Relación entre velocidad y tamaño de un motor

Aun cuando el aumento máximo permisible de la temperatura establece la capacidad de potencia nominal de un motor, su tamaño físico básico depende de la potencia y la velocidad de rotación.

Consideremos el generador de 100 kW, 250 V y 2000 r/min. mostrado en la figura 1, y se quiere construir otro generador de la misma potencia y voltaje, pero que funcione a la mitad de la velocidad.

Para generar el mismo voltaje a media velocidad, se tiene que duplicar el número de conductores en la armadura, o duplicar el flujo proveniente de los polos.

Para ello, se debe incrementar el tamaño de la armadura, o incrementar el tamaño de los polos. En la práctica, se incrementan ambos. Entonces se concluye que para un rendimiento de potencia dado, una máquina de baja velocidad siempre es más grande que la de alta velocidad (Figura 2). Esto es cierto tanto para máquinas de c.a. como de c.c.

Figura 1: Motor de 100 kW, 2000 r/min.; masa: 300 kg

Básicamente, el tamaño de una máquina depende únicamente de su par o momento de torsión. Por lo tanto, el tamaño físico de un motor de 100 kW y 2000 r/min. es aproximadamente igual al de un motor de 10 kW que funciona a 200 r/min. porque ambos desarrollan el mismo par o momento de torsión.

Figura 2: Motor de 100 kW, 1000 r/min.; masa: 500 kg.

Por consiguiente, los motores de baja velocidad son mucho más costosos que los de alta velocidad de igual potencia. Así, para impulsores de baja velocidad, con frecuencia es más barato utilizar un motor pequeño de alta velocidad con una caja de velocidades (reductores de engranaje, figura 3) que utilizar uno grande de baja velocidad directamente acoplado a su carga.

Figura 3: Motor acoplado a un reductor de engranaje (Motorreductor Tercesa S.L.)