Motores eléctricos: Parte I

Para los alumnos de Tecnología Industrial II, tenéis los primeros apuntes del tema. “Motores eléctricos”, correspondientes al Bloque II del tema. Ya os iré subiendo el resto de los apuntes. Sacadle partido.

¡Bájate el archivo !

Motores electricos-parte I

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Construyendo motores eléctricos

Un motor eléctrico parece una máquina compleja y, de hecho, si analizas uno real, comprobarás una infinidad de elementos y componentes. Sin embargo, construir uno sencillo, basándose en los principios básicos de su funcionamiento puede no ser tan complejo. Indaga en estos vídeos y busca ideas para la construcción de un motor eléctrico.

Mecanismo de biela y manivela

Este mecanismo transforma el movimiento circular de la manivela en un movimiento alternativo del

Conjunto cigüeñal, biela y pistón

Conjunto cigüeñal, biela y pistón

pie de una biela, que es una barra rígida,  cuyo extremo está articulado y unido a la manivela.  Este sistema también funciona a la inversa, es decir, transforma el movimiento alternativo de la biela en un movimiento de rotación de la manivela. Este mecanismo es esencial, pues se utiliza en motores de combustión interna, máquinas de vapor, máquinas de coser, herramientas mecánicas, etc. En el caso de los motores de los coches, la manivela es sustituida por el cigüeñal, que arrastra los pistones del motor a través de las bielas.

En la siguiente imágen se puede observar el mecanismo en acción en el que se aprecia la biela (de color gris) unida a la manivela (circular) por un extremo. El otro extremo de la biela tiene el movimiento alternativo ya citado en el que podría fijarse, por ejemplo, un pistón. Véase también Motores de combustión.

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Sistema simple de poleas con correa

El sistema de poleas con correa más simple consiste en dos poleas situadas a cierta distancia, que giran a la vez por efecto del rozamiento de  una correa con ambas poleas. Las correas suelen ser cintas de cuero flexibles y resistentes. Es este un sistema de transmisión circular puesto que ambas poleas poseen movimiento circular.

En base a esta definición distinguimos claramente los siguientes elementos:

Sistema de poleas con correa

Sistema de poleas con correa

1. La polea motriz: también llamada polea conductora: Es la polea ajustada al eje que tiene movimiento propio, causado por un motor, manivela,

… En definitiva, este eje conductor posee el movimiento que deseamos transmitir.

2. Polea conducida: Es la polea ajustada al eje que tenemos que mover. Así, por ejemplo: en una lavadora este eje será aquel ajustado al tambor que contiene la ropa.

3. La correa de transmisión: Es una cinta o tira cerrada de cuero, caucho u otro material flexible que permite la transmisión del movimiento entre ambas poleas. La correa debe mantenerse lo suficientemente tensa pues, de otro modo, no cumpliría su cometido satisfactoriamente.

Según el tamaño de las poleas tenemos dos tipos:
1. Sistema reductor de velocidad: En este caso, la velocidad de la polea conducida ( o de salida) es menor que la velocidad de la polea motriz (o de salida). Esto se debe a que la polea conducida es mayor que la polea motriz.

En el siguiente vídeo se puede apreciar un mecanismo reductor de poleas con correa. Observa como la polea motriz es menor que la polea conducida la cual gira a mayor velocidad.

Con la correa cruzada se puede lograr que el sentido de giro de la polea conducida sea contrario al de la polea motriz.

2. Sistema multiplicador de velocidad: En este caso, la velocidad de la polea conducida es mayor que la velocidad de la polea motriz. Esto se debe a que la polea conducida es menor que la polea motriz.

La velocidad de las ruedas se mide normalmente en revoluciones por minuto (rpm) o vueltas por minuto.

Los sistemas de poleas con correa presentan una serie de ventajas que hacen que hoy en día sean de uso habitual. Veamos algunas de ellas:

  • Posibilidad de transmitir un movimiento circular entre dos ejes situados a grandes distancias entre sí.
  • Funcionamiento suave y silencioso.
  • Diseño sencillo y costo de fabricación bajo.
  • Si el mecanismo se atasca la correa puede desprenderse y, de este modo, se para. Este efecto contribuye a la seguridad probada de muchas máquinas que emplean este mecanismo como pueden ser taladros industriales.

Sin embargo, también este sistema presenta algunos inconvenientes:

  • La primera de las ventajas puede ser una desventaja, es decir, este mecanismo ocupa demasiado espacio.
  • La correa puede patinar si la velocidad es muy alta con lo cual no se garantiza una transmisión efectiva.
  • La potencia que se puede transmitir es limitada.

Correa de distribuciónAplicaciones: Este mecanismo es esencial en los motores de los automóviles, pues la transmisión circular entre diferentes ejes de los mismos se hacen con correas. Hemos oído hablar multitud de veces de la correa de transmisión (o de distribución) del coche. Pues bien, es esencial para el funcionamiento del ventilador de refrigeración, el alternador,…

Definición: Definimos la relación de transmisión (i) como la relación que existe entre la velocidad de la polea salida (n2) y la velocidad de la polea de entrada (n1).

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La relación de transmisión, como su nombre indica, es una relación de dos cifras, no una división.
Ejemplo 1 : Supongamos un sistema reductor de modo que:
n1 = velocidad de la polea motriz (entrada) es de 400 rpm.
n2 = velocidad de la polea conducida (entrada) es de 100 rpm.
En este caso, la relación de transmisión es:

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(tras simplificar)

Una relación de transmisión 1:4 significa que la velocidad de la rueda de salida es cuatro veces menor que la de entrada.

Ejemplo 2 : Supongamos un sistema multiplicador de modo que:

n1 = velocidad de la polea motriz (entrada) es de 100 rpm.
n2 = velocidad de la polea conducida (salida) es de 500 rpm.

En este caso, la relación de transmisión es:

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(tras simplificar)

Una relación de transmisión 5:1 significa que la velocidad de la rueda de salida es cinco veces mayor que la de entrada. Nota que la relación es 5/1 y no 5, pues ambos número nunca debendividirse entre sí (todo lo más simplificarse).

La relación de transmisión también se puede calcular teniendo en cuenta el tamaño o diámetrode las poleas.

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donde

d1 = diámetro de la polea motriz (entrada).
d2 = diámetro de la polea conducida (salida).

Se puede calcular las velocidad de las poleas a partir de los tamaños de las mismas

n1·d1 = n2·d2

expresión que también se puede colocar como…

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Ejemplo:

Tengo un sistema de poleas de modo que:
La polea de salida tiene 40 cm de diámetro y la de entrada 2 cm de diámetro. Si la polea de entrada gira a 200 rpm
a) Halla la relación de transmisión
b) Halla la velocidad de la polea de salida
c) ¿Es un reductor o un multiplicador?

Datos:

n1 = velocidad de la polea entrada es de 200 rpm.
n2 = velocidad de la polea salida es la incógnita
d1 = diámetro de la polea entrada es 2 cm
d2 = diámetro de la polea salida es 40 cm

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b) n1·d1 = n2·d2 = 200 rpm·2 cm = n2·40 cm

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c) Es un reductor porque la velocidad de la polea de salida es menor que la velocidad de la polea de entrada (n2 < n1).

En la siguiente animación observarás un mecanismo de poleas con correa reductor, suponiendo que la polea de la izquierda sea la motriz. Al ser el diámetro de la polea conducida d2 = 40 mm y el de la polea motriz d1 = 20 mm, la relación de transmisión de este sistema es

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de este modo se puede concluir que dos giros de la polea motriz equivalen a un solo giro de la polea conducida.

En la siguiente animación podrás observar un mecanismo de poleas con correa multiplicador. El diámetro de la polea motriz es de  d1=40 mm , mientras que la polea conducida tiene un diámetro de d2= 20 mm. Así pues la relación de transmisión de este sistema es

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de este modo se puede concluir que un giro de la polea motriz equivale a dos giros de la polea conducida.

Fuente: Mecaneso