UNIVERSIDAD AERONUTICA EN

QUERTARO

Innovacin educativa para el desarrollo de Mxico

MOTOR ELCTRICO DE CORRIENTE CONTINUA

Proyecto de tercer parcial para acreditar la materia:

Electricidad y Magnetismo

Presentan:

Andrs Prez Prez

Jos Antonio Ortega Ramrez

Jess Alejandro Vzquez Lpez

Rodolfo Yair Rojo Bentez

Municipio de Coln, Quertaro Abril de 2015

INTRODUCCIN

En el presente reporte se pretende dar pautas generales que permitan el conocimiento inicial

del motor elctrico de corriente directa. En especial, el reporte se centrar en su

funcionamiento y finalidad. Con ayuda de los antecedentes, se podr dar una idea de lo que se

est tratando, con el principal objetivo de que se resuelvan todas las dudas posibles acerca del

proyecto, sin embargo, el anexo de imgenes sobre el desarrollo del experimento son

esenciales para obtener la mejor comprensin posible.

ANTECEDENTES

Un poco de historia

El principio detrs de la produccin de la fuerza mecnica por la interaccin de una corriente

elctrica y un campo magntico, la ley de la fuerza de Ampre, fue descubierto por Andr-

Marie Ampre en 1820. La conversin de la energa elctrica en energa mecnica por medio

de electromagnetismo fue demostrada por el cientfico britnico Michael Faraday en 1821.

Por medio de un cable de suspensin libre que se sumerga en una piscina de mercurio, en la

que se colocaba un imn permanente. Cuando se haca pasar una corriente a travs del

alambre, el cable giraba alrededor del imn, lo que demuestra que la corriente dio lugar a un

campo magntico circular alrededor del alambre.

El primer motor elctrico de corriente directa capaz de ser utilizado en maquinaria fue

inventado por el cientfico britnico William Esturin en 1832. Siguiendo el trabajo de

Esturin, Thomas Davenport un inventor estadounidense diseo un tipo de motor elctrico

con la intencin de uso comercial, y patentado en 1837. Su motor alcanzaba velocidades de

hasta 600 revoluciones por minuto, fue utilizado en mquinas y herramientas adems de

imprentas, pero debido al alto costo de la energa primaria de la batera, estos motores

resultaron ser un fracaso comercial y Davenport se declar en quiebra.

En 1886 Frank Julian Sprague invent el primer motor de corriente continua con usos

prcticos, un motor que no produca chispas y que mantena la velocidad a un costo de

operacin relativamente bajo.

Qu es un motor elctrico?

Un motor elctrico es una mquina elctrica que transforma energa elctrica en energa

mecnica por medio de interacciones electromagnticas. Algunos de los motores elctricos

son reversibles, pueden transformar energa mecnica en energa elctrica funcionando como

generadores.

Clasificacin y constitucin de las mquinas elctricas.

Desde el punto de vista mecnico, un motor est constituido por:

Estator: Parte fija.

Rotor: Parte mvil o giratoria.

Imagen 1. Partes de un motor de corriente continua.

El rotor es una pieza giratoria cilndrica, un electroimn mvil, que llevan cada uno a su

alrededor a un bobinado de hilo de cobre por el que pasa la corriente elctrica. El estator,

situado alrededor del rotor, es un electroimn fijo, cubierto con un aislante. Al igual que el

rotor, dispone de una serie de salientes con bobinados elctricos por los que circula la

corriente.

Qu es un devanado o bobinado?

Es un hilo de cobre arrollado que forma parte de los circuitos elctricos de las mquinas. Uno

de los devanados de uno de los circuitos elctricos produce el flujo que se establece en el

conjunto magntico cuando es recorrido por la corriente elctrica, es el devanado inductor o

excitador. En el otro devanado, perteneciente al segundo circuito elctrico, se induce una

fuerza que provoca un par-motor en el casi de un motor elctrico, este devanado es el

inducido.

Cmo funciona un motor elctrico?

El rotor recibe la corriente a travs del contacto establecido entre las escobillas y el

conmutador. Las escobillas permaneces fijas, mientras que el conmutador (colector de delgas)

puede girar libremente entre ellas siguiendo el movimiento del rotor. La corriente llega al

devanado del rotor a travs del contacto entre las escobillas con el conmutador (colector de

delgas). Cuando la corriente pasa a lo largo del devanado del rotor, sus polos son atrados y

repelidos por los polos de devanado del estator, de modo que el rotor se mover hasta que el

polo norte del devanado del rotor quede mirando al polo sur del estator. Pero tan pronto

como los polos del rotor quedan mirando a los polos del estator, se produce un cambio en el

sentido de la corriente que pasa por el rotor.

Este cambio es debido a que el conmutador, al girar, modifica los contactos con las escobillas e

intercambian el modo en que el devanado del rotor recibe la corriente de la pila, es decir, se

invierte la polaridad.

Al modificarse el signo de los polos del devanado del rotor, los polos de rotor resultarn

repelidos por los polos del estator fijo, pues en esta nueva situacin estarn enfrentados polos

de igual signo, con lo cual el rotor se ve obligado a seguir girando.

Nuevamente, cuando los polos del devanado del rotor estn alineados con los polos opuestos

dele estator fijo, el contacto entre escobillas y conmutador modificarn el sentido de la

corriente, con lo cual el rotor ser forzado a seguir girando.

Imagen 2. Funcionamiento de un motor elctrico.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

La fabricacin de un motor elctrico puede ser tan simple como se desee, hasta muy compleja.

Se decidi hacer un motor complejo con ciertas caractersticas con el propsito de que genere

mucha potencia.

En un principio, se elabor el dibujo del cilindro (rotor) a escala en un programa llamado

AutoCAD, esto con la finalidad de tener las medidas exactas al momento de maquinarlo (Ver

imagen 3). Despus, se tuvo que maquinar (en el rea de maquinados de la UNAQ) dicho

rotor.

El material usado fue acero al carbn. Para poder maquinar ste cilindro, primero se tuvo que

desbastar la pieza en el torno para poder llegar al dimetro deseado. Una vez hecho el

desbaste, se utiliz la fresadora para hacer los 13 barrenos con una broca y las ranuras con un

cortador.

Imagen 3. Dibujo del rotor en AutoCAD.

El uso de ambas mquinas es tardado porque se tiene que ir desbastando poco a poco, ya que

si haces mal uso de stas, puedes llegar a daa tanto la mquina, como la herramienta

utilizada. Ver imgenes 4, 5, 6 y 7.

Imagen 4. Torneado del cilindro. Imagen 5. Barrenado del cilindro.

Imagen 6. Ranurado del cilindro. Imagen 7. Cilindros torneados.

Una vez terminado el rotor, se consigui una flecha del mismo dimetro del barreno central,

sta flecha la fijamos con cinta adhesiva con el propsito de que no se moviera cuando

estuviera girando. Una vez fijada, se procedi a elaborar las bobinas. Se utilizaron 100 metros

de cable de cobre del calibre 30 para hacer 6 bobinas.

Como se puede observar en la imagen 8 y 9, el paso del cable es de 1 a 6, es decir, que cada

bobina se empieza en el primer barreno mientras que en el sexto, se va a terminar. Cada

bobina contiene 50 vueltas.

Imagen 8 y 9. Bobinas del rotor.

Nota importante: Es de suma importancia poner los aislantes en cada barreno, de manera

que no llegue a tocar el cilindro de acero, ya que si lo hace, podra generarse un corto y no

girar.

Una vez hechas las bobinas, se debe elaborar la conexin de las terminales de cobre hacia el

conmutador (colector de delgas). Como se puede observar en la imagen 10, la conexin debe

ir desfasada pero siguiendo una misma direccin, ya que si no se hace la conexin correcta, el

rotor no va a girar. Cmo podemos saber si la conexin es la correcta?; una forma de probar

la conexin, era a travs del encendido y apagado de un foco por medio de unas puntas de

prueba, se conectaron las puntas al conmutador y si encenda el foco, significaba que la

direccin de la conexin era la correcta.

Imagen 10. Conexin de terminales a conmutador.

Nota importante: Se tuvieron problemas con las conexiones, ya que algunas veces se

intercambiaban las terminales con las delgas, por tal motivo, no generaba ningn giro; tras

varios intentos de conexiones, se pudo lograr el objetivo.

Ya finalizada la conexin, se procedi a centrar el rotor con el estator y fijarlo. Este fue un

verdadero reto, ya que no es fcil centrar el rotor con el estator, el cual est formado por 6

imanes potentes, por lo que se complic al momento de centrarlo, ya que se despegaban las

bases cilndricas a las que estn fijados los ngulos de aluminio. Ver imagen 11.

Para fijar por completo las bases cilndricas, se tuvieron que atornillar a la base, de tal manera

de que no se movieran.

Finalmente se logr ste objetivo.

Para finalizar, se realizaron las pruebas para observar que efectivamente giraba el rotor. Se

utilizaron 3 pilas de 9 volts conectndolas en serie para agregar ms voltaje, sabiendo que el

rotor no iba a girar como se deseaba debido al bajo voltaje, pero se quera corroborar que

verdaderamente funcionara el motor.

Utilizando las pilas y un par de caimanes, se logr mover el rotor. Ver imagen 12.

Imagen 11. Bases cilndricas. Imagen 12. Pruebas de giro.

RESULTADOS

Especificaciones:

Se realizaron 3 pruebas diferentes para observar las revoluciones por minuto.

En la primera prueba se utiliz una batera de automvil de 12 volts. Se observ que el giro

fue lento, aproximadamente 90-100 revoluciones por minuto, pero logr arrancar por s solo

sin necesidad de ayuda externa.

En la segunda prueba se utilizaron dos bateras de automvil de 12 volts cada una, conectadas

en serie, las cuales generaron un aumento en las revoluciones por minuto, obteniendo

aproximadamente 300 rpm.

Por ltimo, en la tercera prueba se utilizaron tres bateras de automvil de 12 voltas cada una,

conectadas en serie, obteniendo as un gran aumento en las revoluciones por minuto,

aproximadamente 600-700 rpm.

Las revoluciones por minuto se calcularon por medio de un instrumento llamado Tacmetro

de contacto, las mediciones no fueron exactas, ya que el instrumento no tena el acoplamiento

adecuado para la flecha de nuestro motor, por tal motivo la inexactitud de las mediciones,

pero fuera de eso, fueron aproximadas.

CONCLUSIONES

La elaboracin de ste proyecto resulto ser ms complejo de lo que se pensaba, desde la

fabricacin de las piezas (su maquinado) hasta su ensamble (embobinados, centrado del eje,

etc.). Durante la elaboracin del motor, se consider que bateras comunes de 9 volts iban a

resultar efectivas, una vez realizando las pruebas con stas bateras, se observ que las

revoluciones por minuto eran mnimas, adems de que las bateras se agotaron

inmediatamente, por lo que se utilizaron bateras ms grandes (de automvil) para poder

realizar las pruebas ya mencionadas. Los motores elctricos son ampliamente utilizados en la

Industria, ya que son relativamente simples (en cuestin de sus componentes) y eficientes,

por lo que su mantenimiento es barato. A lo largo de la historia se presentaron diferentes

ideas y diseos de personas para poder hacer de estas mquinas una de las tecnologas ms

populares en un sinfn de aplicaciones.

BIBLIOGRAFAS

H. Villalba (s/f). Motor de corriente continua, recuperado el 8 de Abril del 2015.

P. Sergio (s/f). Motor elctrico, recuperado el 8 de Abril del 2015, de:

http://www.monografias.com/trabajos93/motores-electricos/motores-

electricos.shtml