¿Qué es y cómo funciona un motor eléctrico?

Enciende un interruptor y obten potencia instantánea: ¡a nuestros antepasados les habría encantado los motores eléctricos! Puede encontrarlos en todo tipo de vehículos, desde trenes eléctricos hasta coches teledirigidos, y puede que te sorprendas de lo comunes que son. ¿Cuántos motores eléctricos hay en tu habitación ahora mismo?

Probablemente hay dos en tu ordenador para empezar, uno haciendo girar tu disco duro y otro encendiendo el ventilador de refrigeración. Si estás sentado en un dormitorio, encontrarás motores en secadores de pelo y muchos juguetes; en el baño, están en ventiladores extractores y afeitadoras eléctricas; en la cocina, los motores están en casi todos los electrodomésticos, desde lavadoras de ropa y lavaplatos hasta molinillos de café, microondas y abrelatas eléctricas.

Los motores eléctricos han demostrado ser uno de los inventos más grandes de todos los tiempos. ¡Vayamos a averiguar cómo funcionan los motores eléctricos!

Electricidad, magnetismo y movimiento

La idea básica de un motor eléctrico es realmente simple: se le pone electricidad en un extremo y gira un eje (varilla de metal) en el otro extremo, dándole la potencia para conducir una máquina de algún tipo. ¿Cómo funciona esto en la práctica? Exactamente, ¿cómo convertir la electricidad en movimiento? Para encontrar la respuesta a esto, tenemos que retroceder en el tiempo casi 200 años.

Supón que coges un trozo de alambre ordinario, lo conviertes en un gran bucle y lo colocas entre los polos de un poderoso imán de herradura permanente. Ahora, si conectas los dos extremos del cable a una batería, el cable saltará brevemente. Es increíble cuando ves esto por primera vez. ¡Es como magia! Pero hay una explicación perfectamente científica. Cuando una corriente eléctrica comienza a arrastrarse a través de un determinado cable, éste crea un campo magnético alrededor.

Si pones un cable cerca de un imán, este campo magnético temporal interactúa con el campo del imán de manera constante. Sabrás que dos imanes colocados uno cerca del otro atraen o repelen. De la misma manera, el magnetismo temporal alrededor del alambre atrae o rechaza el magnetismo permanente del imán, y eso es lo que hace que el alambre salte.

motor eléctrico

Cómo funciona un motor eléctrico (en la teoría)

La relación entre electricidad, magnetismo y movimiento fue descubierta originalmente en 1820 por el físico francés André-Marie Ampère (1775-1867) 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 y cepillos de dientes, tenemos que ir un poco más allá.

Los inventores que lo inventaron fueron los ingleses Michael Faraday (1791-1867) y William Sturgeon (1783-1850) y el estadounidense Joseph Henry (1797-1878). Así es como llegaron a su brillante invento.

Supongamos que doblamos nuestro alambre en un lazo cuadrado, en forma de U, de modo que haya efectivamente dos alambres paralelos corriendo a través del 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 alambres, la Regla de Fleming de la mano izquierda nos dice que los dos alambres 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 en el camino de hacer un motor eléctrico. Pero eso no puede suceder con nuestra configuración actual: los cables se enredarán rápidamente. No sólo eso, sino que si la bobina pudiera girar lo suficiente, pasaría algo más. Una vez que la bobina alcanzaba la posición vertical, se volteaba, por lo que la corriente eléctrica fluía a través de ella en sentido contrario.

Ahora las fuerzas a cada lado de la bobina revertirían. En lugar de girar continuamente en la misma dirección, se movería de nuevo en la dirección en la que acababa de llegar! Imagínate un tren eléctrico con un motor como este: seguiría arrastrando los pies de un lado a otro en el acto sin ir a ninguna parte.

como funciona un motor eléctrico

Cómo funciona un motor eléctrico (en la práctica)

Hay dos maneras de resolver este problema. Una es utilizar un tipo de corriente eléctrica que periódicamente invierte la dirección, lo que se conoce como corriente alterna (CA). En el tipo de motores pequeños, alimentados por baterías que usamos en casa, una mejor solución es añadir un componente llamado conmutador en los extremos de la bobina.

Esto simplemente significa cambiar de ida y vuelta de la misma manera que viajar significa viajar de ida y vuelta. 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 gire media vuelta. Un extremo de la bobina está conectado a cada mitad del conmutador.

La corriente eléctrica de la batería se conecta a los terminales eléctricos del motor. Estos alimentan la energía eléctrica en el conmutador a través de un par de conectores sueltos llamados cepillos, hechos de piezas de grafito (carbono suave similar al “plomo” del lápiz) o longitudes delgadas de metal elástico, que (como su nombre indica) “cepillo” 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 simple y experimental como éste no es capaz de generar mucha potencia. Podemos aumentar la fuerza de giro (o par) que el motor puede crear de tres maneras: o bien podemos tener un imán permanente más potente, o bien podemos aumentar la corriente eléctrica que fluye a través del alambre, o podemos hacer que la bobina tenga muchas “vueltas” (bucles) 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 dentro de él. Cuanto más juntos estén el imán y la bobina, mayor será la fuerza que el motor puede producir.

Aunque hemos descrito un número de diversas piezas, puedes pensar en un motor como teniendo apenas dos componentes esenciales:

  • Hay un imán permanente (o imanes) alrededor del borde de la carcasa del motor que permanece estático, por lo que se le llama estator de un motor.
  • Dentro del estator, está la bobina, montada en un eje que gira a alta velocidad, y esto se llama rotor. El rotor también incluye el conmutador.
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