Las bobinas de motor son componentes esenciales en la construcción de motores eléctricos, desempeñando un papel crucial en la generación de campos magnéticos que permiten el movimiento rotatorio. En esta información, exploraremos a fondo el funcionamiento de las bobinas de motor, sus diferentes tipos, los materiales empleados en su fabricación, sus variadas aplicaciones y los desafíos que plantea la humedad en su funcionamiento.
¿Qué son las bobinas de motor?
Una bobina de motor, también conocida como bobina electromagnética, se compone de un conjunto de alambres conductores enrollados alrededor de un núcleo ferromagnético. Este núcleo puede tener formas cilíndricas, toroidales o en forma de disco. Como uno de los componentes electrónicos más simples, las bobinas de motor proporcionan inductancia en un circuito eléctrico, una propiedad que resiste el flujo de corriente.
Las bobinas de motor se encuentran en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo:
- Motores eléctricos
- Generadores
- Inductoras
- Electroimanes
La elección del material del núcleo se basa en su permeabilidad, la cual determina la capacidad del núcleo para soportar y mejorar el campo magnético.
¿Cómo se utilizan las bobinas de motor?
Las bobinas de motor tienen un uso extensivo en diversas industrias y aplicaciones, incluyendo:
- Fabricación industrial : En motores eléctricos para maquinaria, robots industriales, líneas de producción, etc.
- Equipo médico : En dispositivos de imagenología, equipos de diálisis, instrumentos quirúrgicos, etc.
- Suministro de electricidad : En transformadores, generadores y sistemas de distribución de energía en edificios.
Aplicaciones específicas de las bobinas de motor:
Médicas
Las bobinas utilizadas en equipos médicos deben cumplir con estándares rigurosos, especialmente para componentes que se utilizan en tratamientos. Los fabricantes de bobinas médicas suelen producir componentes que cumplen con las normas de salas limpias para garantizar altos niveles de limpieza. Las bobinas médicas están hechas de una variedad de materiales para adaptarse a diferentes aplicaciones y requieren tolerancias extremadamente precisas en el diámetro interno y externo para garantizar un rendimiento confiable en situaciones críticas.
Militares
Las bobinas de grado militar deben ser confiables, precisas, responder instantáneamente y capaces de funcionar en condiciones difíciles y peligrosas. Se utilizan en diversas aplicaciones militares, incluyendo sistemas de guiado, controles de navegación y sensores.
Transporte
La industria del transporte utiliza ampliamente las bobinas de motor en diversas aplicaciones. Se utilizan en transformadores de vías férreas, transformadores de iluminación, armaduras y dispositivos de señalización. Además, las bobinas de motor son esenciales en la producción de locomotoras eléctricas, donde están diseñadas específicamente para soportar las vibraciones del uso continuo.
Energía
La fabricación de componentes para la industria energética presenta desafíos, especialmente porque muchos sitios de extracción de energía se encuentran en áreas remotas. Las plataformas petroleras, por ejemplo, necesitan fuentes de energía confiables para la generación de electricidad. Las bobinas de motor utilizadas en estos entornos están especialmente diseñadas para resistir ambientes hostiles y condiciones exigentes.
Electrónica
Con la proliferación de dispositivos electrónicos, la producción de bobinas de motor ha requerido recursos significativos para perfeccionar y diseñar bobinas que cumplan con la creciente demanda. Las bobinas utilizadas en placas de circuito impreso suelen estar hechas de alambre finamente enrollado y son esenciales para la fabricación de transformadores laminados y toroides.
Generadores eólicos
Las bobinas de motor diseñadas para turbinas eólicas están diseñadas para manejar generadores que producen entre 100 W y más de 1 MW. Estas bobinas están construidas para soportar temperaturas de hasta 200 °C mientras mantienen un alto rendimiento. Están fabricadas con materiales ligeros y están aisladas para proteger contra fugas y daños.
Medidores de flujo
Un medidor de flujo mide el volumen de líquido o gas que fluye a través de una tubería, proporcionando una monitorización y control precisos para cálculos de flujo precisos. Las bobinas de medidor de flujo montadas en bobinas se moldean y configuran a medida para que se ajusten al radio del tubo donde se mide el flujo. Dado que estas bobinas no son mecánicas, son resistentes al desgaste y la abrasión.
Automotrices
Una parte básica de un automóvil es una bobina de encendido que transforma la energía de la batería a los miles de voltios necesarios para crear una chispa en las bujías y encender el combustible del motor. Al igual que la mayoría de las bobinas, las bobinas de encendido constan de dos juegos de alambres de cobre que se envuelven alrededor de un núcleo de hierro. La energía eléctrica del núcleo se transfiere al distribuidor y luego a las bujías. El bobinado primario de la bobina es de alambre pesado, que está rodeado por bobinados secundarios de alambre más ligero y pequeño. El concepto de la bobina de encendido se remonta a cientos de años y se adaptó para su uso en los primeros automóviles.
Sensores de semáforos
Un sensor de semáforo consiste en una bobina con un medidor de inductancia conectado. Cuando un automóvil entra en el campo del sensor, actúa como el núcleo del inductor, alterando la inductancia de la bobina. Este cambio indica al semáforo que hay un vehículo presente.
Transformadores
Los transformadores han revolucionado la entrega de electricidad. Inicialmente, la electricidad se suministraba como corriente continua (CC), lo que requería una vasta red de estaciones de transferencia para la transmisión a larga distancia. La llegada de la corriente alterna (CA) permitió que la electricidad se transmitiera a largas distancias con menos estaciones intermedias. El transformador fue crucial para este avance.
Los transformadores permiten la transmisión de CA a alta tensión y baja corriente, reduciendo la pérdida de energía en las líneas. Convierten alta tensión a baja tensión y ajustan el nivel de energía de la corriente. Los transformadores utilizan múltiples bobinas y flujo electromagnético, con bobinados primarios en un lado y bobinados secundarios en el otro, para conducir la electricidad.
Guitarras eléctricas
Una bobina de guitarra eléctrica es un tipo de transductor que convierte las vibraciones de las cuerdas en señales eléctricas. Los diseños más comunes incluyen bobinas simples y bobinas dobles, como el humbucker. En el diseño de doble bobina, dos bobinas trabajan juntas para "eliminar el zumbido" al cancelar la interferencia eléctrica. Estas pastillas crean un campo magnético alrededor de las cuerdas de la guitarra para capturar sus vibraciones.
Cómo se fabrican las bobinas de motor
Aunque las bobinas de motor se encuentran entre los componentes eléctricos más simples, están meticulosamente diseñadas para sus aplicaciones específicas. Una bobina eléctrica generalmente consiste en un núcleo con cableado envuelto alrededor, aunque algunas bobinas pueden tener solo alambres enrollados sin núcleo. Tanto el alambre como su enrollado desempeñan papeles cruciales en la determinación del rendimiento y la funcionalidad de la bobina.
Alambres de bobina eléctrica
La forma y las dimensiones del alambre en una bobina se seleccionan en función de la función específica que debe realizar. Los factores clave en la selección del cable incluyen la inductancia, la pérdida de energía, la resistencia del aislamiento y la potencia del campo magnético.
Para lograr la máxima eficiencia, las bobinas están diseñadas para minimizar el uso de material y el volumen. Una métrica crítica es el factor de llenado, que representa la relación entre el área del conductor y el espacio de bobinado. Dado que los alambres redondos siempre dejan algunos huecos, agravados por el aislamiento y las múltiples capas, el factor de llenado oscila entre 0,01 y 0,0El uso de alambres rectangulares, cuadrados o planos puede ayudar a aumentar el factor de llenado al reducir estos huecos.
Los factores de llenado se categorizan en función de la relación entre el área de la sección transversal del alambre y el área de la sección transversal de la bobina. Esta relación se calcula en un rango de 0,1 a 0,5, con clasificaciones de factor de llenado alto, intermedio y bajo.
Aumentar la densidad del empaquetamiento del alambre reduce los huecos de aire y mejora el factor de llenado, lo que aumenta la eficiencia y la conductividad de un dispositivo eléctrico. Para un empaquetado óptimo de alambres redondos, la capa superior debe rellenar los surcos de la capa inferior, cubriendo aproximadamente 300° de la circunferencia de la bobina.
El alambre de bobinado es un conductor aislado diseñado para convertir la energía eléctrica en energía magnética. Normalmente, este alambre está recubierto de cobre o aluminio con una fina capa de aislamiento. El cobre es a menudo la opción preferida para la mayoría de las bobinas de motor debido a sus superiores propiedades químicas, físicas y mecánicas. Para aplicaciones que involucran altas temperaturas o motores que utilizan gas hidrógeno para la refrigeración, se utilizan grados de cobre de alta pureza.
El diámetro, o calibre, del alambre de bobinado afecta a dos factores clave. En primer lugar, existe una correlación directa entre el diámetro del alambre y su capacidad para rellenar las ranuras de la bobina, conocido como factor de llenado. En segundo lugar, el diámetro del alambre influye en la cantidad de corriente que puede fluir a través de la bobina. El uso de un alambre de calibre más grande aumenta el área del conductor y reduce la necesidad de aislamiento.
Aumentar el diámetro del alambre puede hacerlo más rígido, menos flexible y más difícil de manipular. Esta rigidez puede dificultar la capacidad del alambre para conformarse a la forma de la ranura y afectar el factor de llenado. Si bien los alambres de calibre más pequeño pueden parecer más convenientes y eficientes, requieren más aislamiento y dan como resultado un mayor número de vueltas, lo que puede aumentar el riesgo de daño del alambre durante la inserción.
Los alambres en el rango de 22 a 24 AWG ofrecen un buen equilibrio entre la relación alambre-aislamiento, la capacidad de conformado y la capacidad de trabajo. En el diseño de motores, los ingenieros consideran factores como la apertura de la ranura, la forma de la ranura, la configuración del bobinado y el método de inserción para garantizar un rendimiento óptimo.
Alambres electrochapados
Los alambres electrochapados se emplean en entornos donde las condiciones pueden causar deterioro o daño al cableado. Los materiales de chapado comunes incluyen oro, plata y níquel, que se aplican en varios espesores y se recubren con aislamiento. El electrochapado mejora la durabilidad y la conductividad de los alambres, proporcionando una mejor protección en condiciones difíciles.
Tipos de aislamiento
Las bobinas de motor emplean una gama de materiales de aislamiento adaptados a sus requisitos de temperatura. Estos materiales incluyen cloruro de polivinilo (PVC), poliuretano, poliéster y varias formas de poliimida. Para aplicaciones que alcanzan temperaturas de hasta 250 °C, se utiliza típicamente la poliimida. Durante el bobinado, los alambres se calientan para asegurar que los materiales de aislamiento se adhieran correctamente.
Los materiales de aislamiento juegan un papel crucial en la mejora de la resistencia térmica y la protección de los alambres. Su función principal es evitar cortocircuitos al evitar que los alambres se toquen entre sí. Cada material de aislamiento tiene características únicas, incluyendo la capacidad térmica, la compatibilidad del calibre y la idoneidad para aplicaciones específicas.
En ciertas aplicaciones, los alambres de bobina eléctrica se recubren con dos capas de aislamiento. Esto implica una capa de imprimación inicial seguida de una capa superior. El doble recubrimiento mejora la resistencia y la durabilidad del alambre, combinando los beneficios de ambos tipos de aislamiento para un rendimiento mejorado.
Cloruro de polivinilo (PVC)
Los alambres aislados con PVC ofrecen resistencia a aceites, álcalis, ácidos, luz solar, intemperie y abrasión. El aislamiento de PVC funciona eficazmente en un rango de temperatura de -20 °C a 60 °C. Los diferentes tipos de PVC varían en flexibilidad y propiedades eléctricas, atendiendo a las necesidades específicas de la aplicación.
Poliuretano
El poliuretano es un material de aislamiento conocido por su excepcional resistencia mecánica y su alta resistencia química, lo que lo hace adecuado para entornos hostiles y peligrosos. Su flexibilidad y adaptabilidad lo hacen ideal para aplicaciones al aire libre. Sin embargo, a pesar de su robustez, el poliuretano no se utiliza comúnmente para el aislamiento eléctrico.
Poliéster
El aislamiento de poliéster cuenta con una alta clasificación de temperatura y un bajo factor de fragilidad, junto con una excelente resistencia a la abrasión. Se destaca por su excelente capacidad de bobinado, flexibilidad y resistencia al calor y los disolventes. Añadir una capa superior de poliamida al poliéster mejora sus propiedades de bobinado y flujo termoplástico.
Poliimida
La poliimida es una de las formas más utilizadas de aislamiento para bobinas electromagnéticas. Tiene excelentes propiedades mecánicas y es capaz de funcionar en aplicaciones de alta temperatura. La poliimida es un polímero construido a partir de un monómero de imida, que tiene dos grupos acilo unidos al nitrógeno. Las propiedades mecánicas y térmicas de la poliimida han aumentado su uso con bobinas electromagnéticas, ya que puede soportar una temperatura que supera los 240 °C y es capaz de sobrevivir a altas temperaturas durante 20.000 horas sin experimentar ninguna avería eléctrica.
Tipos de bobinado de bobina
La forma, el diseño y las dimensiones de un bobinado de bobina son cruciales para determinar su función y propósito. Los factores que influyen en el bobinado de la bobina incluyen la inductancia, el factor de calidad, la resistencia del aislamiento y el tipo de campo magnético necesario. La estructura del bobinado se adapta al tipo y la geometría de la bobina.
El bobinado de la bobina se puede realizar de varias maneras, siendo las formas básicas el bobinado salvaje, el bobinado helicoidal y el bobinado ortocíclico. Cada uno de estos métodos de bobinado se ejecuta utilizando máquinas de bobinado especializadas.
Bobinado de bobina salvaje
El bobinado de bobina salvaje, también conocido como bobinado enmarañado, implica el bobinado cruzado con capas de bobina irregulares. Este método se utiliza típicamente en entornos de producción de alto volumen. Se realiza a velocidades muy altas y se utiliza comúnmente para bobinas de relés, transformadores pequeños y motores eléctricos compactos, utilizando calibres de alambre tan finos como 0,05 mm.
Bobinado de bobina helicoidal
Los bobinados helicoidales, también conocidos como bobinados en espiral o en espiral, se caracterizan por su forma helicoidal, que se asemeja a un sacacorchos. Este método se utiliza para bobinados de baja tensión y puede implicar el bobinado de unas pocas hebras hasta más de cien alambres, dispuestos en paralelo entre sí. Las capas de bobinado alternan la dirección, creando un patrón similar a un sacacorchos, con variaciones en el ángulo de inclinación como se ilustra en el diagrama siguiente.
Bobinado de bobina ortocíclico
El bobinado ortocíclico se considera el método más eficiente para el bobinado de bobinas. En esta técnica, cada capa de bobinado encaja perfectamente en los surcos de la capa situada debajo, logrando un alto factor de llenado de hasta el 70%. Este diseño maximiza la creación de un fuerte campo magnético en un espacio compacto. El patrón de bobinado es continuo, con cada vuelta paralela a la siguiente y solo un ligero desplazamiento entre capas.
Bobinado de bobina sándwich
Los bobinados sándwich presentan una disposición distintiva en la que los bobinados de alta tensión y baja tensión se alinean a lo largo del mismo eje magnético, con el bobinado de alta tensión situado entre dos bobinados de baja tensión. Esta configuración minimiza el flujo de fuga y se utiliza comúnmente en la producción de transformadores. El diseño se asemeja a una pila de discos.
Bobinado de bobina de bobina
En una bobina de bobina, el alambre se enrolla alrededor de una bobina, con variaciones dependiendo de la tensión, los niveles de corriente, la clasificación y la frecuencia de funcionamiento. Las bobinas de bobina se emplean comúnmente en fuentes de alimentación conmutadas y unidades de conversión de energía.
Máquinas y procesos de bobinado de bobinas
La calidad, la cantidad y el patrón de bobinado de una bobina están determinados por la máquina de bobinado de la bobina. Estos sofisticados dispositivos utilizan la programación CNC para bobinar las bobinas con precisión de acuerdo con los requisitos especificados y garantizar resultados precisos.
Bobinado lineal
En el proceso de bobinado lineal, el alambre se enrolla en un cuerpo de bobina, componente o forma rotatorio. El alambre se alimenta a través de un tubo hacia el mecanismo de bobinado, que se controla mediante un programa CNC. Este método permite un bobinado de alta velocidad utilizando tres ejes CNC.
Bobinado de volante
En el método de bobinado de volante, el alambre se alimenta desde un rollo unido a un volante que gira a una distancia determinada de la bobina. Esta técnica se utiliza para bobinar productos que no se pueden conseguir mediante el bobinado de rotación. La bobina permanece inmóvil durante el proceso de bobinado, lo que hace que el bobinado de volante sea adecuado para la producción de productos de bobina de gran tamaño.
Bobinado de aguja
El bobinado de aguja se utiliza comúnmente para la producción de estatores e implica una aguja fija u oscilante con un husillo vertical para crear patrones de bobinado como el de pista cuadrada o el elíptico. Este método permite obtener factores de llenado más altos y una mayor eficiencia de bobinado. El bobinado de aguja se puede configurar para operaciones de cabezal único, de núcleo abierto o de múltiples agujas, adaptándose a los bobinados internos y externos. El proceso se puede adaptar y diseñar para cumplir con requisitos específicos de bobinado.
Bobinado toroidal
El bobinado toroidal implica envolver un alambre conductor uniformemente alrededor de un anillo circular, distribuyéndolo de forma uniforme a través de la circunferencia. Este método ofrece ventajas como la reducción de la pérdida del núcleo y la alta densidad de potencia. Las bobinas toroidales son especialmente adecuadas para aplicaciones eléctricas de baja frecuencia. A medida que el toroide gira, genera efectos de alta frecuencia, lo que hace que las bobinas toroidales sean rentables y eficientes.
Materiales del núcleo
El núcleo de una bobina eléctrica es crucial para generar un campo eléctrico. Mientras que algunas bobinas no utilizan núcleo, otras incorporan diversos materiales de núcleo. El tipo de material del núcleo afecta a la fuerza del campo magnético y a la inductancia de la bobina.
Acero amorfo
Los núcleos amorfos se construyen a partir de capas de cinta magnética, que minimizan las corrientes parásitas y permiten el funcionamiento a temperaturas más altas. Se utilizan comúnmente en transformadores de alta eficiencia.
Hierro
Los núcleos de hierro generan un fuerte flujo magnético y pueden mantener campos magnéticos altos. Sin embargo, pueden producir corrientes parásitas, que generan calor a altas frecuencias.
Metales vítreos
Los metales vítreos, caracterizados por su estructura vidriosa y no cristalina, se utilizan en transformadores de alta frecuencia. Su baja conductividad ayuda a reducir las corrientes parásitas.
Cerámicas de ferrita
Las cerámicas de ferrita, hechas de óxido de hierro y elementos metálicos, están diseñadas para satisfacer necesidades eléctricas específicas. Estas cerámicas actúan como aislantes y ayudan a disminuir las corrientes parásitas.
Laminado
Los núcleos laminados consisten en láminas delgadas de hierro recubiertas con aislamiento. Este diseño evita que las corrientes parásitas se propaguen fuera de las capas laminadas, reduciendo eficazmente su impacto.
Hierro carbonílico
Los núcleos de hierro carbonílico están compuestos por esferas de hierro en polvo recubiertas con aislamiento. Son eficaces en diversos niveles de flujo magnético y temperatura, minimizando las corrientes parásitas incluso a altas temperaturas.
Silicio
El acero al silicio presenta una alta resistividad eléctrica y un excelente rendimiento a lo largo del tiempo. Proporciona una alta densidad de flujo y es ideal para aplicaciones de alto rendimiento.
Molypermalloy (MPP)
El molypermalloy es un material de núcleo en polvo hecho de una mezcla de molibdeno, níquel y hierro. Ofrece bajas pérdidas del núcleo, una mínima distorsión de la señal y una buena estabilidad de temperatura, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de frecuencia de audio, circuitos resonantes y bobinas de carga.
Sendust
El sendust es un polvo metálico compuesto de hierro, silicio y aluminio, sinterizado en un material de núcleo. Conocido por su excelente permeabilidad magnética, baja coercividad y estabilidad de temperatura, el sendust se utiliza en aplicaciones abrasivas como cabezales de grabación magnética.
Nanocristalino (NC)
El material nanocristalino es un tipo de policristalino con cristalitos que miden unos pocos nanómetros. Llena los huecos entre los materiales amorfos y se produce enfriando rápidamente el metal fundido en una cinta delgada, seguida de un recocido controlado. Con una alta resistividad y eficacia en amplias bandas de frecuencias, NC es ideal para componentes compactos y escenarios complejos de EMI.
Estructura del núcleo
Las bobinas de motor presentan una amplia gama de estructuras de núcleo, cada una diseñada para satisfacer requisitos específicos de rendimiento y aplicación.
- Varilla cilíndrica recta : Es una varilla de metal con la bobina envuelta alrededor.
- Núcleo en "I" : Es similar a una varilla, pero tiene una forma cuadrada.
- C o U : Las formas C o U se utilizan con un núcleo en "I" con bobinados en una o ambas patas.
- E : Esta forma de núcleo se utiliza para crear un campo magnético cerrado con el circuito envuelto alrededor de la pata central, que es el doble de grande que las otras patas.
- Planar : Un núcleo planar viene en una variedad de formas, pero consiste principalmente en una pieza plana de material magnético que está por encima y por debajo de la bobina.
- Toroidal : Un núcleo toroidal es una forma de círculo o rosquilla con el circuito envuelto alrededor de la circunferencia del círculo.
- Pot : Un núcleo de pote tiene una pared en la que se inserta la bobina y está protegido por las paredes del pote.
- Aire : Las bobinas de aire no tienen núcleo para su inductancia, que no se ve afectada por la corriente que lleva. Están libres de pérdidas de hierro que afectan a las bobinas ferromagnéticas, lo que es una ventaja a medida que aumenta la frecuencia. Las bobinas de aire son capaces de funcionar a un Ghz, a diferencia de las bobinas con núcleo.
Tipos de bobinas de motor
La elección del tipo de bobina de motor se determina por su uso, que incluye si el proyecto requiere un motor eléctrico de CC o CA. Las bobinas de motor, independientemente del tipo, tienen corriente eléctrica que interactúa con un campo magnético. Los diferentes tipos de bobinas se utilizan para motores, generadores, transformadores, magnetismo y sensores. La electrónica, la electricidad y el magnetismo utilizan diferentes formas de bobinas para cada aplicación. La lista siguiente es una breve descripción de varios tipos de bobinas.
Bobinas de bobinado de bobina
El alambre electromagnético se enrolla alrededor de un núcleo de plástico, comúnmente llamado "bobina". Estos núcleos de plástico están disponibles en varios tamaños, y las bobinas de bobinado de bobina se pueden impregnar, moldear o cubrir con cinta para adaptarse a una gama de aplicaciones, incluyendo dispositivos médicos, sensores, relés y sistemas automotrices.
Bobinas autoportantes
Este tipo de bobina se utiliza cuando el espacio es limitado y no se puede alojar una bobina o un núcleo. Ubicadas más cerca del metal en el circuito, estas bobinas ofrecen capacidades magnéticas mejoradas. Se emplean comúnmente en aplicaciones como embragues, cerraduras magnéticas y circuitos de audio.
Bobinas de estrangulamiento
Una bobina de estrangulamiento presenta baja resistencia y alta inductancia, lo que la hace adecuada para corrientes de CA y CC. Está diseñada para bloquear la CA mientras permite que la CC pase a través. La resistencia de una bobina de estrangulamiento aumenta con la frecuencia de la corriente.
Bobinas encapsuladas
Las bobinas encapsuladas, también conocidas como bobinas moldeadas, están protegidas contra la humedad, los productos químicos corrosivos, las vibraciones, las explosiones y las condiciones ambientales adversas al estar encapsuladas en un termoplástico duradero y resistente a la temperatura. Esta encapsulación mejora las propiedades de aislamiento y dieléctricas de las bobinas.
Bobinas de alta tensión
Las bobinas de alta tensión están diseñadas para aplicaciones que implican tensiones que superan los umbrales de seguridad, lo que supone riesgos de chispas o descargas eléctricas. La alta tensión se clasifica típicamente como 000 voltios para circuitos de CA y 500 voltios para circuitos de CC. Hay dos tipos principales de bobinas de alta tensión: bobinas de encendido y bobinas de Tesla.
Bobina de Tesla
Una bobina de Tesla es un oscilador de radiofrecuencia que energiza un transformador resonante para convertir altas tensiones en bajas tensiones. Comprende dos circuitos eléctricos abiertos unidos por un espacio de chispa. Para un rendimiento óptimo, las bobinas de Tesla se construyen con alambre de cobre.
Bobinas de encendido
Las bobinas de encendido están diseñadas para convertir la energía de menor tensión en una tensión más alta para encender una bujía. Funcionando de forma similar a un transformador eléctrico, presentan tanto bobinados primarios como secundarios. Las bobinas de encendido se utilizan de forma más común y reconocible en la industria automotriz.
Bobinas impregnadas
Las bobinas impregnadas tienen sus huecos de bobinado rellenos de resina u otros materiales para estabilizar los conductores. Esta impregnación sella la estructura de la bobina, proporcionando baja viscosidad, una vida útil prolongada, una excelente resistencia dieléctrica y la capacidad de funcionar a temperaturas muy altas.
Bobinas solenoides
Una bobina solenoide presenta un núcleo conductor con un centro hueco alrededor del cual se enrolla el alambre. Cuando la corriente fluye a través de la bobina, genera un campo magnético que crea potencial magnético, que luego se convierte en fuerza magnética para el movimiento mecánico. En algunos casos, un núcleo metálico dentro del solenoide puede accionar una válvula hidráulica.
Bobinas envueltas en cinta
Las bobinas envueltas en cinta están diseñadas para su uso en entornos suaves que no contienen productos químicos o disolventes. Se cubren con cinta de sellado para protegerlas de la intemperie, la suciedad y las vibraciones. Las bobinas envueltas en cinta son una opción rentable debido a su precio más bajo en comparación con otros tipos.
Bobinas toroidales
Las bobinas toroidales se utilizan en inductores y transformadores. Se fabrican enrollando alambre alrededor de un núcleo circular con un centro abierto. La forma toroidal permite una contención eficiente del campo magnético, minimizando las fugas fuera de la bobina. Estas bobinas se utilizan en diversas industrias, incluyendo aplicaciones de transporte, audio y suministro de energía.
Bobinas de transformador
La función de una bobina de transformador es ajustar los niveles de tensión entre circuitos eléctricos. Los transformadores pueden aumentar o disminuir la tensión. Son dispositivos pasivos que utilizan la inducción electromagnética para aumentar o disminuir los niveles de tensión entre diferentes circuitos.
Bobinas de voz
Una bobina de voz consiste en una bobina, un alambre, un collar, adhesivos y un alambre de salida. El tamaño de la bobina se basa en el diámetro del espacio de la bobina de voz. Esta bobina convierte las señales eléctricas en energía magnética lineal. Originalmente, las bobinas de voz se utilizaban para mover el cono de un altavoz, pero sus aplicaciones se han ampliado desde entonces para mover grandes masas a velocidades lentas. La interacción entre el campo magnético de la bobina de voz y la corriente eléctrica se conoce como fuerza de Lorentz.
Cómo funciona una bobina de motor
Una bobina de motor genera un campo magnético, que se fortalece con un aumento en el número de vueltas de alambre. La fuerza del campo magnético es directamente proporcional a la cantidad de corriente que pasa a través de la bobina. A medida que aumenta la corriente, la fuerza del campo magnético se hace más fuerte. Cuando la corriente se detiene, el campo magnético desaparece, un concepto que se demostró por primera vez en el siglo XIX.
Cada alambre crea un campo magnético cuando la corriente fluye a través de él. Al enrollar y hacer bucles con los alambres en bobinas, la fuerza del campo magnético se mejora, lo que le permite almacenar energía de forma más eficaz.
Las bobinas se definen en función de la frecuencia de la corriente que transportan, incluyendo la corriente continua (CC), la frecuencia de audio (AF) y la frecuencia de radio (RF). Se clasifican además por sus funciones, como electroimanes, transformadores, dispositivos eléctricos o inductores.
La primera bobina eléctrica fue inventada por Nikola Tesla, que está asociado para siempre con esta tecnología. El propósito principal de la bobina es lograr la resonancia, que se produce cuando la corriente fluye desde una bobina primaria a una bobina secundaria.
En un circuito, la electricidad fluye a través de una resistencia y entra en una bobina eléctrica. Inicialmente, la bobina resiste el flujo de corriente para mantener la estabilidad. A medida que aumenta la corriente, la bobina permite que pase más corriente. Cuando se elimina la corriente, la bobina resiste el cambio y continúa apoyando el flujo de electricidad durante un corto periodo de tiempo, incluso después de que la corriente se haya desconectado.
El proceso de flujo de electricidad a través de un circuito ocurre muy rápidamente y puede ser apenas perceptible. A pesar de su función simple, una bobina eléctrica tiene un impacto significativo en el flujo de corriente eléctrica.
La inductancia de una bobina depende de varios factores clave:
- Número de bobinas : Cuanto más haya, mayor será la inductancia.
- El núcleo : El material alrededor del cual está envuelta la bobina.
- Área de la sección transversal : Cuanto mayor sea el área, mayor será la inductancia.
- Longitud de la bobina : Una bobina corta se superpone, lo que significa mayor inductancia.
La inductancia se mide en Henries (H), y su valor se determina utilizando una fórmula específica.
Materiales conductores utilizados para las bobinas de motor
La estructura fundamental de una bobina eléctrica consiste en su material conductor, que se puede categorizar por su resistividad y conductividad. La resistividad, representada por la letra griega rho (ρ), mide la fuerza con la que un material se opone al flujo de corriente eléctrica. Los materiales con baja resistividad son mejores conductores, mientras que los que tienen alta resistividad son peores conductores. La conductividad, por otro lado, indica lo bien que un material puede conducir la corriente eléctrica y se calcula como la razón entre la densidad de corriente y el campo eléctrico dentro del material.
Plata
La plata es un metal altamente conductor, con una conductividad comparable a la del cobre. Sin embargo, se utiliza con menos frecuencia debido a su mayor coste, rareza y susceptibilidad a la oxidación, lo que puede hacer que se degrade rápidamente.
Cobre
El cobre es el metal más utilizado para los alambres y las bobinas eléctricas debido a su baja resistencia eléctrica y su excelente conductividad. Su versatilidad permite darle forma fácilmente a diversas formas de bobina, lo que lo convierte en la opción preferida para la mayoría de las aplicaciones eléctricas.
Oro
La ductilidad y la maleabilidad del oro lo hacen ideal para formar alambres y pequeños circuitos electrónicos. Resiste la corrosión y el deslustre, lo que es ventajoso para la electrónica. Sin embargo, su alto coste y su disponibilidad limitada lo hacen menos práctico para un uso generalizado.
Aluminio
La baja densidad del aluminio ayuda a reducir el peso de las bobinas eléctricas, mejorando la eficiencia de las piezas móviles y mejorando el rendimiento. Es particularmente beneficioso para aplicaciones como los cables de los altavoces y las bobinas de voz donde la reducción de peso es ventajosa.
Tungsteno
El tungsteno tiene un punto de fusión excepcionalmente alto, lo que le permite emitir luz sin quemarse cuando se calienta. Mantiene una baja presión de vapor a altas temperaturas y resiste la erosión, lo que lo hace útil en aplicaciones de alta temperatura.
Carbono
El alambre de carbono es rentable de producir y ayuda a suprimir las interferencias de radiofrecuencia (RFI) y las interferencias electromagnéticas (EMI). Se utiliza comúnmente en aplicaciones automotrices y como sustituto de otros tipos de alambre.
Manganina
La manganina, una aleación de cobre, manganeso y níquel, es conocida por su mínimo cambio de resistencia con las fluctuaciones de temperatura. Es altamente resistente a la corrosión por calor y ofrece estabilidad a largo plazo, también conocida como constantán.
Titanio
Las excelentes propiedades mecánicas y físicas del titanio, incluyendo su resistencia a los ácidos, lo hacen adecuado para diversas industrias. Su resistencia a la corrosión lo hace ideal para aplicaciones aeroespaciales, de procesamiento químico y médicas.
Nichrome
El nichrome es una aleación de níquel, cromo y hierro, conocida por su alta resistividad y resistencia a la oxidación. Está disponible en varios grados, como Nichrome 20, 30, 40, 60, 70 y 80, con temperaturas de funcionamiento que van de 1050 °C a 1180 °C.
Kanthal
El Kanthal es una aleación de hierro-cromo-aluminio (FeCrAl) que se utiliza en aplicaciones de alta temperatura y resistencia. Forma una capa protectora de alúmina que actúa como conductor térmico y aislante, con una temperatura de fusión extremadamente alta de 1425 °C.
Níquel
El alambre de níquel se calienta rápidamente y tiene baja resistencia, pero se funde a altas temperaturas. Se utiliza típicamente en aplicaciones controladas por temperatura debido a sus propiedades térmicas.
Cómo afecta la humedad a las bobinas de motor
Las bobinas de motor son componentes cruciales en diversos dispositivos eléctricos, como motores, generadores, transformadores y elementos de calefacción. Normalmente construidas a partir de alambre de cobre enrollado alrededor de un núcleo, estas bobinas dependen de un aislamiento eficaz para evitar cortocircuitos y fallos. La entrada de humedad, o la penetración de la humedad en la bobina, supone una amenaza significativa para este aislamiento. En este capítulo, exploraremos cómo la humedad puede entrar en las bobinas de motor y discutiremos estrategias para prevenirla.
Cómo entra la humedad en las bobinas de motor
La humedad puede entrar en las bobinas de motor a través de varias vías, incluyendo:
- Humedad atmosférica : La humedad del aire puede condensarse en la superficie de las bobinas y filtrarse en el aislamiento, especialmente en entornos húmedos o cuando el equipo funciona por debajo del punto de rocío.
- Condensación : Los cambios rápidos de temperatura pueden causar que se forme condensación en las bobinas, especialmente cuando el equipo se apaga y se enfría rápidamente.
- Entrada de agua de los alrededores : Fuentes externas como la lluvia, las inundaciones o la condensación de equipos cercanos pueden hacer que el
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