Control de Motores

Alrededor del 45% del consumo global de energía procede del funcionamiento de los motores (Consejo Mundial de Energía: 2013 Survey Summary). Sin embargo, a pesar de que requieren mucha energía son esenciales en nuestras vidas y se pueden encontrar en cualquier parte, desde pequeñas aplicaciones residenciales (como electrodomésticos y herramientas), coches eléctricos y trenes hasta grandes motores industriales para plataformas petrolíferas offshore y presas.

Desde la revolución industrial hemos reducido los tiempos de trabajo mediante el uso de motores para alimentar un gran número de aplicaciones. Un gran número de dispositivos eléctricos hacen que nuestras vidas sean más fáciles y confortables y nuestros espacios de trabajo más eficientes y rentables. Pero, ¿a qué precio?

Consumo energético y medio ambiente

En el mundo moderno, el paulamiento agotamiento de los combustibles fósiles, así como la necesidad de preservación del medio ambiente son los desafíos más comunes con los que los fabricantes de cualquier bien accionado por motores, tienen que enfrentarse hoy en día. No existiendo, a gran escala, alternativas derivadas de fuentes de energía renovables, el problema se ve exacerbado por el aumento de la demanda energética proveniente de países en creciente desarrollo económico en África, Asia y América del Sur, junto con una población global en continua y rápida expansión.

En todo el mundo, los gobiernos han estado incrementando las medidas legislativas para reducir el consumo energético. Y por otro lado, los consumidores son más inteligentes y conscientes y valoran los productos de bajo consumo energético, tanto a nivel comercial como industrial.

Motores cada vez más compactos

Además de minimizar el consumo de energía, los ingenieros también se encuentran con otro reto, y no es otro que el de encajar motores, drivers y controladores en espacios cada vez más reducidos. Una lavadora que posee una mayor capacidad ofrece mayor valor al cliente, pero sigue teniendo que ajustarse a las dimensiones estándar. Reducir el espacio de los componentes electrónicos crea problemas de gestión térmica, que añaden nuevos desafíos de diseño. Añadir mecanismo de refrigeración solo va a aumentar el consumo energético, por eso, los propios motores necesitan ser diseñados con niveles de eficiencia mejorada con el fin de reducir el calor residual asociado a su funcionamiento.

Motores de Lazo Abierto y Cerrado

Para explicar esto de una forma sencilla, podríamos decir que un sistema de lazo abierto no incorpora respuesta. La velocidad del motor es controlada hasta un valor definido que puede variar en función de las condiciones de carga.

Sin embargo, los sistemas de lazo cerrado incorporan estas respuestas al devolver información a la etapa de control para que ésta pueda ajustarse. Es decir, cuando la velocidad está consignada en un determinado valor y la carga varía, el controlador ajustará la velocidad de vuelta al punto de consigna definido. Un buen ejemplo es el motor de posicionamiento de un telescopio que se reajustará constantemente para controlar las coordenadas necesarias.

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Tipos de Motores

Los motores eléctricos se basan en los principios del electromagnetismo para crear movimiento. Estos motores se dividen en dos categorías principalmente: AC (corriente alterna) y DC (corriente continua).

Los motores DC fueron los primeros en ser inventados y por eso son la forma más simple que existe de un motor eléctrico. Son accionados por medio de un flujo de corriente que atraviesa un conductor dentro de un campo magnético para producir un par de giro. Los tipos principales de motores DC son motores con escobillas o sin escobillas. Los primeros generan energía al conectar los polos opuestos de una fuente de alimentación para proporcionar cargas positivas y negativas al conmutador cuando entra en contacto físico con las escobillas. Los motores con esconbillas son más simples y de coste más bajos, pero requieren de mayor mantenimiento ya que las escobillas necesitan de limpieza y sustitución frecuente. Los motores sin escobillas, por otro lado, tienden a ser más precisos para aplicaciones que exigen posicionamiento controlado y tienen el valor añadido de que requieren de escaso o ningún mantenimiento. Sin embargo, presentan un precio más elevado porque su coste de producción es superior y necesitan un controlador de motor que podría costar tanto como el propio motor.

Los motores AC también pueden ser divididos en dos categorías principales: Inducción o Asíncronos y Síncronos; junto con un tercer tipo menos común - motores AC lineales.

De una forma mucho más básica, los motores AC están constituidos por dos partes principales: la parte de afuera del motor conocida como estator – la parte fija del motor – que tiene bobinas que son alimentadas con corriente alterna para producir un campo campo magnético rotativo y el rotor (dentro del motor) que se une al eje produciendo otro campo magnético rotativo. Los motores lineales son similares a los motores rotativos pero son configurados con piezas móviles y fijas en línea recta, produciendo en vez de rotación un movimiento lineal.

Los motores de inducción o asíncronos son llamados así porque su torque es producido utilizando inducción electromagnética. Son comúnmente conocidos como motores de jaula de ardilla o motores con rotor bobinado. 

Los motores síncronos difieren de los de inducción porque operan en sincronización precisa con la frecuencia de línea, en contraste con los motores de inducción que dependen de la inducción de corriente para producir un campo magnético y exigen un cierto deslizamiento (desfase entre la frecuencia del campo magnético y la del rotor) para realmente inducir la corriente.

Aspectos relevantes cuando se elige un motor

En el momento de elegir un motor, existirán una serie de atributos que deberá de analizar: