Hora de cambiar de voltaje

Como la Sra. Tempora-Mores no lee ni de casualidad la bitácora de su marido, no hay inconveniente en que os cuente que éste es su regalo de Navidad:


Una máquina de cocina KitchenAid con la que se pueden batir claras, hacer masas y con tropocientos complementos para triturar, rebanar, exprimir y todo lo demás. Incluso para hacer salchichas. La compré la semana pasada estando en USA durante una conferencia y, a pesar de representar casi 15kg adicionales en mi equipaje de vuelta, el regalo costó menos de la mitad de lo que habría costado en Alemania. Evidentemente funciona a 120V (la tensión de la red eléctrica norteamericana) pero eso no es algo que no pueda solucionar yo en casa con un transformador de voltaje 230V->120V. Por muy caro (y quizá engorroso) que sea un transformador, habrá valido la pena el negocio... pensé yo.


El detalle adicional es que la red eléctrica en USA opera a 60Hz y no a 50Hz como en el bendito resto del mundo civilizado. ¿Será esto un problema para la batidora? Una encuesta improvisada por mí entre varios asistentes al IETF volvió con un sorprendente abanico de respuestas distintas:

a) "¿Frecuencia de red? No importa, sólo hay que aplicar el voltaje correcto. Mi madre utiliza una de ésas en Islandia con un transformador desde hace muchos años ya."
b) "Sí importa, pero no pasa nada, porque prácticamente todos los aparatos tienen una gran tolerancia en la frecuencia de entrada. Los vendedores son inteligentes y quieren ahorrarse problemas de soporte provenientes de distintos mercados."
c) "Sí importa y sí que pasa: La batidora funcionará algo más despacio."
d) "Ni va a arrancar. Los vendedores tratan de proteger el mercado americano y el europeo de las importaciones ilegales de tipos como tú."

Una consulta telefónica a una tienda de electrónica (¡gracias choto!) devolvió una quinta posible respuesta:

e) "La batidora funcionará, pero al cabo de cierto tiempo acabará estropeándose."

Ante la incertidumbre que crecía en mí, consideré por un momento comprar un variador de frecuencia (para subir los 50Hz del enchufe de casa a 60Hz) o un rectificador/generador (para convertir los 230V de la red en corriente contínua y producir a partir de ella una nueva señal de 120V/60Hz). Pero comprobando que el precio de la broma ya estaría por encima de lo que cuesta un KitchenAid en Alemania, preferí aclarar el misterio con Métodos Ingenieriles (tm).


En el fondo de su corazón de latón, una KitchenAid no es más que un motor de corriente alterna de inducción (o asíncrono) . A diferencia de los motores de corriente contínua, se trata de motores bastante complicados en su funcionamiento. En estos motores:

1. La velocidad de rotación es una función directa de la frecuencia de alimentación.
2. La refrigeración del motor por circulación de aire es una función directa de la velocidad de rotación.
3. La reactancia del circuito del motor se diseña de acuerdo a la relación voltaje/frecuencia de alimentación (V/Hz).
4. La fuerza contraelectromotriz disminuye si el motor se relentiza.
5. El flujo de corriente aumenta si la fuerza contraelectromotriz disminuye.

Así que si operamos a 50Hz un motor que fue diseñado a 60Hz, aunque sea con el voltaje adecuado (120V), tendremos que prever que:

6. La velocidad de rotación disminuirá un 17% (es decir 10Hz sobre los 60Hz originales)
7a. La fuerza contraelectromotriz disminuye.
7b. La refrigeración del motor disminuye.
8. La relación voltaje/frecuencia de diseño de 2 V/Hz (120/60) aumenta ahora a 2.4 V/Hz (120/50). Si no se modifica el circuito magnético del motor, el núcleo puede sufrir una saturación magnética.
9. 7a) y 8) harán que el flujo de corriente aumente.
10. 7b) y 9) harán que la temperatura del motor aumente.

¿Se cortará el ajoaceite si se remueve un 17% más despacio? No lo creo: a fin de cuentas el aparato tiene una palanquita (se ve en la foto) para elegir entre 10 velocidades distintas. Pero el motor de la máquina va a ver las estrellitas: aunque los componentes electrónicos sean de calidad, más pronto o más tarde serán destruidos por el calor (el principal enemigo de cualquier motor).

Para contrarrestar la falta de refrigeración habrá que evitar exigir demasiada potencia del motor con cargas pesadas (por ejemplo, tratar de triturar líquidos congelados). Disminuir la carga del motor reducirá en general el consumo de corriente. Por otra parte, la potencia máxima del motor, que es producto de la velocidad de rotación y del par motor, también ha disminuido con la nueva frecuencia de red de los 325W nominales a unos 270W (manteniendo constante el voltaje), así que de todas maneras no podremos pedir peras al olmo.

¿Y qué podemos hacer para evitar la saturación magnética? Un truco sería reducir el voltaje artificialmente, para mantener la relación voltaje/frecuencia. Si alimentamos la batidora con 100V (en vez de 120V), tendremos el factor 2 (100V/50Hz) para el que se diseñó el circuito y así evitaremos ese otro origen del posible exceso de corriente.

Desgraciadamente hay una complicación adicional en los motores asíncronos monofásicos, a saber, que no arrancan solos desde la posición de equilibrio. La mayor parte de los mecanismos de arranque se basan en provocar un desequilibrio en los pares antagonistas de rotación por medio, por ejemplo, de un condensador. Reducir la frecuencia de alimentación reduce también la impedancia del condensador, lo que puede resultar en un par motor inicial más pequeño, es decir, un arranque más lento. Incluso podría ocurrir que el motor no llegue a arrancar y se queme en unos instantes.


Así que en estos momentos mi opción favorita va a ser comprar un transformador de 230V a 100V (no los 120V americanos), cruzar los dedos y esperar a ver si la máquina arranca y no explota tras unos segundos, y a partir de entonces usarla sin forzarla. El desenlace de este episodio de Mythbusters... ¡después de Navidad! ¡con vídeo del experimento!