Detente un segundo y escucha: el zumbido de tu refrigerador, el ventilador de tu computadora o el ascensor que te lleva a casa. Vivimos rodeados por una legión de máquinas silenciosas que sostienen nuestra civilización y consumen la mitad de la electricidad del planeta, pero cuya verdadera historia rara vez se cuenta bien. Olvida el mito del inventor solitario o los resúmenes aburridos; la creación del motor eléctrico es una saga fascinante protagonizada por físicos teóricos, pioneros olvidados y fracasos estrepitosos que mantuvieron el progreso estancado durante décadas.
Lo que estás a punto de leer no es una simple lista de fechas, sino un viaje de dos siglos a través del ingenio humano. Descubrirás cómo logramos transformar un misterio invisible como el magnetismo en la fuerza bruta que reemplazó a las gigantescas calderas de vapor, rediseñó las fábricas y, finalmente, se convirtió en el corazón de los coches eléctricos, los drones y la robótica del siglo XXI. Bienvenido a la verdadera historia del músculo que mueve el mundo.
1. Introducción: el motor que transformó la tecnología
1.1. ¿Qué es un motor eléctrico?
Un motor eléctrico es una máquina que convierte energía eléctrica en energía mecánica de rotación (o, en algunos casos, de traslación). Esa definición cabe en una línea, pero esconde una de las ideas más fértiles de la historia de la ingeniería: que la electricidad, algo invisible que circula por un alambre, puede empujar objetos del mundo físico.
Casi todos los motores eléctricos funcionan con el mismo principio básico. Una corriente eléctrica que circula por un conductor genera un campo magnético a su alrededor. Si ese conductor se coloca dentro de otro campo magnético, ambos campos interactúan y aparece una fuerza. Organizando esa fuerza de manera inteligente, con conductores enrollados sobre un eje y campos que empujan siempre en el mismo sentido, se obtiene un par de giro continuo.
Todo motor eléctrico tiene, en esencia, tres piezas conceptuales: una parte fija que crea un campo magnético (el estátor), una parte que gira y sobre la que actúa ese campo (el rotor), y algún mecanismo que se encarga de que la fuerza siempre empuje en el mismo sentido. Ese tercer elemento es el que más ha cambiado a lo largo de dos siglos: primero fue un conmutador mecánico de cobre, después un campo magnético que gira por sí solo gracias a corrientes desfasadas, y hoy suele ser un puñado de transistores conmutando miles de veces por segundo.
1.2. De la electricidad al movimiento
Antes de 1820 nadie sabía que la electricidad y el magnetismo estuvieran relacionados. Se estudiaban como dos capítulos separados de la física. Los imanes atraían hierro, y la electricidad producía chispas, descargas y, desde 1800, corriente continua gracias a la pila de Volta. Nada sugería que una cosa pudiera producir la otra.
El descubrimiento de que una corriente eléctrica desvía una aguja imantada, en 1820, abrió una puerta que en apenas un año llevó al primer movimiento continuo producido por electricidad. Y en poco más de setenta años, ese fenómeno de laboratorio se había convertido en la máquina que movía tranvías, fábricas y ascensores.
1.3. Por qué el motor eléctrico fue una revolución tecnológica
Para entender la magnitud del cambio hay que recordar cómo se movían las máquinas antes. Durante el siglo XIX, una fábrica típica tenía una única máquina de vapor gigantesca en el sótano o en un extremo del edificio. Esa máquina hacía girar un eje principal que recorría todo el taller, y de ese eje colgaban decenas de correas de cuero que bajaban hasta cada torno, cada telar y cada prensa.
El sistema funcionaba, pero era rígido, ruidoso, peligroso y terriblemente ineficiente. Si querías usar una sola máquina, tenías que encender la caldera y mover todo el eje. Si el eje se rompía, se paraba la fábrica entera. Y la disposición del taller no la decidía el proceso productivo, sino la geometría de las correas.
El motor eléctrico rompió esa lógica. Al poder poner un motor pequeño en cada máquina, la energía dejó de ser algo que había que distribuir mecánicamente y pasó a ser algo que llegaba por un cable. Eso cambió la arquitectura de las fábricas, la organización del trabajo, la productividad industrial y, con el tiempo, la vida doméstica.
1.4. La importancia del motor eléctrico en la sociedad moderna
Hoy el motor eléctrico es la máquina más abundante del planeta. Está en el ventilador de tu computadora, en la bomba de agua del edificio, en el compresor del refrigerador, en el limpiaparabrisas del auto, en el disco duro, en el cepillo de dientes, en el ascensor, en el tren y en cada articulación de un robot industrial.
La Agencia Internacional de Energía estima que los sistemas accionados por motores eléctricos consumen alrededor del 45 % al 53 % de toda la electricidad generada en el mundo, según el alcance del cálculo. Ninguna otra categoría de dispositivo se acerca. Eso significa que cada punto porcentual de mejora en la eficiencia de los motores tiene un impacto global medible en emisiones y en costos.
La historia que sigue es la de cómo llegamos hasta aquí, y también la de cuánta gente trabajó en el problema al mismo tiempo, en distintos países, muchas veces sin enterarse unos de otros.
2. Los descubrimientos que hicieron posible el motor eléctrico
2.1. La electricidad antes del motor eléctrico
Hasta finales del siglo XVIII, la electricidad era un espectáculo más que una tecnología. Se producía frotando materiales, se almacenaba en botellas de Leyden y se descargaba en chispas breves y violentas. Servía para experimentos, demostraciones públicas y algunas especulaciones médicas, pero no había forma de mantener un flujo constante de electricidad durante minutos u horas.
El magnetismo, por su parte, se conocía desde la antigüedad gracias a la magnetita, y desde el siglo XII se usaba en la brújula. Pero se lo entendía como una propiedad de ciertos minerales, sin conexión alguna con la electricidad.
2.2. La pila de Volta y la disponibilidad de corriente eléctrica
En 1800, Alessandro Volta presentó su pila: discos alternados de zinc y cobre separados por cartón empapado en salmuera. Por primera vez existía una fuente capaz de entregar corriente continua de manera sostenida.
Es difícil exagerar lo que esto significó. Todo el electromagnetismo del siglo XIX, y por lo tanto el motor eléctrico, depende de poder hacer circular corriente por un alambre durante el tiempo que dure el experimento. Sin la pila de Volta, los descubrimientos de las dos décadas siguientes simplemente no habrían sido posibles.
2.3. Ørsted y la relación entre electricidad y magnetismo
El momento fundacional ocurrió en Copenhague, en la primavera de 1820. Hans Christian Ørsted notó que, al cerrar el circuito de una pila, la aguja de una brújula cercana se desviaba. Al abrirlo, la aguja volvía a su posición.
Ørsted publicó el resultado en julio de 1820 en un breve folleto en latín, y la noticia recorrió Europa en cuestión de semanas. La corriente eléctrica producía magnetismo. Dos campos de la física que llevaban siglos separados quedaban unidos.
Hay un detalle que suele pasarse por alto y que resultó clave: la aguja no se movía hacia el alambre ni se alejaba de él, sino que se orientaba perpendicularmente. La fuerza no era radial, como la gravedad o la electrostática, sino circular, envolviendo el conductor. Esa rareza fue justamente la pista que llevó al motor.
2.4. Ampère y el desarrollo del electromagnetismo
André-Marie Ampère reaccionó al anuncio de Ørsted con una velocidad extraordinaria. En cuestión de semanas presentó ante la Academia de Ciencias de París una serie de experimentos y, sobre todo, un marco teórico.
Ampère demostró que dos conductores paralelos que llevan corriente se atraen o se repelen según el sentido de esas corrientes. Mostró que una bobina de alambre con corriente se comporta como un imán de barra. Y propuso que el magnetismo de los materiales se debe, en el fondo, a corrientes eléctricas microscópicas en su interior, una intuición notablemente cercana a lo que hoy entendemos.
Su obra culminante, la Memoria sobre la teoría matemática de los fenómenos electrodinámicos, apareció en 1827 y fundó una disciplina que él mismo bautizó: la electrodinámica.
2.5. Ampère, Arago y las piezas sobre la mesa
Dos aportes más completan el escenario. François Arago descubrió en 1820 que una bobina con corriente podía imantar agujas de acero, y en 1824 observó un fenómeno curioso: un disco de cobre girando bajo una aguja imantada la arrastraba consigo, aunque el cobre no sea magnético. Las llamadas «rotaciones de Arago» quedaron sin explicación durante años, y mucho después resultaron ser una manifestación de las corrientes inducidas. Ese mismo efecto es, literalmente, el principio del motor de inducción, aunque nadie lo supo hasta la década de 1880.
William Sturgeon, en 1825, construyó el primer electroimán práctico: una barra de hierro en forma de herradura, barnizada y envuelta en alambre de cobre. Con unos gramos de material podía levantar varios kilos. Los motores necesitarían electroimanes fuertes y ligeros, y Sturgeon acababa de dárselos.
Para 1825, entonces, todas las piezas conceptuales estaban sobre la mesa: una fuente de corriente continua, la certeza de que la corriente produce magnetismo, la descripción de fuerzas entre conductores y un modo de fabricar imanes potentes a voluntad. Faltaba que alguien las ordenara para producir movimiento continuo.
3. 1821: Faraday y la primera rotación electromagnética
3.1. Faraday y sus investigaciones sobre electromagnetismo
Michael Faraday no tenía formación académica. Hijo de un herrero, había trabajado como aprendiz de encuadernador y leído los libros que pasaban por sus manos. Entró a la Royal Institution de Londres como asistente de Humphry Davy y, para 1821, era Superintendente de la Casa y el Laboratorio.
Ese año le encargaron escribir una reseña histórica de los avances en electromagnetismo posteriores a Ørsted. Faraday, característicamente, decidió que no podía reseñar experimentos que no hubiera repetido él mismo. Al repetirlos, empezó a ver algo que otros no habían visto.
3.2. Las rotaciones electromagnéticas de 1821
Faraday razonó a partir de esa fuerza circular que envuelve al conductor. Si la fuerza sobre un polo magnético no apunta hacia el alambre sino alrededor de él, entonces un polo magnético libre debería poder dar vueltas completas en torno a un conductor con corriente. Y, por simetría, un alambre debería poder girar alrededor de un imán.
El 3 y 4 de septiembre de 1821 lo consiguió. El montaje era ingenioso y de una simplicidad casi insolente. En un recipiente de vidrio colocó mercurio (líquido y excelente conductor) y un imán de barra fijo en el fondo, sobresaliendo. Un alambre rígido colgaba desde arriba, con su extremo inferior sumergido en el mercurio, libre para moverse. Al conectar la pila, la corriente circulaba por el alambre y a través del mercurio, cerrando el circuito. El alambre empezó a girar alrededor del imán, de forma continua, sin detenerse.
En el mismo aparato construyó la versión complementaria: alambre fijo, imán móvil flotando en el mercurio. El imán también giraba.
Faraday publicó los resultados en octubre de 1821 en el Quarterly Journal of Science, con el título «Sobre algunos nuevos movimientos electromagnéticos, y sobre la teoría del magnetismo».
3.3. El asunto de la prioridad: la sombra de Wollaston
La publicación le trajo problemas. William Hyde Wollaston había especulado meses antes, en conversaciones y en pruebas fallidas en el laboratorio de Davy, con la posibilidad de hacer girar un alambre sobre su propio eje. Cuando apareció el artículo de Faraday, sin mención a Wollaston, se corrió la voz de que Faraday se había apropiado de una idea ajena.
Los efectos no eran los mismos (Wollaston buscaba rotación del alambre sobre su eje; Faraday obtuvo revolución de un cuerpo alrededor de otro), y Faraday escribió a Wollaston el 30 de octubre de 1821 para aclarar el punto. El malentendido se resolvió entre ellos, pero dejó una sombra que tardó años en disiparse y que probablemente contribuyó a que Faraday se alejara del electromagnetismo hasta 1831. Vale la pena mencionarlo porque es la primera de muchas disputas de prioridad que jalonan esta historia.
3.4. ¿Cómo funcionaba realmente el aparato de Faraday?
Vale la pena ser preciso, porque aquí es donde se acumulan los malentendidos. El dispositivo de Faraday demostró la conversión continua de energía eléctrica en energía mecánica. Eso es indiscutible y es lo que lo hace fundacional.
Pero no era un motor en el sentido en que hoy usamos la palabra. No tenía un eje del que se pudiera extraer trabajo útil. No tenía conmutador. No tenía bobinas. Su par era minúsculo. No podía accionar nada. Era un aparato de demostración diseñado para probar una idea física, no una máquina pensada para hacer trabajo.
3.5. La importancia del experimento
Su valor está en otra parte. Faraday demostró que el movimiento continuo era posible, y con ello convirtió un objetivo vago en un problema de ingeniería bien definido: ¿cómo transformar esta rotación de juguete en par útil sobre un eje?
Además, el mismo artículo contiene la primera formulación de la idea de línea de fuerza, el concepto que Maxwell convertiría décadas después en la teoría de campos. Y el propio Faraday volvería en 1831 con el descubrimiento que hizo falta para que todo lo demás fuera posible.
4. 1822-1840: la carrera por construir un motor que sirviera de algo
Entre el experimento de Faraday y el primer motor genuinamente útil pasaron unos quince años, en los que al menos media docena de personas en distintos países llegaron a soluciones parecidas de forma independiente. Esta es la parte de la historia que más se simplifica, y la que más vale la pena contar bien.
4.1. Peter Barlow y su rueda, 1822
Al año siguiente del experimento de Faraday, el matemático inglés Peter Barlow construyó un dispositivo que consistía en una rueda dentada de cobre cuyo borde inferior rozaba un canal con mercurio, todo ello entre los polos de un imán de herradura. Al pasar la corriente, la rueda giraba de forma continua.
La rueda de Barlow es, técnicamente, un motor homopolar, y tiene el mérito de ser la primera máquina eléctrica con un eje que gira de verdad. Pero su par era ridículo y no admitía escalarse, así que quedó como demostración de aula. Sigue usándose hoy exactamente para eso.
4.2. Ányos Jedlik y el primer motor con las tres piezas, 1827-1828
En Hungría, un sacerdote benedictino y profesor de física llamado Ányos Jedlik venía siguiendo por revistas los trabajos de Ørsted, Faraday y Barlow. En 1827 comenzó a experimentar con lo que llamó «autorrotores electromagnéticos», y en 1828 presentó un aparato que contenía, por primera vez, los tres componentes de un motor de corriente continua moderno: estátor, rotor y conmutador.
Su diseño se diferenciaba de todo lo anterior en un punto decisivo: tanto la parte fija como la giratoria eran electroimanes, no imanes permanentes. Eso permitía campos mucho más intensos y, en principio, máquinas de mayor potencia. El conmutador, un contacto que invertía periódicamente el sentido de la corriente, resolvía el problema central de mantener el empuje siempre en la misma dirección.
Varios de sus prototipos se conservan, y el de 1828 todavía funciona. Está en el Museo de Artes Aplicadas de Budapest.
¿Por qué entonces casi nadie conoce a Jedlik? Porque no publicó. Trabajaba aislado, en latín y en húngaro, y describió sus resultados en cuadernos y en inventarios de laboratorio. Cuando el mundo se enteró, en la segunda mitad del siglo, las mismas ideas ya habían sido reinventadas por otros. Lo mismo le pasaría con el principio de autoexcitación de la dinamo, que formuló hacia 1856-1861, años antes que Siemens, y que tampoco publicó a tiempo.
4.3. Joseph Henry y el «juguete filosófico», 1831
En Estados Unidos, Joseph Henry construyó en 1831 un dispositivo distinto: un electroimán montado sobre un pivote, que basculaba como un balancín. En cada extremo del recorrido, unos alambres tocaban alternativamente dos pilas, invirtiendo la polaridad del electroimán y haciendo que el balancín cayera hacia el otro lado. Alcanzaba unos 75 vaivenes por minuto.
Henry fue explícito y honesto sobre su alcance: lo describió como un juguete filosófico, es decir, un aparato de demostración. Pero contenía la idea de conmutación automática y demostró que un electroimán bien construido podía producir fuerzas considerables.
4.4. William Sturgeon y Thomas Davenport
En 1832, Sturgeon, el mismo del electroimán de 1825, construyó en Londres la primera máquina rotativa con conmutador capaz de mover maquinaria. Fue una demostración importante porque cerró la distancia entre el aparato de laboratorio y el mecanismo con salida de potencia, aunque la potencia siguiera siendo mínima.
Del otro lado del Atlántico, Thomas Davenport, un herrero de Vermont sin formación científica, vio en 1833 un electroimán de Henry en funcionamiento en una fundición. Quedó fascinado, compró uno, lo desarmó para entender cómo estaba hecho y se puso a construir motores con su esposa Emily Davenport, quien participó activamente en el trabajo (a ella se atribuye la idea de usar seda de su vestido de novia como aislamiento del bobinado).
En febrero de 1837 obtuvieron la patente estadounidense número 132, titulada «Mejora en la propulsión de maquinaria mediante magnetismo y electromagnetismo». Es la primera patente de un motor eléctrico en Estados Unidos. El modelo que se conserva en el Smithsonian tiene cuatro electroimanes que giran dentro de un imán permanente anular, conmutados mecánicamente, y se estima que alcanzaba unas 1000 revoluciones por minuto con una potencia de alrededor de 4,5 vatios.
Davenport lo usó para accionar un pequeño torno, una prensa de imprenta con la que publicó un periódico dedicado al electromagnetismo, e incluso un vehículo sobre rieles. Era, en toda regla, un motor funcional. Y aun así fracasó comercialmente, por una razón que explicaremos en un momento.
4.5. Moritz von Jacobi: el primer motor realmente útil, 1834-1838
El salto cualitativo lo dio un físico e ingeniero alemán, Moritz Hermann von Jacobi. En mayo de 1834, en Königsberg, construyó un motor rotativo basado en la atracción y repulsión entre dos grupos de electroimanes, cuatro fijos en el bastidor y el resto en un rotor, con un sistema de conmutación cuyo principio se sigue usando en motores de tracción. Desarrollaba alrededor de 15 vatios, varias veces más que cualquier cosa construida antes.
Su memoria de 1835 sobre el uso del electromagnetismo para mover máquinas llamó la atención en toda Europa. El zar Nicolás I lo financió y Jacobi se trasladó a San Petersburgo.
Allí, en septiembre de 1838, hizo algo que nadie había hecho: puso un motor eléctrico a trabajar de verdad. Una lancha de casi ocho metros con ruedas de paletas, cargando catorce personas, navegó por el río Neva contra la corriente, impulsada por un motor eléctrico alimentado por baterías. La velocidad era modesta, unos pocos kilómetros por hora, pero el barco navegó durante horas.
Jacobi también dedujo, estudiando la transferencia de energía entre batería y motor, lo que hoy conocemos como teorema de máxima transferencia de potencia.
4.6. Por qué todos fracasaron: el problema de la batería
Aquí está la clave de esta primera época, y es un punto que conviene entender bien porque explica cuarenta años de historia.
Los motores de 1830 funcionaban. El problema no eran los motores. El problema era la fuente de energía.
La única forma de alimentarlos era con pilas primarias, que consumían zinc y platino. El zinc había que reponerlo constantemente, y era caro. Jacobi calculaba el rendimiento de sus motores midiendo cuánto zinc gastaba la batería. Su lancha del Neva llevaba más de trescientas celdas.
Cuando se hacía la cuenta, la conclusión era demoledora: alimentar un motor eléctrico con pilas costaba entre veinte y cincuenta veces más que alimentar una máquina de vapor de la misma potencia con carbón. El carbón se sacaba de la tierra a paladas; el zinc había que refinarlo.
En 1851, el propio Jacobi escribió que, mientras no apareciera una fuente de electricidad más barata, el motor eléctrico no tenía futuro industrial. Tenía razón. Y la solución no vendría de mejores baterías, sino de un lugar inesperado: de la misma máquina, funcionando al revés.
5. La era de la dinamo: cuando el motor encontró su fuente de energía
5.1. La inducción electromagnética de 1831
El 29 de agosto de 1831, Faraday volvió al problema que había dejado diez años antes, pero por el otro extremo. Si la corriente produce magnetismo, ¿podrá el magnetismo producir corriente?
Enrolló dos bobinas separadas sobre un anillo de hierro dulce. Al conectar la primera a una batería, detectó un pulso momentáneo de corriente en la segunda, y otro pulso en sentido contrario al desconectarla. Con la corriente circulando de forma estable, no pasaba nada.
Ahí estaba la clave: lo que induce corriente no es el campo magnético, sino su variación. Faraday lo confirmó moviendo un imán dentro de una bobina, y poco después construyó el disco de Faraday, un disco de cobre girando entre los polos de un imán, que producía corriente continua de forma sostenida. El primer generador eléctrico.
5.2. Motor y generador: dos máquinas relacionadas
En 1833, Heinrich Lenz formuló explícitamente el principio de reversibilidad: la misma máquina eléctrica puede funcionar como motor o como generador. Si le das corriente, gira. Si la haces girar, produce corriente.
Esta simetría es probablemente la idea más elegante de toda la ingeniería eléctrica, y también la más productiva. Significa que el problema de alimentar motores y el problema de generar electricidad son el mismo problema. Resolver uno resuelve el otro.
Pero pasarían cuarenta años entre la formulación del principio y su explotación práctica.
5.3. Antonio Pacinotti y la armadura de anillo, 1860
Los generadores primitivos tenían un defecto grave: producían corriente en pulsos violentos, no un flujo parejo. Con una sola bobina, la tensión sube y baja siguiendo la rotación, y en cada conmutación hay un salto.
En 1860, en la Universidad de Pisa, un estudiante de diecinueve años llamado Antonio Pacinotti resolvió el problema. Su idea fue enrollar el alambre sobre un anillo de hierro con ranuras, formando un bobinado cerrado sobre sí mismo, y conectar grupos de espiras a las delgas de un conmutador. Con muchos grupos de espiras entrando y saliendo del campo de forma escalonada, la tensión de salida se suaviza casi por completo.
Pacinotti anotó en junio de 1860 que la máquina funcionaba bien tanto de motor como de generador. Publicó una descripción ilustrada en Il Nuovo Cimento en 1864. Y no pasó nada. La revista tenía poca circulación internacional, Pacinotti pasó a ocuparse de astronomía y su invento quedó en el olvido durante una década.
5.4. Werner von Siemens y el principio dinamoeléctrico, 1866
El otro obstáculo era que los generadores usaban imanes permanentes para crear el campo, y los imanes permanentes de la época eran débiles.
En 1866, Werner von Siemens describió el principio dinamoeléctrico: usar electroimanes en lugar de imanes permanentes, y alimentarlos con la propia corriente que genera la máquina. El arranque se produce gracias al magnetismo remanente del hierro, que basta para generar una pequeña corriente, que refuerza el campo, que genera más corriente, en una realimentación que se estabiliza en pocos segundos.
La máquina que se alimenta a sí misma. Charles Wheatstone y Samuel Alfred Varley llegaron a la misma conclusión casi simultáneamente, y Jedlik, otra vez, lo había formulado años antes sin publicarlo. Pero fue Siemens quien lo convirtió en industria.
5.5. Zénobe Gramme y la máquina de 1871
Zénobe Gramme era un carpintero belga autodidacta que trabajaba construyendo modelos para una empresa de máquinas eléctricas. En 1871 presentó ante la Academia de Ciencias de París una dinamo con un rotor de anillo bobinado, esencialmente la solución de Pacinotti, aparentemente redescubierta de forma independiente, pero llevada a un nivel de refinamiento industrial que Pacinotti nunca alcanzó.
La diferencia estaba en los detalles de ingeniería: núcleos de hierro macizos que conducían bien el flujo magnético, entrehierros pequeños entre partes fijas y móviles, construcción robusta. La máquina de Gramme fue el primer generador capaz de producir electricidad en cantidades comerciales, de forma continua y fiable, para la industria.
Cuando el invento de Gramme se hizo famoso, Pacinotti publicó en 1871 una nota reclamando su anterioridad. El reconocimiento le llegó en la Exposición de Viena de 1873 y en la Exposición Eléctrica de París de 1881.
5.6. Viena, 1873: el accidente que lo cambió todo
En la Exposición Universal de Viena de 1873 ocurrió uno de los accidentes más afortunados de la historia de la tecnología. Hippolyte Fontaine, socio de Gramme, estaba montando la instalación cuando, por error, se conectó la salida de una dinamo en funcionamiento a una segunda dinamo que estaba parada. La segunda máquina empezó a girar sola.
Es exactamente lo que Lenz había predicho cuarenta años antes, pero verlo ocurrir con máquinas industriales de potencia real fue otra cosa. Fontaine convirtió el accidente en demostración: transmitió energía eléctrica a lo largo de unos dos kilómetros de cable de cobre, desde una dinamo accionada por una máquina de vapor hasta otra idéntica que, funcionando como motor, accionaba una bomba.
Ese es el momento en que el motor eléctrico deja de ser una curiosidad cara. Ya no hacía falta zinc. La energía podía venir del carbón, quemado lejos, y llegar por un cable. El problema que había condenado a Davenport y a Jacobi acababa de disolverse.
5.7. El bobinado de tambor y la madurez de la máquina de corriente continua
En 1872, Friedrich von Hefner-Alteneck, ingeniero jefe de Siemens, introdujo una mejora que reemplazó al anillo de Gramme: el bobinado de tambor. El problema del anillo es que la parte del bobinado que pasa por el interior no corta líneas de campo y, por tanto, no contribuye a generar tensión. Es cobre desperdiciado: se necesita el doble de espiras y el doble de delgas que en un diseño equivalente.
En el bobinado de tambor, todos los conductores están en la superficie del rotor, donde el campo es intenso. El resultado fue máquinas más eficientes, más compactas y más baratas. Es el diseño que usan las máquinas de corriente continua hasta hoy.
Con esto, hacia 1880, la máquina de corriente continua estaba esencialmente resuelta: bobinado de tambor, conmutador de delgas, campo con electroimanes autoexcitados, rendimientos respetables y potencias de decenas de kilovatios. Lo que faltaba era una red que la alimentara.
6. El motor eléctrico entra en la industria
6.1. El taller antes de la electricidad
Vale la pena detenerse en cómo era realmente una fábrica de 1880, porque explica por qué la electrificación tardó tanto y por qué, cuando llegó, cambió tantas cosas.
En el sótano estaba la máquina de vapor. De ella salía un eje principal, que a través de engranajes y poleas movía una línea de transmisión: un eje largo suspendido del techo, girando permanentemente a lo largo de todo el taller. De ese eje bajaban correas de cuero a cada máquina.
El sistema tenía desventajas de todo tipo. Las pérdidas por fricción en los ejes y las correas eran enormes, y a veces se comían más de la mitad de la potencia. Todo el eje debía girar aunque se usara una sola máquina. El techo lleno de correas en movimiento hacía imposible una buena iluminación natural y era una fuente constante de accidentes graves. La velocidad de cada máquina dependía del diámetro de sus poleas, así que cambiar de velocidad era un trabajo mecánico. Y la planta del taller no se organizaba según la lógica del proceso productivo, sino según la geometría de las correas.
6.2. Primera etapa: el motor sustituye a la máquina de vapor
La primera forma de electrificación, hacia 1890, fue la más conservadora posible: quitar la máquina de vapor y poner un motor eléctrico grande en su lugar, dejando intacto todo el sistema de ejes y correas.
Se ganaba algo. La fábrica ya no necesitaba caldera propia y podía comprar electricidad. Pero todas las pérdidas y rigideces del sistema mecánico seguían ahí. Los historiadores llaman a esta fase «accionamiento por grupos».
6.3. Segunda etapa: un motor por máquina
El verdadero cambio vino después, cuando alguien se dio cuenta de que si los motores podían ser pequeños y baratos, entonces cada máquina podía tener el suyo.
Esto es lo que se llama accionamiento individual o unitario, y transformó la fábrica de arriba abajo:
- Desaparecieron los ejes y las correas del techo, y con ellos sus pérdidas y sus peligros.
- Cada máquina podía funcionar sola, a su propia velocidad, encenderse y apagarse cuando hiciera falta.
- El taller podía distribuirse según el flujo del proceso, porque la energía llegaba por un cable a cualquier punto.
- Los techos quedaron libres, lo que permitió tragaluces, iluminación decente y grúas puente.
- Se hizo posible reorganizar la producción con frecuencia, algo impensable cuando mover una máquina significaba rehacer el sistema de correas.
6.4. Cuánto tardó, y por qué la productividad no subió enseguida
Las cifras clásicas del historiador económico Warren Devine ilustran la lentitud del cambio en la industria estadounidense: hacia 1899, los motores eléctricos representaban apenas un 5 % de la potencia mecánica instalada. En 1909 rondaban el 25 %, en 1919 alrededor del 55 %, y hacia 1929 superaban el 80 %.
Lo interesante es que el gran salto de productividad industrial no llegó cuando se instalaron los primeros motores, sino veinte o treinta años después, cuando las fábricas se rediseñaron desde cero para aprovechar el accionamiento individual. Es un caso de estudio que los economistas siguen citando: una tecnología de propósito general tarda una generación en rendir sus frutos, porque primero hay que reinventar todo lo que la rodea.
7. Edison, Sprague y los primeros sistemas eléctricos
7.1. Thomas Edison y la corriente continua
El aporte de Edison a la historia del motor eléctrico es indirecto, pero decisivo. Edison no inventó motores importantes. Lo que entendió, antes que nadie, es que la electricidad no era un producto sino un sistema.
Cuando en 1878 se propuso desarrollar la luz eléctrica, no pensó solamente en la lámpara. Pensó en la dinamo, la red de cables, los fusibles, los interruptores, los medidores para cobrar el consumo y el modelo de negocio. Su referencia explícita era la industria del gas de alumbrado: quería construir el equivalente eléctrico de una red de gas urbana.
7.2. La central de Pearl Street
El 4 de septiembre de 1882 entró en servicio la estación de Pearl Street, en el bajo Manhattan. Seis dinamos «Jumbo» accionadas por máquinas de vapor alimentaban una red subterránea de corriente continua a 110 voltios que servía inicialmente a unas pocas decenas de clientes en una zona de poco más de dos kilómetros cuadrados.
Fue la primera central eléctrica comercial permanente del mundo, y el nacimiento del servicio eléctrico como lo conocemos. Que la tensión doméstica en gran parte de América siga siendo de unos 110 a 120 voltios es herencia directa de una decisión tomada en 1882 en función de qué filamento de lámpara duraba más.
7.3. Las limitaciones de la corriente continua
El sistema de Edison tenía un defecto estructural insalvable, y él lo sabía.
La potencia transmitida es el producto de tensión por corriente. Las pérdidas en un cable, en cambio, son proporcionales al cuadrado de la corriente. Para transmitir la misma potencia con menos pérdidas, conviene subir la tensión y bajar la corriente.
Pero en 1882 no existía forma práctica de cambiar el nivel de tensión de la corriente continua. El transformador funciona solo con corriente alterna, porque necesita un flujo magnético variable. La corriente continua tenía que generarse, transmitirse y consumirse a la misma tensión.
Y 110 voltios era una tensión bajísima. La consecuencia era que la potencia solo podía transportarse económicamente uno o dos kilómetros antes de que la caída de tensión hiciera que las lámparas del extremo alumbraran menos que las del principio. Para cubrir una ciudad hacía falta una central cada pocas manzanas, con cables de cobre gruesísimos. No escalaba.
7.4. Frank Sprague: el hombre que hizo funcionar el motor de corriente continua
Si hay un personaje injustamente olvidado en esta historia, es Frank Julian Sprague. Oficial de la Marina y luego ingeniero en la empresa de Edison, entendió algo que a Edison no le interesaba demasiado: que el futuro del sistema eléctrico no estaba solo en la iluminación, sino en la fuerza motriz.
Hacia 1884-1886, Sprague desarrolló un motor de corriente continua con dos características que ningún motor anterior tenía. Primero, mantenía una velocidad prácticamente constante aunque la carga variara, algo esencial para accionar máquinas. Segundo, funcionaba sin chisporroteo en el conmutador, con escobillas en posición fija. Al verlo funcionar en la Exposición Eléctrica de Filadelfia, Edison comentó que era el único motor de verdad.
Sprague también desarrolló el frenado regenerativo: usar el motor como generador durante la frenada para devolver energía a la red. Es la misma idea que hoy usan todos los vehículos eléctricos.
7.5. Richmond, 1888: la prueba definitiva
En 1887 Sprague firmó un contrato que muchos consideraron temerario: electrificar el sistema de tranvías de Richmond, Virginia, una ciudad con pendientes de más del 10 % que habían ganado a sus tranvías tirados por caballos el apodo de «mataequinos».
El servicio regular comenzó el 2 de febrero de 1888. Cada coche llevaba dos motores de 7,5 caballos alimentados a 450 voltios mediante una pértiga que recogía corriente de un cable aéreo. En junio de ese año el sistema ya operaba con 40 coches sobre unos 19 kilómetros de vía.
El efecto fue inmediato y masivo. En menos de dos años se habían construido o contratado 110 sistemas de tranvía eléctrico con equipos de Sprague, en varios continentes. El tranvía de tracción animal y el cable car quedaron obsoletos en menos de una década.
Esto importa para la historia del motor por una razón concreta: los tranvías fueron el primer mercado masivo de motores eléctricos. Fabricar motores dejó de ser artesanía y se convirtió en industria. Sprague aplicaría después la misma tecnología a los ascensores eléctricos y al control de trenes en unidades múltiples, que es lo que hace posible el metro moderno.
8. El campo magnético giratorio: Ferraris, Tesla y Dolivo-Dobrovolsky
8.1. El problema del conmutador
El motor de corriente continua tiene un talón de Aquiles: el conmutador. Es un anillo de segmentos de cobre contra el que rozan escobillas de carbón. Las escobillas se desgastan y hay que cambiarlas. El conmutador se ensucia y hay que mantenerlo. Al conmutar salta un pequeño arco eléctrico, que produce chispas, interferencias y erosión. En ambientes con polvo inflamable o gases, esas chispas son peligrosas. Y a partir de ciertas potencias y velocidades, el conmutador se vuelve el límite físico de la máquina.
Todos lo sabían. La pregunta era si se podía construir un motor sin él.
8.2. La idea del campo magnético giratorio
La respuesta resultó ser de una elegancia notable, y consistía en darle la vuelta al problema.
En un motor de corriente continua, el campo es fijo y hay que conmutar la corriente del rotor para que el empuje siga girando. ¿Y si, en cambio, el campo girara por sí solo?
Se puede conseguir. Si colocas dos pares de bobinas perpendiculares entre sí y las alimentas con corrientes alternas desfasadas 90 grados, el campo magnético resultante no oscila: rota, describiendo un círculo completo en cada ciclo, a velocidad constante y sin que nada se mueva mecánicamente.
Y entonces ocurre algo casi mágico. Si pones dentro de ese campo giratorio un simple cilindro de cobre o de hierro, sin conexión eléctrica alguna, el campo induce corrientes en él (las mismas corrientes inducidas que explicaban el disco de Arago de 1824), y esas corrientes crean su propio campo, que interactúa con el giratorio y arrastra al cilindro.
El resultado es un motor sin escobillas, sin conmutador, sin contactos deslizantes y sin conexión eléctrica al rotor. Prácticamente indestructible.
8.3. Precursores: Arago y Baily
La pista había estado ahí desde 1824 con las rotaciones de Arago, aunque nadie supo leerla. En 1879, el inglés Walter Baily hizo una demostración más cercana: conmutando manualmente cuatro electroimanes en secuencia, consiguió arrastrar un disco de cobre. Era un motor de inducción primitivo, accionado a mano, y no llegó a más.
8.4. Galileo Ferraris
Galileo Ferraris era profesor en el Museo Industrial Italiano de Turín (hoy Politécnico) y, en 1884, había sido responsable del área eléctrica en la exposición donde Lucien Gaulard demostró la transmisión en corriente alterna con transformadores.
En el verano de 1885, Ferraris concibió la idea del campo giratorio, inspirado, según contó, por su trabajo sobre el desfase de ondas luminosas. Construyó prototipos de motores bifásicos en 1885 y 1886, y el 11 de marzo de 1888 presentó su trabajo ante la Real Academia de Ciencias de Turín.
Ferraris no patentó nada. Consideraba que el conocimiento científico debía ser público. Y, curiosamente, en su propio artículo concluyó que un aparato basado en ese principio no podría tener importancia comercial como motor, porque los rendimientos que medía en sus prototipos eran bajos. Fue una de las predicciones más equivocadas de la historia de la ingeniería, hecha por el hombre que tenía razón en todo lo demás.
8.5. Nikola Tesla
Nikola Tesla afirmó haber concebido la idea del campo giratorio en 1882, mientras paseaba por un parque de Budapest. No hay documentación contemporánea que lo respalde, lo que ha alimentado un siglo de discusión.
Lo que sí está documentado con precisión es esto: Tesla presentó sus primeras solicitudes de patente en octubre y noviembre de 1887, y las patentes fueron concedidas el 1 de mayo de 1888, entre ellas la 381.968 y la 382.279. El 16 de mayo de 1888 dictó ante el Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos una conferencia que se volvería célebre. Poco después, George Westinghouse licenció sus patentes.
La diferencia práctica entre ambos es importante. Ferraris llegó primero al principio y lo entendió mejor teóricamente. Tesla lo patentó, lo defendió y lo vinculó a un sistema completo de generación, transmisión y utilización en corriente alterna polifásica. El sistema, no solo el motor.
Ambos trabajaron de forma independiente, y la revista The Electrical Engineer de Londres ya señalaba en 1888 que el descubrimiento se había hecho público casi simultáneamente por dos experimentadores. La respuesta honesta a la pregunta de quién inventó el motor de inducción es: los dos, por separado, con meses de diferencia.
8.6. Mikhail Dolivo-Dobrovolsky y el sistema trifásico
Y aquí entra el tercer nombre, el que suele faltar en los relatos populares y sin el cual la historia no se entiende.
Mikhail Dolivo-Dobrovolsky, ingeniero ruso que trabajaba para AEG en Alemania, argumentó que el sistema bifásico de Tesla no era óptimo, porque el par que producía tenía pulsaciones. Su propuesta fue usar tres fases desfasadas 120 grados, que producen un campo giratorio perfectamente uniforme y, además, permiten transmitir la misma potencia con menos cobre.
En 1889 desarrolló las dos configuraciones de rotor que se siguen usando hoy: el rotor bobinado y, sobre todo, el rotor de jaula de ardilla, unas barras conductoras cortocircuitadas en sus extremos por dos anillos, embebidas en un núcleo de hierro laminado. Es una pieza de una simplicidad brutal, sin bobinados, sin aislamiento, sin contactos, prácticamente indestructible, y sigue siendo el rotor más fabricado del mundo.
El motor de inducción trifásico con rotor de jaula, tal como lo definió Dolivo-Dobrovolsky, es probablemente el producto industrial más exitoso de la historia de la ingeniería eléctrica. Más de un siglo después, se sigue construyendo esencialmente igual.
8.7. El transformador y la guerra de las corrientes
Paralelamente se resolvía la otra mitad del problema. Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs patentaron un sistema de transformadores en 1882. En 1885, el equipo húngaro de Ottó Bláthy, Miksa Déri y Károly Zipernowsky, en la fábrica Ganz, desarrolló el transformador de núcleo cerrado, mucho más eficiente, y acuñó el propio término «transformador». En 1886, William Stanley instaló para Westinghouse el primer sistema práctico de distribución con transformadores en Great Barrington, Massachusetts.
Con transformadores, la corriente alterna podía generarse a tensión moderada, elevarse a decenas de miles de voltios para transportarse cientos de kilómetros con pérdidas aceptables, y reducirse otra vez a nivel seguro para el consumo. Era exactamente lo que la corriente continua no podía hacer.
La llamada «guerra de las corrientes» entre Edison y Westinghouse, que ocupó buena parte de los años 1888 a 1892, fue agria y a veces sórdida. Pero técnicamente estaba decidida desde el principio. Con transformadores y motores de inducción, la alterna podía hacer todo lo que hacía la continua, y además transportarse a distancia. Al revés no.
8.8. Frankfurt 1891 y Niágara 1895
Dos demostraciones cerraron el debate.
En 1891, Dolivo-Dobrovolsky y AEG montaron para la Exposición Internacional de Electrotecnia de Frankfurt una transmisión trifásica desde una central hidroeléctrica en Lauffen, a unos 175 kilómetros de distancia. El alternador de Lauffen generaba unos 240 kW, un transformador elevaba la tensión a unos 15.000 voltios, y en Frankfurt otro transformador la reducía para alimentar, entre otras cosas, un motor de inducción trifásico de 100 caballos que accionaba una cascada artificial. El rendimiento global de la transmisión rondó el 75 %, muy por encima de lo que casi nadie esperaba.
Cuatro años después, en 1895, empezó a operar la central de Niágara con generadores Westinghouse basados en las patentes de Tesla, y en 1896 la energía llegaba a Búfalo, a unos 40 kilómetros. La electrificación a gran escala había empezado.
9. El siglo XX: el motor se vuelve invisible
9.1. Motores grandes y motores pequeños
Durante el siglo XX el motor eléctrico se diversificó en dos direcciones opuestas. Hacia arriba, con máquinas de miles de kilovatios para laminadores, minas, barcos y bombas de centrales. Y hacia abajo, con motores de unos pocos vatios que empezaron a meterse en los hogares.
El motor de inducción trifásico se consolidó como el caballo de batalla de la industria por una combinación difícil de batir: no tiene contactos que se desgasten, arranca conectándolo a la red sin más, soporta ambientes hostiles y su costo por kilovatio es bajísimo. Su único defecto serio, durante casi un siglo, fue que su velocidad quedaba fijada por la frecuencia de la red y el número de polos, y no se podía regular con facilidad.
En los hogares, donde la red es monofásica, hubo que resolver un problema: una sola fase no produce campo giratorio, así que el motor no arranca solo. Las soluciones fueron los motores con condensador de arranque, los de fase partida y los de polos sombreados, cada uno con su compromiso entre par de arranque, costo y rendimiento. Son los motores del ventilador, la lavadora y el refrigerador.
9.2. Motores síncronos
En un motor síncrono, el rotor lleva su propio campo magnético (de imanes permanentes, de un bobinado alimentado con corriente continua o de efectos de reluctancia) y se engancha al campo giratorio del estátor, girando exactamente a su velocidad. De ahí el nombre.
Su ventaja histórica fue doble: velocidad rigurosamente constante, útil en procesos industriales, y la capacidad de ajustar el factor de potencia de una instalación, hasta el punto de que se instalaban máquinas síncronas sin carga mecánica solo para compensar la red. Su desventaja clásica era que no arranca solo. Con la electrónica de potencia, esa objeción desapareció, y los motores síncronos pasaron a ser los protagonistas del siglo XXI.
9.3. El motor universal
Hay un tipo de motor que funciona indistintamente con corriente continua y alterna: el motor universal, que es esencialmente un motor de corriente continua con excitación en serie, construido con núcleo laminado.
Es ruidoso, chispea, sus escobillas se gastan y su rendimiento es mediocre. Pero tiene dos virtudes que lo hicieron omnipresente durante décadas: entrega un par de arranque enorme y puede girar a velocidades muy altas, del orden de 10.000 a 30.000 rpm, lo que permite fabricarlo pequeño y ligero para una potencia dada.
Es el motor del taladro, la licuadora, la aspiradora y la amoladora del siglo XX. Recién en las últimas dos décadas ha empezado a ser desplazado por motores sin escobillas.
9.4. Servomotores
Un servomotor no es tanto un tipo de motor como un concepto de control: un motor combinado con un sensor de posición o velocidad y un lazo de realimentación que corrige continuamente la diferencia entre la posición deseada y la real.
Los servomecanismos se desarrollaron intensivamente durante la Segunda Guerra Mundial para el apuntado automático de artillería antiaérea y de torretas navales, y esa tecnología pasó directamente a la posguerra industrial. En 1952 el MIT demostró la primera máquina herramienta de control numérico, y de ahí salieron las máquinas CNC y, más tarde, la robótica.
9.5. Motores paso a paso
El motor paso a paso avanza en incrementos angulares discretos y repetibles, típicamente de 1,8 grados, en respuesta a pulsos eléctricos. Su gracia es que puede posicionar con precisión sin necesidad de sensor de realimentación, contando pulsos.
Desarrollados originalmente en los años 1920 por la Marina británica y perfeccionados desde los años 1950, se volvieron el estándar en impresoras, unidades de disco, máquinas de fax, escáneres y, más recientemente, impresoras 3D y máquinas CNC domésticas.
9.6. Imanes permanentes: de la ferrita a las tierras raras
Este es uno de los hilos más subestimados de la historia. La calidad de los imanes permanentes disponibles ha condicionado el diseño de motores durante dos siglos.
Los imanes de acero del siglo XIX eran tan débiles que casi todos los motores serios usaban electroimanes. En los años 1930 llegaron las aleaciones Alnico, bastante mejores. En los años 1950 aparecieron las ferritas, baratas y resistentes a la desmagnetización, que hicieron posible el motor de imán permanente de bajo costo.
El salto decisivo llegó con las tierras raras. En los años 1960 y 1970 se desarrollaron los imanes de samario-cobalto, y a comienzos de los años 1980 los de neodimio-hierro-boro (NdFeB), desarrollados de forma independiente por Sumitomo Special Metals en Japón y por General Motors en Estados Unidos.
Un imán de NdFeB tiene aproximadamente el triple de producto energético que una ferrita. En términos prácticos, eso permite construir un motor entre un 30 % y un 50 % más pequeño y ligero para la misma potencia. Sin NdFeB no existirían los drones que conocemos, ni los discos duros modernos, ni los coches eléctricos con la densidad de potencia que tienen hoy.
10. La electrónica de potencia transforma el motor eléctrico
10.1. El problema de la velocidad variable
Durante casi un siglo hubo un compromiso incómodo. El motor de corriente continua permitía regular la velocidad con facilidad, pero tenía escobillas y conmutador. El motor de inducción no tenía escobillas, pero giraba a velocidad prácticamente fija.
Las soluciones previas a la electrónica eran ingeniosas y horribles: grupos Ward-Leonard (un motor accionando un generador para alimentar otro motor, con tres máquinas donde debería haber una), reóstatos que disipaban energía en forma de calor, motores de rotor bobinado con resistencias externas, cambios de polos, variadores mecánicos.
En muchas aplicaciones ni siquiera se intentaba regular el motor. Una bomba se hacía girar siempre a velocidad máxima y el caudal se controlaba estrangulando una válvula, lo que equivale a conducir con el acelerador a fondo y regular con el freno.
10.2. El tiristor, 1957
En 1957, General Electric comercializó el rectificador controlado de silicio (SCR), también llamado tiristor, un dispositivo semiconductor de cuatro capas capaz de manejar corrientes y tensiones muy superiores a las de cualquier transistor de la época.
Fue el nacimiento de la electrónica de potencia como disciplina. Con tiristores se podía rectificar de forma controlada, regular motores de continua sin disipar energía en resistencias, y empezar a pensar en generar corriente alterna de frecuencia variable.
10.3. Variadores de frecuencia
La idea es directa: si la velocidad de un motor de inducción depende de la frecuencia de alimentación, y podemos fabricar electrónicamente una corriente alterna de la frecuencia que queramos, entonces podemos controlar su velocidad.
Un variador de frecuencia (VFD, o inversor) hace exactamente eso en dos etapas. Primero rectifica la corriente alterna de la red a continua. Después, un puente de transistores conmuta esa continua a alta frecuencia con anchos de pulso variables (modulación por ancho de pulso, PWM) para sintetizar una alterna trifásica de amplitud y frecuencia ajustables.
El dispositivo que hizo esto realmente práctico fue el IGBT (transistor bipolar de puerta aislada), cuyo modo de funcionamiento fue demostrado experimentalmente por B. Jayant Baliga en 1983 y que se comercializó a lo largo de los años 1980. El IGBT combina la facilidad de control de un MOSFET con la capacidad de corriente de un transistor bipolar, y conmuta lo bastante rápido como para que los variadores dejaran de zumbar de forma molesta.
El ahorro energético que esto permitió es enorme. Una bomba o un ventilador regulado por variador en lugar de por estrangulamiento puede consumir menos de la mitad, porque la potencia de una máquina de flujo varía aproximadamente con el cubo de la velocidad.
10.4. Control vectorial: el motor de inducción se vuelve preciso
Hubo un salto conceptual igual de importante que el hardware. A finales de los años 1960 y principios de los 1970, Karl Hasse y Felix Blaschke, en Alemania, desarrollaron el control por campo orientado, también llamado control vectorial.
La idea es matemáticamente elegante. Mediante transformaciones de coordenadas, las tres corrientes del estátor se descomponen en dos componentes en un sistema de referencia que gira solidario con el campo del rotor: una componente que produce flujo y otra que produce par. Una vez separadas, se pueden controlar de forma independiente, exactamente como en un motor de corriente continua, donde el flujo lo fija el devanado de campo y el par la corriente de armadura.
El resultado fue que el motor de inducción, hasta entonces una máquina de velocidad fija y control tosco, pasó a tener un control de par tan preciso y tan rápido como el de un motor de corriente continua. Sin escobillas.
A mediados de los años 1980 aparecieron alternativas como el control directo de par, desarrollado por Manfred Depenbrock en Alemania y por Isao Takahashi y Toshihiko Noguchi en Japón, que ABB comercializó en 1995.
10.5. El motor sin escobillas
Si se puede conmutar corriente electrónicamente, ¿para qué un conmutador mecánico?
En 1962, T. G. Wilson y P. H. Trickey construyeron lo que llamaron «motor de corriente continua con conmutación de estado sólido», el primer motor brushless. La idea es sustituir las escobillas y las delgas por transistores y un sensor de posición del rotor, típicamente sensores de efecto Hall.
Al principio fue una tecnología de nicho, limitada por la capacidad de los transistores de la época, y se usó donde la fiabilidad importaba más que el costo: aviónica, programas espaciales de la NASA, discos duros.
La combinación de tres cosas cambió la ecuación: imanes de NdFeB desde los años 1980, transistores de potencia baratos, y microcontroladores capaces de ejecutar el algoritmo de conmutación por unos pocos dólares. A partir de los años 1990 y 2000, el motor sin escobillas empezó a desplazar a todo lo demás.
10.6. Motores y automatización industrial
Con control electrónico de velocidad y posición, el motor dejó de ser solo una fuente de fuerza y pasó a ser un actuador programable. Un eje de una máquina CNC o una articulación de un robot no es más que un motor, un sensor, un accionamiento y un algoritmo, coordinados con otros ejes a través de una red de comunicación industrial.
Esa es la base de la manufactura moderna: robots de soldadura, líneas de montaje, almacenes automatizados, impresión 3D, máquinas de empaquetado. Todas son, en el fondo, conjuntos de motores bien controlados.
11. El motor eléctrico en el siglo XXI
11.1. La nueva era de la movilidad eléctrica
Después de más de un siglo de dominio del motor de combustión interna, el automóvil está volviendo al punto de partida. Conviene recordar que a comienzos del siglo XX los coches eléctricos eran competitivos y populares, y que perdieron por la misma razón que habían perdido los motores de Jacobi y Davenport: la batería.
Lo que cambió fue el ion de litio, que llevó la densidad energética a un nivel donde la autonomía deja de ser un problema insalvable. Y con ello, el motor eléctrico volvió a la carretera.
Sus ventajas frente al motor térmico son estructurales, no incrementales. Un motor eléctrico entrega par máximo desde cero revoluciones. Su rendimiento supera el 95 % frente al 25 % al 40 % típico de un motor de combustión. Tiene una pieza móvil principal en lugar de cientos. Funciona bien en un rango de velocidad tan amplio que muchos vehículos prescinden de caja de cambios. Y puede recuperar energía frenando, exactamente la idea que Sprague patentó en 1886.
11.2. Qué motores usan los vehículos eléctricos
El panorama actual es más variado de lo que suele contarse:
Motores síncronos de imanes permanentes (PMSM). Dominan el mercado, con una cuota que desde 2015 se ha mantenido por encima del 75 % y que según algunos análisis llega al 80 % o 85 %. Ofrecen la mejor combinación de eficiencia y densidad de potencia. Su problema es la dependencia de imanes de tierras raras, con los costos y riesgos de suministro que eso implica.
Motores de inducción. Sin imanes, robustos, tolerantes al calor, y con la ventaja de que al desexcitarlos no producen pérdidas por arrastre. Tesla los usó en sus primeros modelos y los mantiene en el eje delantero de algunas configuraciones, con rotor de cobre para mejorar el rendimiento. Es el diseño de Dolivo-Dobrovolsky, ciento treinta y cinco años después.
Motores síncronos de excitación externa (EESM). El campo del rotor se genera con un bobinado alimentado desde fuera, no con imanes. Son la principal apuesta para eliminar las tierras raras, y los usan BMW, Renault y Mercedes-Benz. Su gran ventaja es que el campo se puede apagar cuando el vehículo va en inercia, reduciendo pérdidas a alta velocidad.
Motores de flujo axial. En lugar de que el flujo magnético atraviese el entrehierro radialmente, lo hace en paralelo al eje. El resultado es una máquina con forma de disco, muy corta y con una densidad de potencia excepcional. Están en fase temprana de adopción y por ahora son caros.
Sobre todos ellos hay un cambio de fondo en la electrónica: el paso de IGBT de silicio a inversores de carburo de silicio (SiC), que conmutan más rápido y con menos pérdidas, y que arañan un par de puntos porcentuales de rendimiento en todo el sistema.
11.3. Robótica, drones y sistemas autónomos
En robótica, el motor es la articulación. Un brazo industrial de seis ejes tiene seis conjuntos de motor, reductor, encoder y accionamiento, coordinados con precisión de centésimas de milímetro. Los robots colaborativos añaden control de par para poder trabajar junto a personas sin lastimarlas.
Los drones multirrotor merecen mención aparte porque son un caso extremo. Un cuadricóptero no tiene superficies de control móviles: vuela, gira y se estabiliza modulando la velocidad de sus cuatro motores cientos de veces por segundo. Es un objeto físicamente inestable que solo se mantiene en el aire gracias a que el control de motores es rápido, preciso y barato. Sencillamente no existiría sin motores brushless de imanes de neodimio y controladores electrónicos de costo bajo.
11.4. Miniaturización
En el otro extremo de la escala, los motores han seguido encogiendo. Los micromotores para endoscopios y equipos quirúrgicos miden pocos milímetros. Los actuadores de las cámaras de los teléfonos, que mueven lentes para el enfoque y la estabilización óptica, son motores de bobina móvil del tamaño de un grano de arroz. Y en el terreno de los MEMS se fabrican actuadores del orden de las micras, grabados en silicio con las mismas técnicas que los circuitos integrados.
11.5. Eficiencia energética y normativa
Dado que los motores consumen cerca de la mitad de la electricidad mundial, su eficiencia se ha vuelto un asunto de política pública.
La norma internacional IEC 60034-30-1 define clases de eficiencia para motores de corriente alterna alimentados directamente de la red: IE1 (estándar), IE2 (alta), IE3 (premium), IE4 (super premium) y, en la norma complementaria 60034-30-2 para motores de velocidad variable, IE5 (ultra premium).
Estas clases se han convertido en requisitos legales. En la Unión Europea, el reglamento 2019/1781 exige desde julio de 2021 la clase IE3 como mínimo para motores de 0,75 a 1000 kW, e IE2 para los pequeños; desde julio de 2023 se requiere IE4 para motores de 75 a 200 kW de 2, 4 y 6 polos. Estados Unidos fue el primer país en fijar mínimos, en 1997, y los elevó al equivalente de IE3 en 2007.
Vale la pena notar que las clases IE4 e IE5 son difíciles de alcanzar con un motor de inducción convencional, lo que ha impulsado el uso industrial de motores de reluctancia síncrona y motores síncronos de imanes permanentes, ambos con la particularidad de que necesitan un variador para funcionar y no se pueden conectar directamente a la red. El motor y su electrónica se han vuelto inseparables.
12. El futuro del motor eléctrico
12.1. Materiales
Buena parte de la investigación actual apunta a los materiales. En el lado magnético, la carrera es por reducir o eliminar las tierras raras: imanes de nitruro de hierro, imanes de NdFeB sin disprosio ni terbio, imanes con lantano y cerio (más abundantes y baratos). En el lado del núcleo, las aleaciones amorfas y nanocristalinas prometen reducir drásticamente las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas.
Hay también trabajos prometedores en bobinados de forma compleja fabricados por manufactura aditiva, y en superconductores de alta temperatura para aplicaciones muy específicas como propulsión naval y aeronáutica.
12.2. Densidad de potencia y gestión térmica
El límite de un motor moderno rara vez es magnético o eléctrico: es térmico. Un motor puede entregar mucha más potencia de la que declara, durante unos segundos, hasta que el calor lo obliga a reducir.
Por eso gran parte de la ingeniería actual se centra en sacar el calor: refrigeración directa por aceite sobre las cabezas de bobina, camisas de refrigeración integradas, conductores huecos por los que circula refrigerante. La combinación de mejor refrigeración, inversores de carburo de silicio y bobinados de barra rectangular (hairpin) es lo que ha permitido que la densidad de potencia de los motores de tracción siga subiendo año tras año.
12.3. Electrificación de lo que queda
Los frentes abiertos son la aviación regional eléctrica e híbrida, la propulsión marina, la maquinaria pesada de obra y minería, y el calor industrial. En cada uno, el motor eléctrico compite contra un motor térmico con un siglo de optimización detrás, y en cada uno la ecuación va cambiando conforme bajan los costos de las baterías y de la electrónica.
12.4. Más de dos siglos de evolución
Si algo enseña esta historia es que el motor eléctrico nunca avanzó por sí solo. Avanzó cuando avanzó otra cosa.
El motor de Davenport funcionaba en 1837, pero fracasó porque no había con qué alimentarlo. La dinamo de Gramme lo resolvió en 1873. El motor de inducción de Dolivo-Dobrovolsky era casi perfecto en 1889, pero durante ochenta años solo pudo girar a velocidad fija, hasta que el tiristor y el IGBT lo liberaron. El motor sin escobillas existía en 1962, pero tuvo que esperar a los imanes de neodimio y a los microcontroladores baratos.
Es razonable pensar que el próximo salto tampoco vendrá del motor. Vendrá de los materiales magnéticos, de los semiconductores de banda ancha, de las baterías o de algo que todavía no tiene nombre. El motor, como ha hecho durante doscientos años, sabrá aprovecharlo.
13. Línea de tiempo del motor eléctrico
| Año | Hecho |
| 1800 | Volta presenta la pila, primera fuente de corriente continua sostenida |
| 1820 | Ørsted descubre que una corriente eléctrica desvía una aguja imantada |
| 1820-1827 | Ampère funda la electrodinámica y describe las fuerzas entre corrientes |
| 1821 | Faraday obtiene la primera rotación electromagnética continua |
| 1822 | Barlow construye su rueda, primera máquina eléctrica con eje giratorio |
| 1824 | Arago observa las rotaciones del disco de cobre, precursoras de la inducción |
| 1825 | Sturgeon inventa el electroimán práctico |
| 1827-1828 | Jedlik construye el primer motor con estátor, rotor y conmutador |
| 1831 | Faraday descubre la inducción electromagnética; Henry construye su balancín |
| 1832 | Sturgeon construye la primera máquina rotativa con conmutador capaz de mover maquinaria |
| 1833 | Lenz formula la reversibilidad entre motor y generador |
| 1834 | Jacobi construye el primer motor rotativo realmente útil, de unos 15 W |
| 1837 | Davenport obtiene la primera patente estadounidense de un motor eléctrico |
| 1838 | Jacobi propulsa una lancha con catorce personas por el río Neva |
| 1860 | Pacinotti desarrolla la armadura de anillo |
| 1866 | Siemens describe el principio dinamoeléctrico de autoexcitación |
| 1871 | Gramme presenta su dinamo, primera capaz de producción comercial |
| 1872 | Hefner-Alteneck introduce el bobinado de tambor |
| 1873 | En Viena se demuestra por accidente la reversibilidad industrial de la dinamo |
| 1879 | Baily demuestra un motor de inducción primitivo accionado a mano |
| 1882 | Entra en servicio la central de Pearl Street de Edison |
| 1885 | Ferraris concibe el campo magnético giratorio; el equipo de Ganz desarrolla el transformador de núcleo cerrado |
| 1886 | Sprague desarrolla su motor de velocidad constante y el frenado regenerativo |
| 1887-1888 | Tesla solicita y obtiene sus patentes del motor de inducción polifásico |
| 1888 | Ferraris publica su trabajo en Turín; Sprague electrifica los tranvías de Richmond |
| 1889 | Dolivo-Dobrovolsky desarrolla el sistema trifásico y el rotor de jaula de ardilla |
| 1891 | Transmisión trifásica de Lauffen a Frankfurt, 175 km |
| 1895-1896 | Entra en operación la central de Niágara |
| 1957 | General Electric comercializa el tiristor |
| 1962 | Wilson y Trickey construyen el primer motor sin escobillas |
| 1968-1972 | Hasse y Blaschke desarrollan el control por campo orientado |
| 1982-1984 | Sumitomo y General Motors desarrollan los imanes de neodimio-hierro-boro |
| Años 1980 | El IGBT hace prácticos los variadores de frecuencia |
| Siglo XXI | Motores brushless, vehículos eléctricos, robótica, normativa de eficiencia IE |
14. Preguntas frecuentes
¿Quién inventó el motor eléctrico? No hay una sola respuesta correcta, y quien dé una debería desconfiar de sí mismo. Faraday demostró en 1821 la primera conversión continua de electricidad en movimiento. Jedlik construyó en 1828 el primer aparato con los tres elementos de un motor de corriente continua. Sturgeon construyó en 1832 la primera máquina rotativa capaz de mover maquinaria. Jacobi construyó en 1834 el primer motor con potencia útil. Davenport obtuvo en 1837 la primera patente. Cada uno tiene un argumento legítimo, y cuál gana depende de qué se entienda por «motor».
¿En qué año se inventó el motor eléctrico? Si se busca una fecha única, 1821 es la más defendible como punto de partida, y 1834 como el año del primer motor genuinamente útil.
¿Faraday inventó el motor eléctrico? Inventó el principio y construyó el primer dispositivo que convirtió electricidad en movimiento continuo. No construyó un motor en el sentido práctico del término: su aparato no tenía eje utilizable, ni conmutador, ni capacidad de accionar nada.
¿Quién inventó el motor de corriente alterna? Galileo Ferraris y Nikola Tesla llegaron al campo magnético giratorio de forma independiente, Ferraris antes en el tiempo (1885) y Tesla antes en la patente (1887-1888). Mikhail Dolivo-Dobrovolsky desarrolló en 1889 la versión trifásica con rotor de jaula, que es la que realmente se usa hoy.
¿Qué diferencia hay entre un motor y un generador? Físicamente, ninguna esencial: son la misma máquina funcionando en sentidos opuestos de flujo de energía. Es el principio de reversibilidad formulado por Lenz en 1833. Un motor de un vehículo eléctrico se convierte en generador cada vez que el conductor levanta el pie del acelerador.
¿Por qué el motor eléctrico tardó tanto en imponerse? Porque durante cuarenta años el único modo de alimentarlo fue con pilas que consumían zinc, y el costo por unidad de energía era entre veinte y cincuenta veces mayor que el del carbón. El problema no era el motor, era la fuente. Se resolvió con la dinamo, no con mejores motores.
¿Cuál es el motor eléctrico más usado del mundo? El motor de inducción trifásico con rotor de jaula de ardilla, en su versión industrial, y los pequeños motores monofásicos y brushless en el ámbito doméstico y electrónico.
15. Fuentes y lecturas recomendadas
- Faraday, M. (1821). On some new electro-magnetical motions, and on the theory of magnetism. Quarterly Journal of Science, 12, 74-96.
- Engineering and Technology History Wiki (IEEE). Milestones: Rotating Fields and Early Induction Motors, 1885-1888; Milestones: First Studies on Ring Armature for Direct-Current Dynamos, 1860-1863.
- Linda Hall Library. Scientist of the Day: Ányos Jedlik; Frank J. Sprague.
- Deutsches Patent- und Markenamt (DPMA). Thomas Davenport: First patent for an electric motor.
- Devine, W. D. (1983). From Shafts to Wires: Historical Perspective on Electrification. Journal of Economic History.
- Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). Normas IEC 60034-30-1:2014 y 60034-30-2; sección sobre motores eléctricos y eficiencia energética.
- Agencia Internacional de Energía (IEA). World Energy Outlook, estimaciones sobre consumo eléctrico de sistemas accionados por motor.
- Reglamento (UE) 2019/1781 sobre requisitos de diseño ecológico para motores eléctricos.
- IEEE Spectrum. General Electric Device That Revolutionized Electrical Machines Is Now an IEEE Milestone (sobre el tiristor).
- IDTechEx. Electric Motors for Electric Vehicles 2026-2036.