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MOTORES ELECTRICOS

Introducción Hoy en día podemos observar la utilidad que tienen los motores eléctricos en la vida cotidiana, ya que la variedad de ellos es amplia por lo tanto se pueden utilizar de diferentes maneras y en diferentes aplicaciones. Los podemos encontrar en la casa por ejemplo en licuadoras, aspiradoras, refrigeradores, lavadoras, secadoras, etc. Como también los podemos encontrar en la industria como por ejemplo en: Tornos, taladros, prensas, cierras. Así como también los podemos encontrar en el transporte. La vida del ser humano está ligada con las maquinas eléctricas. Un motor eléctrico es una máquina que transforma energía eléctrica en mecánica, esto quiere decir que ´por medio de la energía eléctrica realizan un trabajo para hacer más fácil la vida al ser humado ya que con ese propósito fueron diseñados. En este ensayo se hablara sobre los motores eléctricos ya que es un tema que debe de interesar a la comunidad porque estos motores no contaminan como los motores de combustión interna que son los que funcionan por medio de algún combustible como la gasolina, diésel, etc. Los motores eléctricos tienen ciertas características las cuales también se mencionaran, algunas de ellas son que esos motores son más pequeños que los de combustión interna y por eso son empleados en electrodomésticos como ya hemos mencionado. Hay dos tipos de motores eléctricos los cuales son los que funcionan con corriente alterna y los que funcionan con corriente continua y dentro de esos dos tipos hay muchos más los cuales también se mencionaran durante el desarrollo de este ensayo, como también se mencionaran los primeros motores eléctricos y quienes fueron sus inventores, como funcionan, algunas ventajas de estos y muchas cosas más.

DESARROLLO

Planteamiento del problema A lo largo del tiempo hemos visto como no solo nuestra comunidad sino que el mundo entero se va contaminando cada día mas por culpa de los seres humanos ya que aventamos desperdicios al aire libre sin importarnos cuanto tiempo tardaran en degradarse, pero también existe una contaminación en el medio ambiente demasiado grande la cual se produce por medio de las empresas, vehículos personales o de transporte y otros objetos los cuales funcionan con motores de combustión interna, un motor de combustión interna es aquel que funciona con algún tipo de combustible como puede ser la gasolina, el diésel, etc. Estos motores al quemar el combustible arrojan humo por el escape al cual se le llama dióxido de carbono el cual va ascendiendo hasta la capa atmosférica. (cumbre pueblos, 2017) Este tipo de contaminación produce algunas consecuencias como pueden ser: Lluvia acida: Es la acumulación de vapores y gases tóxicos; el aire se va contaminando de forma directa con una buena proporción de ácidos que van cayendo en el agua de las lluvias; permitiendo dañar desde las tierras; hasta los cultivos de cualquier siembra. (national geographic, 2010) Efecto invernadero: Este es el fenómeno caracterizado por la inclusión de muchos tipos de gases dentro de la capa de la atmósfera; pues va colaborando en la retención de calor emanado en todo el planeta. Por consiguiente; la temperatura de la tierra va manteniéndose mucho más cálida de lo que sería sin este efecto, rebotando sobre la superficie terrestre y quedando atrapado por largo tiempo. Salud respiratoria: A lo largo de los años se ha podido determinar que el aire contaminado influye de forma directa en la función pulmonar para el proceso respiratorio; siendo un gran factor predisponente para los ataques cardíacos; o también enfermedades mortales como el cáncer pulmonar entre otras enfermedades producto del humo; como el EPOC. Y muchas consecuencias más pero estas tres son las más importantes y las que más nos afectan a los seres humanos es por eso que se realiza este ensayo con el propósito de que las personas se interesen e informen de los motores eléctricos y vean las grandes ventajas que estos tienen en comparación a los motores de combustión interna.

Antecedentes

El principio de la conversión de la energía eléctrica en energía mecánica por medios electromagnéticos fue demostrado por el científico británico Michael Faraday en 1821 y consistido en un alambre libre que cuelga que sumerge en una piscina de mercurio. Un permanente imán fue colocado en el medio de la piscina del mercurio. El alambre rotado alrededor del imán, demostrando que la corriente dio lugar a un campo magnético circular alrededor del alambre. Este motor se demuestra a menudo en clases de la física de la escuela, pero salmuera (agua salada) se utiliza a veces en lugar del mercurio tóxico. Ésta es la forma más simple de una clase de los motores eléctricos llamados motores homopolar. Un refinamiento más último es Rueda de Barlow. Éstos eran dispositivos de la demostración, inadecuados a los usos prácticos debido a la energía limitada. (Cardenas, 2016) El primer motor eléctrico usando los electroimanes para las piezas inmóviles y que rotaban fue demostrado cerca Ányos Jedlik en 1828 Hungría, que desarrolló más adelante un motor bastante de gran alcance para propulsar un vehículo. El primer conmutador- mecanografíe el motor eléctrico continuo capaz de un uso práctico fue inventado por el científico británico Esturión de Guillermo en 1832. El trabajo del esturión de siguiente, un conmutador-tipo motor eléctrico continuo hecho con la intención del uso comercial fue construido por el americano Thomas Davenport y patentado en 1837. Aunque varios de estos motores fueron construidos y utilizados para funcionar el equipo tal como una prensa, debido al alto coste de energía de batería primaria, los motores eran comercialmente fracasados y Davenport arruinaba. Varios inventores siguieron el esturión en el desarrollo de los motores de la C.C. pero todos encontraron las mismas ediciones del coste con energía de batería primaria. No se había desarrollado ninguna distribución de la electricidad en ese entonces. Como el motor del esturión, no había mercado comercial práctico para estos motores. El motor moderno de la C.C. fue inventado por accidente en 1873, cuando Gramo de Zénobe conectó dínamo él había inventado a una segunda unidad similar, conduciéndolo como motor. Máquina del gramo era el primer motor eléctrico que era acertado en la industria. En 1888 Nikola Tesla inventó el primer practicable Motor de CA y con él el sistema polifásico de la transmisión de energía. Tesla continuó su trabajo en el motor de CA en los años para seguir en la compañía de Westinghouse. (carolina, 2010)

¿Qué es un motor eléctrico? Un motor eléctrico es un tipo de motor el cual funciona a base de energía eléctrica por medio de la cual realizan movimientos y dichos movimientos completan una función, un motor eléctrico lo podemos observar en cualquier parte como puede

ser en nuestras casa en la cocina por ejemplo una licuadora, la cual al suministrarle energía realizan un trabajo, también los refrigeradores, batidoras, etc. También los encontramos en las industrias en tornos, taladros, prensas y también con los avances tecnológicos lo hemos ´podido encontrar en motores de vehículos los cuales traen grandes baterías que se cargan y después de estar completamente cargadas el automóvil está listo para recorrer ciertas distancias dependiendo a la energía que tengan las baterías. El motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden convertir energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dinamo. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se diseñan adecuadamente. (wikipedia, 2019)

¿Cómo funciona un motor eléctrico? Un motor eléctrico funciona con corriente que circula por un conductor, el cual genera un campo magnético. Si a este campo magnético se le contrapone otro campo magnético y el conductor tiene libertad de movimiento se consigue movimiento. Todo motor se basa en la idea de que el magnetismo produce una fuerza física que mueve los objetos. En dependencia de cómo uno alinee los polos de un imán, así podrá atraer o rechazar otro imán. En los motores se utiliza la electricidad para crear campos magnéticos que se opongan entre sí, de tal modo que hagan moverse su parte giratoria, llamado rotor. En el rotor se encuentra un cableado, llamado bobina, cuyo campo magnético es opuesto al de la parte estática del motor. El campo magnético de esta parte lo generan imanes permanentes, precisamente la acción repelente a dichos polos opuestos es la que hace que el rotor comience a girar dentro del estator Si el mecanismo terminara allí, cuando los polos se alinearan el motor se detendría. Por ello, para que el rotor continúe moviéndose es necesario invertir la polaridad del electroimán.

La forma en que se realiza este cambio es lo que define los dos tipos de motor eléctrico. (Lelyen, 2011) Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor, por el que circula una corriente eléctrica, se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. Tipos de motores eléctricos. Un motor es esencial para realizar una función en un trabajo, se sabe que existen dos tipos de corriente la continua y la alterna ambas son de gran importancia, pero se ultilizan dependiendo del trabajo que se vaya a realizar, hoy en dia son mas ultilizados los motores de corriente alterna por su versatilidad y confiabilidad, sin embargo los motores de corriente directa son mas practicos en cuestiones de trabajos pequeños como por ejemplo: objetos que ultilizen una batería o pilas sin necesidad de estarlo conectando a un corriente. Se clasifican en dos tipos lo que funcionan con corriente directa en los cuales se encuentran los motores en serie, paralelo y compound. Los motores de corriente alterna se dividen en síncrono, asincrono Motores de corriente directa: Un motor eléctrico de Corriente Continua es esencialmente una máquina que convierte

energía

eléctrica

en movimiento o

trabajo

mecánico,

a

través

de medios electromagnéticos. Existen tres tipos de motores de corriente continua o directa los cuales son los motores paralelos, en serie y los motores compound siendo estos los mas ultilizados en la industria. Paralelo: Es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar. (wikipedia, 2019). Al igual que en los dinamos paralelos, las bobinas

principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande. Compound: Es un motor de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducido, inductor serie e inductor auxiliar. Serie: El motor

serie o motores

de

excitación

en

serie,

es

un

tipo

de motor

eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie, El voltaje aplicado es constante, mientras que el campo de excitación aumenta con la carga, puesto que la corriente es la misma corriente de excitación. El flujo aumenta en proporción a la corriente en la armadura, como el flujo crece con la carga, la velocidad cae a medida que aumenta esa carga. Motores de corriente alterna: Su funcionamiento se basa en la obtención de un campo magnético giratorio, dentro de este campo se encuntra un electroimán que gira a la misma velocidad que el campo cuando esto sucede se dice que es un motor síncrono. Motor monofásico asíncrono:

Se encuentra conformado de dos pares de bobinas perpendiculares, una de ellas se conecta directamente a la corriente alterna, generando un campo magnético oscilante. En la otra bobina se intercala un condensador cuya misión es desfasar la corriente que llega a la bobina 90° (eléctricos) respecto a la corriente de la bobina anterior, con lo cual el campo

magnético que genera esta segunda bobina estará también desfasado respecto al anterior. Motor trifásico síncrono:

Los motores trifásicos consiguen un campo magnético giratorio, el cual tiene un rótor constitutido por un electroimán. No es un motor que generer mucha corriente por la complicación que obtiene al alimentar el inductor con corriente alterna y el inducido con corriente continua, pero su velocidad de giro es fija e igual a la de sincronismo. Motor trifásico asíncrono: Se encuentra formado por un rotor, el cual puede ser de dos tipos: jaula de ardilla o de enbobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras este tipo de bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. Ademas en las bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también de 120º, posteriormente se

induce

un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. El campo magnético variable inducira una tensión eléctrica en el rotor generando asi un trabajo (Faraday, 1831) Características Los parámetros de operación de una máquina designan sus características, es importante determinarlas, ya que con ellas conoceremos los parámetros determinantes para la operación de la máquina. Las principales características de los motores eléctricos son: 

Potencia: Es la rapidez con la que se realiza

un trabajo; en física la

Potencia = Trabajo/tiempo, la unidad del Sistema Internacional para la potencia es el joule por segundo, y se denomina watt (W). Sin embargo

estas unidades tienen el inconveniente de ser demasiado pequeñas para propósitos industriales. Por lo tanto, se usan el kilowatt (kW) y el caballo de fuerza (HP) que se definen como:

1 kW =

1000 W

1 HP

747 W = 0.746 kW

=

1 kW = 

1.34 HP

Voltaje: También llamada tensión eléctrica o diferencia de potencial, existe entre dos puntos, y es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva de un punto a otro: Dónde:

E



=

Voltaje o Tensión

VA

=

VB

=

Potencial del punto A

Potencial del punto B

Corriente: La corriente eléctrica [I], es la rapidez del flujo de carga [Q] que pasa por un punto dado [P] en un conductor eléctrico en un tiempo [t] determinado. Dónde:

I

=

Corriente eléctrica

Q

=

Flujo de carga que pasa por el punto P

t

=

Tiempo



Corriente nominal: En una máquina, el valor de la corriente nominal es la cantidad de corriente que consumirá en condiciones normales de operación.



Corriente de vacío: Es la corriente que consumirá la máquina cuando no se encuentre operando con carga y es aproximadamente del 20% al 30% de su corriente nominal.



Corriente de arranque: Todos los motores eléctricos para operar consumen un excedente de corriente, mayor que su corriente nominal, que es aproximadamente de dos a ocho veces superior.



Corriente a rotor bloqueado: Es la corriente máxima que soportara la máquina cuando su rotor esté totalmente detenido.



Revoluciones por minuto (R.P.M.) o velocidad angular: Se define como la cantidad de vueltas completas que da el rotor en el lapso de un minuto; el símbolo de la velocidad angular es omega [W], no obstante, en la industria se utilizan también para referirse, la letras: “N” o simplemente las siglas R.P.M. (Telergia, 2006)

Ventajas 

Tamaño y peso son más reducidos.



Se puede construir de cualquier tamaño.



La gran mayoría de los motores eléctricos son máquinas reversibles pudiendo operar como generadores, convirtiendo energía mecánica en eléctrica.



Son silenciosos, limpios y apenas vibran, por tener como medio de funcionamiento la electricidad.



Los motores de eléctricos (de cc y cda) son fáciles de manipular, siendo controlables tanto en el arranque como en el paro.



La ausencia de emisión de gases.



El motor de inducción, que es bastante simple y muy eficiente. La mayoría de los motores eléctricos puede ofrecer grandes potencias por tiempos cortos



Reducción de las emisiones de dióxido de carbono y mucho más



Los motores eléctricos son más silenciosos que los de motor de combustión. A este respecto, lo que para algunos es una ventaja (Flores, 2010)



Tamaño y pesos son más reducidos.



Se puede construir de cualquier tamaño.



Tiene un par de giro elevado y según el tipo de motor Prácticamente constante.



Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 80% Aumentado el mismo a medida que se incrementa la potencia de la maquina).



la gran mayoría de los motores eléctricos son máquinas reversibles Pudiendo operar como generadores, convirtiendo energía mecánica En eléctrica. (Cardenas, 2016)

Aplicaciones Un motor eléctrico usa la energía eléctrica para producir energía mecánica, a través de la interacción de campos magnéticos y conductores corriente. El proceso inverso, produce energía eléctrica desde la energía mecánica y es llevado a cabo por un generador o dínamo. Los motores de tracción usados en vehículos a menudo realizan ambas tareas. Muchos tipos de motores eléctricos pueden ser usados como generadores, y viceversa. Los motores eléctricos son encontrados en aplicaciones tan diversas como abanicos industriales, sopladores y bombas, máquinas, herramientas, aparatos electrodomésticos, herramientas eléctricas, y unidades de disco. Estos pueden ser impulsados por la corriente directa o por la corriente alterna de una rejilla de distribución eléctrica central. Los motores más pequeños pueden ser encontrados en relojes de pulsera eléctricos. Los motores de tamaño medio de dimensiones y características muy estandarizadas

proporcionan

el

poder

mecánico

conveniente

para

usos

industriales. Los motores eléctricos mucho más grandes son usados para la propulsión de grandes barcos, y para objetivos tales como compresores de tubería. Los motores eléctricos pueden ser clasificados por la fuente de energía eléctrica, por su construcción interna, por su aplicación, o por el tipo de movimiento que ofrecen. Los motores eléctricos son usados en muchas de las máquinas modernas. Los usos obvios estarían en las máquinas rotativas como abanicos, turbinas, taladradoras,

las

ruedas

en

transportadoras. (Cano, 2012).

coches

eléctricos,

locomotoras

y

bandas

Objetivos. Objetivo general. -

Aprender todo el conocimiento relacionado hacia los motores eléctricos.

-

Analizar su importancia en la ingieneria.

Objetivos específicos. -

Entender el funcionamiento de un motor eléctrico.

-

Identificar los diferentes tipos de motores eléctricos.

-

Conocer su uso y aplicaciones.

-

Definir sus características y diferencias de cada motor eléctrico.

-

Aprender a ultilzar las diferentes formulas para resolver un problema sobre los motores eléctricos.

-

Analizar su importancia en la vida cotidiana.

Usos: Los motores eléctricos se utilizan en la gran mayoría de las máquinas modernas. El pequeño tamaño permite introducir motores potentes en máquinas de pequeño tamaño, un ejemplo son (taladros o batidoras). La elevada eficiencia de estos motores lo convierte en el motor ideal para la tracción de transportes pesados como trenes; así como la propulsión de barcos, a través del sistema Diéseleléctrico. Cambio de sentido de giro Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna se siguen unos simples pasos tales como: 

Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente.



Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases.

De corriente continua 

Para motores de corriente continua es necesario invertir los contactos del par de arranque.

Justificación: El motivo de este trabajo lo hemos desarrollado con el fin de dar a conocer más acerca del funcionamiento de un motor eléctrico, y de las diferentes leyes que se aplican en el mismo. Además sirve como base de estudio y conocimiento para futuras generaciones de ingenieros que deseen ampliar más su conocimiento acerca de este tema que es muy importante hoy en día ya que debido a la contaminación ambiental en un futuro no muy lejano se aumentara la producción de estos motores un 55%.

Toda esta investigación la realizamos con el objetivo principal de manifestar afondo la importancia que tiene un motor eléctrico.

Conclusión: En

conclusión

toda

máquina

en movimiento o trabajo mecánico

que ,esto

convierte sucede

energía a

eléctrica través

de medios electromagnéticos es considerada esencialmente un motor eléctrico, algunos

de

los motores eléctricos

son

reversibles,

pueden

transformar

energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. El principio de funcionamiento de todo motor se basa en que tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación. Los Motores eléctricos se clasifican en Motores de Corriente Directa Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, utilizan corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Los Motores de Corriente Alterna que son los tipos de motores más usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de energías "normales". Los Motores Universales Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente continua y corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que es baja. Para efectuar el cambio de sentido de giro en los motores eléctricos de corriente alterna monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente o con unos relevadores, Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia trifásica y Para motores de corriente directa es necesario invertir los contactos del par de arranque.

Fuentes: https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico

BRYAN