El motor monofásico es propio del ámbito doméstico o de instalaciones en comercios donde no hay acceso a corriente alterna trifásica, por la necesidad que tienen de motores de baja potencia, por ejemplo hasta 2Kw o 3Kw.
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También hemos hablado en este blog acerca del motor trifásico, un motor habitualmente destinado a sistemas industriales o comerciales y que requiere de una fuente de energía eléctrica trifásica.
¿Qué es y cómo funciona un motor monofásico?
Un motor monofásico es una máquina rotativa que convierte energía eléctrica en energía mecánica, siendo una opción predominante en aplicaciones domésticas. Estos motores se encuentran comúnmente en electrodomésticos como frigoríficos, lavadoras y sistemas de aire acondicionado debido a su adecuación para corrientes monofásicas, que son la norma en la mayoría de los hogares.
A diferencia de los motores trifásicos, los motores monofásicos dependen de un bobinado auxiliar para iniciar el movimiento del rotor, un aspecto que marca una diferencia importante en su estructura interna. Esta configuración les permite arrancar bajo carga, aunque suelen ofrecer un par motor inicial más bajo comparado con su contraparte trifásica. Sin embargo, algunos modelos de motores monofásicos están diseñados para ofrecer un par de arranque más elevado y pueden alcanzar potencias de hasta 10 hp, operando con tensiones de hasta 440V.
Los motores monofásicos operan con una única onda de tensión alterna, a diferencia de los motores trifásicos que utilizan tres ondas de tensión desfasadas entre sí. Esta particularidad los hace más sencillos y menos costosos en términos de fabricación y mantenimiento, pero también limita su capacidad para manejar aplicaciones que requieran mayor potencia de salida continua.
En el contexto residencial, donde la disponibilidad de energía es típicamente monofásica, estos motores son una solución eficiente y eficaz. Su uso no se limita solo a electrodomésticos; también se aplican en herramientas de jardinería y otros equipo menor, donde la simplicidad y el coste-efectividad son consideraciones clave.
¿Cuáles son las partes de un motor monofásico?
Podemos diferenciar en tres tipos los componentes principales de un motor monofásico. Estos serían los siguientes:
- Estator: El estator es la parte fija del motor que contiene los bobinados primarios de operación y, en muchos casos, un bobinado auxiliar de arranque. Estos bobinados crean el campo magnético que induce el movimiento en el rotor.
- Rotor: Ubicado dentro del estator, el rotor es la parte giratoria del motor. Está diseñado para interactuar con el campo magnético del estator y generar movimiento. El tipo más común de rotor utilizado en los motores monofásicos es el rotor de jaula de ardilla.
- Bobinado de arranque y condensador: En muchos motores monofásicos se utiliza un bobinado de arranque adicional junto con un condensador para proporcionar el par necesario para iniciar el movimiento del rotor. Este conjunto es esencial, especialmente porque los motores monofásicos no generan un campo giratorio de manera natural.
- Caja de conexiones o borne: Este componente alberga las terminales eléctricas del motor, permitiendo su conexión a la fuente de alimentación. La caja también protege las conexiones internas.
- Cojinetes y eje: Los cojinetes soportan el eje, permitiendo que el rotor gire libremente dentro del estator. El eje transmite el movimiento mecánico generado por el motor a la aplicación o carga destinada.
- Escudos de rodamiento: Forman parte de la carcasa, están situados en ambos extremos del motor y albergan los cojinetes o rodamientos que permiten el giro libre y suave del eje del rotor. Los escudos proporcionan apoyo estructural, protección y también ayudan a confinar la lubricación necesaria para los cojinetes, lo que es esencial para el funcionamiento eficiente y duradero del motor.
- Carcasa: La carcasa del motor no solo protege todas las partes de un motor monofásico de cualquier daño o perturbación que provenga del exterior, sino que también soporta los cojinetes que permiten el giro suave del rotor.
¿Cómo es el funcionamiento de un motor monofásico?
El funcionamiento de un motor monofásico es esencialmente el mismo que el del motor trifásico. Generan energía mecánica a través de la energía eléctrica basándose en el principio de atracción y repulsión entre un imán y un núcleo magnético al que se le aplica una corriente eléctrica.
En este caso, el estator es el que recibe la corriente alterna del exterior y donde están situadas las bobinas, de aquí que esta parte también se la conozca como inductor. En el rotor están situados las barras metálicas que funcionan como conductores de la electricidad.
En el estator, por acción de la corriente monofásica, se genera un campo magnético que produce una fuerza electromotriz en las barras del rotor. Estas barras están dispuestas en forma de espira y, debido a lo anteriormente comentado, giran generando esa energía mecánica para la que están concebidos.
La velocidad de giro de un motor eléctrico, habitualmente, tiene un valor fijo. Aquí entran en juego los variadores de frecuencia, de los que también hemos hablado en este blog.
Otras diferencias con el motor trifásico
En los motores monofásicos (a diferencia de los trifásicos) el estator produce un campo magnético estacionario pulsante que no es capaz por sí mismo de provocar un par de arranque. Para generar ese par de arranque el motor necesita de un devanado auxiliar desfasado 90° respecto del devanado principal.
Esta característica se debe a que existe la necesidad de crear un campo bifásico partiendo de uno monofásico. Las diferentes disposiciones de estos devanados dictaminan la tipología del motor monofásico.
¿Qué tipos de motores monofásicos existen?
Pese a que pueden existir muchos tipos de motores monofásicos, habitualmente se les divide en dos grandes categorías: (1) motor monofásico de fase dividida o partida y (2) motor monofásico de espira en cortocircuito o polo sombreado.
Motor monofásico de fase dividida o partida
Este tipo de motor tiene dos bobinados en el estator: un bobinado principal y un bobinado auxiliar, que está fuera de fase con el principal. El bobinado auxiliar ayuda a crear un campo magnético adicional que facilita el arranque del motor. Después del arranque, un interruptor centrífugo desconecta el bobinado de arranque. Son conocidos por su estructura simple y se usan comúnmente en bombas pequeñas, ventiladores y máquinas herramientas.
Motor monofásico de polo sombreado
También llamado de espira en cortocircuito. En lugar del bobinado o devanado auxiliar, utiliza un anillo de cobre, conocido como la banda de sombra o «espira de Frager», alrededor de una parte del polo para crear un campo magnético retardado que ayuda al arranque del rotor. Son muy comunes en dispositivos pequeños y en aparatos domésticos, como ventiladores de mesa y grabadoras debido a su extremadamente simple mecanismo de arranque y bajo coste.
Otra tipología son los motores monofásicos universales. Estos pueden trabajar independientemente de la corriente que reciban, sea corriente alterna o corriente continua. Son de alta potencia con respecto a su tamaño pero de vida reducida (por desgaste de las escobillas) por lo que se emplean en aspiradoras, exprimidores, batidoras, etc.
Aplicación y uso de los motores monofásicos
La baja potencia y demanda de una fuente de alimentación de potencia monofásica coloca a estos motores en usos no industriales como hogares, oficinas o pequeños comercios:
- Electrodomésticos: Son ampliamente utilizados en electrodomésticos como frigoríficos, lavadoras, secadoras, ventiladores de techo, y aires acondicionados, donde la simplicidad y la eficacia son esenciales.
- Herramientas eléctricas: En herramientas portátiles como taladros, sierras eléctricas y amoladoras, donde se requiere una fuente de energía confiable y fácilmente accesible.
- Equipos de oficina: Incluyendo impresoras, scanners y fotocopiadoras, que se benefician de la operación eficiente y la configuración sencilla de los motores monofásicos.
- Sistemas de bombeo y calefacción: Utilizados en sistemas de bombeo para agua y en sistemas de calefacción central, proporcionando la energía necesaria para mover fluidos a través de sistemas hidráulicos.
- Ventilación y refrigeración: Empleados en sistemas de ventilación y unidades de refrigeración, contribuyendo a la circulación y tratamiento del aire en edificios y vehículos.
Ya que los motores monofásicos son baratos de producir y sencillos en construir, se producen en masa y, además, la instalación eléctrica destinada a apoyar a este tipo de motores tampoco exige de grandes esfuerzos o inversiones, con lo que ayudarán a ahorrar costes también en este sentido.
Instalaciones dónde es necesario instalar motores monofásicos
Los motores monofásicos son esenciales en instalaciones donde la potencia requerida es baja y no se dispone de corriente alterna trifásica. Estos motores son especialmente adecuados en:
- Hogares: para electrodomésticos como lavadoras, frigoríficos y sistemas de calefacción.
- Pequeños comercios: para equipos de ventilación, sistemas de apertura y cierre de puertas.
- Oficinas: en aplicaciones que requieren baja potencia y fácil mantenimiento.
- Garajes y parkings: para sistemas de apertura y cierre automáticos de puertas.
- Espacios donde la eficiencia energética es esencial: gracias a su menor consumo en aplicaciones de baja potencia.
Aplicación del motor monofásico en ventilación mecánica
Los motores monofásicos son una elección predominante en sistemas de ventilación mecánica controlada, particularmente para aplicaciones domésticas y comerciales ligeras. Estos motores se utilizan ampliamente en ventiladores y sistemas de extracción debido a su eficiencia energética y su capacidad para operar en el suministro eléctrico estándar que se encuentra en la mayoría de los hogares y edificios comerciales.
Uno de los principales beneficios de usar motores monofásicos en ventiladores es su mayor eficiencia energética en comparación con los motores trifásicos para aplicaciones de menor escala. Estos motores no solo son capaces de operar de manera eficiente bajo cargas variables, sino que también son particularmente adecuados para aplicaciones que no requieren altos niveles de potencia, como sistemas de ventilación residencial.
La simplicidad en el diseño de los motores monofásicos no solo reduce los costes de fabricación, sino que también se traduce en menores costes de instalación y mantenimiento. Esta sencillez también permite la producción de motores en una amplia variedad de tamaños y capacidades, haciéndolos ideales para una amplia gama de aplicaciones de ventilación, desde extractores de baño hasta sistemas de aire acondicionado más complejos.
En el ámbito de las aplicaciones de HVAC, los motores monofásicos todavía desempeñan un papel esencial en la operación eficiente de equipos como las Unidades de Tratamiento de Aire (UTAs).
Transición a motores EC
Es cierto que hay una tendencia creciente hacia el uso de motores EC, especialmente en aplicaciones donde la eficiencia energética y el control preciso de la velocidad son prioritarios, como en los sistemas HVAC avanzados, bombas y sistemas de ventilación. La capacidad de estos motores para ajustar su velocidad de acuerdo con la carga real los hace más eficientes y los prefieren para muchas aplicaciones modernas.
Aunque los motores monofásicos son menos eficientes en comparación con los motores EC y los motores trifásicos, todavía tienen su lugar en el mercado debido a su coste-beneficio en aplicaciones menos exigentes. Sin embargo, para muchas aplicaciones modernas y especialmente aquellas que valoran la eficiencia energética y la flexibilidad operativa, los motores EC están ganando popularidad.
Puntos clave para escoger el motor adecuado
La ventilación mecánica es una solución importante para mejorar la calidad del aire en espacios cerrados, y el uso de motores monofásicos en esta aplicación puede ofrecer una serie de beneficios en términos de eficiencia energética y costes.
Es importante recordar que la selección de un motor adecuado para una aplicación de ventilación depende de varios factores, como el tamaño del espacio y la cantidad de ventilación requerida. Por lo tanto, es importante consultar con un ingeniero experto en ventilación mecánica antes de tomar una decisión final.
Si necesitas ayuda con el diseño de tu proyecto de ventilación, contacta con nuestro equipo técnico.
