Los motores y generadores eléctricos impulsan equipos modernos en diversas industrias, transporte y sistemas energéticos. El grado de acero laminado del motor utilizado en el núcleo desempeña un papel fundamental en la eficiencia, la reducción de pérdidas y la fiabilidad a largo plazo.
Comprensión de los grados de acero para laminación de motores
En el corazón de cada motor y generador eléctrico se encuentra el núcleo del motorEstá construido a partir de laminaciones de acero delgadas apiladas que canalizan con precisión el flujo magnético y hacen posible una conversión eficiente de energía.
A diferencia del acero estructural común, el acero laminado está especialmente diseñado para satisfacer estrictos requisitos de rendimiento magnético y eléctrico.
¿Por qué laminaciones en lugar de acero sólido?
El campo magnético en el núcleo de un motor o generador cambia cuando la corriente alterna pasa por sus devanados. Un núcleo de acero sólido permitiría la formación de corrientes parásitas, lo que causaría una generación excesiva de calor y pérdida de energía.
Para combatir esto:
- El núcleo está hecho de láminas delgadas en lugar de un bloque sólido.
- Cada hoja está recubierta con una capa aislante para evitar el contacto eléctrico.
- La pila de láminas aislantes reduce drásticamente la pérdida por corrientes parásitas.
El rendimiento del núcleo depende no solo de la construcción laminada, sino también de la selección del grado de acero adecuado optimizado para la eficiencia magnética, la capacidad de fabricación, el rendimiento térmico y el costo.
¿Qué define un grado de acero laminado?
Un grado de acero laminado abarca:
- Composición química (por ejemplo, contenido de silicio, elementos de aleación)
- Espesor (calibre de la chapa)
- Propiedades magnéticas (pérdida del núcleo y permeabilidad)
- Propiedades mecánicas (ductilidad, calidad del borde después del conformado)
- Tipo de recubrimiento de superficie (para aislamiento, resistencia a la corrosión, soldabilidad)
Normas como ASTM, EN, JIS y GB definen rangos aceptables para estas propiedades, lo que permite a los diseñadores y compradores garantizar la consistencia y la intercambiabilidad.
Grados de acero comunes y sus propiedades
Laminación del motorLos aceros son principalmente aceros eléctricos no orientados, que ofrecen propiedades magnéticas uniformes en todas las direcciones, lo que los hace ideales para máquinas rotativas con flujo magnético en constante cambio.
Categorías principales de aceros laminados
- Aceros eléctricos al silicio:El más común y rentable.
- Aleaciones de alto rendimiento (cobalto, níquel):Se utiliza en aplicaciones especializadas, de alta eficiencia y alta temperatura.
- Grados ultrafinos:Para aplicaciones de alta velocidad y accionadas por inversor.
Estos aceros varían principalmente en los niveles de pérdida de núcleo, espesor y saturación magnética, lo que impacta directamente en la eficiencia y el rendimiento.
| Código de calificación (ejemplo) | Espesor (mm) | Nivel de pérdida del núcleo | Aplicación típica |
| 50W470 / M47 | 0,50 | Estándar | Motores industriales generales |
| 35W300 / M36 | 0,35 | Bajo | Accionamientos y bombas eficientes |
| 30W230 / M27 | 0.30 | Más bajo | Motores de tracción para vehículos eléctricos, inversores |
| 27W150 | 0,27 | Muy bajo | Alta eficiencia, alta frecuencia |
| 20W120 | 0,20 | Ultrabajo | Aeroespacial y alta velocidad |
| Acero de co-aleación | 0,20–0,35 | Prima de baja pérdida | Alto rendimiento / alta saturación |
| Acero de aleación de níquel | Variable | Histéresis baja | Motores de precisión y bajo ruido |
Notas: Los códigos varían según la norma (ASTM/EN/JIS/GB). Los grados «Wxxx» son comunes en las normas asiáticas, mientras que los grados «Mxx» son típicos en ASTM/EN.
Aceros eléctricos al silicio
Los aceros al silicio son los materiales más utilizados en aplicaciones de laminación. Añadir silicio (normalmente entre un 1,0 y un 3,5 %) al hierro aumenta la resistividad eléctrica, lo que:
- Reduce la pérdida por corrientes parásitas
- Mejora la permeabilidad magnética
- Reduce la pérdida por histéresis
Este equilibrio entre rendimiento y costo hace que los aceros al silicio sean ideales para la mayoría de los motores y generadores.
Aleaciones de alto rendimiento
- Aceros de aleación de cobalto:Mayor densidad de flujo de saturación (hasta ~2,4 T), excelente rendimiento de alta frecuencia y estabilidad térmica. Se utiliza habitualmente en motores aeroespaciales, de defensa y especializados de alta velocidad.
- Aceros de aleación de níquel:Permeabilidad magnética muy alta y baja histéresis; a menudo se utiliza en aplicaciones de precisión o sensibles al ruido, pero con mayor costo y menor saturación.
Los grados ultradelgados (≤0,27 mm) reducen aún más las pérdidas por corrientes parásitas y son los preferidos para máquinas impulsadas por inversor y de alta velocidad donde se deben considerar la frecuencia y el efecto pelicular.
Propiedades mecánicas y físicas del acero
Comprender las propiedades mecánicas y físicas de los aceros laminados explica por qué se eligen algunos grados para determinadas aplicaciones y cómo influyen en el rendimiento.
| Propiedad | Acero al silicio | Acero de aleación de cobalto | Acero de aleación de níquel |
| Densidad de flujo de saturación (T) | ~1,5–2,0 | ~2,2–2,4 (alto) | ~0,8–1,6 |
| Permeabilidad magnética | Bien | Muy alto | Extremadamente alto |
| Pérdida por histéresis | Moderado a bajo | Bajo | Muy bajo |
| Pérdida por corrientes de Foucault | Moderado | Bajo | Moderado a bajo |
| Resistividad eléctrica | Moderado | Alto | Moderado |
| Temperatura de funcionamiento (°C) | Hasta ~200 | Hasta ~300 | Hasta ~250 |
| Facilidad de estampado/corte | Bien | Moderado | Moderado a difícil |
| Compatibilidad de recubrimientos de superficies | Bien | Moderado | Moderado a bajo |
| Costo del material | Bajo a moderado | Alto | Alto |
Aplicaciones de acero de diferentes grados
Los diseños de motores y generadores varían según la aplicación, el rango de velocidad, la eficiencia requerida, el entorno operativo y los objetivos de costo. El grado adecuado de acero laminado depende de estos factores.
Motores industriales
Los motores industriales suelen funcionar de forma constante en entornos donde el coste total de propiedad y la fiabilidad son importantes. Las chapas más gruesas, como las de 0,50 mm, son más fáciles de manipular, menos propensas a la deformación mecánica durante el estampado y ofrecen una eficiencia satisfactoria para aplicaciones de uso general.
Calificaciones típicas:50W470, 35W300
Características:
- Asequible y fácil de procesar
- Buen rendimiento a una frecuencia de red de 50/60 Hz
- Espesor moderado (0,35–0,50 mm)
Ejemplos de uso:
- Sopladores y bombas de HVAC
- Accionamientos de transportadores
- Ventiladores, compresores y motores de carga base
Motores de tracción para vehículos eléctricos (VE)
Los motores de tracción de vehículos eléctricos funcionan a altas frecuencias eléctricas gracias a los inversores y suelen operar en un amplio rango de velocidades. Esto exige mayores exigencias a las propiedades magnéticas del núcleo. Los aceros con menores pérdidas reducen la generación de calor, lo que mejora la autonomía y la fiabilidad térmica en diseños compactos.
Calificaciones típicas:30W230, 27W150
Características:
- Láminas delgadas (0,27–0,30 mm)
- Pérdida de núcleo ultrabaja a frecuencias más altas
- A menudo se combina con recubrimientos aislantes avanzados.
Ejemplos de uso:
- Tracciones para vehículos eléctricos de pasajeros
- Motores de vehículos híbridos
- Autos deportivos eléctricos de alto rendimiento
Generadores
Los generadores deben producir una potencia eléctrica constante en diversas cargas y condiciones ambientales. Si bien la eficiencia es importante, la estabilidad en servicio continuo y un excelente rendimiento térmico son consideraciones primordiales.
Calificaciones típicas:35W300, 30W230, a veces aceros más gruesos o especializados
Características:
- Diseñado para un funcionamiento continuo y confiable
- Rendimiento equilibrado entre comportamiento térmico y eficiencia.
Ejemplos de uso:
- Generadores de turbinas solares y eólicas
- Generadores de respaldo industriales
- Alternadores de centrales eléctricas
Motores de alta velocidad y aeroespaciales
En la industria aeroespacial, de defensa y de fabricación especializada, los motores deben operar a velocidades muy altas con pérdidas mínimas y una fiabilidad extrema. Las aleaciones de alta calidad, como los aceros al cobalto, ofrecen mejoras de rendimiento que compensan los mayores costos de materia prima y procesamiento.
Calificaciones típicas:20W120, aleaciones de cobalto/níquel
Características:
- Pérdida ultrabaja a frecuencias muy altas
- Alta saturación y permeabilidad
- A menudo, material de primera calidad, coste premium.
Ejemplos de uso:
- Actuadores y turbinas aeroespaciales
- Husillos CNC de alta velocidad
- Sistemas servo de precisión
Comparación de aleaciones de acero con otros metales
| Material | Uso magnético | Comportamiento de pérdida de núcleo | Papel típico en el motor |
| Acero al silicio | Laminaciones de núcleo | Bajo a muy bajo (dependiendo del grado) | Núcleos de motor y generador estándar |
| Acero de aleación de cobalto | Núcleos premium | Muy bajo a alta frecuencia | Alto rendimiento/aeroespacial |
| Acero de aleación de níquel | Núcleos de precisión | Histéresis muy baja | Aplicaciones de precisión y bajo ruido |
| Hierro sólido | Magnético, alta permeabilidad | Alta pérdida por corrientes de Foucault | No apto para núcleos de CA |
| Ferritas | Magnético, alta frecuencia | Muy bajo a alta frecuencia | Inductores, transformadores (limitados) |
| Aluminio / Cobre | Conductores no magnéticos | N / A | Bobinados, jaulas de rotor, carcasas |
