motores eléctricos mapa conceptual
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Comprender el tema
Los motores eléctricos convierten energía eléctrica en energía mecánica mediante la interacción entre campos magnéticos y corrientes. Este mapa conceptual organiza sus principios físicos, los tipos principales como el de corriente continua y el asíncrono, sus componentes esenciales y sus aplicaciones cotidianas e industriales. Es un recurso útil para estudiantes de física que necesitan comprender el funcionamiento, las diferencias entre motores y las leyes electromagnéticas que los sustentan.
Diferencia entre motor de corriente continua y asíncrono
El motor de corriente continua necesita un colector y escobillas para invertir la corriente en el rotor y mantener el giro en el mismo sentido. Esto facilita el control de velocidad, pero las escobillas se desgastan y requieren mantenimiento. El motor asíncrono o de inducción no lleva escobillas: el campo rotatorio del estator induce corrientes en el rotor, que gira ligeramente por debajo de la velocidad síncrona. Es más robusto y barato, por lo que domina la industria, aunque su control de velocidad exige variadores de frecuencia.
El campo magnético rotatorio
En los motores de corriente alterna trifásicos, las tres bobinas del estator reciben corrientes desfasadas entre sí. Cada fase crea un campo magnético propio y la suma de los tres produce un campo resultante que gira alrededor del eje del motor. Este campo rotatorio arrastra al rotor: en el motor síncrono el rotor va acoplado al campo, mientras que en el asíncrono el rotor debe girar más despacio para que exista movimiento relativo y se induzcan corrientes. El deslizamiento es la diferencia entre ambas velocidades expresada en porcentaje.
Rendimiento y pérdidas de energía
Ningún motor convierte toda la energía eléctrica en trabajo mecánico. Las pérdidas por efecto Joule se producen en los bobinados de cobre por su resistencia eléctrica y crecen con el cuadrado de la corriente. Las pérdidas en el hierro provienen de la histéresis y de las corrientes de Foucault en el núcleo. Además, la fricción en rodamientos y la resistencia del aire disipan energía mecánica. El rendimiento depende del tamaño y del régimen de carga: un motor trabajando muy por debajo de su potencia nominal suele ser menos eficiente.
Del motor eléctrico al generador
Un motor y un generador son máquinas reversibles: ambas se basan en la inducción electromagnética descrita por Faraday. Si se suministra energía eléctrica a los bobinados, la máquina produce par motor y gira; si un agente externo hace girar el eje, los bobinados generan tensión eléctrica. Por eso los motores de los vehículos eléctricos pueden actuar como generadores durante la frenada regenerativa, devolviendo parte de la energía cinética a la batería. Esta reversibilidad es una consecuencia directa de las mismas leyes del electromagnetismo.
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Preguntas de repaso
¿Por qué gira el rotor de un motor eléctrico?
Porque la corriente que circula por sus conductores dentro de un campo magnético sufre una fuerza, según la ley de Laplace. Esa fuerza genera un par que hace girar el rotor. En los motores de corriente continua, el colector invierte la corriente en cada media vuelta para que el par mantenga siempre el mismo sentido de giro.
¿Qué es el deslizamiento en un motor asíncrono?
Es la diferencia entre la velocidad síncrona del campo rotatorio del estator y la velocidad real del rotor, expresada normalmente en porcentaje. Si el rotor girara exactamente a la velocidad síncrona, no habría movimiento relativo, no se inducirían corrientes en él y no habría par motor. Por eso el motor asíncrono siempre gira algo más despacio que el campo.
¿Por qué los motores sin escobillas duran más?
Porque eliminan el colector y las escobillas, que son las piezas que se desgastan por fricción y por las chispas eléctricas. En su lugar, la conmutación electrónica de la corriente se encarga de mantener el giro. El resultado es menos mantenimiento, menos ruido y una vida útil mayor, aunque se necesita electrónica de control adicional.