Motores Eléctricos: Funcionamiento, Características y Consideraciones Clave

Motor Eléctrico: Definición y Principio Básico

Un motor eléctrico es un aparato que realiza la conversión electromecánica de energía para producir un movimiento rotatorio en su eje.

Principio de Funcionamiento

Al girar un imán cerca de un disco conductor, su campo magnético corta el disco e induce corrientes en él. Como estas corrientes crean flujos electromagnéticos y se encuentran en el seno de un campo magnético, se desarrolla una fuerza electromotriz que hace que el disco tienda a seguir al imán en su rotación. El disco gira en el mismo sentido que el imán, pero a menor velocidad. Si la velocidad fuera la misma, no habría movimiento relativo y, por tanto, no se inducirían corrientes en el disco.

Campo Giratorio

Con la alimentación de una bobina, la polaridad N-S cambiará con la misma frecuencia que la corriente alterna. Sin embargo, para conseguir el efecto de giro, debemos añadir un condensador. La corriente que atraviesa este condensador se desfasa respecto a la del primer bobinado, creando así el campo magnético giratorio necesario.

Tipos y Características de Motores Eléctricos

Motores Trifásicos

Estos motores utilizan 3 bobinas alimentadas por un sistema trifásico, donde el desfase entre fases es de 120º. Para cambiar el sentido de giro, solo hay que intercambiar dos de las fases de alimentación entre sí.

Designación Constructiva (IM)

La designación IM proporciona información sobre la parte constructiva del motor respecto a la forma de sujeción y al posicionamiento del eje (por ejemplo, V para vertical, B para horizontal).

Normalización

Los motores eléctricos suelen seguir normativas internacionales y regionales como:

• IEC (Comisión Electrotécnica Internacional)
• EN (Normas Europeas)
• NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos de EE. UU.)

Grado de Protección (IP)

El código IP indica la clase de protección contra la penetración de sólidos y líquidos en el motor. Un grado de protección mínimo común es IP44.

Aspectos Térmicos y de Rendimiento

Pérdidas y Calentamiento

En la conversión de energía eléctrica a mecánica se producen pérdidas, principalmente disipadas en forma de calor. Esto provoca un aumento de la temperatura del motor.

Los bobinados se impregnan de un barniz aislante. Los esmaltes están calculados para una temperatura límite (Clase de aislamiento, CI). Si se supera esa temperatura, el aislamiento se deteriora. Cuando un motor se sobrecalienta, pueden producirse cortocircuitos entre los hilos del bobinado, reduciendo la resistencia, aumentando la intensidad y, finalmente, quemando el motor.

Ventilación

Existen principalmente tres tipos de sistemas de ventilación en un motor:

• Aletas del rotor: Situadas en los extremos del rotor, ayudan a distribuir el aire del interior uniformemente.
• Aletas del estator: Son las aletas exteriores de la carcasa. Sirven para evacuar más rápidamente el calor al aumentar la superficie de contacto con el aire exterior.
• Ventilador: Generalmente acoplado al eje en la parte trasera, absorbe aire del exterior forzándolo a circular por la superficie aleteada del motor para refrigerarlo.

Aspectos Mecánicos

Vibraciones y Equilibrado

Las vibraciones pueden generar ruido excesivo y fatigas mecánicas. El equilibrado del rotor se realiza añadiendo contrapesos o quitando material del núcleo. El equilibrado puede ser:

• Sin chaveta
• Con media chaveta
• Con chaveta entera

El centrado del rotor respecto al estator es crucial y está determinado por el entrehierro (el espacio entre la superficie interna del estator y la externa del rotor). Este espacio debe ser uniforme en toda la circunferencia.

Parámetros de Funcionamiento

Clase de Servicio (CS)

Indica el modo de trabajo para el que está diseñado el motor, dependiendo de los ciclos de carga y pausa. Por ejemplo:

• S1 (Servicio continuo): Funcionamiento con carga constante durante tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio térmico.

Velocidad de Sincronismo

Hace referencia a la velocidad del campo magnético giratorio del estator. Esta velocidad depende de:

• La frecuencia de la alimentación eléctrica (Hz).
• El número de polos del motor.

Intensidad de Arranque

Es la corriente que absorbe el motor en el instante de la conexión a la red. Suele ser significativamente alta, típicamente unas 6 veces la intensidad nominal. A menor velocidad, mayor intensidad (durante el arranque).

Deslizamiento

Es la diferencia relativa entre la velocidad de sincronismo y la velocidad real del rotor, expresada generalmente en porcentaje.

Factor de Potencia (FP)

Indica el desfase entre la tensión aplicada y la intensidad consumida por el motor. Es una medida de la eficiencia con la que el motor utiliza la energía eléctrica.

Instalación y Mantenimiento

Prescripciones Generales de Instalación

• El motor debe ser fácilmente accesible para inspección y mantenimiento.
• Debe ubicarse en un compartimiento limpio y bien ventilado, asegurando que los orificios de ventilación no estén obstruidos.
• Es recomendable colocar una segunda placa de características en un lugar visible si la original queda oculta.
• Indicar claramente el sentido de giro requerido por la máquina accionada.

Aspectos Ambientales y Montaje

• No disminuir la eficacia del sistema de ventilación. Mantener una distancia mínima entre la rejilla del ventilador y cualquier pared u obstáculo.
• Evitar la exposición directa a los rayos del sol o fuentes de calor intensas.
• En montajes verticales con el eje hacia abajo, considerar el uso de un deflector o "sombrerito" para proteger contra la caída de objetos o líquidos.

Tipo de Bases de Montaje:

• Deslizante: Permite regular la posición del motor, útil para tensar poleas y correas.
• Fija (Pernos): Fijación directa a la bancada.
• Regulable: Cuando el motor precisa ajustes finos de posición.

Acoplamiento:

La transmisión del movimiento puede ser:

• Directa (eje con eje)
• Por engranajes
• Mediante poleas y correas

Conexión Eléctrica

• Utilizar cable de aislamiento adecuado para la tensión y temperatura.
• La sección del cable debe ser acorde a la potencia y la intensidad nominal del motor.
• Emplear terminales adecuados para la conexión en la caja de bornes.
• La entrada de cables no debe alterar el grado de protección IP del motor.
• Instalar un circuito de protección adecuado (guardamotor, relé térmico, fusibles).
• Realizar las conexiones (puentes) en la caja de bornes según la tensión de alimentación disponible (ej. estrella o triángulo).

Averías Comunes

Causas de Fallos Frecuentes (Ejemplos de distribución):

• Sobrecargas: ~30%
• Contaminación: ~19%
• Ausencia de fase / Desequilibrio de tensión: ~14%
• Fallos de rodamientos: (Variable, pero significativa)
• Humedad: (Variable)

Investigación de Averías

Un proceso sistemático incluye:

1. Observar: Recopilar información sobre los síntomas del fallo (ruidos, olores, temperatura, comportamiento).
2. Deducir: Plantear hipótesis sobre las posibles causas.
3. Investigar: Realizar mediciones y comprobaciones (resistencia de bobinados, aislamiento, tensión, corriente, vibraciones).
4. Separar: Desacoplar el motor de la carga para determinar si el problema reside en el motor o en la máquina accionada.
5. Identificar Causa Raíz: Determinar el origen fundamental del problema para evitar recurrencias (no solo reparar el síntoma).