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Una herramienta eléctrica sin motor es como un ser humano sin corazón, casi no sirve para nada ni puede mover de ninguna manera. Al conocer la notable relevancia del motor de herramientas eléctricas en este tipo de productos, en este artículo hemos intentado explicar todos los aspectos técnicos que giran a su alrededor e impactan de una u otra manera el rendimiento del dispositivo, la eficiencia de la tarea y la satisfacción de su usuario.
Cabe recordar que este artículo es una compilación de otros textos especializados, escritos por separado, sobre las cualidades del motor de herramientas eléctricas, e inalámbricas, tales como el taladro inalámbrico.
El motor eléctrico (motor de herramientas eléctricas) se define como el aparato que se encarga de convertir la energía eléctrica en energía mecánica de rotación a través del campo o campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor.
Existen motores eléctricos de tipo reversible, dado que pueden convertir la energía mecánica en eléctrica, funcionando como generadores o dinamo. Los motores eléctricos de tracción empleados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo las dos actividades, si se diseñan adecuadamente.
🛠 El motor de herramientas eléctricas es utilizado en una infinidad de sectores, tales como industria y bricolaje. Su aplicación está generalizada en ventiladores, vibradores para teléfonos móviles, bombas, medios de transporte eléctricos, electrodomésticos, amoladoras angulares y otras herramientas eléctricas, unidades de disco, etc. Los electromotores pueden ser impulsados por una fuente de corriente continua (CC) o de corriente alterna (CA).
La corriente directa o continua proviene de las baterías, los paneles solares, dínamos, fuentes de alimentación instaladas en el interior de los aparatos que operan con estos motores y con rectificadores. La corriente alterna puede tomarse para su uso en el motor de herramientas eléctricas bien sea directamente de la red eléctrica, alternadores de las plantas eléctricas de emergencia y otras fuentes de corriente alterna bifásica o trifásica como los inversores de potencia.
El motor de herramientas eléctricas de menor tamaño se puede encontrar hasta en relojes eléctricos. Los motores de uso general con dimensiones y cualidades más estandarizadas ofrecen una potencia que corresponde al uso industrial. El motor de herramientas eléctricas más grande es usado para la propulsión de trenes, compresores y tareas de bombeo con una potencia que podría alcanzar los 100 megavatios. Esta variedad de motores puede ser clasificada por el tipo de fuente eléctrica, la estructura interna, la aplicación, el tipo de movimiento de salida, etc.
Siga leyendo este artículo si desea conocer a fondo varios asuntos derivados del motor de herramientas eléctricas (motor eléctrico).
Motores de corriente continua y corriente alterna
🔸 Motores de corriente continua (CC)
🔸 Motores de corriente alterna (CA)
Motores de corriente continua (CC)
El motor de herramientas eléctricas de corriente continua, conocido también como motores de corriente directa, motores CC o motores DC (por sus siglas en inglés: direct current), se define como un dispositivo destinado a convertir la energía eléctrica en la energía mecánica, produciendo un movimiento rotatorio, gracias al campo magnético generado en su dentro.
Normalmente un motor de herramientas eléctricas de corriente continua está compuesto por dos partes:
🔴 Estátor: Es la parte dedicada a la fuerza mecánica al aparato y contiene los polos de la máquina, que pueden ser devanados de hilo de cobre sobre un núcleo de hierro o imanes permanentes.
🔴 Rotor: Se trata de un componente regularmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa a través del colector formado por delgas. Las delgas normalmente se fabrican de cobre y están en contacto alternante con las escobillas fijas.
📢 El principal problema de esta gama de motores es el mantenimiento costoso y complicado, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las delgas. Las escobillas de motores de baja potencia se fabrican de grafito o carbón. Por otro lado, los que requieren de una corriente elevada como los motores de arranque de automóviles, son fabricados con una aleación de carbón y metal.
Entre las aplicaciones especiales de este tipo de motor de herramientas eléctricas, se destacan: los motores lineales, servomotores, motores paso a paso o cuando ejercen tracción sobre un riel. Asimismo, se puede encontrar motores de CC sin escobillas (o brushless en inglés) empleados en el aeromodelismo por su bajo par de apriete y su alta velocidad. Es posible controlar la velocidad y el par de apriete de estos motores utilizando técnicas de control del motor de herramientas eléctricas de corriente directa.
Motores de corriente alterna (CA)
Un motor de herramientas eléctricas de corriente alterna (AC por sus siglas en inglés) se refiere a aquellos motores eléctricos que funcionan bajo este tipo de alimentación eléctrica. De hecho, su funcionamiento está basado en la obtención de un campo magnético giratorio.
Un generador eléctrico transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica y en este tipo de motores se le puede llamar un alternador.
Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y producir una FEM. La máquina más simple del motor de herramientas eléctricas y generadores es el alternador.
📢 El motor de herramientas eléctricas de corriente alterna son los más utilizados, ya que en ellos la distribución de la energía eléctrica se realiza de corriente alterna. Son significativamente más económicos y suelen utilizarse en procesos menos complicados con un mantenimiento más sencillo, aunque el avance en la última década en electrónica de control de potencia ha posibilitado manejar dichos procesos con este tipo de motores.
Motores con escobillas y sin escobillas (ver el artículo exclusivo)
El motor sin escobillas, cada vez más popular entre los usuarios profesionales y de bricolaje, no es nuevo en el mercado. El desarrollo del motor sin escobillas no ha cesado en las últimas tres décadas, dando lugar a transformación de la forma en que los fabricantes de taladros producen herramientas de perforación eficientes.
¿Cómo funcionan los motores sin escobillas y con escobillas?
La principal diferencia entre los motores de taladro sin escobillas o con escobillas es que las variantes con escobillas están fabricadas de carbono, mientras que las unidades sin escobillas utilizan imanes para generar energía. Así que el motor de herramientas eléctricas sin escobillas se adapta mejor, no genera fricción, producen menos calentamiento y ofrece un mayor rendimiento. Además, las unidades sin escobillas reducen considerablemente el mantenimiento, que se reduce a la limpieza del polvo y no es necesario sustituir las escobillas desgastadas.
📢 En un motor de herramientas eléctrica sin escobillas, la conmutación de los devanados no es mecánica, sino que se acciona electrónicamente mediante un dispositivo conocido como controlador. Esta pieza transforma la corriente continua en una corriente trifásica de frecuencia variable y alimenta sucesivamente las bobinas del motor para crear el campo giratorio.
Todos los motores sin escobillas disponen de un estator fijo que alberga las bobinas, y un rotor móvil en el que se pegan los imanes permanentes. Los bobinados pueden construirse de diferentes maneras, ya sea en forma de estrella o de triángulo. La mayoría de los brushless se beneficia de un rotor interno que gira a una velocidad de hasta 100.000 rpm.
¿Cuál elegir, herramienta con motor sin escobillas o con escobillas?
En un motor eléctrico convencional, el rotor (parte giratoria de la máquina) se mueve dentro del estator (parte fija). Ambos están unidos por una conexión eléctrica: el colector o conmutador, que está en contacto con pequeñas escobillas de carbón.
En la tecnología sin escobillas, el rotor está formado por imanes y el estator por bobinas que se cargan alternativamente de forma positiva o negativa. Así, los polos se atraen y repelen permitiendo que el motor gire. La ventaja es que no hay contacto físico entre el rotor y el estator. La energía pasa de uno a otro a través del magnetismo entre electroimanes.
📢 técnicamente hablando los motores sin escobillas son mejores que las unidades con escobillas. Los usuarios pueden beneficiarse de un menor mantenimiento, una mayor eficiencia y una reducción del calor y el ruido. Los motores sin escobillas son unidades síncronas con uno o más imanes permanentes.
Las herramientas eléctricas con motor sin escobillas se consideran ahora productos de alta gama.
Un motor de herramientas eléctricas de corriente continua consta de dos partes eléctricas: el estator y el rotor.
Al alimentar el motor, se crea una interacción magnética que pone el motor en movimiento.
Cuando se invierte el sentido de la tensión que alimenta el motor, éste gira en sentido contrario.
Con todo, si se desea realizar tareas de bricolaje, más sencillas o con menos frecuencia, o si se busca una aparato con un precio más económico, se puede comprar máquinas dotados de motores con escobillas.
Los motores Brushless (ver “¿Qué son los motores sin escobillas y qué ventajas ofrecen?”), que suelen utilizar en taladros a batería, no causan fricción ni caída de tensión, lo que ayuda a aumentar la vida útil del motor y mejorar el rendimiento general del aparato. Como conclusión, la tecnología de motores sin escobillas se considera un avance muy interesante para las herramientas inalámbricas, ya que nos ofrecen la posibilidad de trabajar con las herramientas de forma mucho más cómoda y productiva, ofreciéndonos como ventajas principales un mayor rendimiento, una mayor duración de la batería y un menor mantenimiento.
Par de apriete (ver el artículo exclusivo)
El concepto par de apriete se define exactamente como la fuerza que debemos aplicar para apretar los tornillos, tuercas o cualquier elemento similar. En otras palabras, el par de apriete, medido en Newton metros (Nm), es la fuerza dedicada para girar un objeto y es el mejor indicador para averiguar la potencia práctica de su taladro o atornillador, y cuanto más alta sea la cifra en newton metros, más fuerza de torsión proporcionará.
¿Qué son los ajustes de par de apriete y cómo se utilizan?
Existen una serie de situaciones en las que se debe reducir el par de apriete para tener un mayor control. Los ajustes de par variables le otorgan más versatilidad a su taladro y le permiten realizar una amplia gama de tareas con la misma herramienta. Por ejemplo, si se desea atornillar un material blando como la madera, lo mejor es reducir el par de apriete. Si aplica el máximo grado de par de apriete de su taladro, es probable que se enfrente a varias problemáticas.
📢 Al atornillar, cuanto más duro sea el material, menor será la velocidad y mayor el par de apriete que se necesita. Si consigues estos ajustes, podrás controlar la profundidad de la perforación sin causar ningún daño. Al taladrar orificios, cuanto más duro sea el material, mayor será la velocidad para obtener el mejor resultado.
Newtons-Metros (Nm)
El concepto de par de apriete se mide en Newton Metro (Nm). En el caso de un mayor valor en Nm, más fuerza se debe ejercer en el apriete de la tuerca o tornillo. El par de apriete en los taladros se mide a la siguiente manera:
🔴 De 4 a 15 Nm está bien para todas tarea de atornillado de menor grado y complejidad en el hogar.
🔴 De 15 a 35Nm es la medida más frecuente para tareas de taladrado y destornillado de grado medio y perforar orificios regulares.
🔴 A partir de 35Nm sirve para realizar perforaciones de mayor complejidad y taladrar orificios más grandes.
La velocidad de giro del motor
La velocidad de giro, en términos de un motor eléctrico, significa el número de rotaciones de una herramienta por unidad de tiempo y se mide por revoluciones por minuto (RPM). De hecho, RPM es una unidad de medida para expresar la velocidad sin carga de una herramienta eléctrica.
Mecanismo de doble velocidad (ver “¿Cuáles son las ventajas de herramientas de doble velocidad?”)
Hoy día, las grandes marcas de herramientas del mundo fabrican una enorme variedad de aparatos eléctricos de doble velocidad, como taladros, rotomartillos, taladros atornilladores, etc.
Las herramientas eléctricas de doble velocidad constan de una caja de engranaje especial que permite reducir la velocidad de salida, es decir, la del eje del motor eléctrico. Esta habilidad es accesible mediante un botón diseñado para el aparato en cuestión.
📢 En cuanto al taladro eléctrico, cuando se trata de la velocidad alta, el movimiento del motor eléctrico se transfiere de modo más o menos directo al eje del portapuntas. Sin embargo, en la velocidad baja de un taladro de doble velocidad, el motor da más vueltas que el portapuntas, es decir, el motor gira a la misma velocidad que antes, pero el portapuntas lo hace más lento. Lo hace, en cambio, con más fuerza.
Las ventajas de motor de herramientas eléctricas de doble velocidad son:
Motor de única velocidad o de velocidad constante (ver “¿Qué son los motores eléctricos de velocidad constante?”)
Se refiere a los motores eléctrico estándares cuya velocidad de operación normal es teórica o prácticamente constante. A modo de ejemplo, se puede nombrar a los motores eléctricos síncronos; los motores eléctricos de inducción con pequeño deslizamiento o los motores de corriente directa ordinarios, de devanado en derivación.
En este caso se puede aludir al motor de inducción, lo cual se define como un motor de velocidad casi constante. La velocidad del flujo del rotor va ligeramente por detrás del flujo del estator y existe una velocidad relativa entre el estator y el rotor. La diferencia de la velocidad del motor cambia ligeramente con el aumento de la carga en el motor. En vacío se denomina velocidad de deslizamiento. En vacío, el deslizamiento es muy pequeño y el par producido por el motor cumple con las pérdidas en vacío y las pérdidas por fricción. Por lo tanto, en vacío, el motor gira casi a la velocidad de sincronización (Ns= 120f/P).
📢 Cuando la carga aumenta, el motor intenta entregar la carga a la carga mecánica y, en este proceso, la velocidad del motor disminuye. La disminución de la velocidad del motor provoca un aumento del deslizamiento y, el motor consume una gran corriente del rotor para entregar el par que tiende a llevar la velocidad del motor a su velocidad original.
El deslizamiento del motor de inducción varía entre el 3% y el 5% de la velocidad sincrónica. Cuando se aumenta la carga de la inducción, el deslizamiento disminuye dentro de su rango de deslizamiento especificado. Por lo tanto, un motor de inducción puede llamarse motor de velocidad constante.
Preguntas Frecuentes (FAQ)
¿Cuáles son las cualidades clave a considerar en el motor de herramientas eléctricas?
Los asuntos a tener en cuenta en torno al motor de herramientas eléctricas son: las escobillas, el par de apriete, la velocidad y el tipo de corriente.
¿Cuál es la diferencia de motores AC y DC?
El motor de corriente continua o directa funciona con una batería o energía almacenada y el motor de corriente alterna se conecta a la red eléctrica.
¿Qué es el par de apriete?
Básicamente significa la fuerza que se pone para apretar un tornillo o una tuerca.
¿Qué ventajas ofrecen los motores de doble velocidad?
Prácticamente son más eficientes y de alto rendimiento, más versátiles y multifuncionales.
Conclusión
Al fin y al cabo, tal y como se expuso en este artículo, el motor de herramientas eléctricas es la pieza más fundamental de un aparato, del que dependen una buena parte del rendimiento y eficacia de un producto. En este caso, un motor de herramientas eléctricas cuenta con una serie de características que pueden alternar tremendamente su productividad, entre los cuales sobresalen, la forma de corriente, los tipos sin y con escobillas (brush/brushless), el par de apriete y la velocidad.
En el presente artículo hemos descrito generalmente todos estos conceptos, los cuales son definidos y estudiados detalladamente en artículos por separada. Con este tipo de textos intentamos poder brindarles una información más especializada y científica sobre el conjunto de herramientas eléctricas e inalámbricas.
Ronix
7 December 2021
