Maquinas Electricas

Máquinas eléctricas ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Juan Carlos Martín

Máquinas eléctricas

Juan Carlos Martín Castillo

ÍNDICE ˘

1. Magnetismo y electromagnetismo . . .4 Práctica Profesional 1: Desmontaje de
una máquina rotativa de corriente continua . . . 154
1 Magnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Práctica Profesional 2: Bobinado del devanado
2 Campo magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 de excitación de una máquina
3 Electromagnetismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 de corriente continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4 Clasificación de máquinas eléctricas . . . . . . . . 26 Práctica Profesional 3: Bobinado del inducido
Práctica Profesional: Comprobación de una máquina de corriente continua. . . . . . . . 160
del campo magnético generado en una bobina. . 30 Práctica Profesional 4: Comprobación
de inducidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Mundo Técnico: El tren de levitación magnética . 32 Mundo Técnico: Equilibrado de máquinas
rotativas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
2. Materiales y herramientas
del bobinador . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 5. Máquinas rotativas de corriente
alterna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
1 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2 Herramientas y utillaje del bobinador . . . . . . 44 1 Principio de funcionamiento de
3 Instrumentos de medida y comprobación . . . 57 las máquinas rotativas de corriente alterna . .172

Práctica Profesional 1: Fabricación 2 Clasificación de máquinas de corriente
de una bobina con moldes preformados . . . . . . . 62 alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Práctica Profesional 2: Fabricación 3 Máquinas síncronas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
de una bobina con molde de madera . . . . . . . . . . 64 4 Máquinas asíncronas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5 Devanados de máquinas de corriente
Mundo Técnico:
Fabricación automatizada alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
de máquinas eléctricas rotativas . . . . . . . . . . . . . . 66 Práctica Profesional 1:
Puesta en marcha de un alternador . . . . . . . . . . 208
3. Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . .68 Práctica Profesional 2:
Bobinado del devanado del estator
1 Conceptos iniciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 de una máquina de corriente alterna . . . . . . . . . .210
2 Clasificación de los transformadores. . . . . . . . 74 Práctica Profesional 3:
3 Materiales constructivos Bobinado del inductor de un alternador . . . . . . 216
Mundo Técnico: Variación de velocidad
de los transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 en motores de inducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
4 Características eléctricas de un transformador . 83
5 Cálculo de un transformador monofásico . . . 85 6. Otras máquinas eléctricas
6 Cálculo de transformadores trifásicos . . . . . . . 91 rotativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
7 Ensayos y comprobaciones. . . . . . . . . . . . . . . . 97
1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
Práctica Profesional 1: Construcción 2 Motores monofásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
de un transformador monofásico . . . . . . . . . . . . 102 3 Motores de imanes permanentes . . . . . . . . . 229
Práctica Profesional:
Práctica Profesional 2: Comprobación Bobinado de un motor monofásico. . . . . . . . . . . 236
y ensayo de un transformador monofásico. . . . . 106 Mundo Técnico: El motor lineal . . . . . . . . . . . . . . 238

Práctica Profesional 3: Construcción Anexos
de un transformador trifásico . . . . . . . . . . . . . . . 110
A Prontuario de cálculo de transformadores . . 241
Mundo Técnico: Otros tipos de transformadores 112 B Prontuario de cálculo de devanados

4. Máquinas rotativas de corriente en corriente continua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114 C Prontuario de cálculo de devanados

1 Principio de funcionamiento en corriente alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
de máquinas de corriente continua . . . . . . . 116 D Ejemplos de devanados . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
D Operaciones básicas de mantenimiento y
2 Constitución de máquinas de corriente
continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 reparación de máquinas eléctricas rotativas . . 250

3 Tipos de conexión entre devanados . . . . . . . 124 Soluciones: Evalúa tus conocimientos . 252
4 Devanados en máquinas

de corriente continua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

CÓMO SE USA ESTE LIBRO

El libro de Máquinas eléctricas consta de seis unidades 2 Materiales y herramientas 35
de trabajo y varios anexos finales. Cada una de las uni- del bobinador
dades comienza con un caso práctico inicial que plantea situación de partida CASO PRÁCTICO INICIAL
una situación relacionada con el contenido de la misma. vamos a conocer...
Consta de una situación de partida y un estudio del caso. Fermín y Abel, de la empresa MantenExpress, ya han comenza- otro los materiales dieléctricos que los aíslan. Dentro de la
El caso inicial puede resolverse o bien quedar indicado a 1. Materiales do a formarse para la nueva tarea que su jefe les ha encomen- dotación de herramientas han comprobado que deben adqui-
lo largo de la unidad. De este modo, el análisis del caso 2. Herramientas y utillaje del bobinador dado, es decir, para todo lo relativo al mantenimiento y repa- rir un buen número de ellas y con diferentes funciones. Entre
se convierte en el eje vertebrador de la unidad, ya que 3. Instrumentos de medida y comprobación ración de máquinas eléctricas. Lo primero que deben hacer es estas herramientas se encuentran, desde las destinadas a la
se incluirán continuas referencias al mismo a lo largo del PRÁCTICA PROFESIONAL 1 reservar un espacio en su actual taller para realizar este tipo construcción de devanados hasta las que permiten ejecutar
desarrollo de los contenidos. de trabajos. En las últimas semanas han revisado catálogos su acabado adecuadamente, pasando por las de limpieza y
Fabricación de una bobina con moldes y webs de fabricantes para definir cuáles son los materiales, preparación del núcleo magnético. Además, como en otras
preformados herramientas e instrumentación de los que deben disponer técnicas eléctricas, requieren una instrumentación que permita
PRÁCTICA PROFESIONAL 2 en su taller máquinas eléctricas. Dentro de los materiales han y facilite la comprobación y localización de averías, tanto en la
Fabricación de una bobina con molde observado que dos de ellos son esenciales, por un lado los puesta en marcha de las máquinas reparadas como en tareas
de madera conductores eléctricos que constituyen los devanados, y por de mantenimiento en planta.
MUNDO TÉCNICO
Fabricación automatizada de máquinas
eléctricas rotativas

estudio del caso

Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cada
punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.

y al finalizar esta unidad... 1. ¿Qué característica presenta el conductor utilizado 7. El principal mercado de trabajo de MantenExpres será
para rebobinar máquinas eléctricas? el de las máquinas eléctricas rotativas, ¿cuál es el tipo
Conocerás cuáles son los conductores y aislantes de bobinadora que mejor se adapta a su rebobinado?
utilizados en el bobinado de máquinas eléctricas. 2. ¿Es indiferente el espesor del dieléctrico en los hilos
esmaltados? 8. ¿Todas las bobinas se fabrican con un solo conductor?
Identificarás los diferentes tipos de herramientas
y útiles usados en el taller de reparación de 3. ¿Se comercializan estos conductores en función de su 9. ¿Existe alguna herramienta específica para pelar el
máquinas eléctricas. sección, como ocurre con otros cables eléctricos? hilo esmaltado?

Conocerás cuál es la instrumentación requerida 4. ¿Qué hay que tener en cuenta en el momento de 10. ¿Es sencilla la extracción de los devanados de una
en el taller de mantenimiento y reparación. elegir un material aislante? máquina rotativa cuyas bobinas se han quemado?

Construirás dos bobinas utilizando dos 5. ¿Qué se utiliza (regletas, cinta aislante, etc.) para 11. ¿Existe algún instrumento para comprobar el estado
procedimientos diferentes. aislar las conexiones eléctricas en el interior de una de los devanados de una máquina rotativa?
máquina eléctrica?

6. Fermín y Abel ha leído en algún lugar que una vez
rebobinada una máquina eléctrica es necesario bar-
nizarla, ¿cuál es el objetivo de dicha operación?

El desarrollo de la unidad aparece acompañado de nume- Máquinas rotativas de corriente alterna 183 134 Unidad 4
rosas ilustraciones seleccionadas de entre los equipos y pro-
cesos más frecuentes que encontrarás al realizar tu trabajo. 4. Máquinas asíncronas vocabulario ejemplo
En la siguiente figura se muestra cómo se ejecuta un devanado a dos capas.
También se incorporan actividades y ejemplos que ayudan Deben su nombre a que funcionan a una velocidad diferente (inferior) a la de Español-Inglés
a asimilar los conceptos tratados. El objetivo es, por tanto, sincronismo. Devanado: winding SN 5 67
que el alumno se acerque a la realidad laboral a medida Devanado de inducido: armadure 3456789 8
que desarrolla los contenidos de la asignatura. A continua- El funcionamiento como motor es el principal uso de las máquinas asíncronas. No winding
ción, te proponemos una serie de actividades finales para obstante, en la actualidad, se están utilizando con regularidad como generadores, Devanado imbricado: lap winding c 9
que apliques los conocimientos adquiridos y, a su vez, te aunque su estudio se sale de los objetivos de este libro. Devanado ondulado: wave
sirvan de repaso. También se incluye en el apartado entra winding 2 3 4 5 6 78
en Internet una serie de cuestiones para cuya resolución es Núcleo de la Caja de bornes Bobinas: coils 4
necesario consultar diversas páginas web. armadura Serie: series 3
Bobinas de campo (inductoras):
Ventilador Rotor en field coil a Figura 4.53. Distribución de los devanados en dos capas.
cortocircuito Progresivo: progressive
Regresivo: retrogressive
En el esquema del devanado (izquierda), se representan dos haces activos en
J.C.M.Castillo Cojinete cada ranura. Si nos centramos en la ranura marcada como número 6, se puede
Eje ver que la bobina de color verde es entrante y la bobina de color rojo saliente.
Tapa del Así, las primeras siempre se montarán en la capa inferior de la ranura y las
ventilador segundas en la superior, siendo habitual que el lado que llega a las ranuras se
represente de forma punteada y el que sale de ellas en línea continua.
Escudo posterior
Placa de Escudo anterior Según la conexión de bobina en el colector

características En función de cómo se conecten los finales de las bobinas y secciones inducidas
en el colector, los devanados pueden ser:
Devanado del estator
a Figura 5.33. Constitución de un motor asíncrono trifásico. • imbricados o en paralelo,

De la misma forma que las máquinas síncronas, las asíncronas están formadas por • ondulados o en serie.
un circuito magnético y dos circuitos eléctricos, además de otros elementos como
son: la carcasa, escudos, tapas, base de fijación, etc. Devanados imbricados

4.1. Circuito magnético saber más También denominados devanados paralelos, se caracterizan porque cada lado de
la bobina queda situado debajo de un polo de signo contrario.
Está formado por dos partes: una fija en el estator y una móvil en el rotor. El devanado progresivo o no cru-
zado es el más común para el Este tipo de devanados a su vez se clasifican en simples y múltiples.
La armadura o estator bobinado de inducidos.
El estator es idéntico al utilizado en las máquinas síncronas, por tanto aquí no se • Devanados imbricados simples. Los terminales se conectan siempre a delgas
volverá a enunciar cuál es su constitución, ya que no existe ninguna diferencia adyacentes, pudiendo hacerse en la anterior o en la posterior. Si la conexión
entre ambos. se realiza en la siguiente delga, el devanado avanza en sentido horario y se
denomina progresivo o no cruzado. Si por el contrarios la conexión se realiza
El rotor en la delga anterior, el devanado retrocede denominándose regresivo o cruzado.
En cuanto al rotor, puede ser de dos tipos:
• Rotor en cortocircuito. Este tipo no dispone de ranuras abiertas que permi- Barras Armadura S N NS
del rotor (estator) 34 56 3456
tan insertar en ellas un bobinado ejecutado a base de hilo o pletina esmal- Rotor en
tada. Sin embargo, está constituido por un número determinado de barras cortocircuito Ranuras
rígidas que se cierran en cortocircuito en sus extremos, formado así su propio de la
devanado. armadura
• Rotor ranurado. Su aspecto es similar al de otros rotores ya estudiados para
otros tipos de máquinas. Se encuentra ranurado en todo su contorno para per- 3456 345 6
mitir alojar en él un devanado construido a base de bobinas de hilo o pletina
esmaltada. a Figura 5.34. Partes de una má- Devanado progresivo Devanado regresivo
quina asíncrona con rotor en cor- (no cruzado) (cruzado)
tocircuito.
a Figura 4.54. Detalles de devanados imbricados simples.

Al final de cada unidad encontrarás las prácticas profesio- 154 Unidad 4 66 Unidad 2
nales, casos prácticos que representan los resultados que
debes alcanzar al terminar tu módulo formativo. PRÁCTICA PROFESIONAL 1 MUNDO TÉCNICO EN RESUM
EVALÚA
La sección Mundo técnico versa sobre información técnica HERRAMIENTAS Desmontaje de una máquina Fabricación automatizada
del sector vinculada a la unidad. Es importante conocer las • Martillo con cabeza de nailon rotativa de corriente continua de máquinas eléctricas rotativas
novedades existentes en el mercado y disponer de ejemplos • Llaves Allen de diferentes tamaños
reales para aplicar los contenidos tratados en la unidad. • Juego de llaves fijas y/o de tubo OBJETIVO Lo estudiado en esta unidad se encuentra en el contexto de talleres pequeños y medianos destinados a la reparación
• Recipiente o gaveta de plástico Conocer las técnicas y herramientas utilizadas para desmontar una máquina y mantenimiento manual de máquinas eléctricas. No obstante, la producción y fabricación en serie, de igual forma
La unidad finaliza con el apartado en resumen, mapa con- • Extractor de cojinetes rotativa. que para otro tipo de productos, se encuentra altamente automatizada en este campo. En la actualidad el uso de ma-
ceptual con los contenidos esenciales de la unidad, y el • Guantes, alicates y extractor PRECAUCIONES quinaria especializada permitente realizar el proceso de fabricación de forma limpia y en un breve periodo de tiempo.
apartado evalúa tus conocimientos: batería de preguntas • Utiliza guantes en la operación de desmontaje y montaje de la máquina. Estos son algunos procesos automatizados destinados a la fabricación de máquinas eléctricas, principalmente de
que te permitirán comprobar el nivel de conocimientos ad- de chavetas • Cubre de cinta aislante los huecos de las chavetas para evitar cortes con el filo las de tipo rotativo:
quiridos tras el estudio de la unidad. • Máquinas para la inserción de devanados de estatores. Los modelos más complejos y completos construyen
MATERIAL de sus bordes.
• Una máquina de corriente continua automáticamente las bobinas y posteriormente, mediante un sistema de guiado inteligente, las insertan en las
• Rotulador permanente y cinta aislante ranuras del estator.

DESARROLLO

1. P reparar la mesa de trabajo con el equipo de herramientas necesario para el desmontaje de la máquina. Es
aconsejable disponer de una bandeja o gaveta para dejar en ella todos los elementos que se retirarán en esta
operación.

a Figura 2.88. Máquina para a Figura 2.89. Torneado automáti-
la inserción de devanados en co de rotores.
estatores.

a Figura 4.91. Algunas de las herramientas necesarias para desmontar la máquina.
• Aislamiento de ranuras e inserción de cuñas. Ambos procesos también se encuentran automatizados. El ais-
2. Utilizando un rotulador permanente, realizar marcas en los dos escudos de la máquina de tal forma que identifi- lamiento de ranura debe hacerse antes de la inserción de los bobinados, la colocación de cuñas después.
ques claramente en qué lado de la culata están ubicados cada uno de ellos.
• Bobinado de inducidos. Para esta tarea, que manualmente resulta compleja y laboriosa, existen máquinas que
la resuelven por completo, hasta el punto de que, no solamente bobinan el inducido, sino que son capaces de
soldar el devanado a las delgas de colector.

• Impregnadoras y secadoras de barniz o resina. Permiten agilizar el proceso de barnizado y, posteriormente,
de secado de los devanados de forma masiva.


a Figura 4.92. Marcaje de culatas.

3. Por la ventana del escudo que contiene las escobillas, las retiramos para evitar que se dañen en el proceso de
desmontaje.

4. Utilizando un extractor de chavetas retiramos las de ambos extremos del eje. Si no dispones del extractor, pue- a Figura 2.90. Torneado automático de a Figura 2.91. Máquina automáti-
des usar un alicate universal o de pico de pato. También, a modo de truco, puedes emplear pequeño tornillo de rotores. ca para el aislamiento de ranuras.
banco portátil fijando y tirando de la chaveta.

IMPORTANTE
Todas las actividades propuestas en este libro deben realizarse en un cuaderno de trabajo, nunca en el propio libro.

Y

Magnetismo

1 y electromagnetismo

vamos a conocer...

1. Magnetismo
2. Campo magnético
3. Electromagnetismo
4. Clasificación de máquinas eléctricas
PRÁCTICA PROFESIONAL

Comprobación del campo magnético
generado en una bobina
MUNDO TÉCNICO
El tren de levitación magnética

y al finalizar esta unidad...

Conocerás cuáles son los principios que
fundamentan el funcionamiento de las
máquinas eléctricas.
Sabrás cómo se comportan los diferentes tipos
de materiales ante la presencia de un campo
magnético.
Experimentarás cómo el paso de una corriente
eléctrica por un conductor o una bobina
produce un campo magnético.
Conocerás cuál es la clasificación de las
máquinas eléctricas.
Interpretarás cómo son las curvas de
magnetización de los materiales
ferromagnéticos.

5

situación de partida CASO PRÁCTICO INICIAL

La empresa MantenExpress lleva más de 15 años en el sector de la empresa ha decidido trabajar en esta nueva actividad. Ha
del mantenimiento. Su línea de trabajo se centra principalmente designado a dos de sus empleados para que se formen en todo
en las instalaciones eléctricas de viviendas y edificios del sector lo relacionado con las máquinas eléctricas. Estos tienen mucha
terciario. De un tiempo a esta parte, el tejido industrial de su experiencia en tareas de montaje y mantenimiento de instalacio-
radio de acción ha crecido de forma considerable, ya que se han nes eléctricas y, aunque en numerosas ocasiones han tenido que
creado numerosas empresas de fabricación de productos para instalar máquinas eléctricas, nunca han realizado operaciones de
mecanizado que disponen de un alto grado de automatización. mantenimiento o reparación en el interior de las mismas.
Sus cadenas de montaje disponen de un buen número de máqui- Los dos operarios, Fermín y Abel, se ha puesto manos a la obra y
nas eléctricas de todo tipo. Esta situación ha generado un nuevo les han surgido todo tipo de dudas y cuestiones como las que se
mercado en el ámbito del mantenimiento por lo que el gerente indican a continuación.

estudio del caso

Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después, analiza cada
punto del tema, con el objetivo de contestar al resto de las preguntas de este caso práctico.

1. Fermín y Abel han observado, en las hojas de caracte- 5. ¿Cualquier material metálico puede ser bueno para
rísticas, que algunos de los motores que han instalado construir núcleos magnéticos?
disponen de imanes permanentes de neodimio, ¿a
qué se refiere exactamente? 6. En algún catálogo o documentación comercial Fermín
y Abel han leído que los mejores resultados para la
2. Desde el punto de vista del magnetismo, ¿qué ocurre construcción de transformadores se obtienen utilizan-
en un conductor cuando es recorrido por una corriente do chapas de grano orientado, ¿a qué es debido?
eléctrica?
7. ¿Qué es la curva de magnetización de un material?
3. ¿Es posible medir un campo magnético de forma di-
recta? ¿Con qué instrumento? 8. ¿Es importante que los núcleos de las máquinas eléc-
tricas tengan una alta remanencia?
4. Fermín y Abel han desmontado en varias ocasiones
máquinas de tipo rotativo y siempre han observado 9. Las máquinas rotativas disponen de un circuito cablea-
que los devanados se encuentran bobinados sobre do en su parte giratoria (rotor), ¿cómo conseguimos
núcleos metálicos. ¿Cuál es el motivo de que estos no alimentarlos sin que los cables se retuerzan?
se hagan al aire?

6 Unidad 1

saber más 1. Magnetismo

Los fenómenos del magnetismo Las máquinas eléctricas basan su funcionamiento en los fenómenos del mag-
fueron observados por primera vez netismo y del electromagnetismo, por tanto será necesario conocerlos para
por lo griegos en una ciudad de comprender cómo están constituidas, cómo funcionan y cómo actuar en caso de
Asía Menor denominada Magne- reparación o mantenimiento.
sia del Meandro, considerándose
al filósofo Tales de Mileto como Se denomina magnetismo a la propiedad que tienen determinados materiales,
la primera persona que estudió y en estado natural o artificial (forzado mediante la aplicación de alguna técnica
documentó dicho fenómeno. externa), para atraer el hierro. Así, dicha propiedad puede ser aprovechada para
la transformación de energía eléctrica en mecánica, y viceversa.
saber más
A los elementos que tienen esa propiedad de atracción se les denomina imanes,
Tierras raras es un grupo de 17 pudiendo clasificarse en permanentes y temporales según su capacidad de man-
elementos de la tabla periódica tener el magnetismo.
que, si bien a principios del siglo
xx no tenían demasiada utilidad • Imanes permanentes. Son aquellos en los que los efectos de imanación se
debido a que eran muy difíciles mantienen de forma continuada. Pueden estar magnetizados de forma natural
de separar químicamente, en la o artificial.
actualidad son elementos de alta
tecnología, ya que son imprescin- N
dibles tanto para la fabricación
de teléfonos móviles como para
la construcción de determinadas
máquinas eléctricas controladas
de forma electrónica.

caso práctico inicial S SN

Debido a sus potentes campos a Figura 1.1. Polos en imanes permanentes.
magnéticos, los imanes perma-
nentes de neodimio han permi- • Imanes temporales. Son aquellos que mantienen el magnetismo solamente
tido crear máquinas rotativas sin mientras se produce un fenómeno físico de magnetización sobre ellos. Este es el
devanados eléctricos, permitiendo caso de los electroimanes, que solamente mantienen el magnetismo si se aplica
así simplificar su interior. corriente a un circuito eléctrico de excitación.

a Figura 1.2. Imán temporal.

Otra clasificación posible los divide en naturales y artificiales en función de cómo
haya sido generada la magnetización.

• Imanes naturales. Son de origen mineral y poseen de forma natural esa propie-
dad de atracción. Pueden ser cerámicos o de tierras raras. Los de tipo cerámico
están formados por bases de óxido de hierro, de estroncio o de bario. Los de tie-
rras raras, de elementos como el neodimio y el samario, son la última generación
de materiales magnéticos. Son mucho más potentes que los cerámicos, poseen
una elevada remanencia y son capaces de trabajar a elevadas temperaturas.

Magnetismo y electromagnetismo 7

Algunos de los imanes mencionados son los siguientes: saber más

La Tierra se comporta como un
gran imán, lo cual ha sido aprove-
chado durante siglos para tareas
de orientación. Para ello se utiliza
la conocida brújula magnética,
que se orienta con el campo mag-
nético terrestre.

N
Geográfico

Magnético

a Figura 1.3. Diferentes tipos de imanes permanentes cerámicos y de neodimio (Cortesía de IMA
S.L.).

• Imantes artificiales. En ellos el campo magnético se genera mediante un estí- S
mulo externo, como puede ser el acercamiento de otro imán o el paso de una
corriente eléctrica próxima al metal a magnetizar. Así, dependiendo del tipo Es importante saber que el norte
de material, la magnetización puede hacerse de forma permanente o temporal. geográfico no coincide con el nor-
Esta última propiedad es aprovechada para el funcionamiento de las máquinas te magnético. Así, al ángulo com-
eléctricas que aquí se van a estudiar. prendido entre ambos se le deno-
mina declinación magnética.
Las partes de los imanes que poseen mayor fuerza magnética son los denomi-
nados polos, que se identifican como norte y sur. La línea de unión de ambos
polos se denomina línea neutra, ya que es el lugar en el que es menor la mag-
netización.

De todos son conocidas las propiedades de atracción y repulsión de los imanes, saber más
según estas, si se intenta unir dos imanes por los polos del mismo signo, estos se
repelen.

Atracción RepulsióHnasta no hace mucho tiempo, el

uso de los imanes permanentes

en el campo de las maquinas eléc-

S NS N S Ntricas se reducía a la construcción
a Figura 1.4. Atracción entre imanes. edme bmaorgtoor,escodSne baja potencia. Sin
N la introducción en

los años 90 de elementos magné-

Por otro lado, si se hace lo mismo por polos de signo contrario, estos se atraen. ticos como en neodimio, se ha per-
Por tanto, este comportamiento de los elementos magnéticos es ampliamente mitido su aplicación en una amplia
gama de máquinas de aplicación

utilizado para hacer funcionar máquinas eléctricas, especialmente las de tipo industrial.

rotativo.

Atracción Repulsión
NS
NS N S
N

a Figura 1.5. Repulsión entre imanes. a Figura 1.6. Motor eléctrico de
imanes permanentes.

8 Unidad 1

2. Campo magnético

Es la región del espacio en la que se perciben las fuerzas magnéticas de un imán o de
un elemento magnetizado. En él se produce un desplazamiento de cargas cuyo sen-
tido se ha establecido por convención, del polo norte al polo sur. Se representan de
forma gráfica mediante las de nominadas líneas de fuerza o de inducción magnética.
Así, si se pudieran visualizar las líneas de fuerza que se producen cuando dos ima-
nes se acercan entre sí, se observaría algo similar a lo representado en las siguien-
tes figuras. Cuando se unen dos polos del mismo signo, las líneas se enfrentan y
por tanto se repelen.

SN NS

saber más a Figura 1.7. Líneas de fuerza en dos imanes en repulsión.

El Sistema Internacional de medi- Por el contrario, si se unen dos polos del diferente signo, las líneas de fuerza se
da (SI) es ampliamente aceptado suman y los imanes se atraen.
por la mayoría de los países. Este
ha sustituido casi por comple- S NS N
to al sistema cegesimal (CGS);
sin embargo, algunos autores y a Figura 1.8. Líneas de fuerza en dos imanes en atracción.
miembros de la comunidad cientí-
fica siguen usando el formato CGS 2.1. Flujo magnético
para tomar medidas en sistemas
electromagnéticos. Por tanto, es Es el número total de líneas de fuerza que forman un campo magnético. El flujo mag-
conveniente saber que el maxvelio nético se representa mediante la letra griega Φ (fi), cuya unidad es el weber (Wb).
(Mx) es la unidad del flujo magné-
tico, y el gauss (Gs) la de la induc- 2.2. Inducción magnética
ción magnética.
La relación entre las unidades de la Es la cantidad de líneas de fuerza que traspasa una unidad de superficie. La in-
misma magnitud para el Sistema ducción magnética, también denominada como densidad de flujo magnético, se
Internacional es la siguiente: representa con la letra B, aunque durante mucho tiempo se ha estado utilizando
la letra griega b (beta). La unidad es el tesla (T).
1 Wb = 108 Mx La relación existente entre el flujo y la inducción magnética es la siguiente:
1 T = 104 Gs
Φ=B·S
caso práctico inicial La variable S representa la superficie que atraviesan las líneas de campo. Se mide
en m2.
El campo magnético puede ser
medido de forma directa, y sin
conexión física, mediante un ins-
trumento denominado teslámetro.

Magnetismo y electromagnetismo 9

El instrumento que permite conocer el valor de inducción magnética en un cam- saber más
po magnético se denomina teslámetro. Dicho aparato funciona a partir de la re-
cepción de los valores enviados por una sonda basada en un sensor de efecto Hall. El efecto Hall debe su nombre al
En la siguiente figura pueden distinguirse las partes de un teslámetro: físico de origen americano que lo
descubrió a finales del siglo xix.
c Figura 1.9. Teslá- Consiste en aprovechar el campo
metro con sonda de eléctrico que se produce en un
efecto Hall (Cortesía conductor por el que circula una
de 3B Scientific). corriente eléctrica que se encuen-
tra bajo la influencia de un campo
magnético.

La calidad de la chapa magnética utilizada en las máquinas eléctricas depende
de la información que da el fabricante en función de los valores de la inducción
magnética. Así, con valores altos de inducción, los resultados en el circuito
magnético serán mejores. De hecho, los materiales empleados en este caso serán
más caros y no resultarán válidos para todas las aplicaciones. Un ejemplo podría
ser el de un transformador que utiliza una chapa metálica que trabaja a 1,5 T, en
este caso el rendimiento de dicho transformador sería mayor que en el caso de
trabajar con una chapa para 1 T. Aun así, es importante recordar que el acabado
del primero sería más caro que el del segundo.

actividades

1. Utilizando un teslámetro experimenta cómo cambia el valor del campo magnético de diferentes tipos de ima-
nes permanentes (ferrita, neodimio, etc.). Realiza la comprobación acercando y alejando la sonda a los polos y
sobre la línea neutra.

Imán Sonda
SN

50 50
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||||| ||||
0 100 0 100

50 ||||||||||||||||||
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||||||||||||||||||
||||| ||||
0 100

Teslámetro
a Figura 1.10. Medida del campo magnético de un imán con un teslámetro.

10 Unidad 1

caso práctico inicial 3. Electromagnetismo

El simple hecho de que un con- Se denomina electromagnetismo a aquella parte de la electrotecnia que estudia
ductor sea recorrido por una en conjunto los fenómenos eléctricos y magnéticos, así como los efectos que entre
corriente eléctrica, genera un cam- ellos producen.
po magnético a su alrededor, sien-
do este el principio básico para el 3.1. Campo magnético en un conductor
funcionamiento de las máquinas
eléctricas. Cuando un conductor rectilíneo es atravesado por una corriente eléctrica, a su
alrededor se crea un campo magnético cuyas líneas fuerza son circulares y concén-
saber más tricas al conductor. Así, si el campo es lo suficientemente intenso y se colocan a
su alrededor una o más agujas imantadas (por ejemplo, una brújula), dichas agujas
Otra forma de averiguar el senti- se orientarían en el sentido del campo magnético.
do del campo magnético en un Para conocer el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético producido en
conductor rectilíneo se basa en la este conductor, se puede aplicar la denominada regla de la mano derecha. Según
regla del sacacorchos, donde el dicha regla, el pulgar define el sentido de la corriente eléctrica, y el cierre de los
avance de este representa el sen- dedos sobre el conductor muestra el sentido del campo magnético.
tido de la corriente, y el giro que
realiza al avanzar indica el sentido Sentido de las
de las líneas de fuerza. líneas de fuerza del
campo magnético

Sentido Conductor
del campo
magnético I
Sentido de la corriente
I
a Figura 1.12. Regla del sacacor- a Figura 1.11. Regla de la mano derecha.
chos.
Así, el campo magnético creado alrededor del conductor es mayor cuanto mayor
I es la corriente eléctrica que lo atraviesa. No obstante, dicho campo se encuentra
muy difuminado y no tiene fácil aplicación práctica. Sin embargo, si la disposi-
ción del conductor se realiza formado una espira, los campos magnéticos genera-
dos tienden a concentrarse en el interior de la misma, ampliándose los efectos de
las líneas de fuerza.

3.2. Campo magnético en una espira

En una espira es fácil saber el sentido del campo magnético utilizando la regla de
la mano derecha. El sentido de la corriente está marcado por el dedo pulgar, y el
del campo magnético por el cierre de los dedeos sobre la mano.
Así la polaridad en ambas caras de la espira es la siguiente:

II SN

a Figura 1.13. Campo magnético a Figura 1.14. Polaridad en los lados de una espira.
en una espira.

Magnetismo y electromagnetismo 11

3.3. Campo magnético en una bobina saber más

Si se desea conseguir un campo magnético superior, se pueden unir en serie varias El físico danés Oersted fue el pri-
de estas espiras y así sumar sus campos parciales. Esto se consigue realizando con mero en evidenciar (en 1820) la
el conductor una bobina o solenoide. En este caso, para conocer cuál es el sentido relación que había entre electrici-
del campo magnético, se utiliza también la regla de la mano derecha, pero con dad y magnetismo. Probó que el
una interpretación diferente a la utilizada anteriormente. Ahora el sentido de paso de una corriente eléctrica por
cierre de los dedos sobre la bobina indica el sentido de la corriente y el del dedo un circuito provocaba un campo
pulgar representa el campo magnético. magnético a su alrededor.

SN

a Figura 1.15. Campo magnético en una bobina.

3.4. Intensidad de campo magnético

Esta magnitud indica la fuerza de un campo magnético. Se representa con el sím- a Figura 1.16. Hans Christian Oers-
bolo H y tiene como unidad el amperio-vuelta/metro (Av/m). ted.

Así, un campo magnético es más intenso cuanto mayor es la corriente que lo a Figura 1.17. Bobina del circuito
magnético de un relé industrial.
recorre (I) y el número de espiras (N) que lo forma. Por otro lado, será menor
cuanto mayor es la longitud de la bobina (L).

H= N·I
L

3.5. Fuerza magnetomotriz

Es la fuerza que permite mantener el campo magnético en un circuito electromag-

nético, por ejemplo en el de una bobina. La fuerza magnetomotriz se representa
por la letra F, aunque en ocasiones puede mostrarse como f.m.m, y se mide en
amperios-vuelta (Av).

Matemáticamente la fuerza magnetomotriz es directamente proporcional a la

corriente (I) que recorre el circuito, siendo la constante de proporcionalidad el
número de espiras (N) que lo forman.

F=N·I

Así, se puede afirmar que la intensidad de campo magnético (H) es directamente

proporcional a la fuerza magnetomotriz (F) e inversamente proporcional a la

longitud de la bobina (L). F
L
H=

3.6. Circuito magnético

Si a una bobina se le introduce una barra de hierro en su interior, se comprueba que
los efectos del campo magnético generado aumentan de forma considerable. Esto
es fácilmente comprobable acercando la sonda de un teslámetro a un circuito con
núcleo y a otro sin él.

12 Unidad 1

caso práctico inicial Así, resulta evidente que en un circuito magnético con un núcleo de hierro, o
cualquier otro material de los denominados ferromagnéticos, el campo magnético
El núcleo al aire de un circuito aumenta para el mismo valor de corriente y, no solo eso, sino que las líneas de
magnético también genera líneas fuerza pueden ser dirigidas en función de la forma física de dicho núcleo.
de fuerza, pero son dispersas y
con poca intensidad. No obstante, Nucleo rectangular o cuadrado Nucleo toroidal
cuando el núcleo es de material
ferromagnético, el campo magné- I
tico se potencia y puede ser redi-
reccionado con facilidad. IL L

recuerda Bobina Bobina

Las máquinas que vas a estudiar a Figura 1.18. Dos tipos de circuitos magnéticos elementales.
en las próximas unidades disponen
de circuitos magnéticos mucho Un circuito magnético simple es el denominado electroimán, que consiste en un nú-
más complejos que los estudiados cleo de hierro y en una bobina que se alimenta con una fuente tensión. Así, al esta-
hasta ahora. Sin embargo, su fun- blecer sobre ella el paso de corriente, el núcleo se magnetiza atrayendo los elementos
cionamiento se basa también en ferromagnéticos que estén a su alrededor. Sin embargo, si se desconecta la fuente de
estos principios básicos. tensión interrumpiéndose la corriente, los efectos magnéticos también desaparecen.
Esta propiedad es utilizada en todo tipo de dispositivos eléctricos industriales como
a Figura 1.19. Parte del circuito relés, contactores, timbres, elementos de bloqueo y retención, etc.
magnético de una máquina rotativa.
En un circuito con núcleo magnético, para el cálculo de la intensidad de campo
(H), L no es la longitud del hilo que forma la bobina, sino que es el perímetro
central de su núcleo.

actividades

2. Utilizando un teslámetro experimenta cómo cambia el valor del campo magnético de diferentes tipos de ima-
nes permanentes (ferrita, neodimio, etc.). Realiza la comprobación acercando y alejando la sonda a los polos y
sobre la línea neutra.

Con la siguiente actividad se pretende que experimentes los efectos de un circuito magnético básico. Para ello

debes disponer de los siguientes materiales: una pila de 4,5 V (también es posible de 9 V), una brújula, un puñado

de virutas o, en su defecto, clips pequeños de oficina, un clavo de unos 10 cm

de longitud y 4 mm de diámetro, hilo rígido aislado de 0,25 mm2 (mejor hilo de Hilo de bobinar Clavo
bobinar esmaltado).

Realiza una bobina de unas 20 ó 25 espiras sobre el clavo, teniendo en cuenta de Pila Brújula
dejar como unos 15 cm de conductor en cada uno de sus extremos. Pela el cable
1 cm en ambas terminaciones. Ten en cuenta que si el hilo es esmaltado, debe
retirase el barniz con una lija o raspándolo con el filo de una tijera de electricista.

Realiza las siguientes comprobaciones:

a. ¿Qué ocurre cuando se alimenta la bobina con la pila y se acercan las virutas Virutas Sonda
a la brújula o a la sonda del teslámetro? Realiza la comprobación por ambos
extremos del clavo y por la línea neutra. 50 50
||||||||||||||||||| |||||||||||||||||||
b. Realiza lo mismo sacando el clavo de la bobina. ||||||||||||||||||
||||||||||||||||||
||||||||||||||||||
||||||||||||||||||
||||| |||| ||||| ||||
0 100 0 100

50 ||||||||||||||||||
|||||||||||||||||||
||||||||||||||||||
||||| ||||
0 100

c. Construye una bobina con el doble de espiras y repite las comprobaciones. Teslámetro
d. ¿Qué conclusiones sacas de todo esto?
a Figura 1.20. Elementos necesa-
rios para realizar la actividad.

Magnetismo y electromagnetismo 13

3.7. Materiales para circuitos magnéticos caso práctico inicial

Los materiales utilizados para los núcleos de circuitos magnéticos pueden ser de No todos los materiales son ade-
diferentes tipos; sin embargo, no todos tienen un comportamiento similar ante cuados para la construcción de
el campo magnético que generan o ante el que están expuestos. núcleos en circuitos magnéticos.
En función de la aplicación, deben
Sin entrar en detalles matemáticos avanzados, se puede decir que los átomos utilizarse unos u otros, siendo los
de los materiales se comportan como pequeños imanes que interactúan entre denominados ferromagnéticos los
sí. A estos átomos se les denomina spines y tienen una orientación magnética más adecuados para la fabricación
propia. de máquinas eléctricas.

Así, en función de la orientación y de la magnitud de estos spines, además del
comportamiento ante un campo magnético externo, los materiales se clasifi-
can en:

• Diamagnéticos. En este tipo los spines no disponen de campo magnético; sin
embargo, si se les aplica un campo magnético externo, estos se orientan en sen-
tido contrario a las líneas de fuerza del campo inductor. Por tanto, se dice que
los materiales de este tipo no interaccionan con otros materiales magnéticos.
Algunos materiales diamagnéticos son el oro, el silicio, el hidrógeno, el helio,
el cobre, el germanio, el bronce, el grafito, etc.

• Paramagnéticos. En este tipo los spines sí disponen de su propio campo mag-
nético. Así, cuando se les aplica un campo externo, algunos de ellos tienden a
orientarse ligeramente en el sentido de las líneas de fuerza del campo principal.
Algunos materiales paramagnéticos son el aire, el titanio, el aluminio, etc.

• Ferromagnéticos. Son aquellos en los cuales los átomos se alinean por comple-
to con las líneas de fuerza del campo externo. Es el tipo de material utilizado
para la fabricación de circuitos magnéticos en máquinas eléctricas, ya que para
valores de corriente no muy elevados, aumenta considerablemente la magne-
tización. El hierro es el material ferromagnético por excelencia, no obstante,
para la obtención de los mejores resultados en la conducción del campo, suele
alearse con cobalto, níquel y/o silicio.

H

Sin magnetización externa Con magnetización externa

a Figura 1.21. Orientación de los átomos de un material ferromagnético. caso práctico inicial

En cualquier caso, para el estudio de máquinas eléctricas, el material que no es La chapa de grano orientado es
ferromagnético se considera amagnético, es decir, un material que no tiene nin- ideal para la construcción de trans-
gún comportamiento especial cuando se encuentra sometido a líneas de fuerza formadores, ya que aumenta el
magnéticas. rendimiento y evita pérdidas por
exceso de calor. En la fabricación de
Los materiales para la constitución de núcleos en circuitos magnéticos se consi- esta chapa se cuida la orientación
guen con aleaciones que facilitan la orientación aquí nombrada, como la deno- de sus cristales de forma que favo-
minada chapa de grano orientado. rezcan la dispersión de los campos
magnéticos por su interior.

14 Unidad 1

vocabulario 3.8. Reluctancia magnética

Español-Inglés Tradicionalmente, a la reluctancia magnética se la compara con la resistencia
Campo magnético: magnetic eléctrica, ya que es la característica que tienen los materiales ferromagnéticos de
field oponer mayor o menor resistencia a la formación de líneas de fuerza de un campo
Circuito magnético: magnetic magnético.
circuit
Corriente eléctrica: electric Según la ley denominada de Hopkinson, se establece una expresión similar a la
current ley de Ohm en la que el flujo magnético (Φ) es directamente proporcional a la
Corriente inducida: induced fuerza magnetomotriz (F) e inversamente proporcional a la reluctancia (R).
current
Desmagnetización: Φ= F
desmagnetization R
Generador eléctrico: electrical
generator Por tanto definimos la reluctancia como:
Hierro: iron
Histéresis: hysteresis R = F
Imán: magnet Φ
Inducción magnética: magnetic
induction Las unidades de medida se dan en Amperios-Vuelta/Weber (Av/Wb).
Magnético: maganetic
Máquina eléctrica: electrical 3.9. Curva de magnetización de un material
machine
Materiales ferromagnéticos: Si a un circuito magnético, como el mostrado en la figura, se le conecta una fuen-
ferromagnetic materials te de tensión a través de una resistencia variable o reóstato, de tal forma que se
Motor de pasos: stepper motor pueda regular la intensidad de corriente que circula por él, la intensidad de campo
Par: torque H variará en función de dicha corriente.

Sonda Teslámetro
I

VR 50 50
||||||||||||||||||| |||||||||||||||||||
||||||||||||||||||
||||||||||||||||||
||||||||||||||||||
||||||||||||||||||
||||| |||| ||||| ||||
0 100 0 100

50 ||||||||||||||||||
|||||||||||||||||||
||||||||||||||||||
||||| ||||
0 100

a Figura 1.22. Circuito para determinar la curva de magnetización de un núcleo.

Si al núcleo se le acerca un teslámetro, para así poder medir la inducción mag-
nética B generada en él, se observará que, inicialmente, con muy poca variación
de H, la inducción aumenta considerablemente hasta llegar a un valor en el que
por mucho que aumente el valor de la intensidad de campo H, la inducción se
mantiene prácticamente estable. A esta zona se la denomina de saturación, ya
que el campo B no aumenta, a pesar de H lo haga de forma considerable.

El circuito propuesto se puede realizar de forma experimental, siempre que el
material ferromagnético no haya sido magnetizado ninguna vez, ya que de lo
contrario estarán siempre presentes los efectos del magnetismo remanente y esto
provocará errores en la toma de valores.

Como se verá en las páginas siguientes, para eliminar el magnetismo remanente
es necesario aplicar un campo denominado coercitivo, con la misma intensidad
del campo aplicado, pero de signo contrario.

Se debe tener en cuenta que los teslámetros, tanto lo de tipo analógico como los
de tipo digital, proporcionan valores positivos y negativos. Esto significa que el
campo generado es de diferente polaridad, es decir, que pertenece al polo norte o
al polo sur del circuito magnético.

Magnetismo y electromagnetismo 15

Una representación de lo anterior es la siguiente: recuerda

B Chapa de grano orientado La curva de magnetización es,
como su nombre indica, una cur-
Chapa normal va en la que se muestra cómo se
comporta un material cuando es
Punto de saturación sometido a los efectos de un cam-
magnética po magnético. Representa la evolu-
ción de la inducción magnética en
función de la intensidad de campo.

Aire a Figura 1.24. Chapa magnética
utilizada para la construcción de
H transformadores.

a Figura 1.23. Curvas de magnetización.

En la figura anterior se observan las curvas de dos tipos de materiales (chapa de
grano orientado y chapa de grano no orientado) y, además, se compara con la
del aire, que en lugar de ser una curva es una línea recta cuya magnetización es
pequeña respecto a la de los dos materiales ferromagnéticos. En las dos primeros
curvas se observa cómo la chapa de grano orientado tiene mejor magnetización
para el mismo paso de corriente.

actividades

3. Observa la curva de magnetización de diferentes tipos de materiales y aleaciones ferromagnéticas facilitada por
el fabricante de imanes NAFSA S.L. en su catálogo general.

2

Armco Telar 57 St37

St60 Acero colado

Fundición maleable 20MnCr5

B (Tesla) NAFSA S.L. Hierro colado

1

H = intensidad del campo magnético (AV/cm)
B = inducción (Teslas)

0 50 H (AV/cm) 100

0 150

a Figura 1.25. Curvas de magnetización para diferentes materiales (Cortesía NAFSA S.L.).

Responde a las siguientes preguntas:

a. ¿Cuál es el material, de los indicados, que mues- d. ¿Y el Armco Telar 57?
tras mejores características de magnetización? e. ¿Cuál es valor máximo conseguido para B?
f. ¿Y el menor?
b. ¿Cuál es el peor?

c. ¿A qué valor aproximado de intensidad de cam-
po se satura el acero colado?

16 Unidad 1

3.10. Permeabilidad magnética

saber más Es la capacidad que tienen los materiales de magnetizarse o facilitar el paso de
las líneas de fuerza a través de ellos. En cierto modo, se puede decir que la per-
Se denomina permeabilidad meabilidad magnética es la magnitud contraria o inversa de la reluctancia. De
este modo se puede afirmar que unos materiales son más permeables que otros a
relativa (μr) a la relación entre la los campos magnéticos.
permeabilidad absoluta y la per-
Esta magnitud se representa por la letra griega µ (Mu) y tiene como unidad el
meabilidad en vacío o constante henrio/metro (H/m). Matemáticamente es la relación que existe entre la in-
ducción B y la intensidad de campo magnético H, denominándose en este caso
magnética (μ0). μ0 permeabilidad absoluta.
μ
μr =

µ = B
H

La permeabilidad no es una magnitud constante, ya que depende en gran me-
dida del campo magnético aplicado. Así, si su curva se representa en la misma
gráfica que la de la magnetización, ya que la permeabilidad depende también
de los valores de B y H, se observa cómo es mayor en la primera zona de la
magnetización y disminuye radicalmente una vez que se ha superado el punto
de saturación.

B

Curva de magnetización

Permeabilidad µ (H/m)

H

a Figura 1.26. Curva de permeabilidad comparada con la de imanación.

caso práctico inicial 3.11. Histéresis magnética

Si bien una alta remanencia es Cuando un material ferromagnético es sometido a los efectos de un campo mag-
un dato adecuado para los ima- nético externo, como puede ser el inducido por una bobina, este presenta una
nes permanentes, no lo es tanto magnetización que se mantiene mientras duran dichos efectos. Sin embargo,
para la construcción de máquinas cuando el campo cesa, los materiales presentan aún, en mayor o menor medida,
eléctricas, ya que requieren que indicios de imanación. A este fenómeno se le denomina remanencia y es la
los efectos de imanación desapa- capacidad que tienen los materiales ferromagnéticos de mantener los efectos de
rezcan cuanto antes una vez haya magnetización una vez ha finalizado la acción que los ha generado.
cesado la causa que los generó.
La remanencia es favorable para la creación de imanes permanentes, sin embargo,
para la fabricación de electroimanes y núcleos de máquinas eléctricas puede ser
muy perjudicial produciendo pérdidas de energía por exceso de calor. Por este
motivo es de gran importancia la selección adecuada del material en función de
la aplicación en la que se va a utilizar.

Magnetismo y electromagnetismo 17

El estudio de la remanencia se realiza mediante el análisis de lo que ese de-
nomina histéresis magnética. Este proceso consiste en conocer y representar
gráficamente, mediante el denominado ciclo de histéresis, el comportamiento
de un material ferromagnético que se encuentra sometido a la acción de un
campo magnético en el que se van modificando progresivamente los valores
de B y H.

B+ M
2

BR

3 7
-HCc 1
0 HC
H- H+
m
6

4 -BR
5

B-

a Figura 1.27. Ciclo de histéresis.

Se debe disponer de un material que no haya sido sometido anteriormente a los
efectos de un campo magnético para que sea nula su magnetización inicial.

A continuación se explica en qué consiste el efecto de histéresis magnética en
base al gráfico de la figura anterior.

1. Partiendo desde el punto 0, los valores para B y H van aumentando progresi-
vamente. Así, si se van adquiriendo pares de valores para estas dos magnitudes,
se observa cómo la curva de imanación progresa de la forma representada en
la figura como (1).

2. Una vez que se ha alcanzado el punto de saturación M, se disminuyen progresi-
vamente los valores para B y H con la misma pauta utilizada para la curva (1).
En este caso se observa que cuando H es nuevamente 0, el campo B no lo es,
rpermesaennetánnted.oEseneensteestceascoasnoouenxvisatleoerxBcRitdaecbióidnoya, lsicnorermesbpaorngod,iesnetme amnatgienneetinsmloos
efectos de magnetización en el material sometido al ensayo.

3. Así, si se continua asignado valores negativos a la intensidad de campo H, el
campo es nulo cuando se llega al punto –Hc. Este valor es el correspondiente

18 Unidad 1

al denominado campo coercitivo (que es de sentido contrario o negativo) y es

el que se debe dar a H para conseguir que desaparezca por completo la rema-
nencia del material.

4. Si se continua asignado valores negativos para B y H, se llega hasta el punto
de saturación m que es de signo contrario al alcanzado en la primera parte del
ciclo (M).

5. A partir de este punto, se disminuye la asignación de valores para B y H, ob-
servándose que cuando la intensidad de campo H vuelve a tener valor cero, el

campo B malaonbtiseenrveaedloveanloer l–tBraR,mqoue3 es el magnetismo remanente de polaridad
contraria de la curva.

6. Así, si se siguen asignado valores, positivos para H y negativos para B, se al-
qcaunezsaeedlepbuenatsoigHncacroprarreaspqounedeiel nmtaetaelricaalmpipeordcaoelarcrietmivaon(eenncsiae.ntido contrario)

Los materiales ferromagnéticos pueden clasificarse como blandos o duros en fun-
ción de si pierde o no su remanencia con facilidad. Así, el material para fabricar
un imán permanente debe se de tipo duro, con un campo coercitivo grande para
evitar que se sea desmagnetizado con facilidad. Sin embargo, los materiales para
la construcción de núcleos en máquinas rotativas o transformadores deben se de
tipo blando, ya que su remanencia debe ser la menor posible.

B+

M
BR

-HC 0 HC H +
H-

-BR
m

B-

a Figura 1.28. Ciclo de histéresis para un material magnéticamente duro.

En los materiales ferromagnéticos, y por tanto también en las máquinas eléctri-
cas, deben tenerse en cuenta las pérdidas por histéresis que se manifiestan en for-
ma de calor, y que son mayores cuanto más grande es el área que abarca la curva
del ciclo de histéresis. De esta forma, se deduce que las máquinas eléctricas que

Magnetismo y electromagnetismo 19

generan campos muy variables (como son las de corriente alterna), deben estar
construidas con materiales blandos cuyo ciclo de histéresis sea lo más estrecho
posible.

B+

M

BR H+

-HC
H - 0 HC

-BR

m
B-

a Figura 1.29. Ciclo de histéresis para un material magnéticamente blando.

3.12. Corrientes parásitas o de Foucault saber más

En un núcleo ferromagnético que se encuentra sometido a la acción de un Las corrientes de Foucault deben su
campo eléctrico se producen una serie de corrientes inducidas que circulan en nombre al científico francés que las
forma de bucle o torbellino en el interior del núcleo. Estas corrientes generan descubrió en 1851. No obstante,
campos magnéticos que se oponen al campo exterior y provocan que los elec- también se las conoce como corrien-
trones choquen de forma continuada contra las cargas eléctricas de material tes parásitas o corrientes torbellino.
ferromagnético generando calor y, por consiguiente, las correspondientes pér-
didas de energía.

a Figura 1.30. Corrientes parásitas de valor a Figura 1.31. Detalle de núcleo de
elevado en un núcleo macizo. chapas magnéticas.

20 Unidad 1

saber más Si en las máquinas eléctricas se utilizaran núcleos de hierro macizo, las corrientes
parásitas serían tan elevadas que el calor producido generaría pérdidas enormes.
En las máquinas eléctricas las Por este motivo, las máquinas, especialmente las de corriente alterna, se constru-
corrientes de Foucault son un efec- yen con finas chapas de hierro al silicio aisladas entre sí que disminuyen de forma
to no deseado que hay que intentar considerable las corrientes de Foucault.
minimizar para evitar una excesiva
pérdida de energía por calor. Sin
embargo, en algunas ocasiones,
como es el caso de las cocinas vitro-
cerámicas de inducción, este fenó-
meno es aprovechado precisamen-
te para todo lo contrario, generar
el suficiente calor para ser capaz de
cocinar los alimentos.

a Figura 1.32. Corrientes parásitas de pequeño
valor en chapas magnéticas.

saber más 3.13. Fuerza ejercida sobre un conductor por el que circula
una corriente
A la regla de los tres dedos de la
mano izquierda también se la lla- Si un conductor por el que circula una corriente eléctrica es sometido a un campo
ma regla de Fleming en homenaje magnético, este conductor tiende a salir de dicho campo en el sentido dado por la
al científico que ideó su utilización. regla de la mano izquierda de los tres dedos. Dicha regla se aplica de la siguiente
manera: con el dedo índice se indica el sentido del campo, con el dedo pulgar el
sentido de la fuerza o movimiento ejercicio en el conductor y con el dedo medio
el sentido de la corriente eléctrica.

F ejemplo
B
Si al conductor de la figura se le aplica una corriente eléctrica en el sentido
I indicado (flecha verde) y se conoce el sentido del campo magnético (flecha
violeta), se observa, utilizando la regla de la mano izquierda, que el movimiento
a Figura 1.33. Regla de la mano del conductor es hacia arriba (flecha azul).
izquierda.
F

NB

SI

F
B

I
a Figura 1.34. Ejemplo de aplicación de la regla de la mano izquierda.

Magnetismo y electromagnetismo 21

También se puede representar de forma esquemática y simplificada marcado sobre saber más
el papel el sentido del campo. Así, una (X) se indica que el campo es entrante y
un punto (·) que es saliente. La fuerza F obtenida en el conduc-
tor es el producto de tres factores:
Campo entrante Campo saliente la corriente que circula por el con-
ductor, la longitud del mismo y el
a Figura 1.35. Representación del sentido del campo. valor de la inducción del campo
magnético.
ejemplo
F=I·l·B
Si se desea representar de forma esquemática cómo actúa un campo magnéti-
co sobre un conductor que es recorrido por una corriente eléctrica, habrá que Si el conductor no corta las líneas
tener en cuenta algunos datos. de fuerza perpendicularmente,
En este ejemplo el campo es entrante, es decir, que apunta en dirección al debe ser tenido en cuenta el ángu-
papel en el que está representado, ya que se indica mediante (X). El sentido lo de inclinación (a), por tanto, la
de corriente del conductor es de izquierda a derecha. Por tanto, si se aplica la fuerza quedaría:
regla de la mano izquierda, se comprueba que el movimiento F del conductor
es hacia arriba. F = I · l · sen a

Es importante no confundir F con
la fuerza magnetomotriz estudia-
da anteriormente.

B
F

Conductor
I

a Figura 1.36. Representación simplificada de la
aplicación de la regla de la mano izquierda.

3.14. Fuerza ejercida sobre una espira por la que circula
una corriente

Si en lugar del conductor rectilíneo visto anteriormente, se introduce una
espira (o bobina), también llamada cuadro móvil, en el interior del campo
magnético, cuando por ella circula una corriente, se produce un par de fuerzas,
una en cada uno de sus lados activos, que tiende a mover la espira para sacarla
del campo.

22 Unidad 1

caso práctico inicial Así, si se aplica la regla de la mano izquierda en ambos lados activos de la espira,
se comprueba que las dos fuerzas tienen sentido opuesto. De tal forma, que si a
Para la conexión de los devanados la espira se le coloca un eje central, la acción de dichas fuerzas provoca que esta
del rotor se utiliza un sistema de gire sobre él. Para que el sentido de la corriente se mantenga al producirse esta
colector o de anillos, sobre el que rotación, es necesario disponer de un sistema de conmutación, llamado colector,
se apoyan unas escobillas para conectado a los bornes de la espira o bobina. De esta forma, aunque se produzca
hacer la conexión eléctrica aunque el giro, la polaridad de la alimentación siempre se mantiene, y con ella el sentido
la máquina gire a gran velocidad. de la corriente en ambos lados de la espira.

Espira

N Eje

Elemento de B S
conmutación F

II

F

a Figura 1.37. Detalle del colector a Figura 1.38. Par de fuerzas de una bobina sometida a un campo magnético.
de delgas para alimentar el indu-
cido de una máquina de corriente El efecto aquí descrito es el principio de funcionamiento de los motores eléc-
continua. tricos.

F Observando algunas de las partes de la espira se obtiene lo siguiente:

E Espira E 1. En los dos lados de la espira que están en línea con el campo (por el que se
aplica la alimentación y por el que une las dos caras activas), se produce un
F par de fuerzas que son de igual magnitud y de sentido contrario, por lo que el
m efecto es nulo sobre el funcionamiento del conjunto.

a Figura 1.39. Detalle de la espira. 2. El valor del par de fuerzas F puede calcularse por la expresión:

α F=I·m·B

a Figura 1.40. Ángulo espira – Donde I es la corriente que circula por el conductor, m es la longitud de uno
campo. de los lados activos de la espira y B la inducción del campo.

3. El momento de fuerzas o par se puede calcular mediante la siguiente expre-
sión:

M = I · S · B · sen a
Donde M es el momento de fuerzas medido en Nm, I es la corriente en ampe-
rios, S es la superficie de la espira en m2, B el campo y a el ángulo que forma
el plano perpendicular del circuito de la bobina con las líneas del campo
magnético.

3.15. Fuerza electromotriz inducida en un conductor

Faraday comprobó que si un conductor eléctrico se mueve en el seno de un campo
magnético, en ambos extremos del conductor se acumulan cargas eléctricas de
diferente signo, produciendo así una fuerza electromotriz que genera a su vez una
diferencia de potencial obtenida en voltios.

Magnetismo y electromagnetismo 23

A esta fuerza se la denomina electromotriz inducida (E o f.e.m.) y es directamente V (F)
proporcional al campo B, a la longitud de conductor l y la velocidad v a la que B
se desplaza.
E (I)
E=B·I·v
a Figura 1.41. Regla de la mano
Para comprobar cómo se mueven las cargas y, por tanto, cómo queda polarizado derecha.
el conductor, se utiliza la regla de la mano derecha. Así, con el dedo pulgar se
indica el sentido del movimiento o velocidad del conductor, con el dedo índice
el sentido del campo y con el dedo corazón el sentido de la corriente, que es lo
mismo que decir, el sentido de la fuerza electromotriz.

B S v (F)
E (I) B
v (F)
NE (I)

a Figura 1.42. Sentido de la fuerza electromotriz en un conductor.

ejemplo

De igual forma, si es el campo el que se mueve y el conductor eléctrico el que se
mantiene fijo, se generará fuerza electromotriz mientras exista movimiento. Así,
en el ejemplo de la figura, se muestra cómo al introducir un imán en una bobina
estática por ella circula una corriente eléctrica. De igual forma, si el imán sale,
se genera dicha corriente, pero en este caso de sentido contrario a la anterior.
Si el imán deja de moverse, incluso en el interior de la bobina, no se produce
ninguna corriente.

S S

Introducir imán Sacar imán

NI NI

II
a Figura 1.43. Generación de f.e.m. con un campo móvil.

24 Unidad 1

De igual forma, si se hace girar una espira en el interior de un campo magnético
fijo, cada vez que una de sus caras activas corta las líneas de fuerza, se genera en
ella una fuerza electromotriz.

Giro de la espira

α

N BI
F

I S

F
Eje sobre el que gira la espira

a Figura 1.44. Espira en movimiento en un campo magnético.

En este caso el valor de E es directamente proporcional al valor del campo B, a la
superficie de la espira S, a la velocidad angular a la que gira ω y al seno del ángulo
que forma en cada momento con las líneas magnéticas.

E = B · S ·ω · sen a

El sentido de la fuerza electromotriz en cada uno de los haces activos de la bobina
se obtiene aplicando sobre ellos la regla de la mano derecha de la misma forma
que se ha explicado para el conductor rectilíneo.

Si en lugar de una espira lo que se mueve en el seno del campo magnético es una
bobina, la fuerza electromotriz resultante es la suma de todas las fuerzas electro-
motrices parciales de cada de espiras (N) que la forman. Así, la expresión es:

Ebobina = B · S ·ω · N · sen a

ejemplo

La figura muestra cómo una espira corta las líneas de fuerza para diferentes
valores del ángulo a. En el caso A, como el ángulo es de 90º, el valor del seno
será 1, por lo que el valor de la fuerza electromotriz generada E es el máximo.
En el caso B, el ángulo es de 45º, por lo que el seno será menor que 1, por
tanto, E es de menor valor que en el caso A. Y, por último, si el ángulo es 0º, el
valor de seno será nulo, lo que significa que el valor de la fuerza electromotriz
también será nulo.

BBB

α = 90º α = 45º α = 0º

A BC
a Figura 1.45. Diferentes posiciones de una espira en el seno de un campo magnético.

Magnetismo y electromagnetismo 25

Cuando el conductor se mueve en el campo magnético, la acción del flujo varía
sobre él. Así, se puede afirmar que siempre que hay una variación de flujo, se pro-
duce una fuerza electromotriz en el conductor. Teniendo en cuenta este efecto,
se observa que no es necesario mover el conductor o el campo para obtener una
corriente eléctrica. Simplemente variando el flujo y manteniendo estáticos todos
los elementos que intervienen, se consiguen los mismos efectos.

ejemplo

En el caso del circuito de la figura, la variación del campo se realiza por medios
eléctricos, como puede ser la conexión de una resistencia variable de potencia
o reóstato en serie con la bobina del electroimán que lo genera.

Excitación N
Excitación

Bobina I Bobina I
Inducida I Inducida I

Menor flujo Mayor flujo

a Figura 1.46. Sentido de la corriente inducida en función de la variación de flujo.

De este modo, si se actúa sobre el reóstato, también se modifica la corriente
de la bobina de excitación. Así, el flujo aumenta o disminuye en consecuencia,
induciendo una fuerza electromotriz en la bobina y, por tanto, un paso de
corriente eléctrica por sus espiras, cuyo sentido está en función del aumento o
disminución del flujo.

3.16. Autoinducción

Cuando una bobina es recorrida por una corriente eléctrica, en cada una de sus
espiras aparece un campo magnético que afecta a las espiras contiguas, generando
así una corriente eléctrica inducida. Si la corriente que circula por el conductor es
variable, el flujo también varía y, por tanto, se produce una fuerza electromotriz
denominada autoinducida que, según la ley de Lenz, se opone a la causa que la
produce. Esto significa que si la corriente es de tipo continuo, no existe variación
de flujo y, por tanto, no se presentan los efectos de autoinducción.

A la capacidad que tiene la bobina de generar la fuerza electromotriz inducida,
se le denomina coeficiente de autoinducción, que se representa con la letra L, se
mide en henrios (Hr) y se puede calcular por la expresión:

L=N· Φ
I

Donde N es el número de espiras de la bobina, Φ es el flujo e I es la corriente
eléctrica.

26 Unidad 1

4. Clasificación de máquinas
eléctricas

Las máquinas eléctricas tradicionalmente se han clasificado en dos grandes gru-
pos: estáticas y rotativas. En las próximas unidades se darán detalles constructivos
y de funcionamiento de muchas de ellas, no obstante, aquí se establece esta clasi-
ficación incluyendo los diferentes tipos que existen en la actualidad.

4.1. Máquinas estáticas

Basan su funcionamiento en la inducción estática de la fuerza electromotriz. En
este tipo de máquina ninguno de sus elementos realiza movimiento o desplaza-
miento mecánico.

La máquina estática por excelencia basada en electromagnetismo es el transfor-
mador, que a su vez se puede clasificar en:

TRANSFORMAdORES

Según sistema de corriente Monofásicos
Trifásicos

Elevadores

Reductores

De impedancia

Según el tipo de aplicación De medida

De aislamiento

De distribución

etc.

De columnas

Según su construcción Autotransformador
Toroidal

etc.

Como hemos visto, existe una gran variedad de transformadores, aunque todos se
basan en los mismos principios.

a Figura 1.47. Transformadores monofásico y toroidal (Cortesía de López S.R.L. y Direct Industry).

Magnetismo y electromagnetismo 27

4.2. Máquinas rotativas

Son aquellas que convierten la energía eléctrica en mecánica, o viceversa. A las
primeras se les denomina motores y a las segundas generadores.

Si bien la clasificación de este tipo de máquinas puede hacerse en base a diferen-
tes criterios (tipo de corriente, aplicaciones, etc.), aquí se ha optado por la basada
en estos dos grupos: motores y generadores.

MÁqUINAS ROTATIvAS

Generadores CC Serie a Figura 1.48. Circuito magnético
(Dinamos) Shunt del estator de una máquina rotati-
Compund va de corriente alterna.
Generadores Excitación Independiente
Motores a Figura 1.49. Circuito magnético
Alternadores (AC) Trifásicos del rotor de una máquina rotativa
Monofásicos de corriente alterna.

Corriente alterna Asíncronos Síncronos
Monofásicos
Trifásicos

Corriente continua Serie
Shunt
Compund
Excitación Independiente

Universal
Paso a paso (PaP)

Brushless

Si bien la clasificación de las máquinas eléctricas rotativas a menudo se hace
en función del tipo de corriente con el que trabajan (continua y alterna), en la
actualidad existen algunas de ellas que son difíciles de clasificar en este sentido,
como con los denominados motores Paso a Paso (PaP) o los motores Brushless.
Ambos tipos de máquinas son alimentados y controlados mediante acciona-
mientos de tipo electrónico, los cuales se encargan de generar los pulsos y señales
necesarios para excitar el circuito magnético del motor.

a Figura 1.50. Motor de gran potencia. a Figura 1.51. Motor en máquina industrial.

28 Unidad 1

ACTIvIdAdES FINALES

1. Realiza la actividad propuesta en la práctica profesional.

2. Di cuál es la polaridad del campo magnético generado por las siguientes bobinas teniendo en cuenta el
sentido de la corriente indicado en cada una de ellas.

AB CD

a Figura 1.52.

3. ¿Qué fuerza magnetomotriz se generará en cualquiera de las bobinas del ejercicio anterior sabiendo que
por ellas circula una corriente de 3 A y que cada espira tiene una longitud de 10 cm?

4. Utilizando los materiales de la lista que se indica a Listón de madera J.C.M.Castillo
continuación, realiza lo siguiente: monta un balan- Imán
cín de hilo de cobre de 1,5 mm2 sobre dos cánca-
mos atornillados en un listón de madera como se SS NN Cáncamo
muestra en la figura. Sitúalo bajo la influencia de un
imán en forma de herradura. Alimenta el circuito Balancín de
utilizando dos latiguillos con pinzas de cocodrilo hilo de 1,5 mm2
desde la pila y observa qué ocurre cuando se cam-
bia la polaridad tanto de la alimentación como del Latiguillo de conexión
campo generado por el imán.
Pila
Lista de materiales
a Figura 1.53.
• Pila de 4.5 V

• 20 cm de hilo rígido de 1,5 mm2

• Imán de herradura

• Listón de madera

• 2 latiguillos con pinzas de cocodrilo

• 2 cáncamos abiertos

5. Las siguientes figuras representan un conductor rectilíneo por el que circula una corriente eléctrica que se
encuentra bajo los efectos de un campo magnético. Representa sobre ellas cuál es en cada caso el sentido
de la fuerza ejercida sobre el conductor.

B B BB

II
II
a Figura 1.54.

6. Por un conductor de 36 cm de longitud circula una corriente eléctrica de 5 A, ¿qué fuerza desarrollará el
conductor si se le somete a un campo magnético de 1,12 T?

7. ¿Qué intensidad de campo magnético H presentará un núcleo toroidal de 20 cm de diámetro interior y
30 cm de diámetro exterior?

Magnetismo y electromagnetismo 29

8. En un ensayo con tres materiales ferromagnéticos se han obtenidos los resultados indicados en la siguiente
tabla. Dibujar sobre una hoja de papel milimetrado las curvas de magnetización de los tres materiales y
averiguar cuál de ellos es el que mejores condiciones de magnetización presenta. ¿Cuál es el punto de
saturación para cada uno de los materiales?

H Material 1 B (T) Material 3
(Av/m) 0 Material 2 0
0,2 0,3
0 0,4 0 0,4
25 0,6 0,3 0,6
40 0,8 0,43 0,7
60 1 0,65
70 0,88 0,82
100 1,25 0,98 0,96
200 1,35 1,15 0,97
300 1,4 1,22 0,98
400 1,42 1,28 0,99
500 1,44 1,3
600 1,46 1,32 1
700 1,48 1,33 1,01
800 1,5 1,34 1,022
900 1,52 1,35 1,03
1000 1,55 1,36 1,044
1100 1,37 1,055

9. ¿Qué valores de permeabilidad magnética presentan los tres materiales de la actividad anterior cuando la
intensidad de campo magnético H es de 25, 100, 400 y 1000 Av/m?

entra en internet

10. Entra en la siguiente dirección de Internet y observa detenidamente el vídeo en el que se explican, de
forma práctica, los principios fundamentales del magnetismo y electromagnetismo.
Fuente: YouTube
Título del vídeo: Campo magnético e inducción electromagnética-Ciencia en Acción 2007
Dirección: http://youtu.be/V9v2KBjXyc0

11. Haz lo mismo para la siguiente dirección en la que se explican los principios básicos de los transformadores.
Fuente: YouTube
Título del vídeo: TRANSFORMADORES DE CORRIENTE ELÉCTRICA, Fundamentos, tipos, aplicaciones
Dirección: http://youtu.be/nLxfWdGCiuY

30 Unidad 1

HERRAMIENTAS PRÁCTICA PROFESIONAL

• Tijera de electricista comprobación del campo
• Alicate de puntas planas magnético generado
en una bobina
MATERIAL
OBJETIVO
• Un panel o listón de madera
• 30 cm de hilo rígido de 1,5 mm2 Montar un sencillo motor eléctrico basado en una bobina sin núcleo. El montaje
• 1 m de hilo de bobinar de 0,5 mm permitirá comprobar el principio de generación de campo magnético estudiado
• Un imán (por ejemplo, en la unidad.

el de un pequeño altavoz) PRECAUCIONES
• Un par de tirafondos
• Canutillo de unos 20 mm • Utiliza las herramientas de corte siguiendo las indicaciones de seguridad dic-
tadas por tu profesor.
de diámetro
• Pila de 4,5 V • Retirar el aislante de hilo esmaltado para realizar una correcta conexión eléc-
• Dos cables de prueba con pinzas trica.

de cocodrilo en ambos extremos

DESARROLLO

1. Sobre el canutillo de 20 mm de diámetro o un manguito de medidas similares de los utilizados para unir tubos
rígidos de PVC en instalaciones eléctricas, crea una bobina de 15 espiras con el hilo esmaltado.

2. Saca la bobina del molde intentado que las espiras no se separen.

3. Deja unos 3 cm de hilo en cada uno de los extremos de la bobina.

4. Rodea todas las espiras con un par de tiras de cinta aislante para evitar que se desmonte el conjunto una vez que
la sueltes de la mano.

5. Utilizando una tijera retira unos 2 cm del esmalte en los dos extremos de la bobina.

a Figura 1.55. Creación de una bobina.

6. Pela por completo el hilo rígido de 1, 5 mm2 y corta un par de tramos de unos 6 cm.
7. Utilizando el alicate de puntas moldea el soporte sobre el que se apoyará la bobina según la forma indicada en la

figura. Procura que ambos soportes tengan la misma altura.

Magnetismo y electromagnetismo 31

8. Utilizando los tirafondos fija sobre el tablero o listón de madera ambos soportes con una distancia que permita
apoyar sobre ellos los dos extremos de la bobina.

a Figura 1.56. Creación de los soportes en la base de madera.

9. Apoya la bobina sobre los soportes asegurándote de que la parte que se ha retirado del esmalte hace contacto
con el hilo rígido.

10. Conecta los latiguillos con pinzas de cocodrilo a cada uno de los soportes.

a Figura 1.57. Montaje del conjunto.

11.Coloca el imán próximo a la bobina y conecta los extremos de los latiguillos a la pila. Mueve ligeramente la bo-
bina con un dedo para que comience a girar.

a Figura 1.58. Colocación del imán. a Figura 1.59. Bobina girando por el
efecto de repulsión del campo generado.

12.Con esta actividad podrás comprobar de forma experimental cuál es el principio básico de funcionamiento de
un motor eléctrico.

32 Unidad 1

MUNDO TÉCNICO

el tren de levitación magnética

El uso de imanes y electroimanes está presente en numerosas aplicaciones domésticas e industriales. Desde un
simple timbre o zumbador de llamada, hasta los precisos robots que se utilizan en los sistemas automatizados de
producción. Sin embargo, existen aplicaciones que tienen cierto grado de espectacularidad por lo que representan
técnica y socialmente, un ejemplo es el denominado Maglev o tren de levitación magnética.
El tren de levitación magnética es un medio de transporte experimental, aunque existen modelos dando servicio al
público. Su funcionamiento se basa en el uso de potentes campos magnéticos para desplazar un habitáculo a gran
velocidad y sin rozamiento sobre un sistema de raíles. Utiliza, por tanto, los fenómenos magnéticos de atracción y
repulsión, tanto para hacer que el tren levite o flote como para su propulsión.
El sistema utiliza dos circuitos de electroimanes, basados en superconductores, controlados por un complejo siste-
ma informático. Uno para hacer levitar el tren y que no exista rozamiento con las guías o raíles, y otro para propulsar
el tren en uno u otro sentido.

c Figura 1.60. Tren
de levitación magnética
(Cortesía de Wikipedia).

Si bien el sistema dispone de numerosas ventajas, como su alta velocidad de desplazamiento (500 Km/h), no está
exento de inconvenientes que impiden un desarrollo comercial más rápido:
• La generación de los potentes campos magnéticos consume elevadas cantidades de energía.
• Elevado coste de la infraestructura de guiado.
• De momento solamente se puede utilizar en trenes de pasajeros pequeños, ya que está muy limitada la carga

que puede desplazar.

c Figura 1.61. Maglev.

Magnetismo y electromagnetismo 33

EN RESUMEN

MAGNETISMO

Campo magnético Electromagnetismo

Flujo magnético Inducción Campo magnético Intensidad
magnética en un conductor de campo magnético

Campo Reluctancia
en una espira
Permeabilidad
Campo
en una bobina Fuerza electromotriz
inducida
Circuito magnético

Curva de magnetización Curva de histéresis
Máquinas eléctricas

EvALÚA TUS CONOCIMIENTOS Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas

1. El neodimio es un imán de los denominados: 6. Comparándola con un circuito eléctrico, la reluc-
tancia en un circuito magnético equivale a:
2. La inducción magnética se mide en:
a. la tensión eléctrica.
a. Teslas. b. Henrios. c. Maxvelios.
b. la resistencia eléctrica.
3. Para medir la inducción magnética se utiliza el:
c. la corriente eléctrica.
4. La fuerza magnetomotriz se mide en voltios. 7. El campo coercitivo es:

a. Sí. b. No. a. la remanencia del material.

5. Las corrientes de Foucault también se denominan: b. el ciclo de histéresis.

c. el campo necesario para quitar la imanación de un
material.

Materiales y herramientas

2 del bobinador

vamos a conocer...

1. Materiales
2. Herramientas y utillaje del bobinador
3. Instrumentos de medida y comprobación
PRÁCTICA PROFESIONAL 1

Fabricación de una bobina con moldes
preformados
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Fabricación de una bobina con molde
de madera
MUNDO TÉCNICO
Fabricación automatizada de máquinas
eléctricas rotativas

y al finalizar esta unidad...

Conocerás cuáles son los conductores y aislantes
utilizados en el bobinado de máquinas eléctricas.
Identificarás los diferentes tipos de herramientas
y útiles usados en el taller de reparación de
máquinas eléctricas.
Conocerás cuál es la instrumentación requerida
en el taller de mantenimiento y reparación.
Construirás dos bobinas utilizando dos
procedimientos diferentes.

35

situación de partida CASO PRÁCTICO INICIAL

Fermín y Abel, de la empresa MantenExpress, ya han comenza- otro los materiales dieléctricos que los aíslan. Dentro de la
do a formarse para la nueva tarea que su jefe les ha encomen- dotación de herramientas han comprobado que deben adqui-
dado, es decir, para todo lo relativo al mantenimiento y repa- rir un buen número de ellas y con diferentes funciones. Entre
ración de máquinas eléctricas. Lo primero que deben hacer es estas herramientas se encuentran, desde las destinadas a la
reservar un espacio en su actual taller para realizar este tipo construcción de devanados hasta las que permiten ejecutar
de trabajos. En las últimas semanas han revisado catálogos su acabado adecuadamente, pasando por las de limpieza y
y webs de fabricantes para definir cuáles son los materiales, preparación del núcleo magnético. Además, como en otras
herramientas e instrumentación de los que deben disponer técnicas eléctricas, requieren una instrumentación que permita
en su taller máquinas eléctricas. Dentro de los materiales han y facilite la comprobación y localización de averías, tanto en la
observado que dos de ellos son esenciales, por un lado los puesta en marcha de las máquinas reparadas como en tareas
conductores eléctricos que constituyen los devanados, y por de mantenimiento en planta.

estudio del caso

Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cada
punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.

1. ¿Qué característica presenta el conductor utilizado 7. El principal mercado de trabajo de MantenExpres será
para rebobinar máquinas eléctricas? el de las máquinas eléctricas rotativas, ¿cuál es el tipo
de bobinadora que mejor se adapta a su rebobinado?
2. ¿Es indiferente el espesor del dieléctrico en los hilos
esmaltados? 8. ¿Todas las bobinas se fabrican con un solo conductor?

3. ¿Se comercializan estos conductores en función de su 9. ¿Existe alguna herramienta específica para pelar el
sección, como ocurre con otros cables eléctricos? hilo esmaltado?

4. ¿Qué hay que tener en cuenta en el momento de 10. ¿Es sencilla la extracción de los devanados de una
elegir un material aislante? máquina rotativa cuyas bobinas se han quemado?

5. ¿Qué se utiliza (regletas, cinta aislante, etc.) para 11. ¿Existe algún instrumento para comprobar el estado
aislar las conexiones eléctricas en el interior de una de los devanados de una máquina rotativa?
máquina eléctrica?

6. Fermín y Abel ha leído en algún lugar que una vez
rebobinada una máquina eléctrica es necesario bar-
nizarla, ¿cuál es el objetivo de dicha operación?

36 Unidad 2

1. Materiales

Antes de comenzar a estudiar el funcionamiento de los diferentes tipos de má-
quinas eléctricas que se han nombrado en la unidad anterior, debes conocer los
materiales que necesita y utiliza un técnico bobinador.

Si bien en las próximas unidades se estudiará con detalle cómo realizar operacio-
nes de reparación y bobinado en el contexto de cada máquina, aquí conocerás de
forma genérica cuáles son los materiales que forman sus circuitos magnéticos y
eléctricos, y cómo se trabaja con ellos.

caso práctico inicial 1.1. Hilo esmaltado

La principal característica de un El hilo esmaltado es el conductor eléctrico por excelencia utilizado para la fabri-
conductor destinado a formar cación de los circuitos electromagnéticos en todo tipo de máquinas eléctricas.
parte de un núcleo magnético en
una máquina eléctrica, es que su A pesar de que, aparentemente, parece estar desnudo, el hilo esmaltado se en-
dieléctrico es un esmalte que se cuentra aislado en toda su longitud por una fina capa de barniz. Por tanto, como
encuentra aplicado en toda su cualquier otro tipo de conductor aislado, para poder realizar su conexión será
longitud. necesario retirar dicho aislamiento.

a Figura 2.2. Detalle de un bobina- a Figura 2.1. Hilo con parte del esmalte retirado.
do con hilos esmaltados en el rotor
de una máquina rotativa. Pueden ser de cobre o de aluminio. Si bien el cobre es el más utilizado, en aquellos
circuitos cuya ligereza es importante se fabrican con aluminio. No obstante, este
material presenta algunas desventajas con respecto al cobre: es difícil de soldar sin
herramientas especiales y es mucho menos resistente a las torsiones, lo que puede
facilitar su rotura o deformación al manipularse.

Al igual que otros materiales y dispositivos utilizados en electrotecnia, los con-
ductores esmaltados están estandarizados, siendo estas las principales normas
que describen su fabricación:

• IIEC 60317. Norma de la Comisión Electrotécnica Internacional. De uso en
Europa y Asia (excepto Japón).

• NEMA MW 1000. Norma de la asociación estadounidense National Electrical
Manufacturers Association. De aplicación en Norteamérica y en algunos países
sudamericanos.

• JIS C 3202. Norma de la Japanese Standards Association. De aplicación exclu-
siva en Japón.

El hilo esmaltado utilizado en máquinas eléctricas no siempre es de tipo circu-
lar, son numerosas las firmas comerciales que los fabrican con otras formas, por
ejemplo, con secciones cuadradas o rectangulares. Estas geometrías permiten
aprovechar mejor los espacios en los carretes (en el caso de los transformadores)
o los espacios en las ranuras (en el caso de las máquinas rotativas).

En el argot internacional al hilo de cobre esmaltado se le denomina como mag-
net wire (alambre de magneto), aunque comúnmente se le conoce como hilo de
bobinar.

Materiales y herramientas del bobinador 37

Las principales características que se deben conocer sobre este tipo de conductor caso práctico inicial
son las siguientes:
El hilo esmaltado se comercializa
• Diámetro. Los hilos esmaltados se distribuyen por su diámetro y no por su por su diámetro y no por su sec-
sección en mm2 como ocurre con los conductores de línea utilizados en insta- ción como ocurre con otros con-
laciones convencionales (industriales y domésticas). ductores eléctricos. Por otro lado,
para el rebobinado de máquinas
• Tipo y espesor del esmalte. Suelen fabricarse con barnices de poliéster, poliu- eléctricas es necesario conocer
retano o poliésterimida. Su espesor está definido en función de la tensión de también el espesor del aislante,
ruptura, estableciéndose así una clasificación en tres grados (grado 1, grado 2 ya que de otra forma podría haber
y grado 3). Cuanto mayor es el grado, mayor es su grosor y, por tanto, también problemas para alojarlo en un
la tensión de aislamiento. determinado carrete o ranura de
un núcleo magnético.
Grado 1 Grado 2 Grado 3

Diámetro
global

Diámetro
del cobre

a Figura 2.3. Grados del hilo de bobinar.

Un fabricante suele dar el diámetro del conductor desnudo y un valor máximo y
mínimo para cada uno de los grados del aislante.

Diámetro Grado 1 DIÁMETRO (mm) Grado 3 saber más
cobre Diámetro global
Los devanados de las máquinas
desnudo Grado 2 rotativas de gran potencia y tama-
ño que trabajan en circuitos de MT
0,15 0,162 0,171 0,172 0,182 0,183 0,193 (Media Tensión), están construidos
con bobinas de pletinas de cobre
• Valor térmico. Es el índice máximo de temperatura para que el aislante tra- en lugar de utilizar hilo esmaltado.
baje 20.000 horas. Por tanto, si se trabaja con un valor menor al indicado por
el fabricante, la vida del conductor aumenta en relación directa a este dato. saber más
Algunos valores térmicos son: 90, 105, 130, 155, 180, 220 y 250 °C.
El peso de los carretes también se
• Soldabilidad. Es la capacidad que tiene el conductor de unirse a otros con- encuentra normalizado, facilitan-
ductores o materiales mediante soldadura. Se suele expresar con el tiem- do así su comercialización al peso.
po (en segundos) y los grados debe alcanzar el instrumento de soldadura
en dicho tiempo. Algunos ejemplos de este dato son: 2.0 s / 390 °C, 0.3 s /
370 °C, 0.2 s / 390 °C, etc.

• Peso. A diferencia de los conductores de línea, que se suelen adquirir por me-
tros, el hilo esmaltado se compra al peso. Por este motivo los fabricantes suelen
dar como dato la longitud aproximada para un 1 kg.

• Resistencia eléctrica nominal. Es la oposición que el conductor presenta ante
el paso de la corriente eléctrica. Este se da para una temperatura determinada
(por ejemplo: 20 °C) en Ω/m.

• Tensión de perforación del aislamiento. Es el valor en voltios por el cual se
deteriora, por perforación, el esmalte del conductor.

38 Unidad 2

vocabulario 1.2. Carretes para el hilo esmaltado

Español-Inglés Los carretes no solo sirven para empaquetar los hilos esmaltados y facilitar así
Resinas y barnices: resins & su distribución, sino que al estar normalizados en tamaños y formas, permiten
varnishes un mejor almacenaje y montaje en bobinadoras y devanadoras de cualquier
Aislante: insulating marca.
Hilos esmaltados: winding wires
Bobina: coil
Bobinado: wind
Diámetro global: overall diameter
Cobre: copper

a Figura 2.4. Carretes de hilo esmaltado.

Se fabrican en diferentes tamaños y formas según se muestra en la figura:

Cilíndrico Bicónico Angular
d2

L1 L2

caso práctico inicial d1

Al elegir un material aislante hay a Figura 2.5. Diferentes tipos de carretes.
que tener en cuenta, principalmen-
te, el tipo de material del que está El hilo de pequeño diámetro se distribuye en carretes pequeños, reservándose los
compuesto, su espesor, su rigidez de mayor tamaño para diámetros superiores.
dieléctrica y su comportamiento
ante las variaciones térmicas. 1.3. Materiales aislantes

Los materiales aislantes utilizados en el mantenimiento y reparación de máquinas
eléctricas tienen como objetivo aislar los bobinados entre sí y estos con cualquier
parte del chasis de la máquina.
Pueden se de dos tipos: sólidos y líquidos. Dentro del primer grupo a su vez pue-
den ser rígidos o flexibles.
Al igual que otros materiales, los aislantes poseen una serie de características
técnicas que debe facilitar el fabricante. Las de mayor interés son:
• Espesor. Viene dado en milímetros (mm). Los materiales de tipo lámina flexi-

ble suelen ser desde 0,1 hasta 3,0 mm. Los de tipo rígido pueden llegar a tener
varios centímetros de grosor.

• Rigidez dieléctrica. Expresada en Kv/mm (Kilovoltios/milímetro), permite
conocer el límite de tensión donde el material pierde sus propiedades ais-
lantes.

Materiales y herramientas del bobinador 39

• Clase térmica. Es la temperatura máxima a la que puede ser sometido el material
sin que pierda sus propiedades aislantes. Está normalizada y se identifica con el
número máximo de grados. Hasta no hace mucho tiempo se denominaba utili-
zando una letra, por lo que en la siguiente tabla se muestra su equivalente en la
nomenclatura actual, ya que muchos fabricantes siguen utilizando la antigua.

Letra Clase

identificadora térmica (°C) Materiales

(antigua) (actual)

Y 90 Algodón y papel no impregnados en líquidos aislantes

A 105 Algodón y papel impregnados en líquidos aislantes,
poliuretano, acetato polivinílico

E 120 Esmaltes de resinas de poliuretano

B 130 Epoxy, poliuretano, materiales a base de poliéster

F 155 Materiales a base de mica, amianto y fibra de vidrio

H 180 Mica, vidrio, cerámica y cuarzo sin aglutinante

N 200 Poliéster-imida

R 220 Amida-imida

— 240

La clase térmica es aplicable a cualquier tipo de material utilizado como ais- a Figura 2.6. Diferentes tipos de
lante en instalaciones eléctricas domésticas e industriales, no obstante los per- laminados flexibles (Cortesía de
tenecientes a las clases B, F y H son los más utilizados en máquinas eléctricas. Importaciones JL).

Aislantes flexibles

Se presentan en forma de láminas de papel o cartón flexible, y se utilizan para
aislar los diferentes devanados de una máquina eléctrica entre sí, con el núcleo
magnético o con cualquier parte metálica que se encuentre próxima a ellos. Pue-
den ser diferentes de tipos y grosores.

Las principales características de los laminados flexibles deben ser:

• alta resistencia a la abrasión y a la rotura,

• buena resistencia térmica,

• alto poder dieléctrico,

• bajo índice de absorción de agua y humedad.

Uno de los aislantes flexibles más conocidos y utilizados desde hace muchos años
es el denominado papel o cartón Presspan (presspahn), que suele presentarse
combinado con otros materiales como, por ejemplo, con una película de poliéster.

a Figura 2.7. Cartón Presspan con film de poliéster.

40 Unidad 2

vocabulario No obstante, existen otros materiales que tienen mejores prestaciones mecánicas
y eléctricas que pueden complementar o sustituir al Presspan en muchas de las
Español-Inglés aplicaciones en las que se ha estado utilizando tradicionalmente.
Aislamiento: insulation
Aislante de ranura: insulation slot Estos son algunos de ellos: Papel Crepe, Fibra vulcanizada, voltaflex, Kapton y
Aislamiento flexible: flexible Nomex.
Insulation
Cuñas y aislantes de ranura
saber más
Las cuñas y aislantes de ranura, también llamados cajetines, son materiales flexi-
Las cuñas se comercializan en dife- bles preformados para que puedan ser utilizados de forma rápida en operaciones
rentes anchos, y vienen presenta- de rebobinado de máquinas rotativas. Disponen de unas propiedades específicas
das en tiras de varios metros para para que no puedan deformarse con facilidad.
que el operario las corte según sus
necesidades. Las cuñas se utilizan para tapar la ranura y así evitar que la bobina se salga. Los aislan-
tes de ranura se utilizan para aislar el núcleo metálico del devanado de la máquina.

a Figura 2.9. Cuñas aislantes para ranuras de a Figura 2.10. Aislantes de ranuras.
máquinas rotativas.

a Figura 2.8. Tipos de cuña. Aislantes rígidos

caso práctico inicial Son materiales que se utilizan en la fabricación de determinados elementos de las
máquinas (cajas de bornes, construcción de carretes para devanados, separadores
Para aislar conexiones (empalmes) de bobinas, etc.). Sin embargo, desde el punto de vista del mantenimiento y de
entre los diferentes devanados de la reparación no tienen tanto interés como los de tipo flexible, ya que su uso es
una máquina eléctrica se utilizan mucho más ocasional.
tubos flexibles de fibra de vidrio.
En ningún caso se debe utilizar Se distribuyen en placas de diferentes grosores y pueden ser de baquelita, fibra de
cinta aislante para este cometido. vidrio, mica, etc.

Tubos flexibles de fibra de vidrio

Conocidos también como macarrones, son fundas aislantes muy flexibles que se
utilizan para guiar los hilos en el interior de las máquinas eléctricas y cubrir y
aislar las conexiones entre ellos.

Están formados por trenzas de fibra de vidrio barnizadas con resina de silicona.

Se distribuyen en diferentes diámetros, grosores, colores, propiedades dieléctricas
y clase térmica.

En ningún caso las conexiones eléctricas de una máquina se deben cubrir utilizan-
do técnicas caseras, por ejemplo, usando cintas aislantes o regletas. Su uso puede
ser contraproducente, debido a que se pueden fundir con facilidad debido a los
efectos del calor generado por los devanados.

Materiales y herramientas del bobinador 41
Algunas variantes se muestran a continuación:

a Figura 2.11. Tubos flexibles. a Figura 2.12. Tubo con varios hilos esmalta-
dos en su interior.

Resinas y barnices caso práctico inicial

La aplicación de resinas y barnices a los devanados de las máquinas eléctricas El barnizado tiene como principal
tiene los siguientes objetivos: objetivo aumentar la rigidez mecá-
nica del conjunto, para así evitar
1. Penetrar por todas las capas del devanado aportado un aislamiento extra a que cualquier elemento pueda
todo el conjunto, aislando conductores entre sí, y estos a su vez con el núcleo moverse o desconectarse, perjudi-
magnético y con cualquier parte metálica del chasis de la máquina. cando el funcionamiento normal
de la máquina.
2. Aumentar la rigidez mecánica del conjunto, evitando así que cualquier ele-
mento del circuito eléctrico (espira, cable, unión, etc.) pueda moverse o
desplazarse por las vibraciones generadas en el funcionamiento normal de la
máquina.

saber más

La resina es un polímero orgánico,
mientras que el barniz es resina
que se puede disolver.

a Figura 2.13. Detalle de la aplicación de barnices y resinas al inducido de a Figura 2.14. Impregnación de es-
una máquina rotativa. tatores por inmersión (Cortesía de
Royal Diamond).
Algunas de las características que debe dar el fabricante sobre barnices y resinas
son: color (incoloro, dorado, amarillo, naranja, etc.), densidad, viscosidad,
clasificación térmica, tipo y tiempo de secado, perforación dieléctrica, tipo de
diluyente con el que se debe emplear, etc.

La impregnación de los devanados puede hacerse de diferentes formas:

• Por inmersión en cuba de impregnación. Consiste en sumergir por completo
el circuito magnético de la máquina en una cuba en la que se encuentra el
aislante líquido.

42 Unidad 2
• Por goteo. Consiste en verter el barniz directamente sobre los devanados. Esto
puede hacerse de forma manual o estar automatizado en grandes producciones.

a Figura 2.16. Barniz de impreg- a Figura 2.15. Impregnación de inducidos por goteo.
nación de rápido secado al aire
(Cortesía de Royal Diamond). • Por autoclave. Se utiliza un recipiente de paredes muy gruesas, como una olla
a presión de grandes dimensiones con cierre hermético en el que se realizan
reacciones industriales por vapor de agua.

• Por impregnación al vacío y presión (VPI). Es un proceso de impregnación
que está orientado a la fabricación en serie de máquinas eléctricas. No es ha-
bitual su uso en pequeños talleres.

• Por pulverizado a presión. A través de una pistola de aire a presión que pulve-
riza el barniz sobre la zona aplicar. Para pequeñas reparaciones también existen
tarros, en formato de aerosol, de reducido tamaño.

• Por aplicación manual. Mediante brochas o pinceles.

Una vez que los devanados de la máquina han sido impregnados, se debe esperar
a que se seque el barniz o resina. Así, el secado puede realizarse por dos métodos:
secado natural o secado al horno (o estufa).

En cualquier caso, con los dos métodos se obtienen resultados similares, por
tanto, dependiendo del barniz o resina a utilizar para la impregnación se deberá
utilizar un método u otro.

Cintas

Otra forma de aislar una bobina o una parte de un devanado consiste en enrollar
sobre él cinta de algodón de uno o varios centímetros de ancho. De esta forma,
además de aportar mayor aislamiento al devanado (que aumentará de forma
considerable una vez que haya sido impregnada de barniz), permite mantenerlo
como un bloque compacto, evitando que cualquier hilo se separe del conjunto.

A la operación de aplicar la cinta sobre el devanado se la conoce como zunchado.
Por este motivo, la cita destinada a este fin se denomina cinta de zunchar.

a Figura 2.17. Cinta de algodón para zunchar.

Materiales y herramientas del bobinador 43

El principal problema que tienen las cintas textiles es su elevado deterioro tér- a Figura 2.18. Ejemplo de encinta-
mico con el tiempo. Por este motivo, en los últimos años han ido apareciendo do de las bobinas polares de una
nuevos materiales, que si bien no sustituyen por completo a los tradicionales, máquina de CC.
aportan nuevas características térmicas, mecánicas y dieléctricas que deben ser
tenidas muy en cuenta. Una muestra de ello es la cinta de poliéster/vidrio, tam- saber más
bién conocido como vidrio hilado textil.
En las próximas unidades se ten-
Cuerdas drá la oportunidad de realizar el
encordado del devanado de un
El encordado de los devanados de una máquina eléctrica es una operación que se estator.
realiza una vez introducidas todas las bobinas y efectuadas todas las conexiones
eléctricas. Consiste en coser las partes del devanado que quedan al aire para lo-
grar bloques compactos y que no se muevan por la acción de las vibraciones en el
funcionamiento normal de la máquina.

Para el cosido de los devanados de las máquinas eléctricas se utilizan: bramantes,
cordeles, cuerdas pequeñas, cintas de algodón estrechas o cordajes de fibras vege-
tales impregnados o no con silicona o poliéster.

a Figura 2.19. Cordajes. saber más

El encordado no tiene en ningún caso una función de aislamiento entre partes de Para atar el devanado de una má-
una máquina. Sin embargo, se realiza con materiales aislantes para evitar que su quina rotativa se deben utilizar
aplicación interfiera sobre los campos magnéticos generados en ella. agujas específicas para este come-
tido. No obstante, el operario
también pude diseñarse su propio
sistema de cosido mediante alam-
bres o retales de hilo de bobinar.

c Figura 2.20. Detalle del co-
sido del devanado del estator
de una máquina CA.

Aunque el uso de este tipo de materiales es la forma habitual de proceder para a Figura 2.21. Agujas para atar un
realizar en el atado de los devanados de las máquinas rotativas, también es posible devanado.

recurrir a materiales modernos, como las bridas corredizas, y utilizarlas junto a ellos.

44 Unidad 2

importante 2. Herramientas y utillaje
del bobinador
En esta unidad se nombrarán par-
tes de máquinas eléctricas que El técnico bobinador utiliza herramientas y útiles pertenecientes a diferentes
aún no conoces. No te preocu- ámbitos técnicos, tanto mecánicos como eléctricos. Algunos de ellos son tan
pes por ello, lo importante es que comunes y familiares que no es necesario nombrarlos aquí. Sin embargo, sí se
conozcas cuáles son los materia- describirán aquellos que son imprescindibles para ejecutar tareas propias de esta
les, herramientas e instrumentos especialización.
que necesita un técnico para rea-
lizar labores para su reparación y Las herramientas que se enumeran a continuación son las utilizadas en los talleres
rebobinado. de reparación y mantenimiento, no entrando en detalle en el ámbito de la ma-
quinaria automatizada para la fabricación en serie, ya que se sale de los objetivos
vocabulario de este libro.

Español-Inglés 2.1. Bobinadoras
Bobinadora: winding machine
Contador: counter Son las herramientas destinadas a fabricar las bobinas de los devanados en los
Contrapunto: tailstock diferentes tipos de máquinas eléctricas.
Velocidad de desplazamiento:
traverse speed Si no se dispusiera de una bobinadora, habría que fabricarla, ya que aunque la
Plato de embridar: bridling dish construcción manual de devanados es posible, sería una tarea altamente tediosa
Tendido de cables: wire run off y poco rentable.
Aislante de ranura: slot insulation
Según su sistema motriz las bobinadoras pueden ser manuales o eléctricas.

Bobinadoras manuales

Son bobinadoras multifunción en las que el operario debe mover manualmente,
mediante una manivela, un sistema motriz basado en un juego de engranajes.

Este tipo de bobinadoras es muy utilizado en pequeños talleres de reparación, y se
puede utilizar tanto en la construcción de transformadores como en la de deva-
nados de máquinas rotativas.

a Figura 2.23. Bobina manual a Figura 2.22. Bobinadora manual.
(Cortesía de DUDEK).
Independientemente del modelo, todas disponen de un contador de vueltas con
un botón de puesta a cero que permite, de una forma muy sencilla, controlar el
número de espiras que se han formado en la bobina en la que se está trabajando.

Existen diferentes tipos, pero las más comunes son las de contrapunto y las de
bobinado de eje al aire.

Todas las bobinadoras disponen de un trinquete, que se acciona manualmente
para detener temporalmente la operación del bobinado.

Materiales y herramientas del bobinador 45

• Bobinadora de contrapunto. En este tipo la zona de trabajo se cierra con un saber más
elemento móvil denominado contrapunto, que, mediante una punta cónica,
bloquea el eje principal una vez se ha ubicado el carrete o molde sobre el que El trinquete de las bobinadoras
se va a bobinar. permite bloquear su uso, de modo
que se puede detener temporal-
Se utilizan para trabajos de precisión, como el devanado de pequeños transfor- mente la operación de bobinado
madores que no requieran bobinas excesivamente grandes. sin que se suelte ninguna de las
espiras del devanado.
En la siguiente imagen se muestran las partes de una bobinadora de este tipo.

Ajuste del contrapunto Eje roscado Contador de vueltas
Contrapunto con botón de puesta
a cero
00000
Manivela
Cuerpo de la
bobinadora Fijaciones
Base para unir
Soporte del contrapunto bobinadora y
Base móvil contrapunto
del contrapunto

Mesa

a Figura 2.24. Partes de una bobinadora manual de contrapunto. caso práctico inicial

• Bobinadora de eje al aire. Este tipo no requiere que el eje se apoye sobre nin- Las bobinadoras manuales de eje
gún elemento de contrapunto. Se utiliza para la construcción de bobinas de al aire son más adecuadas para el
gran tamaño que no necesiten demasiada precisión. bobinado de máquinas rotativas,
ya que aceptan moldes para reali-
Este tipo de bobinadora ha de instalarse en la esquina de la mesa de trabajo zar bobinas de gran tamaño.
para impedir que los accesorios y moldes que se monten sobre el eje colisionen
con ella. saber más

Eje roscado Contador de vueltas Algunos fabricantes diseñan sus
con botón de puesta bobinadoras de tal forma que el
a cero sistema principal se pueda utilizar
tanto como bobinadora de eje al
00000 aire como de contrapunto.

Manivela

Trinquete

Fijaciones

Mesa
a Figura 2.25. Partes de una bobinadora de eje al aire.

Bobinadoras eléctricas

Son utilizadas para realizar los devanados con mayor rapidez y precisión. En ellas
el sistema motriz está constituido por un motor eléctrico, que puede ser regulado
en velocidad para adaptarlo a diferentes tipos de hilos y moldes sobre los que
bobinar.

46 Unidad 2

Las bobinadoras eléctricas disponen de un contador de vueltas electrónico,
además de numerosas posibilidades de ajuste como, por ejemplo, el paso del hilo
para la construcción precisa de devanados en carrete. Las más avanzadas están in-
formatizadas, siendo capaces de memorizar programas y ajustes para la ejecución
rápida de tareas predefinidas.

a Figura 2.26. Bobinadora eléctrica.

Dependiendo del tamaño del devanado a construir, las bobinadoras eléctricas
pueden ser de suelo o de sobremesa.

Accesorios para ejes de bobinadora

Son elementos que se fijan en el eje de la bobinadora para el ajuste y adaptación
de los diferentes moldes y/o carretes sobre los que se va a trabajar. Estos pueden
ser principalmente de dos tipos:

• Conos. Son elementos de relleno que facilitan la adaptación del elemento a
devanar en el eje de la bobinadora. Su punta cónica permite utilizar pequeños
moldes, como pueden ser los de los trasformadores, sin necesidad de realizar un
núcleo de fijación al eje.

• Discos o platos de embridar. Disponen de un orificio roscado y permiten fijar
el molde o carrete al eje, evitando así que este se mueva en las tareas de bobi-
nado. Su uso evita errores en el cómputo de las vueltas.

a Figura 2.27. Conos. a Figura 2.28. Discos de embridar.

Materiales y herramientas del bobinador 47

2.2. Devanadores

Son útiles que permiten suministrar el hilo (o hilos) al puesto de bobinado, man-
teniendo en todo momento la tensión adecuada.
Los devanadores pueden ser de sobremesa o de pie. A su vez, pueden ser de carrete
fijo o rotativo. En cualquier caso, todos disponen de un sistema tensor basado
en un mecanismo de poleas y retenedores que guía el hilo y lo mantiene con la
tensión requerida.

Tensor Ajuste
Ojal para del tensor
el guiado Regulación
cuba protectora
del hilo

Cuba Carrete rotativo Regulador
protectora Sistema de fijación de altura del
Base para del eje del carrete carrete
el carrete
Base

J.C.M.Castillo J.C.M.Castillo

a Figura 2.29. Devanadores de carrete fijo y de carrete rotativo.

El uso de los devanadores evita que el esmalte de los hilos se dañe en el momento
de la construcción de la bobina. Además, como los hilos se mantienen con la ten-
sión adecuada, es posible echar el trinquete de la bobinadora, deteniendo el trabajo
temporalmente. De esta forma, no será necesario realizar operaciones adicionales,
tales como el atado del hilo al carrete o la anotación de las vueltas completadas.

Los devanados de las máquinas de gran potencia (y tamaño), en lugar de colocar caso práctico inicial
hilos de gran diámetro, se construyen a menudo mediante varios hilos bobinados en
paralelo. En estas ocasiones el sistema de devanado debe ser múltiple, como puede Es habitual que en las máquinas
ser el de tipo estantería. En este caso se instalan tantos carretes como hilos necesita de gran tamaño y potencia se uti-
el devanado, suministrándose todos a la vez mediante un sistema de salida de hilos. licen varios hilos esmaltados en
paralelo en lugar de uno de diá-
metro superior.

Salida
múltiple
de hilos

a Figura 2.30. Sistema de devanado múltiple.

48 Unidad 2

ejemplo

En la siguiente imagen se muestra cómo debe pasarse el hilo por el siste-
ma de poleas y retenedores del tensor de un devanador para suministrar
de forma correcta el hilo en una operación de bobinado.

Ajuste rueda de freno

Hilo al devanado
en construcción

a Figura 2.31. Devanador con ten- Hilo del carrete
sor (Cortesía de DUDEK).
a Figura 2.32. Guiado del hilo en el sistema de poleas del tensor.

La rueda de freno está formada por dos discos forrados internamente de fieltro.
La separación entre ellos es ajustable mediante un mando manual. Así, en fun-
ción de cómo se regule este elemento, el hilo sale con más o menos suavidad
del sistema devanador.

2.3. Moldes de bobinas

Los moldes de bobinas son elementos preformados que permiten crear las bobi-
nas, o grupos de bobinas, de los devanados de una forma sencilla. De este modo
no es necesario recurrir a otras técnicas más caseras, como pueda ser la construc-
ción de moldes mediante bloques de madera.

Existen moldes para crear grupos de bobinas excéntricas o concéntricas. Estos se
atornillan o ajustan sobre unas regletas lineales graduadas que se instalan a su vez
sobre el eje de la bobinadora.

a Figura 2.33. Diferentes tipos de a Figura 2.34. Moldes instalados en una bobinadora.
moldes para la construcción de bo-
binas. Algunos técnicos bobinadores utilizan moldes de madera autoconstruidos, ya que
la bobina podría diseñarse con un tamaño y forma más precisos que los consegui-
dos con otro tipo de moldes.

Materiales y herramientas del bobinador 49

2.4. Máquina eléctrica de pelado de hilo esmaltado saber más

Las conexiones eléctricas entre conductores, y entre estos y los bornes de las má- Los fabricantes de peladoras de hilo
quinas, deben hacerse retirando previamente el esmalte protector. Si bien esta esmaltado suministran diferentes
operación puede hacerse mediante raspado del mismo utilizando una lija u otro tipos de cabezales de cuchillas para
elemento cortante, lo ideal es utilizar una herramienta rápida y precisa diseñada su adaptación a todo tipo de cables
específicamente para tal fin, como puede ser la peladora y situaciones que se puedan presen-
tar en el taller del bobinador.
El mecanismo se basa en el cierre de tres cuchillas sobre el hilo. Cuando esto se pro-
duce, por accionamiento del motor eléctrico, las cuchillas chocan contra el esmalte caso práctico inicial
y lo erosionan, retirándolo así del conductor y evitando que el cobre sea dañado.
La máquina eléctrica de pelado es
Estás herramientas disponen de una fuente de alimentación externa que permite el útil más adecuado para retirar
regular la velocidad de las cuchillas. Esto es especialmente útil para ajustar el el aislante de los hilos esmaltados.
pelado en función del diámetro del conductor y del grosor de su aislante.

ejemplo

El siguiente ejemplo muestra cómo se debe proceder para pelar el ex-
tremo de un hilo esmaltado.
1. Se estira la punta de hilo esmaltado a la que se va a retirar el esmalte y se

ubica el conductor en el centro de las tres cuchillas del cabezal de la pela-
dora.

a Figura 2.35. Antes del pelado.

2. Se regula la velocidad del alimentador de la herramienta, teniendo en cuen-
ta que esto se puede realizar, según las necesidades, en cualquier momento
de la operación.

3. Se sujeta la herramienta con una mano, el conductor con otra y se acciona
el pulsador de puesta en marcha, observando cómo se retira el esmalte de
la forma deseada.

a Figura 2.36. Después del pelado. a Figura 2.37. Máquina eléctrica
de pelar hilo esmaltado junto con
su alimentador-regulador de ve-
locidad.