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Motor eléctrico: partes, funcionamiento e infografía con línea de tiempo

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Respuesta rápida

Motor eléctrico: transforma energía eléctrica en mecánica mediante F = BIL sin θ. Partes: estator, rotor, eje, colector, escobillas y ventilador. Línea de tiempo: 1820 Oersted → 1821 Faraday → 1831 inducción → 1834 Jacobi → 1885 Ferraris → 1888 Tesla → 1893 Chicago.

📚 exercise fisica ⭐⭐⭐ Dificultad 3/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 148

Fisica 2° · 2024

Ejercicio 1

(a)

Investigo sobre el motor eléctrico, sus partes y funcionamiento. Sintetizo la información mediante un organizador gráfico o una infografía. Establezco aplicaciones, descubrimientos y una línea de tiempo de los avances tecnológicos.

La infografía debe organizarse siguiendo el modelo de la página: titular, encabezado, cuadro estadístico, gráfico, dos bloques de texto, imagen central, primer plano, línea de tiempo y pie de fuente/créditos.

Ejercicio 1

Qué es y para qué sirve

Un motor eléctrico es una máquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica (movimiento). Es un equipo de conversión reversible: si se le entrega energía mecánica, el mismo dispositivo actúa como generador y produce energía eléctrica.

Ejercicio 2

Partes principales

Parte	Función
Carcasa	Protege y sostiene las partes; disipa calor (posee aletas de refrigeración).
Estator	Parte fija con laminaciones de acero y un devanado de campo que crea el campo magnético.
Rotor (armadura)	Parte giratoria que recibe el par de fuerza.
Eje	Transmite el movimiento de giro a la carga (bomba, ventilador, rueda).
Colector (conmutador)	Anillos de cobre segmentados que invierten la corriente en la armadura en motores de corriente continua (CC).
Escobillas y anillos deslizantes	Conductores que permiten pasar la corriente entre las partes fija y giratoria.
Rodamientos	Reducen la fricción y facilitan el giro del eje.
Ventilador interno	Enfría las devanadas evitando el sobrecalentamiento.
Capacitor de arranque	En motores monofásicos de CA, crea un desfase para generar el campo giratorio inicial.

Ejercicio 3

Fundamento físico del funcionamiento

El principio que lo explica es la fuerza de Lorentz: una corriente eléctrica situada en un campo magnético experimenta una fuerza. Para un conductor de longitud $L$ con corriente $I$ en un campo $B$ :

$F = B \cdot I \cdot L \cdot \sin(\theta)$

En el rotor, esa fuerza genera un par de fuerza $τ$ que hace girar el eje. La relación entre potencia mecánica, par y velocidad de giro (rad/s) es:

$P_{mec} = \tau \cdot \omega, \qquad \omega = \frac{2\pi n}{60}$

donde $n$ está en revoluciones por minuto (rpm).

Motores de corriente continua (CC): el colector invierte la dirección de la corriente en la armadura cada media vuelta, de modo que el par sigue siempre en la misma dirección de giro.

Motores de corriente alterna (CA) de inducción: una corriente trifásica desfasada produce un campo magnético rotatorio en el estator; ese campo induce corriente en el rotor (según la ley de Faraday), y la reacción de la corriente inducida (según la ley de Lenz) opone la caída del campo, generando el par que gira el rotor a una velocidad ligeramente inferior a la del campo. El deslizamiento es:

$s = \frac{n_s - n_r}{n_s} \times 100\%$

Ejercicio 4

Rendimiento y pérdidas

$\eta = \frac{P_{mec}}{P_{el\acute{e}ctrica}} \times 100\% = \frac{P_{mec}}{V \cdot I} \times 100\%$

Las principales pérdidas son: pérdidas en el cobre ( $P = I^{2}R$ ), pérdidas en el hierro (histéresis y corrientes de Foucault), pérdidas mecánicas (fricción en rodamientos y escobulas) y pérdidas del ventilador. Un motor de alto rendimiento alcanza valores típicos de 80 a 95 %.

Ejercicio 5

Aplicaciones

Área	Ejemplo
Industrial	Bombas, compresores, cintas transportadoras, grúas, máquinas herramienta
Hogar	Lavadoras, ventiladores, batidoras, microondas, aspiradoras
Transporte	Automóviles eléctricos, trenes, elevadores, drones, ascensores
Servicios	Aire acondicionado, bombas de agua, sopladores
Tecnología	Discos duros, impresoras, electrodomésticos inteligentes

Ejercicio 6

Línea de tiempo de los avances tecnológicos

Año	Acontecimiento	Autor
1820	Descubre que una corriente eléctrica genera un campo magnético	Hans Christian Oersted
1821	Construye la primera rotación electromagnética (motor homopolar)	Michael Faraday
1824	Inventa el electroimán	William Sturgeon
1831	Enuncia las leyes de la inducción electromagnética	Michael Faraday
1834	Desarrolla un motor eléctrico práctico de CC; en 1838 lo aplica a un barco sobre el río Néva	Moritz Jacobi
1873	Demuestra la autorinducción del dínamo en la Exposición de Viena	Zénobe Gramme
1885	Describe el campo magnético rotatorio y construye un motor de inducción	Galileo Ferraris
1888	Patenta el motor de inducción polifásico de CA	Nikola Tesla
1893	El motor de Tesla ilumina la Exposición Mundial de Chicago	Westinghouse–Tesla
1900–actualidad	Motores de alta eficiencia, variables (VFD), ímanes permanentes y motores brushless	Desarrollo industrial

Ejercicio 7

Modelo de infografía a completar

Titular: “El motor eléctrico: de la ley de Oersted al automóvil eléctrico”.
Encabezado: Definición y principio de funcionamiento ( $F = BIL\sin\theta$ ).
Cuadro estadístico: Los motores eléctricos consumen cerca del 70 % de la electricidad de la industria mundial y más del 45 % de la electricidad global (IEA).
Gráfico: barras con el consumo eléctrico por sector (industria, transporte, hogares, servicios).
Dos textos: “Partes y funcionamiento” y “Aplicaciones y eficiencia”.
Imagen central: corte del motor con estator, rotor, eje y escobillas; primer plano del colector.
Línea de tiempo: 1820 → 1821 → 1831 → 1834 → 1885 → 1888 → 1893.
Fuente y créditos: datos de Oersted, Faraday, Ferraris y Tesla; informe IEA de eficiencia energética.

Contenido de la página

a) Investigo sobre el motor eléctrico, sus partes y funcionamiento. Sintetizo la información mediante un organizador gráfico o una infografía. Establezco aplicaciones, descubrimientos y una línea de tiempo de los avances tecnológicos.

Puedo guiarme en el modelo de la infografía presentado o generar una propia en aplicaciones web.

Modelo de infografía

TITULAR: tema general de la infografía.
ENCABEZADO: definición y principio físico.
CUADRO ESTADÍSTICO: datos cuantitativos (consumo, rendimiento, potencia).
GRÁFICO: barras o sectores con la distribución del consumo eléctrico.
TEXTO 1: partes y funcionamiento.
TEXTO 2: aplicaciones y eficiencia.
IMAGEN CENTRAL: esquema del motor eléctrico.
PRIMER PLANO: detalle del colector o de las escobillas.
LÍNEA DE TIEMPO: hitos tecnológicos del motor eléctrico.
FUENTE y CRÉDITOS: autoría y referencias de las imágenes y datos.

Ejemplos resueltos

Un motor de CC consume 5 A a 120 V y entrega 0,40 kW de potencia mecánica. ¿Cuál es su rendimiento?

Potencia eléctrica de entrada: $P_{el} = V \cdot I = 120 \, \text{V} \times 5 \, \text{A} = 600 \, \text{W} = 0{,}60 \, \text{kW}$ .
Potencia mecánica de salida: $P_{mec} = 0{,}40 \, \text{kW} = 400 \, \text{W}$ .
Rendimiento: $\eta = \frac{400}{600} \times 100\% = 66{,}7\%$ .
Las pérdidas son $600 - 400 = 200 \, \text{W}$ (cobre, hierro y fricción).

Un motor gira a 1750 rpm y desarrolla un par de 2,5 N·m. ¿Qué potencia mecánica entrega?

Velocidad angular: $\omega = \frac{2\pi n}{60} = \frac{2\pi \times 1750}{60} \approx 183{,}3 \, \text{rad/s}$ .
Potencia: $P_{mec} = \tau \cdot \omega = 2{,}5 \, \text{N·m} \times 183{,}3 \, \text{rad/s} \approx 458 \, \text{W} \approx 0{,}46 \, \text{kW}$ .

Tablas (3)

Parte	Función
Carcasa	Protege y disipa calor
Estator	Crea el campo magnético
Rotor	Genera el par de giro
Eje	Transmite el movimiento
Colector	Invierte la corriente en CC
Escobillas	Conectan partes fija y giratoria
Ventilador	Enfría las devanadas

Año	Descubrimiento	Autor
1820	Campo magnético por corriente	Oersted
1821	Rotación electromagnética	Faraday
1831	Leyes de la inducción	Faraday
1834	Motor práctico de CC	Jacobi
1885	Campo rotatorio	Ferraris
1888	Motor de inducción polifásico	Tesla

Sector	Aplicación típica
Industrial	Bombas, compresores, cintas
Hogar	Lavadoras, ventiladores, batidoras
Transporte	Automóviles eléctricos, ascensores
Servicios	Aire acondicionado, riego
Tecnología	Discos duros, impresoras

Diagrama

timeline
    title Avances tecnológicos del motor eléctrico
    1820 : Oersted descubre que la corriente genera campo magnético
    1821 : Faraday construye la primera rotación electromagnética
    1831 : Faraday enuncia las leyes de la inducción
    1834 : Jacobi desarrolla un motor práctico de CC
    1873 : Gramme demuestra la autorinducción del dínamo
    1885 : Ferraris describe el campo magnético rotatorio
    1888 : Tesla patenta el motor de inducción polifásico
    1893 : El motor de Tesla ilumina la Exposición de Chicago

Fórmulas y ecuaciones

F = B $\cdot$ I $\cdot$ L $\cdot$ $\sin(\theta)$

$P_{mec}$ = $\tau$ $\cdot$ $\frac{2\pi n}{60}$

$\eta$ = $\frac{P_{mec}}{V \cdot I}$ $\times$ 100%

F = B $\cdot$ I $\cdot$ L $\cdot$ $\sin(\theta)$

$P_{mec}$ = $\tau$ $\cdot$ $\omega$ , $\qquad$ $\omega$ = $\frac{2\pi n}{60}$

$\eta$ = $\frac{P_{mec}}{P_{el\acute{e}ctrica}}$ $\times$ 100% = $\frac{P_{mec}}{V \cdot I}$ $\times$ 100%

$P_{cobre}$ = $I^{2}$ $\cdot$ R

s = $\frac{n_s - n_r}{n_s}$ $\times$ 100%

Glosario (7)

Motor eléctrico: Máquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica (movimiento giratorio).
Estator: Parte fija del motor que alberga el devanado de campo que crea el campo magnético.
Rotor: Parte giratoria del motor donde se genera el par que produce el movimiento.
Colector: Sistema de anillos de cobre segmentados que invierte la corriente en la armadura en motores de CC.
Deslizamiento: Diferencia relativa entre la velocidad del campo rotatorio y la del rotor en un motor de inducción.
Rendimiento (η): Cociente entre la potencia mecánica de salida y la eléctrica de entrada, expresado en porcentaje.
Par de fuerza (τ): Momento de torsión que hace girar el eje del motor, expresado en newton-metro (N·m).

Preguntas para practicar

¿Por qué el colector es indispensable en un motor eléctrico de corriente continua?

El colector (conmutador) invierte la dirección de la corriente en la armadura justo cuando el conductor cruza el eje neutro; así, la fuerza de Lorentz sigue actuando siempre en el mismo sentido y el par no se anula ni se invierte, permitiendo el giro continuo del rotor.

¿Qué es el deslizamiento en un motor de inducción y por qué nunca llega a ser cero?

El deslizamiento es la diferencia relativa entre la velocidad del campo rotatorio y la del rotor. Si el rotor alcanzara la velocidad del campo, no habría corte de líneas de flujo, no se induciría corriente, no habría par y el motor se detendría; por eso el rotor siempre gira un poco más lento.

¿Cómo influye el aumento de la temperatura en el rendimiento de un motor eléctrico?

Al calentarse, la resistencia de las bobinas de cobre aumenta y las pérdidas $I^{2}R$ crecen, además de degradarse el aislamiento. Por eso los motores incluyen aletas y ventilador, y por eso su rendimiento disminuye si se sobrecalientan.

¿Qué aplicaciones cotidianas utilizan motores eléctricos y qué tipo de motor sería más adecuado para cada una?

Ventiladores y lavadoras usan motores de inducción de CA de baja potencia; ascensores y grúas usan motores de CC o de inducción con variador de frecuencia; los automóviles eléctricos y los drones emplean motores de imanes permanentes o brushless, por su alta eficiencia, respuesta rápida y bajo mantenimiento.

Temas y conceptos clave

Motor eléctricoPartes y funcionamiento del motorFuerza de LorentzMotor de inducción en CAEficiencia energéticaOrganizadores gráficos e infografíasestatorrotorarmaduracolectorescobillascampo magnético rotatoriodeslizamientopar de fuerzapotencia mecánicarendimiento

Fuentes y referencias

https://h9.cl/bv28a
https://h9.cl/0565t
Agencia Internacional de Energía (IEA), informes sobre eficiencia energética de motores

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Figuras de la página (2)

Motor eléctrico de corriente alterna visto en corte, con carcasa de aluminio con aletas de refrigeración, borne superior, eje de salida y rotor expuesto con devanados de cobre. — Figura 1 image

Modelo de infografía con secciones de colores: TITULAR (rojo), ENCABEZADO (verde), CUADRO ESTADÍSTICO (celeste) y GRÁFICO (amarillo), dos bloques de TEXTO, IMAGEN CENTRAL con PRIMER PLANO, LÍNEA DE TIEMPO (naranja) y pie con FUENTE y CRÉDITOS; un lápiz marca la sección de texto. — Figura 2 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cuáles son las partes de un motor eléctrico y para qué sirve cada una?

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¿Cómo transforma un motor eléctrico la energía eléctrica en energía mecánica?

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¿Quiénes fueron los inventores clave del motor eléctrico y en qué años?

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📌 Antes de leer esto

• Concepto de circuito eléctrico, corriente, voltaje y resistencia
• Ley de Ohm y potencia eléctrica
• Campo magnético y fuerza sobre un conductor portador de corriente
• Energía cinética y par de fuerza

Siguiente tema sugerido

Generadores eléctricos y la relación recíproca con el motor eléctrico (eficiencia y energías renovables)

📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 459 caracteres

Fuente: https://n9.cl/bv28a

a) Investigo sobre el motor eléctrico, sus partes y funcionamiento. Sintetizo la información mediante un organizador gráfico o una infografía. Establezco aplicaciones, descubrimientos y una línea de tiempo de los avances tecnológicos.

Puedo guiarme en el modelo de la infografía presentado o generar una propia en aplicaciones web.

IMAGEN CENTRAL

PRIMER PLANO

FUENTE CRÉDITOS

Fuente: https://n9.c/0565t

Texto de Física \ 447

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