1.4.1. Motores monofásicos

Principios Básicos del Motor Monofásico

Los motores de corriente alterna (CA) monofásicos son aquellas máquinas rotativas que transforman la energía eléctrica monofásica (típicamente a 230 V y 50 Hz en Europa) en energía mecánica. Son ampliamente utilizados en electrodomésticos, bombas de agua de pequeña potencia, herramientas portátiles y ventiladores, debido a la universalidad de la red de suministro eléctrico monofásica en entornos residenciales, comerciales y de pequeña industria.

Figura: Esquema técnico. **Fuente:** Generada para fines educativos / **Licencia:** CC BY-NC-SA

A diferencia de sus homólogos trifásicos, que generan un campo magnético rotatorio de manera natural gracias al desfase de 120º eléctricos entre sus tres fases, el motor monofásico se enfrenta a un desafío fundamental en el instante del arranque. El devanado único conectado a la corriente alterna genera un campo magnético pulsante (que oscila en intensidad y cambia de polaridad, pero no rota). Este campo pulsante puede descomponerse en dos campos rotatorios de igual magnitud y velocidades opuestas. Estando el rotor en reposo, el par de arranque inducido por ambos campos se anula mutuamente, resultando en un par motor neto igual a cero. En otras palabras, un motor monofásico puro, sin ningún elemento auxiliar, no puede arrancar por sí solo y, en su lugar, se limitaría a zumbar intensamente sin girar.

Esquema técnico de un motor monofásico mostrando su devanado principal, devanado auxiliar y condensador. Estilo ingeniería, limpio.

Sistemas de Arranque: El Papel del Devanado Auxiliar y el Condensador

Para resolver el problema del par de arranque nulo, se dota al motor monofásico de un "falso" campo giratorio en el instante inicial. El método más extendido es el uso de un devanado auxiliar desplazado espacialmente (generalmente 90º eléctricos) respecto al devanado principal, combinado con un elemento que provoque un desfase temporal en las corrientes que circulan por ambos devanados. Esto crea un efecto "bifásico" asimétrico que genera el par rotatorio inicial necesario.

Fotografía realista — Figura: Aplicación realista. **Fuente:** Generada para fines educativos / **Licencia:** CC BY-NC-SA

El método de desfase más eficiente y utilizado es la conexión de un condensador en serie con el devanado auxiliar. Dependiendo del tipo de servicio y del par de arranque requerido, encontramos diferentes configuraciones:

Motor con condensador de arranque: Utiliza un condensador de alta capacidad (generalmente electrolítico de CA) para proporcionar un gran par de despegue. Una vez que el motor alcanza aproximadamente el 75-80% de su velocidad nominal, un interruptor centrífugo o un relé (como el relé de intensidad) desconecta físicamente el condensador y el devanado auxiliar del circuito. El motor continúa operando exclusivamente con su devanado principal.
Motor con condensador permanente: Utiliza un condensador de menor capacidad (tipo papel en aceite o poliéster) que permanece conectado en serie con el devanado auxiliar durante todo el funcionamiento normal del motor. Este diseño no requiere interruptor centrífugo y proporciona un funcionamiento más suave y con mejor factor de potencia, aunque con un par de arranque menor.
Motor con condensador de arranque y marcha (doble condensador): Combina las ventajas de los dos sistemas anteriores. Utiliza dos condensadores en paralelo para el arranque. Al alcanzar la velocidad, el condensador de arranque se desconecta y el condensador de marcha permanece activo en el circuito. Este tipo se reserva para aplicaciones exigentes como grandes compresores monofásicos.

El Motor de Espira en Cortocircuito (Polos Sombreados)

Además de los motores con condensador, existe otro tipo de motor monofásico de fracción de caballo (muy pequeña potencia) que es extremadamente común: el motor de espira en cortocircuito (shaded-pole motor). En este diseño, el estátor no tiene devanado auxiliar tradicional. En su lugar, una pequeña porción de la cara polar (aproximadamente un tercio) está abrazada por una espira masiva de cobre en cortocircuito (espira de sombra).

El flujo magnético variable de la bobina principal induce una corriente en esta espira, y por la ley de Lenz, esta corriente se opone al cambio de flujo original. Esto provoca un retraso temporal en el flujo magnético de la zona sombreada respecto al flujo de la zona principal, creando un leve barrido o campo rotatorio "arrastrado" que proporciona un par de arranque muy débil, pero suficiente para aplicaciones como pequeños extractores de baño, bombas de lavadora o pequeños ventiladores de mesa.

Vista fotográfica o render 3D hiperrealista del interior de un motor monofásico de inducción mostrando el condensador exterior cilíndrico en su carcasa.

Figura: Vista realista de un motor monofásico asíncrono con su característico condensador exterior montado sobre la carcasa del estátor.

Inversión del Sentido de Giro en Motores Monofásicos

En un motor trifásico, invertir el giro es tan sencillo como intercambiar dos de las tres fases de alimentación. En un motor monofásico con condensador, la inversión del giro no se logra invirtiendo la polaridad de los cables de fase y neutro (pues es corriente alterna y el efecto se cancela). Para cambiar el sentido de giro, es imperativo invertir las conexiones de uno solo de los devanados (bien el principal, o bien el auxiliar) con respecto al otro.

Al invertir la polaridad relativa del devanado auxiliar, se invierte la dirección de desfase temporal y, por tanto, el sentido del campo magnético rotatorio artificial que arranca el rotor. En la práctica, muchos motores monofásicos de bombas traen cuatro bornes externos (dos del devanado principal U1-U2 y dos del auxiliar Z1-Z2) accesibles en la caja de bornes, y el cambio de giro se realiza modificando las pletinas de conexión.

graph TD A[Motores CA Monofasicos] --> B(Con Devanado Auxiliar) A --> C(Espira en Cortocircuito) B --> D[Arranque por Resistencia] B --> E[Arranque por Condensador] E --> F(Arranque y Rele o Centrifugo) E --> G(Condensador Permanente) E --> H(Doble Condensador)

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Si deseas profundizar en la identificación de averías en condensadores de motores, puedes usar este prompt en tu IA de confianza (ChatGPT, Claude, etc.):

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🔧 Laboratorio Práctico

El comportamiento de la intensidad nominal (In) en un motor monofásico difiere matemáticamente de un motor trifásico, puesto que la potencia no se beneficia del factor $√3$. La intensidad es superior a igualdad de potencia. Accede a la Calculadora e introduce los siguientes datos en el módulo de motores.

Sistema de Alimentación: Monofásico 230V
Potencia Nominal: 2.2 kW
Rendimiento (?): 0.80
Factor de Potencia (cos f): 0.85

Revisa la sección de resultados (Velocidad de Rotación -> Intensidades). Fíjate en cómo la intensidad nominal es mucho mayor que si el motor fuera trifásico de 400V. ¿De cuántos amperios es el pico de arranque directo (Id DOL) según el simulador para este motor monofásico?

Abre la Calculadora de Motores

Ponte a prueba

1. ¿Por qué un motor asíncrono monofásico puro con un solo devanado no puede arrancar por sí solo?

A) Porque genera un campo magnético que gira a una velocidad demasiado alta para el rotor en reposo. B) Porque produce un campo magnético pulsante, no rotatorio, cuyo par neto inicial sobre el rotor es cero. C) Porque la corriente alterna de 50 Hz no tiene la energía suficiente para superar la inercia sin ser trifásica.

2. En un motor monofásico con condensador de arranque y contactor/interruptor centrífugo, ¿qué ocurre cuando el motor alcanza cerca de su velocidad nominal?

A) El interruptor centrífugo se abre mecánicamente, desconectando el devanado auxiliar y el condensador. B) El condensador se cortocircuita térmicamente para permitir que la corriente pase solo por el devanado principal. C) El devanado auxiliar se reconecta en serie con el principal para aumentar el par de fuerza sostenido en marcha.

3. Si en tu instalación detectas que un motor de una bomba de agua monofásica gira en sentido contrario al deseado, ¿cómo puedes solucionar este problema eléctrico de forma correcta?

A) Invirtiendo simplemente las conexiones de fase y neutro en la clavija de alimentación general exterior. B) Sustituyendo el condensador de arranque original por uno de menor capacidad microfarádica de poliéster. C) Invirtiendo las conexiones de los terminales de uno de los devanados (principal o auxiliar) en la caja.