Un motor asíncrono es un motor eléctrico que gira porque el campo magnético giratorio generado en el estator induce corriente en el rotor. No se realiza ninguna conexión eléctrica externa al rotor; la corriente se transfiere magnéticamente, igual que en un transformador. Como el rotor siempre gira ligeramente más despacio que el campo giratorio, el motor se denomina “asíncrono”, es decir, no síncrono. Esta diferencia de velocidad se llama deslizamiento y la capacidad del motor para producir par depende por completo de la existencia de dicha diferencia.
La gran mayoría de los motores eléctricos utilizados en la industria son de este tipo. Gracias a su estructura sencilla, bajo coste y rotor de escaso mantenimiento, el motor asíncrono se utiliza en casi todos los accionamientos de velocidad constante, desde bombas y transportadores hasta ventiladores y compresores. Sin embargo, la velocidad de salida propia del motor suele ser muy superior a la que requieren la mayoría de las máquinas; por ello, en campo casi siempre se combina con un reductor. A continuación analizamos su principio de funcionamiento, los tipos monofásico y trifásico, sus áreas de aplicación y su relación con el reductor.
¿Qué es un motor asíncrono?
Como su propio nombre indica, un motor asíncrono es un motor de corriente alterna cuyo rotor no gira a la misma velocidad que el campo magnético giratorio. En la literatura también se conoce como motor de inducción porque la corriente del rotor no se suministra desde el exterior, sino que se genera por inducción.
Su estructura consta de dos componentes principales:
- Estator: Paquete de chapas fijado a la carcasa, en el que se alojan los devanados trifásicos. Es la parte alimentada desde la red.
- Rotor: La parte que gira libremente dentro del estator. El tipo más común en la industria es el rotor de jaula de ardilla: barras de aluminio o cobre dispuestas en un cuerpo cilíndrico quedan cortocircuitadas en ambos extremos mediante anillos. No hay escobillas, anillos rozantes ni conexiones de devanado.
Esta sencillez es la mayor ventaja del motor. Al no existir escobillas que se desgasten, colectores que deban limpiarse ni elementos de contacto que requieran sustitución periódica, el mantenimiento de un motor asíncrono se limita prácticamente a comprobar los rodamientos y el aislamiento. Para una comparación general entre tipos de motores, puede consultar nuestra página de motores .
Principio de funcionamiento del motor asíncrono
El principio de funcionamiento se explica por la combinación de dos fenómenos: la formación de un campo magnético giratorio y la inducción de corriente en el rotor.
Campo magnético giratorio. La alimentación trifásica llega a los devanados del estator con un desfase de 120 grados entre fases. Como los devanados generan campos magnéticos de forma sucesiva, se crea un campo magnético giratorio en lugar de uno fijo. La velocidad de giro de este campo se denomina velocidad síncrona y se calcula con la siguiente fórmula:
Velocidad síncrona (rpm) = (120 × Frecuencia) ÷ Número de polos
| Número de polos | Velocidad síncrona (50 Hz) | Velocidad típica bajo carga |
|---|---|---|
| 2 polos | 3.000 rpm | 2.850 – 2.950 rpm |
| 4 polos | 1.500 rpm | 1.420 – 1.470 rpm |
| 6 polos | 1.000 rpm | 950 – 980 rpm |
| 8 polos | 750 rpm | 710 – 735 rpm |
Inducción de corriente y deslizamiento. El campo magnético giratorio corta las barras del rotor detenido e induce una tensión en el rotor. Como las barras están cortocircuitadas en ambos extremos, la tensión inducida se convierte inmediatamente en corriente. Un conductor por el que circula corriente y que se encuentra dentro de un campo magnético está sometido a una fuerza, por lo que el rotor empieza a girar y sigue al campo.
El punto clave es el siguiente: si el rotor alcanzara exactamente la misma velocidad que el campo giratorio, desaparecería la variación del campo magnético que corta las barras. Sin variación no se induce corriente; sin corriente no se genera par. En otras palabras, en el momento en que el motor alcanzara la velocidad síncrona perdería la fuerza necesaria para seguir girando. Por eso el rotor siempre queda ligeramente rezagado y esa diferencia es el origen de la generación de par.
La expresión proporcional de esta diferencia es el deslizamiento:
Deslizamiento (%) = [(Velocidad síncrona − Velocidad real) ÷ Velocidad síncrona] × 100
Por ejemplo, si un motor de 4 polos gira a 1.440 rpm, el deslizamiento es (1.500 − 1.440) ÷ 1.500 × 100 = 4 %. En un motor en vacío, el deslizamiento se aproxima prácticamente a cero; a medida que aumenta la carga, el rotor se ralentiza, el deslizamiento aumenta y el motor produce más par. Este mecanismo permite que el motor se adapte automáticamente a la carga.
Tipos de motores asíncronos
Los motores asíncronos se dividen en dos grupos según su tipo de alimentación. Ambos funcionan con el mismo principio; la diferencia está en la forma en que se genera el campo magnético giratorio.
| Comparación | Motor asíncrono monofásico | Motor asíncrono trifásico |
|---|---|---|
| Alimentación | 220 V, monofásica | 380/400 V, trifásica |
| Campo giratorio | No se genera por sí solo; requiere un devanado auxiliar y un condensador | Se genera de forma natural gracias al desfase |
| Arranque | No puede comenzar a girar por sí solo sin un elemento adicional | Arranca directamente al recibir alimentación |
| Rango de potencia | Generalmente por debajo de 3 kW | Desde unos cientos de vatios hasta el rango de los megavatios |
| Eficiencia y comportamiento del par | Menor eficiencia, par pulsante | Alta eficiencia, par uniforme |
| Aplicación típica | Máquinas de taller, equipos domésticos, bombas pequeñas | Instalaciones industriales, líneas de producción |
Siempre que haya disponible una red trifásica se prefiere un motor trifásico. Los motores monofásicos solo se utilizan a potencias reducidas y en puntos donde no existe alimentación trifásica.
Áreas de aplicación de los motores asíncronos
El motor asíncrono es la solución estándar para todas las aplicaciones en las que el movimiento es continuo y a velocidad constante. Mientras no sea necesario un control preciso de la posición, este tipo de motor es más económico y más robusto que sus alternativas.
Grupos de bombas y ventiladores. Es el tipo de motor más utilizado para bombear agua, aguas residuales y fluidos de proceso, así como en ventiladores de ventilación y refrigeración. Bomba y calefacción-refrigeración Los grupos de accionamiento de estas aplicaciones se basan en estos motores.
Sistemas transportadores y de manipulación. Los transportadores de banda, cadena y tornillo sinfín requieren movimiento continuo a velocidad constante. En estas aplicaciones el motor por sí solo no es suficiente; debe utilizarse con un reductor para disminuir la velocidad. Para más detalles, puede consultar nuestro artículo sobre selección de reductores para transportadores .
Agitadores y mezcladores. En la producción química, alimentaria y de materiales de construcción, la mayoría de las unidades de mezcla requieren un par elevado a baja velocidad. Química y bebidas-alimentación Esta combinación es habitual en estas instalaciones.
Grupos de molinos, trituradoras y cribas. Cemento y minería En estas instalaciones, los motores asíncronos de alta potencia trabajan de forma continua bajo condiciones severas.
Compresores y accionamientos de máquinas. Los grupos de accionamiento para la producción de aire comprimido, las máquinas textiles y los equipos de fabricación general también utilizan este tipo de motor.
Uso del motor asíncrono con un reductor
La principal limitación del motor asíncrono en campo es la velocidad. Un motor de 4 polos de uso común gira aproximadamente a 1.440 rpm. En cambio, una cinta transportadora puede funcionar a unas 30 rpm, un mezclador a 20 rpm y un tambor de grúa a 15 rpm. Esta diferencia no puede compensarse eléctricamente; se resuelve mecánicamente mediante un reductor.
El reductor disminuye la velocidad y aumenta el par en la misma proporción. Un reductor con una relación de 50 reduce la velocidad del motor de 1.440 rpm a aproximadamente 29 rpm y, al mismo tiempo, aumenta el par de salida unas 50 veces. Se trata de un nivel de par que el motor nunca podría generar por sí solo y que es exactamente lo que necesita la máquina.
Otros beneficios que el reductor aporta al motor asíncrono son:
- Mejora del comportamiento de arranque: La inercia de la carga se refleja hacia el motor reducida por la relación de transmisión, lo que disminuye el esfuerzo del motor durante el arranque.
- Reducción de la potencia necesaria del motor: Gracias al reductor, el mismo trabajo puede realizarse con un motor de menor potencia; esto reduce tanto el coste de inversión como el consumo energético.
- Flexibilidad de instalación: Las distintas posiciones de montaje y direcciones del eje de salida permiten colocar el motor en una posición adecuada sobre la máquina. Para este tema, nuestro artículo sobre posiciones de montaje de reductores puede servir de guía.
La solución en la que el motor y el reductor se combinan en una sola unidad se denomina motorreductor. Frente a soluciones en las que ambos se seleccionan por separado y se conectan mediante un acoplamiento, es más compacta, genera menos errores de alineación y permite un montaje más rápido. Para conocer los detalles técnicos, los criterios de selección y las ventajas de esta combinación, recomendamos consultar nuestro artículo sobre motores AC con reductor ; este artículo trata el motor en sí, mientras que el otro aborda el motor combinado con el reductor.
Para realizar una selección correcta se necesitan dos cálculos: la relación de transmisión según la velocidad de salida requerida por la máquina y el par de salida exigido por la carga. Para estos cálculos pueden aplicarse directamente las fórmulas de nuestros artículos sobre cálculo de velocidad del reductor y cálculo de par . No olvide incluir el factor de servicio en el cálculo; en cargas de impacto y líneas que funcionan muchas horas al día, este coeficiente determina la vida útil del reductor.
Seleccionemos juntos el reductor adecuado para su grupo de accionamiento
El rendimiento de un grupo de accionamiento no depende únicamente de la potencia nominal del motor, sino de la correcta adaptación entre el motor, el reductor y la aplicación. Una relación de transmisión mal seleccionada sobrecarga continuamente el motor, mientras que un factor de servicio calculado por debajo de lo necesario provoca que el reductor requiera una revisión mucho antes de lo previsto.
Como Remak Redüktör, fabricante de reductores y cajas de engranajes desde 1987, podemos determinar junto con usted la serie adecuada según los valores de velocidad, par y régimen de trabajo de su aplicación. Puede consultar nuestra familia más utilizada en accionamientos industriales, los reductores de engranajes helicoidales y ponerse en contacto con nosotros a través de nuestra página de contacto para compartir los detalles técnicos de su proyecto.
Preguntas frecuentes sobre motores asíncronos
¿Cuál es la diferencia entre un motor asíncrono y un motor síncrono?
La diferencia consiste en si el rotor gira o no a la misma velocidad que el campo magnético giratorio. En un motor síncrono, el rotor gira exactamente a la misma velocidad que el campo y la velocidad permanece constante aunque cambie la carga; para ello se necesita un rotor de imanes permanentes o excitación externa. En un motor asíncrono, el rotor siempre queda ligeramente por detrás y la velocidad disminuye algo a medida que aumenta la carga. El motor síncrono ofrece mayor eficiencia y velocidad constante, mientras que el motor asíncrono es más sencillo, económico y resistente.
¿Por qué es alta la corriente de arranque de un motor asíncrono y cómo puede reducirse?
En el arranque, el rotor está detenido, por lo que el deslizamiento es máximo y se induce una corriente muy elevada en el rotor. Por ello, el motor arranca absorbiendo varias veces su corriente nominal. Para evitar caídas de tensión en la red y disparos de los elementos de protección, se utilizan arranque estrella-triángulo, arrancador suave o variador de frecuencia. El uso de un reductor también facilita el arranque al reducir la inercia de carga reflejada hacia el motor.
¿Cómo se puede modificar eléctricamente la velocidad de un motor asíncrono?
Como la velocidad depende de la frecuencia de alimentación y del número de polos, no puede modificarse en una red de frecuencia fija. Para regularla se utiliza un variador de frecuencia, que cambia de forma continua la velocidad del motor disminuyendo o aumentando la frecuencia. Sin embargo, a baja frecuencia también se ralentiza el ventilador de refrigeración del motor, lo que aumenta el riesgo de sobrecalentamiento y modifica la capacidad de par. En aplicaciones donde la velocidad debe reducirse de manera permanente, utilizar un reductor en lugar de un variador es una solución más eficiente y fiable.
¿Cómo se cambia el sentido de giro de un motor asíncrono?
En un motor trifásico, al intercambiar dos fases cualesquiera se invierte el sentido del campo magnético giratorio y el motor comienza a girar en sentido contrario. Esta operación se realiza intercambiando dos conductores de fase en la caja de bornes. En motores monofásicos, el sentido se cambia invirtiendo los terminales del devanado auxiliar. Antes de invertir el giro debe comprobarse que el reductor y la máquina accionada sean aptos para funcionar en sentido inverso; algunos sistemas incorporan un mecanismo antirretorno.
¿Por qué se sobrecalienta un motor asíncrono?
Las causas más habituales son: seleccionar una potencia de motor insuficiente para la carga, realizar arranques y paradas frecuentes, tener tensión de red desequilibrada o pérdida de una fase, una cubierta del ventilador obstruida por polvo y una temperatura ambiente superior al valor indicado en la placa. Los motores que funcionan continuamente a baja velocidad con un variador de frecuencia también pueden requerir un ventilador externo, ya que su propio ventilador no suministra suficiente caudal de aire. Como el calor reduce directamente la vida útil del aislamiento, continuar utilizando el motor sin identificar la causa puede provocar la quema de los devanados.
¿Qué significan las clases de eficiencia IE?
Las clases IE (International Efficiency) son una clasificación internacional que indica con qué eficiencia un motor convierte la energía eléctrica en energía mecánica. La eficiencia aumenta a medida que sube el número: IE1 corresponde a eficiencia estándar, IE2 a alta eficiencia, IE3 a eficiencia premium e IE4 a eficiencia super premium. En un motor que funciona de forma continua, el precio de compra es una partida pequeña frente a la electricidad consumida durante toda su vida útil, por lo que una clase de eficiencia superior suele amortizarse rápidamente. La eficiencia total del grupo de accionamiento depende tanto del motor como del reductor; tratamos este tema en detalle en nuestra página sobre eficiencia y ahorro energético.
