Patrimonio ETSII

Durante el apogeo de la máquina de vapor en la industria, los científicos e ingenieros de mitad del siglo XVIII estaban realizando una serie de descubrimientos sobre la electricidad y el magnetismo muy interesantes. A medida que se realizaban los experimentos que darían explicación a los fenómenos electromagnéticos, surgieron algunos motores primitivos, que usaban la electricidad, incluso antes de entender cómo funcionaba, realmente, la inducción electromagnética. 

Michael Faraday y Joseph Henry, en 1831 y 1832, consiguieron predecir cómo un campo magnético interactúa con un circuito eléctrico para producir una fuerza electromotriz (EMF), un fenómeno al que denominaron inducción electromagnética. Es decir, se podía crear una fuerza que moviera un conductor eléctrico dentro de un campo magnético generado por imanes. Más tarde, Heinrich Lenz establecería el sentido de esta fuerza.

Con este descubrimiento, comenzó una carrera entre la comunidad científica para desarrollar un motor de inducción eléctrica fiable, seguro y eficiente. Desde el principio existieron dos puntos de vista a la hora de aproximarse al diseño, algunos recurrieron a la corriente continua, alimentando el motor con un valor de tensión constante, y otros a corriente alterna, variando el valor de tensión de alimentación con el tiempo. Estos últimos, aunque más difíciles de controlar, eran más adecuados para los sistemas de distribución de energía eléctrica que usaban corriente alterna para reducir las pérdidas en su transporte. Esta carrera terminó alrededor del principio del siglo pasado, cuando se llegó a un diseño más o menos unificado, que aún podemos ver en los motores de alterna usados actualmente. 

Este diseño está formado por los siguientes elementos:

• Rotor: Es la parte móvil, lo que permite el giro del eje. Para ello, el rotor generalmente tiene conductores por las que circula una corriente, que interactúa con el campo magnético del estator para generar las fuerzas que hacen girar el eje. 

• Cojinete / soporte: Formados por rodamientos que sujetan al eje en la carcasa del motor.

• Estator: Aloja el rotor, por lo tanto, se trata de un cilindro hueco metálico. Es la parte fija del circuito electromagnético del motor y generalmente incluye bobinados, es decir, un hilo conductor enrollado capaz de almacenar energía en forma de campo magnético, o también, imanes permanentes. El núcleo del estator está formado por muchas láminas metálicas delgadas. Estas se usan para reducir las pérdidas de energía que resultarían si se usara un núcleo sólido de una sola pieza. 

• Carcasa: La parte exterior de la máquina, amortigua el ruido y las vibraciones y debe ser capaz de soportar los esfuerzos producidos en el interior.

Una vez conocidas las partes más importantes del diseño, podemos distinguir dos tipos de motores según su funcionamiento:

• Motores asíncronos: Al aplicar corriente alterna trifásica, la que suministra la red eléctrica, a las bobinas del estator, se produce un campo magnético giratorio, conocido como campo rotante, cuya frecuencia será igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor. Este campo al girar alrededor del rotor induce una tensión eléctrica que generará unas corrientes en el mismo. Estas producirán a su vez un campo magnético que seguirá el movimiento del campo estatórico, produciendo una fuerza o par motor que hace que el rotor gire, debido al principio de inducción explicado antes. Es decir, tenemos dos campos magnéticos, el producido por el estator y el del rotor. No obstante, como la inducción en el rotor sólo se produce si hay una diferencia en las velocidades relativas del campo estatórico y el rotórico, la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante. De lo contrario, si ambas velocidades fuesen iguales, no habría inducción y el rotor no produciría par, es decir, el estator “tira” del rotor para que siga girando. A esta diferencia de velocidad se la denomina “deslizamiento” y por esta razón a estos motores se los denomina asincrónicos, ya que la velocidad rotórica difiere levemente de la del campo rotante, no están sincronizados. Jugando con este desfase podemos generar más par o motor para generar más fuerza.

• Motores síncronos: Al igual que los asíncronos, el estator está alimentado por una corriente alterna trifásica, pero el rotor está alimentado por corriente continua. El devanado del estator trifásico que transporta corrientes trifásicas produce un flujo magnético rotativo. El rotor se bloquea con el campo magnético giratorio y gira junto con él. Una vez que el campo del rotor se bloquea con el campo magnético giratorio, se dice que el motor está sincronizado.

En nuestro caso, contamos con dos motores eléctricos. El primero, de color negro, se trata de un motor de corriente continua bipolar, es decir, el estator tiene 4 bobinados, cada par sería el polo norte y otro el sur de cada polo, como un imán, que crean un campo magnético permanente. Si colocamos en su interior un conductor o espira, unida al rotor, podemos generar una fuerza para que este pueda girar, pero como el campo magnético es estático, debemos cambiar el sentido de la corriente que pasa por el conductor para que el movimiento no se detenga. El dispositivo encargado de realizar esta operación se denomina conmutador, que cuenta con unos “cepillos” de un material conductor de electricidad suave como el carbón, encargados de invertir la corriente en el rotor cada media vuelta. Estos cepillos deben ser cambiados regularmente y necesitan de mucho mantenimiento, por lo que ya no son tan usados. Este modelo es de la compañía alemana Siemens-Schuckertwerke y contaba con diferentes tamaños según la potencia requerida, este en concreto es de 19 PS o caballos de fuerza, unos 13,75Kw, y por los catálogos de la época, sabemos que se usaban sobre todo para tareas de elevación (grúas, ascensores, montacargas…). Si los comparamos con los 25 caballos de la máquina de vapor, nos damos cuenta de la importancia que tuvieron a principios del siglo pasado estos motores eléctricos.