Los motores eléctricos son dispositivos electromecánicos capaces de transformar energía eléctrica en energía mecánica. En la gran mayoría de casos, su movimiento es rotativo, y la energía mecánica viene dada por el par motor y la velocidad de rotación.
A nivel industrial, los motores eléctricos desempeñan un papel fundamental porque hacen funcionar bombas, ventiladores, sopladores, mezcladores, chillers e impulsan compresores y transportadores.
Los motores eléctricos permiten realizar movimientos rápidos, precisos, continuos, con o sin cambio de velocidades y estas aplicaciones requieren su propia tecnología de motores.
Lo primero que hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar motores eléctricos, es identificar los tres grandes grupos de motores que hay en el mercado:
Motor asíncrono de corriente alterna, monofásico o trifásico
Motor síncrono: El motor de corriente continua, sin escobillas, etc.
Motor paso a paso
Para escoger el tipo de motor a seleccionar, es necesario determinar la aplicación para la que se requiere:
Si se necesita que un motor funcione de forma continua y con pocos cambios de marcha, lo ideal es un motor asíncrono.
Para aplicaciones dinámicas, es esencial contar con un motor síncrono.
Si se necesita un posicionamiento preciso, lo mejor será elegir un motor paso a paso.
En función del movimiento que se necesite, también se deben determinar el tamaño del motor y las especificaciones técnicas:
Para determinar las especificaciones técnicas, es necesario determinar la potencia, par y velocidad del motor.
Para determinar el tamaño, se debe saber cuánto espacio ocupará el motor y cómo se montará.
A la hora de escoger la solidez del motor y las dimensiones, hay que considerar el entorno industrial en el que funcionará el motor:
Existe un formato adaptado a cada tipo de entorno: explosivo, húmedo, corrosivo, alta temperatura, etc.
Para los entornos difíciles existen motores con carcasas reforzadas, impermeables, resistentes a los golpes o a la suciedad.
Por último, en los últimos años, la eficiencia energética se ha convertido en un factor importante a tener en cuenta a la hora de seleccionar motores eléctricos. Un motor eléctrico reducirá el coste energético al consumir menos energía.
Ambos tipos de motores están construidos de manera diferente. La diferencia fundamental es la fuente de alimentación que puede ser corriente alterna monofásica o trifásica o corriente continua. La otra diferencia es la velocidad que en un motor de corriente continua se controla variando la corriente en el motor, mientras que en un motor de corriente alterna se controla variando la frecuencia, normalmente con un convertidor de frecuencia.
Los motores de CA son los más populares en la industria porque presentan múltiples ventajas:
Son sencillos de construir
Son más económicos debido a un menor consumo en el arranque
Son más robustos y suelen tener mayor vida útil
Requieren poco mantenimiento
Debido a su funcionamiento, que requiere de la sincronización entre la rotación del rotor y la frecuencia de la corriente, la velocidad de los motores de CA permanece constante. Son ideales para aplicaciones que requieren un movimiento continuo y pocos cambios de marcha y se utilizan mucho en bombas, transportadores y ventiladores aunque también pueden integrarse en sistemas que no requieren una gran precisión si se utilizan con velocidad variable.
Por otro lado, las funciones de control de velocidad los hacen más caros que otros motores y existen dos tipos de motores de CA: monofásicos y trifásicos.
Los motores monofásicos se caracterizan por:
Potencia eléctrica que determina el par
Número de polos, que define la velocidad de rotación
Método de fijación: brida o soportes
Eficiencia
Son menos industriales porque son menos potentes
Pueden utilizarse en la red eléctrica doméstica.
Los motores trifásicos se caracterizan por:
Una arquitectura que permite transmitir una potencia eléctrica mucho mayor que la de un motor de tensión monofásica
Se usan en entornos industriales
Se usan para infraestructuras y equipos que requieren una gran potencia eléctrica
Los motores de corriente continua también son muy comunes en aplicaciones industriales porque poseen ventajas según el formato:
Son precisos y rápidos
Su velocidad puede controlarse variando la tensión de alimentación
Son fáciles de instalar, incluso en sistemas móviles
El par de arranque es elevado
El arranque, la parada, la aceleración y la inversión se realizan rápidamente
Son adecuados para aplicaciones dinámicas que requieren una gran precisión en términos de velocidad, como en el caso de ascensores, o de posición, como los robots o las máquinas herramienta. También pueden ser ventajosos para aplicaciones que requieren una gran potencia.
Sin embargo, presentan ciertos inconvenientes en función de su estructura si se comparan con los motores de corriente alterna, pues están formados por muchas piezas que se desgastan y son caras de sustituir y además son menos comunes porque son menos adecuados para aplicaciones de gran potencia.
Los motores de corriente continua con escobillas se utilizan cada vez menos en aplicaciones industriales. Para una potencia menor, se utilizan en su lugar motores de corriente alterna, ya que requieren poco mantenimiento para usos similares.
Los fabricantes muchas veces optan por motores de CA con controlador eléctrico porque las piezas de los motores de CC son demasiado caras de sustituir. La combinación de un motor de CA y un variador de frecuencia se ha convertido en una solución rentable para la mayoría de las aplicaciones que requieren variaciones de velocidad.
Motor sin escobillas vs. motor con escobillas
A la hora de seleccionar motores eléctricos de corriente continua, se debe distinguir entre aquellos que tienen escobillas y los que no.
Los motores con escobillas son los más sencillos y utilizados, sobre todo en los equipos industriales básicos y las aplicaciones de bajo presupuesto. Los motores con escobillas tienen ciertas ventajas:
Son fáciles de controlar
El par a bajas revoluciones es muy bueno
Son baratos
Existen cuatro tipos de motores con escobillas en función de su uso:
Devanado en serie: El estator está conectado en serie con el rotor y la velocidad se controla variando la tensión de alimentación. Este tipo de control de la velocidad es bastante malo porque la velocidad disminuye en cuanto aumenta el par del motor. Es útil para aplicaciones que requieren un par de arranque elevado, como los coches o las grúas.
Devanado: El estator está conectado en paralelo al rotor, lo que permite obtener un par mayor sin reducir la velocidad al aumentar la corriente del motor. Es adecuado para aplicaciones con velocidades constantes, como aspiradoras o cintas transportadoras.
Devanado compuesto: Combina la estructura de los motores bobinados en serie y los motores bobinados en derivación. Ofrece un alto par de arranque, así como una mayor variación de velocidad. Es perfecto para prensas rotativas, ascensores, carruseles de equipaje, bombas centrífugas y compresores.
Imán permanente: Contiene un imán permanente que permite un par bajo y es útil para aplicaciones que requieren un control preciso, como la robótica o los servosistemas.
Sin embargo, todos los motores con escobillas tienen importantes desventajas:
Son menos eficientes que los motores sin escobillas (75-80% frente al 85-90% de los motores sin escobillas).
Su vida útil es corta porque las escobillas, debido a la fricción se desgastan más rápidamente con el tiempo (entre 1.000 y 10.000 horas de funcionamiento en función de la frecuencia de uso, la potencia, la velocidad, las vibraciones, etc.)
El arco de las escobillas y del colector puede generar ruidos electromagnéticos que pueden crear incendios.
El riesgo de que se produzcan chispas debido a la fricción hace que no sea conveniente utilizar este tipo de motores en entornos explosivos.
La velocidad suele estar limitada debido al calentamiento de las escobillas.
Las escobillas de grafito generan polvo que puede dañar otros dispositivos, como los ópticos.
Necesitan lubricación, lo que hace imposible su uso en aspiradoras.
Los motores sin escobillas compensan muchos de los puntos débiles de los motores con escobillas, como la presencia de éstas. Pero estos motores también tienen otras ventajas:
Pueden funcionar a mayor velocidad (hasta 100.000 rpm frente a las 20.000 rpm de los motores con escobillas).
Tienen una vida útil más larga (más de 10.000 horas de funcionamiento)
Son más fiables y eficaces.
No tienen piezas de desgaste, salvo los rodamientos, lo que reduce las operaciones de mantenimiento.
El hecho de que estos motores pueden funcionar a velocidades muy elevadas los hace especialmente adecuados para amoladoras, ventiladores o sierras.
Los motores sin escobillas están equipados con un codificador, un sensor que permite la conmutación electrónica y la determinación de la posición del rotor. Por tanto, estos motores son perfectos para las aplicaciones de precisión de los servomotores.
Sin embargo, tienen ciertas desventajas:
El coste inicial es elevado porque es necesario integrar un dispositivo de conmutación específico.
Además, suelen requerir un reductor de engranajes en las aplicaciones de accionamiento.
Un servomotor transforma un impulso eléctrico en un movimiento angular. Es útil para aplicaciones que requieren un control de posición en bucle abierto.
Existen varios factores clave antes de seleccionar un servomotor que debe tener en cuenta, uno de ellos es la categorías del servomotor:
Motor de reluctancia variable: Con las mismas características eléctricas, este tipo de motor es menos potente pero más rápido que un motor de imanes permanentes.
Motor de imán permanente: es un motor de bajo coste y baja resolución media (hasta 100 pasos/revolución).
Motor híbrido: Combina los dos tipos de tecnología anteriores pero es más caro. Tiene la ventaja de un mejor par y una mayor velocidad. Tiene una resolución de 100 a 400 pasos/revolución.
Los motores de imanes permanentes y los motores híbridos son los más utilizados porque tienen ciertas ventajas:
Son precisos
Son económicos
Son robustos
Son de construcción sencilla
El par es alto en el arranque y a bajas velocidades
Sin embargo, también presentan algunas desventajas:
La velocidad y el par son relativamente bajos
El par disminuye bruscamente al aumentar la velocidad
Generan vibraciones que pueden crear problemas de resonancia
Existe el riesgo de sobrecalentamiento
Al seleccionar motores eléctricos paso a paso, es importante tener en cuenta lo siguiente:
El par y la carga
El número de pasos
Las dimensiones del motor (peso, bridas de montaje, etc.)
El coste
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