 por el físico francés André-Marie Ampère (1775–1836) y es la ciencia básica detrás de un motor eléctrico. Pero si queremos convertir este asombroso descubrimiento científico en una tecnología más práctica para alimentar nuestras cortadoras de césped eléctricas y cepillos de dientes, tenemos que ir un poco más allá. Los inventores que hicieron eso fueron los ingleses Michael Faraday (1791–1867) y William Sturgeon (1783–1850) y el estadounidense Joseph Henry (1797–1878).

Suponga que doblamos nuestro cable en un bucle cuadrado en forma de U de modo que efectivamente haya dos cables paralelos que atraviesan el campo magnético. Uno de ellos nos quita la corriente eléctrica a través del cable y el otro nos devuelve la corriente. Debido a que la corriente fluye en direcciones opuestas en los cables, la regla de la mano izquierda de Fleming nos dice que los dos cables se moverán en direcciones opuestas. En otras palabras, cuando encendemos la electricidad, uno de los cables se moverá hacia arriba y el otro hacia abajo.

Si la bobina de alambre pudiera seguir moviéndose así, rotaría continuamente y estaríamos bien encaminados para hacer un motor eléctrico. Pero eso no puede suceder con nuestra configuración actual: los cables se enredarán rápidamente. No solo eso, sino que si la bobina pudiera girar lo suficiente, sucedería algo más. Una vez que la bobina alcanza la posición vertical, se voltea, por lo que la corriente eléctrica fluye a través de ella en sentido contrario. Ahora las fuerzas a cada lado de la bobina se revertirían. En lugar de girar continuamente en la misma dirección, se movería hacia atrás en la dirección en la que acababa de llegar. Por ejemplo: un tren eléctrico con un motor como este seguiría moviéndose hacia adelante y hacia atrás en el lugar sin llegar a ninguna parte.

¿Cómo funciona un motor eléctrico, prácticamente?

Por un lado tenemos los motores que utilizan una especie de corriente eléctrica que invierte periódicamente la dirección, lo que se conoce como corriente alterna (CA). En el tipo de motores pequeños que funcionan con baterías que usamos en el hogar, una mejor solución es agregar un componente llamado conmutador a los extremos de la bobina. En su forma más simple, el conmutador es un anillo de metal dividido en dos mitades separadas y su trabajo es invertir la corriente eléctrica en la bobina cada vez que la bobina gira media vuelta. Un extremo de la bobina está unido a cada mitad del conmutador. La corriente eléctrica de la batería se conecta a los terminales eléctricos del motor. Éstos alimentan energía eléctrica al conmutador a través de un par de conectores sueltos llamados cepillos, hechos de piezas de grafito (carbón blando similar a la “mina” de un lápiz) o trozos delgados de metal elástico, que (como su nombre indica) “rozan” contra el conmutador. Con el conmutador en su lugar, cuando la electricidad fluye a través del circuito, la bobina girará continuamente en la misma dirección.

Un motor experimental simple como este no es capaz de generar mucha potencia. Podemos aumentar la fuerza de giro (o par) que el motor puede crear de tres maneras: con un imán permanente más potente, aumentando la corriente eléctrica que fluye a través del cable o podemos hacer que la bobina tenga muchas “vueltas” de alambre muy fino en lugar de una “vuelta” de alambre grueso. En la práctica, un motor también tiene el imán permanente curvado en forma circular de modo que casi toca la bobina de alambre que gira en su interior. Cuanto más cerca estén el imán y la bobina, mayor será la fuerza que puede producir el motor.

Aunque hemos descrito varias partes diferentes, puede pensar que un motor tiene solo dos componentes esenciales: un imán permanente (o imanes) alrededor del borde de la caja del motor que permanece estático, por lo que se llama estator de un motor. Dentro del estator, está la bobina, montada sobre un eje que gira a alta velocidad, y esto se llama rotor. El rotor también incluye el conmutador.

Motores universales

Por otro lado, los motores de corriente continua (CC) son excelentes para juguetes que funcionan con baterías (trenes en miniatura, automóviles controlados por radio o afeitadoras eléctricas), pero no se los encuentra en muchos electrodomésticos. Los pequeños electrodomésticos (cosas como molinillos de café o batidoras eléctricas) tienden a usar lo que se llaman motores universales, que pueden funcionar con CA o CC. A diferencia de un motor de CC simple, un motor universal tiene un electroimán, en lugar de un imán permanente, y toma su energía de la energía de CC o CA que usted alimenta. Cuando se alimenta en CC, el electroimán funciona como un imán permanente convencional y produce un campo magnético que siempre apunta en la misma dirección. El conmutador invierte la corriente de la bobina cada vez que la bobina se voltea, al igual que en un motor de CC simple, por lo que la bobina siempre gira en la misma dirección.
Sin embargo, cuando se alimenta  en CA, la corriente que fluye a través del electroimán y la corriente que fluye a través de la bobina se invierten, exactamente en paso, por lo que la fuerza en la bobina siempre está en la misma dirección y el motor siempre gira en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario. ¿Qué ocurre con el conmutador? La frecuencia de la corriente cambia mucho más rápido de lo que gira el motor y, debido a que el campo y la corriente siempre están sincronizados, en realidad no importa en qué posición se encuentre el conmutador en un momento dado.

Otros tipos de motores eléctricos

En motores universales y de CC simples, el rotor gira dentro del estator. El rotor es una bobina conectada a la fuente de alimentación eléctrica y el estator es un imán permanente o electroimán. Los motores de CA grandes (utilizados en máquinas de fábrica por ejemplo) funcionan de una manera ligeramente diferente: pasan corriente alterna a través de pares opuestos de imanes para crear un campo magnético giratorio, que “induce” (crea) un campo magnético en el rotor del motor, lo que provoca que gire. Si toma uno de estos motores de inducción y lo “desenvuelve”, de modo que el estator se coloque efectivamente en una pista larga y continua, el rotor puede rodar a lo largo de él en línea recta. Este ingenioso diseño se conoce como motor lineal y lo encontrará en cosas como máquinas de fábrica y ferrocarriles flotantes “maglev” (levitación magnética).

Otro diseño interesante es el motor de CC sin escobillas (BLDC). El estator y el rotor se intercambian efectivamente, con múltiples bobinas de hierro estáticas en el centro y el imán permanente girando alrededor de ellas, y el conmutador y las escobillas se reemplazan por un circuito electrónico. Los motores paso a paso, que giran a través de ángulos controlados con precisión, son una variación de los motores de CC sin escobillas.

Fuente: https://www.explainthatstuff.com/electricmotors.html

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