miércoles, 22 de junio de 2011

El motor eléctrico


El motor eléctrico de los electrodomésticos


Michael Faraday (1791-1867) desarrolló a finales de 1921, un ingenioso instrumento para demostrar que la energía eléctrica se podía convertir en energía mecánica de rotación (figura I.44). Hoy en día, una versión equivalente de este instrumento se conoce como motor eléctrico. Desde entonces hasta nuestros días, el motor eléctrico ha sentado pauta en todos los quehaceres de la actividad industrial, así como en las cotidianas del hogar, donde su presencia se manifiesta a través de los diversos electrodomésticos. Su funcionamiento está basado en los principios fundamentales del electromagnetismo.

A continuación se describen varios prototipos de motores eléctricos. El primero, se conoce como motor homopolar porque el campo magnético mantiene su polaridad en el espacio e interviene sólo uno de los polos magnéticos en la rotación. Es de fácil construcción; se requiere un imán cilíndrico de neodimio-hierro-boro,  alambre de cobre Nro. 12 y una pila AA de 1,5 V. Con el alambre de cobre se hace la espira rectangular, la cual se coloca sobre la pila como indica la figura I.45; su doblez en forma de V se monta sobre el borne positivo de la pila y sus extremos doblados en arco se ajustan de modo que hagan contacto con la superficie del imán. De esta manera la corriente eléctrica circula por ambos lados de la espira, entra por el polo sur del imán y llega de nuevo a la pila. Como la espira con corriente eléctrica se encuentra dentro del campo magnético del imán, aparece una fuerza magnética F sobre cada uno de los lados de la espira e igualmente un par de fuerza, que la hace girar. Al cambiar la orientación del imán o la pila, cambia el sentido de giro.


Otro modelo de motor homopolar consiste de una espira helicoidal, montada sobre el borne positivo de la pila AA; al borne negativo se le coloca el imán, al cual se adhiere por la atracción magnética sobre el metal, como se muestra en la figura I.46. La espira helicoidal es la que gira en este caso. Funciona igual que antes; la fuerza magnética sobre ella es la responsable de su giro.



Por otra parte,  también se puede hacer el montaje que se muestra en la figura I.47, donde el imán es el cuerpo que gira. En el interior del imán el campo magnético tiene dirección longitudinal y  sentido sur-norte. Cuando el extremo inferior doblado de la espira hace contacto con el imán, circula una corriente eléctrica por su parte interna. Así que de nuevo, una corriente eléctrica circulando dentro de la región de un campo magnético, estará sometida a la acción de una fuerza eléctrica y en consecuencia, actúa un torque que hace girar el imán. 


Finalmente, otro prototipo de motor eléctrico (figura I.48) se propone a continuación; consiste de una bobina circular de aproximadamente de 5 cm de diámetro con 30 vueltas de alambre de cobre esmaltado Nro. 18 y montada en dos soportes de alambre de cobre de calibre Nro. 14. Además, consta de un imán permanente en forma de aro, cables de conexión y una batería.

 Para fabricar la bobina se enrolla alrededor de un cilindro de plástico, vidrio o metal, 30 vueltas de alambre esmaltado. Se dejan unos 5 cm en cada extremo del alambre por fuera de la bobina, para que sirva de eje de rotación. Con lija o el filo de un “exacto”, se le quita completamente el esmalte a uno de los extremos del alambre de la bobina y al otro extremo se le quita sólo la mitad, longitudinalmente. El extremo semidescubierto hace las veces de conmutador y sirve para conectar y desconectar automáticamente la bobina de la batería a medida que gira. A su vez, los extremos de la bobina hacen las veces de eje de suspensión, lo que permite montarla sobre el soporte hecho con alambre esmaltado y con un doblez descubierto (sin esmalte). Hecho esto, se prueba si está balanceada; si no, se le hace el balanceo correspondiente para lograr que permanezca en equilibrio indiferente sobre el soporte. En esta condición, el momento (torque) sobre la bobina es nulo (cero); si la bobina no se encuentra balanceada, el momento efectuado por su propio peso la obliga a girar hasta adoptar una orientación preferencial donde el momento de nuevo es nulo, lo cual no es conveniente porque al girar produce vibraciones indeseables. Para balancearla se colocan en su arco (semicircunferencia) superior contrapesos hechos con pequeños trozos del mismo alambre hasta lograr que el torque sea nulo. Después de esto, está preparada para conectarla a dos pilas grandes de 1.5 V. Por último, debajo de la bobina se coloca el imán permanente en forma de aro de igual o mayor diámetro.


En la figura I.49 se muestra una fotografía de un modelo simplificado de este prototipo de  motor eléctrico con todos sus componentes, y en la figura I.49 un diagrama de un montaje alternativo con el mismo sistema de conmutación.


Este motor eléctrico funciona de la siguiente manera. El campo magnético se establece mediante el imán anular y la corriente se le suministra a la bobina a través de la batería; se conecta y desconecta con el conmutador colocado en uno de los extremos del eje. Sin corriente, la bobina se mantiene en equilibrio indiferente, es decir no adopta una orientación preferencial, si está balanceada. Al conectar la batería, pasa corriente si la parte descubierta del conmutador hace contacto con su soporte inferior; y no pasa, si es la parte esmaltada la que se encuentra en contacto. Es necesario poner a girar la bobina, dándole un pequeño impulso con la mano para que arranque y se mantenga girando.

Este motor funciona de modo análogo al columpio del parque de diversiones, que mediante impulsos, dados en el momento adecuado, logra oscilar con gran amplitud. Así, durante la mitad del tiempo (medio ciclo) que tarda en dar una vuelta, pasa corriente por la bobina al hacer contacto la parte descubierta del conmutador y aparece un par de fuerza (torque) que la obliga a girar en un determinado sentido; pero durante el medio ciclo siguiente, aunque no le pasa corriente, continúa girando debido a la inercia rotacional que posee. Luego de esto, se repite el ciclo y el resultado es que la bobina rota mientras esté conectada o desconectada a la batería.

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