MOTOR ELECTRICO

Vamos aprender qué es un motor eléctrico, cómo funcionan los diferentes tipos de motores, de corriente continua y alterna, síncronos y asíncronos, y las partes de un motor eléctrico.

Índice de Contenidos

- ¿Qué es un Motor Eléctrico?
- El Electromagnetismo
- Regla de la Mano Izquierda
- Funcionamiento del Motor Eléctrico
    - Motores de Corriente Continua
    - Motores de Corriente Alterna
- Partes de un Motor Eléctrico
- ¿Quién Inventó el Motor Eléctrico?

¿Qué es un Motor Eléctrico?

Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias.

Transforman una energía eléctrica en energía mecánica de rotación en un eje.

Tienen múltiples ventajas, entre las que cabe citar su economía, limpieza, comodidad y seguridad de funcionamiento.

Su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y repulsión establecidas entre un imán y un hilo conductor (bobina) por donde hacemos circular una corriente eléctrica.

Solo seria necesario una bobina (espiras con un principio y un final) un imán y una pila para hacer pasar la corriente eléctrica por las espiras para construir un motor eléctrico.

El motor eléctrico ha reemplazado en gran parte a otras fuentes de energía, tanto en la industria como en el transporte, las minas, el comercio, o el hogar.

Recuerda también se pueden llamar "motor electromagnético".

Pero expliquemos todo esto mucho mejor y desde el principio.

El Electromagnetismo

Todo empezó gracias al científico Hans Christian Oersted que comprobó como colocando un cable alrededor o cerca de una brújula, si hacia pasar una corriente por el cable, la aguja de la brújula, que está unida a un imán giratorio, se movía.

Lo que hacía el cable, al que le atravesada una corriente eléctrica, era mover el imán de la brújula que estaba dentro de la espira.

De esta forma demostró la relación que había entre la electricidad y el magnetismo.

Descubrió el electromagnetismo.

Recordamos que un campo magnético es una región del espacio donde existen fuerzas magnéticas (fuerzas que atraen o repelen metales).

Esta propiedad de atraer metales se llama magnetismo.

Un campo magnético lo puede generar un imán con dos polos, polo Norte (N) y polo sur (S).

Los polos se encuentran en los extremos del campo generado por el imán.

campo magnetico

Antes del descubrimiento de Oersted, ya se sabía que un imán tiene un campo magnético y que cuando este campo se junta con otro campo magnético, el de otro imán por ejemplo, los imanes se mueve por atracción o repulsión (se atraen o repelen).

Si acercas dos imanes, cuando se juntan los campos magnéticos generados por cada uno de ellas, los imanes se mueven.

Imanes con polos iguales enfrentados se repelen, polos distintos se atraen.

Pero... ¿Qué demostró Oersted con su experimento?.

Pues algo importantísimo para poder posteriormente crear un motor eléctrico.

Oersted con el experimento que explicamos antes dedujo que lo que sucedía era que se creaba un campo magnético alrededor del cable al hacer pasar por él una corriente eléctrica.

¡¡¡Por eso se movía la brújula (imán) al pasar corriente por el conductor, porque había 2 campos magnéticos enfrentados!!!

Ahora ya no solo podemos crear un campo magnético con un imán, ahora según el descubrimiento de Oersted, podemos generar un campo magnético por medio de electricidad, haciendo pasar una corriente por un conductor.

Imán ==> Campo Magnético

Electricidad ==> Campo Magnético

Las dos fuerzas magnéticas, una creada por la corriente por el conductor y la otra por la del propio campo magnético del imán, interactúan haciendo que la aguja de la brújula, que está fija a un imán, gire.

En definitiva había creado un pequeño motor eléctrico.

Metía corriente por el cable y hacía girar un eje, el de la brújula.

Electricidad ==> Campo Magnético ==> Rotación Mecánica

Podemos hacerlo al revés, dejar fijo (estático) el imán y dentro del campo creado por el imán meter un conductor con corriente con posibilidad de moverse, en lugar del imán movible.

Seguimos teniendo 2 campos magnéticos que se juntan al meter el conductor dentro del campo del imán.

Recuerda dos imanen enfrentados = fuerza de atracción o repulsión.

Ahora el que se moverá será el cable conductor.

De esta forma es como se construyen los motores eléctricos de corriente continua.

motor electromagnetico


¿Qué sucede?

Que se moverá el conductor en lugar del imán.

¿Cómo será su movimiento?

La fuerza creada por los campos del imán y del conductor
moverá el conductor perpendicular al campo creado por el imán fijo (arriba o abajo).

Una corriente + campo magnético = movimiento.

La dirección de la corriente por el conductor determinará que este suba o baje.

Si el campo magnético es horizontal y el conductor está vertical, el conductor se desplazará saliendo o entrando del imán, en lugar de subir o bajar.

motor electrico

La pregunta es...

¿Cómo puedo saber la dirección del movimiento del conductor dentro del campo magnético estático del imán?

Es muy fácil averiguarlo con la regla de la mano izquierda.

Regla de la Mano Izquierda

Colocamos la mano izquierda con el dedo índice en dirección del campo magnético creado por el imán (de Norte a Sur).

Dirección del campo magnético B

Los otros 3 dedos, menos el pulgar, en la dirección de la corriente eléctrica (I) por el conductor (ver en la imagen siguiente).

La posición del pulgar nos dice la dirección del movimiento del conductor
(en la imagen F, hacia arriba).

F = Fuerza que mueve el conductor.

Fíjate en la imagen siguiente:
motor electromagnetico
El funcionamiento de estos motores es por inducción electromagnética, por eso también se llaman motores de inducción.

Inducción Electromagnética = una corriente, induce (crea) un campo magnético que a su vez crea un movimiento.

Ya sabemos mover un conductor por medio de una corriente eléctrica que circula por el.

Ahora veamos nuestro motor eléctrico

¿Cómo Funciona un Motor Eléctrico?

Tanto los motores de corriente continua (c.c) como los de corriente alterna (c.a) funcionan por inducción electromagnética, o lo que es lo mismo, un campo magnético induce o produce una fuerza rotatoria por un conductor que lleva corriente eléctrica, como vimos anteriormente.

Imagina que ahora tenemos en lugar de un solo conductor, una bobina (conductor enrollado en espiras) enrollada sobre un eje y metemos este conjunto bobina-eje dentro de un campo magnético de un imán de 2 polos estático, que no se puede mover.

Aquí puedes ver un pequeño motor de corriente continua llamado de imanes permanentes, igual al explicado.



Cuando conectemos la bobina a una corriente eléctrica, esta girará dentro del campo magnético del imán por los campo magnéticos generados en los conductores de la bobina y lógicamente girara solidaria a ella el eje al que esta enrollada.

Cuantas más espiras tenga la bobina, incluso cuantas más bobinas tengamos enrolladas en el eje más girará nuestro motor, es decir más potencia.

De forma muy simple, así es cómo funcionan los motores eléctricos.

Aunque el principio de funcionamiento sea el mismo, las causas que producen la rotación en los de corriente continua y los de alterna no son las mismas, por eso los estudiaremos por separado.

Motor de Corriente Continua

Para crear nuestro primer motor de corriente continua, el cable con corriente eléctrica que anteriormente se movía dentro de un campo lo vamos a convertir en una espira (cable enrollado, ver imagen de más abajo).

Al meter la corriente por la espira, es como si tenemos 2 conductores enfrentados (por uno entra la corriente y por el otro sale), un lado de la espira subirá y el otro bajará, ya que por un lado la corriente entra y por el otro lado de la espira la corriente sale.

¿Y esto que produce?.

Pues produce un giro de la espira, un par de fuerzas con sentido contrario.

Hemos conseguido hacer girar una espira por medio de la corriente eléctrica. ¡¡¡Ya tenemos nuestro motor!!!.

Hemos convertido la energía eléctrica en energía mecánica
en el movimiento del eje.

Veamos el dibujo, fíjate que el sentido de la corriente I a un lado y al otro de la espira es contrario, esto hace que se produzcan fuerzas opuestas a cada lado de la espira = Par de Fuerzas = Giro.

como funciona un motor electrico

La entrada y salida de la corriente, si es corriente continua (motor de corriente continua), tiene siempre el mismo sentido.

Por este motivo debemos colocar lo que se llama el colector de delgas, un anillo cortado por el medio que es el encargado de recoger la corriente desde las escobillas y hacer que la corriente siempre entre y salga por el mismo lado.

Si te fijas esta partido en dos y gira con la espira, por eso al girar posibilita que siempre entre la corriente por el mismos sitio respecto a la espira.

En el caso de la figura la corriente siempre entra por la parte de la espira que está a la izquierda (frente el polo sur del imán fijo) y siempre sale por la parte que está a la derecha (frente al polo Norte del imán fijo) independientemente de la posición de la espira.

El par de fuerzas sobre la espira siempre hace que gire hacia el mismo lado.

Este sería el motor más sencillo, pero lógicamente para que tenga más par (fuerza) lo que haremos será colocar muchas espiras formando una bobina o bobinado o también llamado devanado.

La explicación completa alargaría mucho esta página y por eso si te interesa la puedes ver en el siguiente enlace: Motores de Corriente Continua.

En ese enlace puedes aprender mucho más sobre el funcionamiento y tipos de estos motores.

Motores de Corriente Alterna

El principio de funcionamiento de estos motores se basa en el campo magnético giratorio que crea una corriente alterna trifásica (3 fases) descubierto por Tesla y en el descubrimiento de las corrientes inducida de Faraday.

Nikola Tesla descubrió que una corriente alterna trifásica genera un campo magnético giratorio al circular la corriente de cada una de las 3 fases por una bobina de un electroimán diferente imán con bobina enrollada = electroimán

Fíjate en la siguiente animación:

campo magnetico giratorio motor trifasico

Si tenemos un campo magnético estático dentro de otro campo magnético giratorio, el campo estático girará siguiendo al campo giratorio.

Imagina 2 imanes enfrentados, uno de ellos sujetándolo en nuestras manos y el otro con un eje que lo atraviese y que pueda girar.

Al enfrentarlos con polos opuestos el del eje gira.

Si movemos el que tenemos en nuestras manos (el giratorio), podemos seguir moviendo el del eje (estático), es decir podemos hacer que siga girando.

La explicación completa alargaría mucho esta página y por eso si te interesa la puedes ver en el siguiente enlace: Motores de Corriente Alterna.

En ese enlace puedes aprender mucho más sobre el funcionamiento y tipos de estos motores.

Partes de un Motor Eléctrico

Lógicamente cuantas más espiras y más imanes tenga nuestro motor, mayor será su fuerza, ya que se sumarían todas las fuerzas de todas las espiras e imanes.

Su colocamos las espiras sobre (enganchadas) a un eje, las espiras al girar harán que gire el eje.

Esta parte móvil, el eje con las espiras, es lo que se llama el Rotor del motor.

Estas espiras se llaman bobinado del motor, tiene un principio, en la primera espira, y un final en la última espira.

En definitiva es un solo cable que lo enrollamos en muchas espiras.

Por el principio de este bobinado será por donde entre (metamos) la corriente eléctrica y saldrá por el final.

Si ahora colocamos varios imanes fijos alrededor de este rotor, tendremos una parte fija que se llama el Estator.

Todo este bloque, rotor y estator, irá colocado sobre una base para que pueda girar el rotor (sobre rodamientos) y que además cubrirá todo el bloque para que no se vea.

Este bloque es lo que se llama la Carcasa del motor.

Además todos los motores eléctricos tienen escobillas por donde entra y sale la corriente al bobinado y además los de c.c. (corriente continua) tienen delgas.

Fíjate en la imagen siguiente, puedes ver todas las piezas de un motor eléctrico:

partes de un motor electrico
partes de un motor de corriente alterna

Los motores eléctricos que se utilizan hoy en día tiene muchas espiras llamadas bobinado (de bobinas) en el rotor (parte giratoria) y un imán grande llamado estator colocado en la parte fija del motor alrededor del rotor.

También hay motores que su bobinado lo tienen en el estator y el rotor sería el imán como podemos ver en la figura del estator bobinado de abajo.

que es un motor electrico

Hay muchos tipos de motores eléctricos, puedes verlos todos aquí: Tipos de Motores Eléctricos.

Vamos a ver como se podría construir un motor eléctrico muy sencillo en el siguiente video.

Si te fijas es de rotor bobinado, ya que la parte que gira es donde están las espiras y el estator es el imán.

¿Quién Inventó el Motor Eléctrico?

El motor eléctrico no fue inventado por un individuo.

Como has podido comprobar los descubrimientos e invenciones de muchas personas diferentes fluyeron hacia el desarrollo del motor eléctrico.

Veamos algunas de estas personas y sus descubrimientos hasta llegar al motor eléctrico actual.

- En 1820 Hans Christian Orsted descubrió que los conductores a través de los cuales fluye la corriente forman un campo magnético .

Fue el primero en utilizar la corriente eléctrica para generar un campo magnético y poner en movimiento la aguja de una brújula.

En el mismo año, el francés André-Marie Ampére inventó el solenoide.

- En 1821 Michael Faraday presentó los resultados de su trabajo sobre "rotación electromagnética".

En sus diseños, un conductor móvil giraba alrededor de un imán fijo y un imán móvil giraba alrededor de un conductor fijo.

- En 1822, el matemático y físico Peter Barlow construyó la rueda de Barlow que lleva su nombre.

La rueda de radios metálicos giraba entre las piezas polares de un imán en forma de U.

- En 1825 , William Sturgeon inventó el primer electroimán funcional con núcleo de hierro para fortalecer el campo magnético.

- 1832 construyó Hippolyte Pixii el primer aparato rotatorio para generar corriente alterna.

- 1834 desarrollaron Moritz Herman Jacobi el primer motor eléctrico giratorio generado, con una potencia de aproximadamente 15 W.

Su segundo motor, que se presentó al público en 1838, ya tenía una potencia de 300 W y se utilizaba en un barco.

- En 1839, MH Jakobi construyó un motor con una potencia de 1000 W.

Pero otros inventores como el escocés Robert Davidson y los holandeses Christopher Becker y Sibrandus Stratingh también experimentaron y desarrollaron motores eléctricos al mismo tiempo.

No fue hasta 1866, cuando la generación de energía eléctrica fue posible a gran escala,  cuando el motor eléctrico se hizo cada vez más popular y reemplazó gradualmente a las máquinas de vapor que se habían utilizado hasta ese momento.

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