Maquinas_electricas_libro.pdf

Máquinas
eléctricas
Juan
Carlos
Martín
ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Máquinas eléctricas
Juan Carlos Martín Castillo

ÍNDICE
1. Magnetismo y electromagnetismo. . .4
1 Magnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Campo magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3 Electromagnetismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4 Clasificación de máquinas eléctricas . . . . . . . . 26
Práctica Profesional: Comprobación
del campo magnético generado en una bobina. . 30
Mundo Técnico: El tren de levitación magnética . 32
2. Materiales y herramientas
del bobinador. . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
1 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2 Herramientas y utillaje del bobinador . . . . . . 44
3 Instrumentos de medida y comprobación . . . 57
Práctica Profesional 1: Fabricación
de una bobina con moldes preformados . . . . . . . 62
Práctica Profesional 2: Fabricación
de una bobina con molde de madera . . . . . . . . . . 64
Mundo Técnico:
Fabricación automatizada
de máquinas eléctricas rotativas . . . . . . . . . . . . . . 66
3. Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . .68
1 Conceptos iniciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2 Clasificación de los transformadores. . . . . . . . 74
3 Materiales constructivos
de los transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4 Características eléctricas de un transformador . 83
5 Cálculo de un transformador monofásico . . . 85
6 Cálculo de transformadores trifásicos. . . . . . . 91
7 Ensayos y comprobaciones. . . . . . . . . . . . . . . . 97
Práctica Profesional 1: Construcción
de un transformador monofásico . . . . . . . . . . . . 102
Práctica Profesional 2: Comprobación
y ensayo de un transformador monofásico. . . . . 106
Práctica Profesional 3: Construcción
de un transformador trifásico . . . . . . . . . . . . . . . 110
Mundo Técnico: Otros tipos de transformadores 112
4. Máquinas rotativas de corriente
continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114
1 Principio de funcionamiento
de máquinas de corriente continua . . . . . . . 116
2 Constitución de máquinas de corriente
continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
3 Tipos de conexión entre devanados . . . . . . . 124
4 Devanados en máquinas
de corriente continua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Práctica Profesional 1: Desmontaje de
una máquina rotativa de corriente continua . . . 154
Práctica Profesional 2: Bobinado del devanado
de excitación de una máquina
de corriente continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Práctica Profesional 3: Bobinado del inducido
de una máquina de corriente continua. . . . . . . . 160
Práctica Profesional 4: Comprobación
de inducidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Mundo Técnico: Equilibrado de máquinas
rotativas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5. Máquinas rotativas de corriente
alterna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
1 Principio de funcionamiento de
las máquinas rotativas de corriente alterna . .172
2 Clasificación de máquinas de corriente
alterna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
3 Máquinas síncronas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
4 Máquinas asíncronas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5 Devanados de máquinas de corriente
alterna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Práctica Profesional 1:
Puesta en marcha de un alternador . . . . . . . . . . 208
Bobinado del devanado del estator
de una máquina de corriente alterna . . . . . . . . . .210
Bobinado del inductor de un alternador . . . . . . 216
Mundo Técnico: Variación de velocidad
en motores de inducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
6. Otras máquinas eléctricas
rotativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
2 Motores monofásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
3 Motores de imanes permanentes . . . . . . . . . 229
Práctica Profesional:
Bobinado de un motor monofásico. . . . . . . . . . . 236
Mundo Técnico: El motor lineal. . . . . . . . . . . . . . 238
Anexos
A Prontuario de cálculo de transformadores . . 241
B Prontuario de cálculo de devanados
en corriente continua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
C Prontuario de cálculo de devanados
en corriente alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
D Ejemplos de devanados . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
D Operaciones básicas de mantenimiento y
reparación de máquinas eléctricas rotativas . . 250
Soluciones: Evalúa tus conocimientos . 252
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Y
El libro de Máquinas eléctricas consta de seis unidades
de trabajo y varios anexos finales. Cada una de las uni-
dades comienza con un caso práctico inicial que plantea
una situación relacionada con el contenido de la misma.
Consta de una situación de partida y un estudio del caso.
El caso inicial puede resolverse o bien quedar indicado a
lo largo de la unidad. De este modo, el análisis del caso
se convierte en el eje vertebrador de la unidad, ya que
se incluirán continuas referencias al mismo a lo largo del
desarrollo de los contenidos.
El desarrollo de la unidad aparece acompañado de nume-
rosas ilustraciones seleccionadas de entre los equipos y pro-
cesos más frecuentes que encontrarás al realizar tu trabajo.
También se incorporan actividades y ejemplos que ayudan
a asimilar los conceptos tratados. El objetivo es, por tanto,
que el alumno se acerque a la realidad laboral a medida
que desarrolla los contenidos de la asignatura. A continua-
ción, te proponemos una serie de actividades finales para
que apliques los conocimientos adquiridos y, a su vez, te
sirvan de repaso. También se incluye en el apartado entra
en Internet una serie de cuestiones para cuya resolución es
necesario consultar diversas páginas web.
CÓMO SE USA ESTE LIBRO
Al final de cada unidad encontrarás las prácticas profesio-
nales, casos prácticos que representan los resultados que
debes alcanzar al terminar tu módulo formativo.
La sección Mundo técnico versa sobre información técnica
del sector vinculada a la unidad. Es importante conocer las
novedades existentes en el mercado y disponer de ejemplos
reales para aplicar los contenidos tratados en la unidad.
La unidad finaliza con el apartado en resumen, mapa con-
ceptual con los contenidos esenciales de la unidad, y el
apartado evalúa tus conocimientos: batería de preguntas
que te permitirán comprobar el nivel de conocimientos ad-
quiridos tras el estudio de la unidad.
Materiales y herramientas
del bobinador
2
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
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-
do a formarse para la nueva tarea que su jefe les ha encomen-
dado, es decir, para todo lo relativo al mantenimiento y repa-
ración de máquinas eléctricas. Lo primero que deben hacer es
reservar un espacio en su actual taller para realizar este tipo
de trabajos. En las últimas semanas han revisado catálogos
y webs de fabricantes para definir cuáles son los materiales,
herramientas e instrumentación de los que deben disponer
en su taller máquinas eléctricas. Dentro de los materiales han
observado que dos de ellos son esenciales, por un lado los
conductores eléctricos que constituyen los devanados, y por
otro los materiales dieléctricos que los aíslan. Dentro de la
dotación de herramientas han comprobado que deben adqui-
rir un buen número de ellas y con diferentes funciones. Entre
estas herramientas se encuentran, desde las destinadas a la
construcción de devanados hasta las que permiten ejecutar
su acabado adecuadamente, pasando por las de limpieza y
preparación del núcleo magnético. Además, como en otras
técnicas eléctricas, requieren una instrumentación que permita
y facilite la comprobación y localización de averías, tanto en la
puesta en marcha de las máquinas reparadas como en tareas
de mantenimiento en planta.
1. ¿Qué característica presenta el conductor utilizado
para rebobinar máquinas eléctricas?
2. ¿Es indiferente el espesor del dieléctrico en los hilos
esmaltados?
3. ¿Se comercializan estos conductores en función de su
sección, como ocurre con otros cables eléctricos?
4. ¿Qué hay que tener en cuenta en el momento de
elegir un material aislante?
5. ¿Qué se utiliza (regletas, cinta aislante, etc.) para
aislar las conexiones eléctricas en el interior de una
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?
7. El principal mercado de trabajo de MantenExpres será
el de las máquinas eléctricas rotativas, ¿cuál es el tipo
de bobinadora que mejor se adapta a su rebobinado?
8. ¿Todas las bobinas se fabrican con un solo conductor?
9. ¿Existe alguna herramienta especíica para pelar el
hilo esmaltado?
10. ¿Es sencilla la extracción de los devanados de una
máquina rotativa cuyas bobinas se han quemado?
11. ¿Existe algún instrumento para comprobar el estado
de los devanados de una máquina rotativa?
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.
Máquinas rotativas de corriente alterna 183
4. Máquinas asíncronas
Deben su nombre a que funcionan a una velocidad diferente (inferior) a la de
sincronismo.
El funcionamiento como motor es el principal uso de las máquinas asíncronas. No
obstante, en la actualidad, se están utilizando con regularidad como generadores,
aunque su estudio se sale de los objetivos de este libro.
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Escudo posterior
Devanado del estator
Eje
Tapa del
ventilador
Escudo anterior
Ventilador Rotor en
cortocircuito
Cojinete
Placa de
características
Núcleo de la
armadura
Caja de bornes
a Figura 5.33. Constitución de un motor asíncrono trifásico.
De la misma forma que las máquinas síncronas, las asíncronas están formadas por
un circuito magnético y dos circuitos eléctricos, además de otros elementos como
son: la carcasa, escudos, tapas, base de fijación, etc.
4.1. Circuito magnético
Está formado por dos partes: una fija en el estator y una móvil en el rotor.
La armadura o estator
El estator es idéntico al utilizado en las máquinas síncronas, por tanto aquí no se
volverá a enunciar cuál es su constitución, ya que no existe ninguna diferencia
entre ambos.
El rotor
En cuanto al rotor, puede ser de dos tipos:
• Rotor en cortocircuito. Este tipo no dispone de ranuras abiertas que permi-
tan insertar en ellas un bobinado ejecutado a base de hilo o pletina esmal-
tada. Sin embargo, está constituido por un número determinado de barras
rígidas que se cierran en cortocircuito en sus extremos, formado así su propio
devanado.
• 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-
mitir alojar en él un devanado construido a base de bobinas de hilo o pletina
esmaltada.
Ranuras
de la
armadura
Barras
del rotor
Armadura
(estator)
Rotor en
cortocircuito
a Figura 5.34. Partes de una má-
quina asíncrona con rotor en cor-
tocircuito.
154 Unidad 4
HERRAMIENTAS
• Martillo con cabeza de nailon
• Llaves Allen de diferentes tamaños
• Juego de llaves fijas y/o de tubo
• Recipiente o gaveta de plástico
• Extractor de cojinetes
• Guantes, alicates y extractor
de chavetas
MATERIAL
• Una máquina de corriente continua
• Rotulador permanente y cinta aislante
Desmontaje de una máquina
rotativa de corriente continua
OBJETIVO
Conocer las técnicas y herramientas utilizadas para desmontar una máquina
rotativa.
PRECAUCIONES
• Utiliza guantes en la operación de desmontaje y montaje de la máquina.
• Cubre de cinta aislante los huecos de las chavetas para evitar cortes con el filo
de sus bordes.
DESARROLLO
1. Preparar 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 4.91. Algunas de las herramientas necesarias para desmontar la máquina.
2. Utilizando un rotulador permanente, realizar marcas en los dos escudos de la máquina de tal forma que identifi-
ques claramente en qué lado de la culata están ubicados cada uno de ellos.
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-
des usar un alicate universal o de pico de pato. También, a modo de truco, puedes emplear pequeño tornillo de
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.
134 Unidad 4
Según la conexión de bobina en el colector
En función de cómo se conecten los finales de las bobinas y secciones inducidas
en el colector, los devanados pueden ser:
• imbricados o en paralelo,
• ondulados o en serie.
Devanados imbricados
También denominados devanados paralelos, se caracterizan porque cada lado de
la bobina queda situado debajo de un polo de signo contrario.
Este tipo de devanados a su vez se clasifican en simples y múltiples.
• Devanados imbricados simples. Los terminales se conectan siempre a delgas
adyacentes, pudiendo hacerse en la anterior o en la posterior. Si la conexión
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
en la delga anterior, el devanado retrocede denominándose regresivo o cruzado.
3 6
3 4 5 6
S N
4 5 5 6
3 4 5 6
N S
3 4
Devanado progresivo
(no cruzado)
Devanado regresivo
(cruzado)
a Figura 4.54. Detalles de devanados imbricados simples.
EJEMPLO
En la siguiente figura se muestra cómo se ejecuta un devanado a dos capas.
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3
4
5
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3
3 4 5 6
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N
S
a Figura 4.53. Distribución de los devanados en dos capas.
En el esquema del devanado (izquierda), se representan dos haces activos en
cada ranura. Si nos centramos en la ranura marcada como número 6, se puede
ver que la bobina de color verde es entrante y la bobina de color rojo saliente.
Así, las primeras siempre se montarán en la capa inferior de la ranura y las
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.
Español-Inglés
Devanado: winding
Devanado de inducido: armadure
winding
Devanado imbricado: lap winding
Devanado ondulado: wave
winding
Bobinas: coils
Serie: series
Bobinas de campo (inductoras):
field coil
Progresivo: progressive
Regresivo: retrogressive
vocabulario
El devanado progresivo o no cru-
zado es el más común para el
bobinado de inducidos.
saber más
66 Unidad 2
MUNDO TÉCNICO
Fabricación automatizada
de máquinas eléctricas rotativas
Lo estudiado en esta unidad se encuentra en el contexto de talleres pequeños y medianos destinados a la reparación
y mantenimiento manual de máquinas eléctricas. No obstante, la producción y fabricación en serie, de igual forma
que para otro tipo de productos, se encuentra altamente automatizada en este campo. En la actualidad el uso de ma-
quinaria especializada permitente realizar el proceso de fabricación de forma limpia y en un breve periodo de tiempo.
Estos son algunos procesos automatizados destinados a la fabricación de máquinas eléctricas, principalmente de
las de tipo rotativo:
• Máquinas para la inserción de devanados de estatores. Los modelos más complejos y completos construyen
automáticamente las bobinas y posteriormente, mediante un sistema de guiado inteligente, las insertan en las
ranuras del estator.
• Aislamiento de ranuras e inserción de cuñas. Ambos procesos también se encuentran automatizados. El ais-
lamiento de ranura debe hacerse antes de la inserción de los bobinados, la colocación de cuñas después.
• 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 2.90. Torneado automático de
rotores.
a Figura 2.91. Máquina automáti-
ca para el aislamiento de ranuras.
a Figura 2.88. Máquina para
la inserción de devanados en
estatores.
a Figura 2.89. Torneado automáti-
co de rotores.

Magnetismo
y electromagnetismo
1
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
Conocerás cuáles son los principios que
fundamentan el funcionamiento de las
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
Interpretarás cómo son las curvas de
magnetización de los materiales
ferromagnéticos.

5
La empresa MantenExpress lleva más de 15 años en el sector
del mantenimiento. Su línea de trabajo se centra principalmente
en las instalaciones eléctricas de viviendas y edificios del sector
terciario. De un tiempo a esta parte, el tejido industrial de su
radio de acción ha crecido de forma considerable, ya que se han
creado numerosas empresas de fabricación de productos para
mecanizado que disponen de un alto grado de automatización.
Sus cadenas de montaje disponen de un buen número de máqui-
nas eléctricas de todo tipo. Esta situación ha generado un nuevo
mercado en el ámbito del mantenimiento por lo que el gerente
de la empresa ha decidido trabajar en esta nueva actividad. Ha
designado a dos de sus empleados para que se formen en todo
lo relacionado con las máquinas eléctricas. Estos tienen mucha
experiencia en tareas de montaje y mantenimiento de instalacio-
nes eléctricas y, aunque en numerosas ocasiones han tenido que
instalar máquinas eléctricas, nunca han realizado operaciones de
mantenimiento o reparación en el interior de las mismas.
Los dos operarios, Fermín y Abel, se ha puesto manos a la obra y
les han surgido todo tipo de dudas y cuestiones como las que se
indican a continuación.
1. Fermín y Abel han observado, en las hojas de caracte-
rísticas, que algunos de los motores que han instalado
disponen de imanes permanentes de neodimio, ¿a
qué se reiere exactamente?
2. Desde el punto de vista del magnetismo, ¿qué ocurre
en un conductor cuando es recorrido por una corriente
eléctrica?
3. ¿Es posible medir un campo magnético de forma di-
recta? ¿Con qué instrumento?
4. Fermín y Abel han desmontado en varias ocasiones
máquinas de tipo rotativo y siempre han observado
que los devanados se encuentran bobinados sobre
núcleos metálicos. ¿Cuál es el motivo de que estos no
se hagan al aire?
5. ¿Cualquier material metálico puede ser bueno para
construir núcleos magnéticos?
6. En algún catálogo o documentación comercial Fermín
y Abel han leído que los mejores resultados para la
construcción de transformadores se obtienen utilizan-
do chapas de grano orientado, ¿a qué es debido?
7. ¿Qué es la curva de magnetización de un material?
8. ¿Es importante que los núcleos de las máquinas eléc-
tricas tengan una alta remanencia?
9. Las máquinas rotativas disponen de un circuito cablea-
do en su parte giratoria (rotor), ¿cómo conseguimos
alimentarlos sin que los cables se retuerzan?
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.

6 Unidad 1
1. Magnetismo
Las máquinas eléctricas basan su funcionamiento en los fenómenos del mag-
netismo y del electromagnetismo, por tanto será necesario conocerlos para
comprender cómo están constituidas, cómo funcionan y cómo actuar en caso de
reparación o mantenimiento.
Se denomina magnetismo a la propiedad que tienen determinados materiales,
en estado natural o artificial (forzado mediante la aplicación de alguna técnica
externa), para atraer el hierro. Así, dicha propiedad puede ser aprovechada para
la transformación de energía eléctrica en mecánica, y viceversa.
A los elementos que tienen esa propiedad de atracción se les denomina imanes,
pudiendo clasificarse en permanentes y temporales según su capacidad de man-
tener el magnetismo.
• Imanes permanentes. Son aquellos en los que los efectos de imanación se
mantienen de forma continuada. Pueden estar magnetizados de forma natural
o artificial.
S N
N
S
a Figura 1.1. Polos en imanes permanentes.
• Imanes temporales. Son aquellos que mantienen el magnetismo solamente
mientras se produce un fenómeno físico de magnetización sobre ellos. Este es el
caso de los electroimanes, que solamente mantienen el magnetismo si se aplica
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.
Los fenómenos del magnetismo
fueron observados por primera vez
por lo griegos en una ciudad de
Asía Menor denominada Magne-
sia del Meandro, considerándose
al filósofo Tales de Mileto como
la primera persona que estudió y
documentó dicho fenómeno.
saber más
Tierras raras es un grupo de 17
elementos de la tabla periódica
que, si bien a principios del siglo
XX no tenían demasiada utilidad
debido a que eran muy difíciles
de separar químicamente, en la
actualidad son elementos de alta
tecnología, ya que son imprescin-
dibles tanto para la fabricación
de teléfonos móviles como para
la construcción de determinadas
máquinas eléctricas controladas
de forma electrónica.
saber más
Debido a sus potentes campos
magnéticos, los imanes perma-
nentes de neodimio han permi-
tido crear máquinas rotativas sin
devanados eléctricos, permitiendo
así simplificar su interior.
caso práctico inicial

Magnetismo y electromagnetismo 7
Algunos de los imanes mencionados son los siguientes:
• Imantes artificiales. En ellos el campo magnético se genera mediante un estí-
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
de material, la magnetización puede hacerse de forma permanente o temporal.
Esta última propiedad es aprovechada para el funcionamiento de las máquinas
eléctricas que aquí se van a estudiar.
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,
según estas, si se intenta unir dos imanes por los polos del mismo signo, estos se
repelen.
N
S N
S
Atracción
a Figura 1.4. Atracción entre imanes.
Por otro lado, si se hace lo mismo por polos de signo contrario, estos se atraen.
Por tanto, este comportamiento de los elementos magnéticos es ampliamente
utilizado para hacer funcionar máquinas eléctricas, especialmente las de tipo
rotativo.
N
S N
S
Repulsión
a Figura 1.5. Repulsión entre imanes.
a Figura 1.3. Diferentes tipos de imanes permanentes cerámicos y de neodimio (Cortesía de IMA
S.L.).
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
S
Magnético
Geográfico
Es importante saber que el norte
geográfico no coincide con el nor-
te magnético. Así, al ángulo com-
prendido entre ambos se le deno-
mina declinación magnética.
saber más
Hasta no hace mucho tiempo, el
uso de los imanes permanentes
en el campo de las maquinas eléc-
tricas se reducía a la construcción
de motores de baja potencia. Sin
embargo, con la introducción en
los años 90 de elementos magné-
ticos como en neodimio, se ha per-
mitido su aplicación en una amplia
gama de máquinas de aplicación
industrial.
saber más
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.
N
S N S
a Figura 1.7. Líneas de fuerza en dos imanes en repulsión.
Por el contrario, si se unen dos polos del diferente signo, las líneas de fuerza se
suman y los imanes se atraen.
N
S N
S
a Figura 1.8. Líneas de fuerza en dos imanes en atracción.
2.1. Flujo magnético
Es el número total de líneas de fuerza que forman un campo magnético. El flujo mag-
nético se representa mediante la letra griega Φ (fi), cuya unidad es el weber (Wb).
2.2. Inducción magnética
Es la cantidad de líneas de fuerza que traspasa una unidad de superficie. La in-
ducción magnética, también denominada como densidad de flujo magnético, se
representa con la letra B, aunque durante mucho tiempo se ha estado utilizando
la letra griega b (beta). La unidad es el tesla (T).
La relación existente entre el flujo y la inducción magnética es la siguiente:
Φ = B · S
La variable S representa la superficie que atraviesan las líneas de campo. Se mide
en m2
.
El Sistema Internacional de medi-
da (SI) es ampliamente aceptado
por la mayoría de los países. Este
ha sustituido casi por comple-
to al sistema cegesimal (CGS);
sin embargo, algunos autores y
miembros de la comunidad cientí-
fica siguen usando el formato CGS
para tomar medidas en sistemas
electromagnéticos. Por tanto, es
conveniente saber que el maxvelio
(Mx) es la unidad del flujo magné-
tico, y el gauss (Gs) la de la induc-
ción magnética.
La relación entre las unidades de la
misma magnitud para el Sistema
Internacional es la siguiente:
1 Wb = 108
Mx
1 T = 104
Gs
saber más
El campo magnético puede ser
medido de forma directa, y sin
conexión física, mediante un ins-
trumento denominado teslámetro.

El instrumento que permite conocer el valor de inducción magnética en un cam-
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.
En la siguiente figura pueden distinguirse las partes de un teslámetro:
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.
c Figura 1.9. Teslá-
metro con sonda de
efecto Hall (Cortesía
de 3B Scientific).
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.
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100
0
Sonda
Teslámetro
N
S
Imán
a Figura 1.10. Medida del campo magnético de un imán con un teslámetro.
El efecto Hall debe su nombre al
físico de origen americano que lo
descubrió a finales del siglo XIX.
Consiste en aprovechar el campo
eléctrico que se produce en un
conductor por el que circula una
corriente eléctrica que se encuen-
tra bajo la influencia de un campo
magnético.
saber más

10 Unidad 1
3. Electromagnetismo
Se denomina electromagnetismo a aquella parte de la electrotecnia que estudia
en conjunto los fenómenos eléctricos y magnéticos, así como los efectos que entre
ellos producen.
3.1. Campo magnético en un conductor
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-
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
se orientarían en el sentido del campo magnético.
Para conocer el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético producido en
este conductor, se puede aplicar la denominada regla de la mano derecha. Según
dicha regla, el pulgar define el sentido de la corriente eléctrica, y el cierre de los
dedos sobre el conductor muestra el sentido del campo magnético.
I
Sentido de las
líneas de fuerza del
campo magnético
Sentido de la corriente
Conductor
a Figura 1.11. Regla de la mano derecha.
Así, el campo magnético creado alrededor del conductor es mayor cuanto mayor
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:
S N
a Figura 1.14. Polaridad en los lados de una espira.
I
Sentido
del campo
magnético
I
I
I
a Figura 1.12. Regla del sacacor-
chos.
a Figura 1.13. Campo magnético
en una espira.
Otra forma de averiguar el senti-
do del campo magnético en un
conductor rectilíneo se basa en la
regla del sacacorchos, donde el
avance de este representa el sen-
tido de la corriente, y el giro que
realiza al avanzar indica el sentido
de las líneas de fuerza.
saber más
El simple hecho de que un con-
ductor sea recorrido por una
corriente eléctrica, genera un cam-
po magnético a su alrededor, sien-
do este el principio básico para el
funcionamiento de las máquinas
eléctricas.

3.3. Campo magnético en una bobina
Si se desea conseguir un campo magnético superior, se pueden unir en serie varias
de estas espiras y así sumar sus campos parciales. Esto se consigue realizando con
el conductor una bobina o solenoide. En este caso, para conocer cuál es el sentido
del campo magnético, se utiliza también la regla de la mano derecha, pero con
una interpretación diferente a la utilizada anteriormente. Ahora el sentido de
cierre de los dedos sobre la bobina indica el sentido de la corriente y el del dedo
pulgar representa el campo magnético.
N
S
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-
bolo H y tiene como unidad el amperio-vuelta/metro (Av/m).
Así, un campo magnético es más intenso cuanto mayor es la corriente que lo
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).
H =
F
L
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.
a Figura 1.16. Hans Christian Oers-
ted.
a Figura 1.17. Bobina del circuito
magnético de un relé industrial.
El físico danés Oersted fue el pri-
mero en evidenciar (en 1820) la
relación que había entre electrici-
dad y magnetismo. Probó que el
paso de una corriente eléctrica por
un circuito provocaba un campo
magnético a su alrededor.
saber más

12 Unidad 1
Así, resulta evidente que en un circuito magnético con un núcleo de hierro, o
cualquier otro material de los denominados ferromagnéticos, el campo magnético
aumenta para el mismo valor de corriente y, no solo eso, sino que las líneas de
fuerza pueden ser dirigidas en función de la forma física de dicho núcleo.
L L
Nucleo rectangular o cuadrado
Nucleo toroidal
Bobina Bobina
I
I
a Figura 1.18. Dos tipos de circuitos magnéticos elementales.
Un circuito magnético simple es el denominado electroimán, que consiste en un nú-
cleo de hierro y en una bobina que se alimenta con una fuente tensión. Así, al esta-
blecer sobre ella el paso de corriente, el núcleo se magnetiza atrayendo los elementos
ferromagnéticos que estén a su alrededor. Sin embargo, si se desconecta la fuente de
tensión interrumpiéndose la corriente, los efectos magnéticos también desaparecen.
Esta propiedad es utilizada en todo tipo de dispositivos eléctricos industriales como
relés, contactores, timbres, elementos de bloqueo y retención, etc.
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.
El núcleo al aire de un circuito
magnético también genera líneas
de fuerza, pero son dispersas y
con poca intensidad. No obstante,
cuando el núcleo es de material
ferromagnético, el campo magné-
tico se potencia y puede ser redi-
reccionado con facilidad.
Las máquinas que vas a estudiar
en las próximas unidades disponen
de circuitos magnéticos mucho
más complejos que los estudiados
hasta ahora. Sin embargo, su fun-
cionamiento se basa también en
estos principios básicos.
recuerda
a Figura 1.19. Parte del circuito
magnético de una máquina rotativa.
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
bobinar esmaltado).
Realiza una bobina de unas 20 ó 25 espiras sobre el clavo, teniendo en cuenta de
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
a la brújula o a la sonda del teslámetro? Realiza la comprobación por ambos
extremos del clavo y por la línea neutra.
b. Realiza lo mismo sacando el clavo de la bobina.
c. Construye una bobina con el doble de espiras y repite las comprobaciones.
d. ¿Qué conclusiones sacas de todo esto?
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100
0
Sonda
Teslámetro
Brújula
Pila
Clavo
Hilo de bobinar
Virutas
a Figura 1.20. Elementos necesa-
rios para realizar la actividad.

3.7. Materiales para circuitos magnéticos
Los materiales utilizados para los núcleos de circuitos magnéticos pueden ser de
diferentes tipos; sin embargo, no todos tienen un comportamiento similar ante
el campo magnético que generan o ante el que están expuestos.
Sin entrar en detalles matemáticos avanzados, se puede decir que los átomos
de los materiales se comportan como pequeños imanes que interactúan entre
sí. A estos átomos se les denomina spines y tienen una orientación magnética
propia.
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.
En cualquier caso, para el estudio de máquinas eléctricas, el material que no es
ferromagnético se considera amagnético, es decir, un material que no tiene nin-
gún comportamiento especial cuando se encuentra sometido a líneas de fuerza
magnéticas.
Los materiales para la constitución de núcleos en circuitos magnéticos se consi-
guen con aleaciones que facilitan la orientación aquí nombrada, como la deno-
minada chapa de grano orientado.
No todos los materiales son ade-
cuados para la construcción de
núcleos en circuitos magnéticos.
En función de la aplicación, deben
utilizarse unos u otros, siendo los
denominados ferromagnéticos los
más adecuados para la fabricación
de máquinas eléctricas.
La chapa de grano orientado es
ideal para la construcción de trans-
formadores, ya que aumenta el
rendimiento y evita pérdidas por
exceso de calor. En la fabricación de
esta chapa se cuida la orientación
de sus cristales de forma que favo-
rezcan la dispersión de los campos
magnéticos por su interior.

14 Unidad 1
3.8. Reluctancia magnética
Tradicionalmente, a la reluctancia magnética se la compara con la resistencia
eléctrica, ya que es la característica que tienen los materiales ferromagnéticos de
oponer mayor o menor resistencia a la formación de líneas de fuerza de un campo
magnético.
Según la ley denominada de Hopkinson, se establece una expresión similar a la
ley de Ohm en la que el flujo magnético (Φ) es directamente proporcional a la
fuerza magnetomotriz (F) e inversamente proporcional a la reluctancia (R).
Φ =
F
R
Por tanto definimos la reluctancia como:
R =
F
Φ
Las unidades de medida se dan en Amperios-Vuelta/Weber (Av/Wb).
3.9. Curva de magnetización de un material
Si a un circuito magnético, como el mostrado en la figura, se le conecta una fuen-
te de tensión a través de una resistencia variable o reóstato, de tal forma que se
pueda regular la intensidad de corriente que circula por él, la intensidad de campo
H variará en función de dicha corriente.
R
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100
0
Sonda Teslámetro
V
I
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.
Español-Inglés
Campo magnético: magnetic
field
Circuito magnético: magnetic
circuit
Corriente eléctrica: electric
current
Corriente inducida: induced
current
Desmagnetización:
desmagnetization
Generador eléctrico: electrical
generator
Hierro: iron
Histéresis: hysteresis
Imán: magnet
Inducción magnética: magnetic
induction
Magnético: maganetic
Máquina eléctrica: electrical
machine
Materiales ferromagnéticos:
ferromagnetic materials
Motor de pasos: stepper motor
Par: torque
vocabulario

Una representación de lo anterior es la siguiente:
B
H
Punto de saturación
magnética
Chapa de grano orientado
Chapa normal
Aire
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.
H = intensidad del campo magnético (AV/cm)
B = inducción (Teslas)
0
1
2
0 50 100 150
H (AV/cm)
B
(Tesla)
Armco Telar 57 St37
St60 Acero colado
Fundición maleable 20MnCr5
Hierro colado
NAFSA S.L.
a Figura 1.25. Curvas de magnetización para diferentes materiales (Cortesía NAFSA S.L.).
Responde a las siguientes preguntas:
a Figura 1.24. Chapa magnética
utilizada para la construcción de
transformadores.
a. ¿Cuál es el material, de los indicados, que mues-
tras mejores características de magnetización?
b. ¿Cuál es el peor?
c. ¿A qué valor aproximado de intensidad de cam-
po se satura el acero colado?
d. ¿Y el Armco Telar 57?
e. ¿Cuál es valor máximo conseguido para B?
f. ¿Y el menor?
La curva de magnetización es,
como su nombre indica, una cur-
va en la que se muestra cómo se
comporta un material cuando es
sometido a los efectos de un cam-
po magnético. Representa la evolu-
ción de la inducción magnética en
función de la intensidad de campo.
recuerda

16 Unidad 1
3.10. Permeabilidad magnética
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-
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
los campos magnéticos.
Esta magnitud se representa por la letra griega µ (Mu) y tiene como unidad el
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
permeabilidad absoluta.
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
H
Curva de magnetización
Permeabilidad µ (H/m)
a Figura 1.26. Curva de permeabilidad comparada con la de imanación.
3.11. Histéresis magnética
Cuando un material ferromagnético es sometido a los efectos de un campo mag-
nético externo, como puede ser el inducido por una bobina, este presenta una
magnetización que se mantiene mientras duran dichos efectos. Sin embargo,
cuando el campo cesa, los materiales presentan aún, en mayor o menor medida,
indicios de imanación. A este fenómeno se le denomina remanencia y es la
capacidad que tienen los materiales ferromagnéticos de mantener los efectos de
magnetización una vez ha finalizado la acción que los ha generado.
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.
Se denomina permeabilidad
relativa (μr
) a la relación entre la
permeabilidad absoluta y la per-
meabilidad en vacío o constante
magnética (μ0
).
μr
=
μ0
μ
saber más
Si bien una alta remanencia es
un dato adecuado para los ima-
nes permanentes, no lo es tanto
para la construcción de máquinas
eléctricas, ya que requieren que
los efectos de imanación desapa-
rezcan cuanto antes una vez haya
cesado la causa que los generó.

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.
c
H +
H -
B +
B -
1
2
3
4
5
6
7
0
BR
-BR
-HC
HC
M
m
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,
presentándose en este caso un valor BR
debido al correspondiente magnetismo
remanente. En este caso no existe excitación y, sin embargo, se mantienen los
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 mantiene el valor –BR
, que es el magnetismo remanente de polaridad
contraria al observado en el tramo 3 de la curva.
6. Así, si se siguen asignado valores, positivos para H y negativos para B, se al-
canza el punto Hc
correspondiente al campo coercitivo (en sentido contrario)
que se debe asignar para que el material pierda la remanencia.
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.
H +
H -
B +
B -
BR
0
-BR
-HC
HC
m
M
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

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.
H +
H -
B +
B -
BR
-BR
-HC
HC
M
m
0
a Figura 1.29. Ciclo de histéresis para un material magnéticamente blando.
3.12. Corrientes parásitas o de Foucault
En un núcleo ferromagnético que se encuentra sometido a la acción de un
campo eléctrico se producen una serie de corrientes inducidas que circulan en
forma de bucle o torbellino en el interior del núcleo. Estas corrientes generan
campos magnéticos que se oponen al campo exterior y provocan que los elec-
trones choquen de forma continuada contra las cargas eléctricas de material
ferromagnético generando calor y, por consiguiente, las correspondientes pér-
didas de energía.
a Figura 1.30. Corrientes parásitas de valor
elevado en un núcleo macizo.
Las corrientes de Foucault deben su
nombre al científico francés que las
descubrió en 1851. No obstante,
también se las conoce como corrien-
tes parásitas o corrientes torbellino.
saber más
a Figura 1.31. Detalle de núcleo de
chapas magnéticas.

20 Unidad 1
Si en las máquinas eléctricas se utilizaran núcleos de hierro macizo, las corrientes
parásitas serían tan elevadas que el calor producido generaría pérdidas enormes.
Por este motivo, las máquinas, especialmente las de corriente alterna, se constru-
yen con finas chapas de hierro al silicio aisladas entre sí que disminuyen de forma
considerable las corrientes de Foucault.
a Figura 1.32. Corrientes parásitas de pequeño
valor en chapas magnéticas.
3.13. Fuerza ejercida sobre un conductor por el que circula
una corriente
Si un conductor por el que circula una corriente eléctrica es sometido a un campo
magnético, este conductor tiende a salir de dicho campo en el sentido dado por la
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.
ejemplo
Si al conductor de la figura se le aplica una corriente eléctrica en el sentido
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
del conductor es hacia arriba (flecha azul).
F
B
B
I
N
S
I
B
F
B
a Figura 1.34. Ejemplo de aplicación de la regla de la mano izquierda.
En las máquinas eléctricas las
corrientes de Foucault son un efec-
to no deseado que hay que intentar
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 la regla de los tres dedos de la
mano izquierda también se la lla-
ma regla de Fleming en homenaje
al científico que ideó su utilización.
saber más
saber más
B
F
I
a Figura 1.33. Regla de la mano
izquierda.

También se puede representar de forma esquemática y simplificada marcado sobre
el papel el sentido del campo. Así, una (X) se indica que el campo es entrante y
un punto (·) que es saliente.
Campo entrante Campo saliente
a Figura 1.35. Representación del sentido del campo.
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.
ejemplo
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
tener en cuenta algunos datos.
En este ejemplo el campo es entrante, es decir, que apunta en dirección al
papel en el que está representado, ya que se indica mediante (X). El sentido
de corriente del conductor es de izquierda a derecha. Por tanto, si se aplica la
regla de la mano izquierda, se comprueba que el movimiento F del conductor
es hacia arriba.
B
F
I
Conductor
a Figura 1.36. Representación simplificada de la
aplicación de la regla de la mano izquierda.
La fuerza F obtenida en el conduc-
tor es el producto de tres factores:
la corriente que circula por el con-
ductor, la longitud del mismo y el
valor de la inducción del campo
magnético.
F = I · l · B
Si el conductor no corta las líneas
de fuerza perpendicularmente,
debe ser tenido en cuenta el ángu-
lo de inclinación (a), por tanto, la
fuerza quedaría:
F = I · l · sen a
Es importante no confundir F con
la fuerza magnetomotriz estudia-
da anteriormente.
saber más

22 Unidad 1
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
la espira se le coloca un eje central, la acción de dichas fuerzas provoca que esta
gire sobre él. Para que el sentido de la corriente se mantenga al producirse esta
rotación, es necesario disponer de un sistema de conmutación, llamado colector,
conectado a los bornes de la espira o bobina. De esta forma, aunque se produzca
el giro, la polaridad de la alimentación siempre se mantiene, y con ella el sentido
de la corriente en ambos lados de la espira.
N
Elemento de
conmutación
Espira
Eje
F
F
B
I
I
F
B
S
a Figura 1.38. Par de fuerzas de una bobina sometida a un campo magnético.
El efecto aquí descrito es el principio de funcionamiento de los motores eléc-
tricos.
Observando algunas de las partes de la espira se obtiene lo siguiente:
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
par de fuerzas que son de igual magnitud y de sentido contrario, por lo que el
efecto es nulo sobre el funcionamiento del conjunto.
2. El valor del par de fuerzas F puede calcularse por la expresión:
F = I · m · B
Donde I es la corriente que circula por el conductor, m es la longitud de uno
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.
F
F
m
Espira
E E
α
a Figura 1.39. Detalle de la espira.
a Figura 1.40. Ángulo espira –
campo.
Para la conexión de los devanados
del rotor se utiliza un sistema de
colector o de anillos, sobre el que
se apoyan unas escobillas para
hacer la conexión eléctrica aunque
la máquina gire a gran velocidad.
a Figura 1.37. Detalle del colector
de delgas para alimentar el indu-
cido de una máquina de corriente
continua.

A esta fuerza se la denomina electromotriz inducida (E o f.e.m.) y es directamente
proporcional al campo B, a la longitud de conductor l y la velocidad v a la que
se desplaza.
E = B · I · v
Para comprobar cómo se mueven las cargas y, por tanto, cómo queda polarizado
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.
v (F)
v (F)
E (I)
B
E (I)
B
S
N
B
a Figura 1.42. Sentido de la fuerza electromotriz en un conductor.
B
V (F)
E (I)
a Figura 1.41. Regla de la mano
derecha.
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.
Introducir imán
I
I
Sacar imán
I
I
N
S
N
S
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
Eje sobre el que gira la espira
F
F
B
I
I
S
N
F
B
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.
B B B
A B C
α = 90º α = 45º α = 0º
a Figura 1.45. Diferentes posiciones de una espira en el seno de un campo magnético.

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.
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.
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.
N
I
I
I
I
Menor flujo Mayor flujo
Excitación Excitación
Bobina
Inducida
Bobina
Inducida
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.

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
Según el tipo de aplicación
Elevadores
Reductores
De impedancia
De medida
De aislamiento
De distribución
etc.
Según su construcción
De columnas
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).

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

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

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
(Av/m)
B (T)
Material 1 Material 2 Material 3
0 0 0 0
25 0,2 0,3 0,3
40 0,4 0,43 0,4
60 0,6 0,65 0,6
70 0,8 0,88 0,7
100 1 0,98 0,82
200 1,25 1,15 0,96
300 1,35 1,22 0,97
400 1,4 1,28 0,98
500 1,42 1,3 0,99
600 1,44 1,32 1
700 1,46 1,33 1,01
800 1,48 1,34 1,022
900 1,5 1,35 1,03
1000 1,52 1,36 1,044
1100 1,55 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
PRÁCTICA PROFESIONAL
comprobación del campo
magnético generado
en una bobina
OBJETIVO
Montar un sencillo motor eléctrico basado en una bobina sin núcleo. El montaje
permitirá comprobar el principio de generación de campo magnético estudiado
en la unidad.
PRECAUCIONES
• Utiliza las herramientas de corte siguiendo las indicaciones de seguridad dic-
tadas por tu profesor.
• Retirar el aislante de hilo esmaltado para realizar una correcta conexión eléc-
trica.
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.
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.
HERRAMIENTAS
• Tijera de electricista
• Alicate de puntas planas
MATERIAL
• Un panel o listón de madera
• 30 cm de hilo rígido de 1,5 mm2
• 1 m de hilo de bobinar de 0,5 mm
• Un imán (por ejemplo,
el de un pequeño altavoz)
• Un par de tirafondos
• Canutillo de unos 20 mm
de diámetro
• Pila de 4,5 V
• Dos cables de prueba con pinzas
de cocodrilo en ambos extremos
a Figura 1.55. Creación de una bobina.

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.
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.
12.Con esta actividad podrás comprobar de forma experimental cuál es el principio básico de funcionamiento de
un motor eléctrico.
a Figura 1.56. Creación de los soportes en la base de madera.
a Figura 1.58. Colocación del imán.
a Figura 1.59. Bobina girando por el
efecto de repulsión del campo generado.

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.
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 1.60. Tren
de levitación magnética
(Cortesía de Wikipedia).
c Figura 1.61. Maglev.

EN RESUMEN
MAGNETISMO
Flujo magnético Inducción
magnética
Campo magnético
en un conductor
Campo
en una espira
Campo
en una bobina
Circuito magnético
Máquinas eléctricas
Intensidad
de campo magnético
Reluctancia
Permeabilidad
Curva de magnetización Curva de histéresis
Fuerza electromotriz
inducida
Campo magnético Electromagnetismo
EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
1. El neodimio es un imán de los denominados:
2. La inducción magnética se mide en:
a. Teslas. b. Henrios. c. Maxvelios.
3. Para medir la inducción magnética se utiliza el:
4. La fuerza magnetomotriz se mide en voltios.
a. Sí. b. No.
5. Las corrientes de Foucault también se denominan:
6. Comparándola con un circuito eléctrico, la reluc-
tancia en un circuito magnético equivale a:
a. la tensión eléctrica.
b. la resistencia eléctrica.
c. la corriente eléctrica.
7. El campo coercitivo es:
a. la remanencia del material.
b. el ciclo de histéresis.
c. el campo necesario para quitar la imanación de un
material.
Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas

Materiales y herramientas
del bobinador
2
vamos a conocer...
1. Materiales
2. Herramientas y utillaje del bobinador
3. Instrumentos de medida y comprobación
Fabricación de una bobina con moldes
preformados
Fabricación de una bobina con molde
de madera
MUNDO TÉCNICO
Fabricación automatizada de máquinas
eléctricas rotativas
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
Conocerás cuál es la instrumentación requerida
en el taller de mantenimiento y reparación.
Construirás dos bobinas utilizando dos
procedimientos diferentes.

35
Fermín y Abel, de la empresa MantenExpress, ya han comenza-
do a formarse para la nueva tarea que su jefe les ha encomen-
dado, es decir, para todo lo relativo al mantenimiento y repa-
ración de máquinas eléctricas. Lo primero que deben hacer es
reservar un espacio en su actual taller para realizar este tipo
de trabajos. En las últimas semanas han revisado catálogos
y webs de fabricantes para definir cuáles son los materiales,
herramientas e instrumentación de los que deben disponer
en su taller máquinas eléctricas. Dentro de los materiales han
observado que dos de ellos son esenciales, por un lado los
conductores eléctricos que constituyen los devanados, y por
otro los materiales dieléctricos que los aíslan. Dentro de la
dotación de herramientas han comprobado que deben adqui-
rir un buen número de ellas y con diferentes funciones. Entre
estas herramientas se encuentran, desde las destinadas a la
construcción de devanados hasta las que permiten ejecutar
su acabado adecuadamente, pasando por las de limpieza y
preparación del núcleo magnético. Además, como en otras
técnicas eléctricas, requieren una instrumentación que permita
y facilite la comprobación y localización de averías, tanto en la
puesta en marcha de las máquinas reparadas como en tareas
de mantenimiento en planta.
1. ¿Qué característica presenta el conductor utilizado
para rebobinar máquinas eléctricas?
2. ¿Es indiferente el espesor del dieléctrico en los hilos
esmaltados?
3. ¿Se comercializan estos conductores en función de su
sección, como ocurre con otros cables eléctricos?
4. ¿Qué hay que tener en cuenta en el momento de
elegir un material aislante?
5. ¿Qué se utiliza (regletas, cinta aislante, etc.) para
aislar las conexiones eléctricas en el interior de una
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?
7. El principal mercado de trabajo de MantenExpres será
el de las máquinas eléctricas rotativas, ¿cuál es el tipo
de bobinadora que mejor se adapta a su rebobinado?
8. ¿Todas las bobinas se fabrican con un solo conductor?
9. ¿Existe alguna herramienta especíica para pelar el
hilo esmaltado?
10. ¿Es sencilla la extracción de los devanados de una
máquina rotativa cuyas bobinas se han quemado?
11. ¿Existe algún instrumento para comprobar el estado
de los devanados de una máquina rotativa?
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.

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.
1.1. Hilo esmaltado
El hilo esmaltado es el conductor eléctrico por excelencia utilizado para la fabri-
cación de los circuitos electromagnéticos en todo tipo de máquinas eléctricas.
A pesar de que, aparentemente, parece estar desnudo, el hilo esmaltado se en-
cuentra aislado en toda su longitud por una fina capa de barniz. Por tanto, como
cualquier otro tipo de conductor aislado, para poder realizar su conexión será
necesario retirar dicho aislamiento.
a Figura 2.1. Hilo con parte del esmalte retirado.
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.
La principal característica de un
conductor destinado a formar
parte de un núcleo magnético en
una máquina eléctrica, es que su
dieléctrico es un esmalte que se
encuentra aplicado en toda su
longitud.
a Figura 2.2. Detalle de un bobina-
do con hilos esmaltados en el rotor
de una máquina rotativa.

Materiales y herramientas del bobinador 37
Las principales características que se deben conocer sobre este tipo de conductor
son las siguientes:
• Diámetro. Los hilos esmaltados se distribuyen por su diámetro y no por su
sección en mm2
como ocurre con los conductores de línea utilizados en insta-
laciones convencionales (industriales y domésticas).
• Tipo y espesor del esmalte. Suelen fabricarse con barnices de poliéster, poliu-
retano o poliésterimida. Su espesor está definido en función de la tensión de
ruptura, estableciéndose así una clasificación en tres grados (grado 1, grado 2
y grado 3). Cuanto mayor es el grado, mayor es su grosor y, por tanto, también
la tensión de aislamiento.
Grado 1 Grado 2 Grado 3
Diámetro
del cobre
Diámetro
global
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 (mm)
Diámetro
cobre
desnudo
Diámetro global
Grado 1 Grado 2 Grado 3
0,15 0,162 0,171 0,172 0,182 0,183 0,193
• Valor térmico. Es el índice máximo de temperatura para que el aislante tra-
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.
Algunos valores térmicos son: 90, 105, 130, 155, 180, 220 y 250 °C.
• Soldabilidad. Es la capacidad que tiene el conductor de unirse a otros con-
ductores o materiales mediante soldadura. Se suele expresar con el tiem-
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.
El hilo esmaltado se comercializa
por su diámetro y no por su sec-
ción como ocurre con otros con-
ductores eléctricos. Por otro lado,
para el rebobinado de máquinas
eléctricas es necesario conocer
también el espesor del aislante,
ya que de otra forma podría haber
problemas para alojarlo en un
determinado carrete o ranura de
un núcleo magnético.
Los devanados de las máquinas
rotativas de gran potencia y tama-
ño que trabajan en circuitos de MT
(Media Tensión), están construidos
con bobinas de pletinas de cobre
en lugar de utilizar hilo esmaltado.
saber más
El peso de los carretes también se
encuentra normalizado, facilitan-
do así su comercialización al peso.
saber más

38 Unidad 2
1.2. Carretes para el hilo esmaltado
Los carretes no solo sirven para empaquetar los hilos esmaltados y facilitar así
su distribución, sino que al estar normalizados en tamaños y formas, permiten
un mejor almacenaje y montaje en bobinadoras y devanadoras de cualquier
marca.
a Figura 2.4. Carretes de hilo esmaltado.
Se fabrican en diferentes tamaños y formas según se muestra en la figura:
Cilíndrico Bicónico Angular
d1
d2
L1 L2
a Figura 2.5. Diferentes tipos de carretes.
El hilo de pequeño diámetro se distribuye en carretes pequeños, reservándose los
de mayor tamaño para diámetros superiores.
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.
Español-Inglés
Resinas y barnices: resins &
varnishes
Aislante: insulating
Hilos esmaltados: winding wires
Bobina: coil
Bobinado: wind
Diámetro global: overall diameter
Cobre: copper
vocabulario
Al elegir un material aislante hay
que tener en cuenta, principalmen-
te, el tipo de material del que está
compuesto, su espesor, su rigidez
dieléctrica y su comportamiento
ante las variaciones térmicas.

• 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
identificadora
(antigua)
Clase
térmica (°C)
(actual)
Materiales
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-
lante en instalaciones eléctricas domésticas e industriales, no obstante los per-
tenecientes a las clases B, F y H son los más utilizados en máquinas eléctricas.
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 2.6. Diferentes tipos de
laminados flexibles (Cortesía de
Importaciones JL).
a Figura 2.7. Cartón Presspan con film de poliéster.

40 Unidad 2
No obstante, existen otros materiales que tienen mejores prestaciones mecánicas
y eléctricas que pueden complementar o sustituir al Presspan en muchas de las
aplicaciones en las que se ha estado utilizando tradicionalmente.
Estos son algunos de ellos: Papel Crepe, Fibra vulcanizada, voltaflex, Kapton y
Nomex.
Cuñas y aislantes de ranura
Las cuñas y aislantes de ranura, también llamados cajetines, son materiales flexi-
bles preformados para que puedan ser utilizados de forma rápida en operaciones
de rebobinado de máquinas rotativas. Disponen de unas propiedades específicas
para que no puedan deformarse con facilidad.
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
máquinas rotativas.
a Figura 2.10. Aislantes de ranuras.
Aislantes rígidos
Son materiales que se utilizan en la fabricación de determinados elementos de las
máquinas (cajas de bornes, construcción de carretes para devanados, separadores
de bobinas, etc.). Sin embargo, desde el punto de vista del mantenimiento y de
la reparación no tienen tanto interés como los de tipo flexible, ya que su uso es
mucho más ocasional.
Se distribuyen en placas de diferentes grosores y pueden ser de baquelita, fibra de
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.
Español-Inglés
Aislamiento: insulation
Aislante de ranura: insulation slot
Aislamiento flexible: flexible
Insulation
vocabulario
Las cuñas se comercializan en dife-
rentes anchos, y vienen presenta-
das en tiras de varios metros para
que el operario las corte según sus
necesidades.
saber más
Para aislar conexiones (empalmes)
entre los diferentes devanados de
una máquina eléctrica se utilizan
tubos flexibles de fibra de vidrio.
En ningún caso se debe utilizar
cinta aislante para este cometido.
a Figura 2.8. Tipos de cuña.

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
La aplicación de resinas y barnices a los devanados de las máquinas eléctricas
tiene los siguientes objetivos:
1. Penetrar por todas las capas del devanado aportado un aislamiento extra a
todo el conjunto, aislando conductores entre sí, y estos a su vez con el núcleo
magnético y con cualquier parte metálica del chasis 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.
a Figura 2.13. Detalle de la aplicación de barnices y resinas al inducido de
una máquina rotativa.
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.
El barnizado tiene como principal
objetivo aumentar la rigidez mecá-
nica del conjunto, para así evitar
que cualquier elemento pueda
moverse o desconectarse, perjudi-
cando el funcionamiento normal
de la máquina.
a Figura 2.14. Impregnación de es-
tatores por inmersión (Cortesía de
Royal Diamond).
La resina es un polímero orgánico,
mientras que el barniz es resina
que se puede disolver.
saber más

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