Herramientas eléctricas sin escobillas: ¿Qué debes saber sobre ellas?

Es difícil no topar con el término en cuestión al hojear catálogos o visitar tiendas de herramientas. Hablamos del adjetivo brushless o, lo que es lo mismo, 'sin escobillas'. Pero ¿qué son las escobillas? ¿Qué papel juegan en una herramienta eléctrica? Y ante todo, ¿cómo te afectan?

El fin de esta entrada no es otro que explicarte lo que debes saber sobre herramientas sin escobillas con el objetivo de ayudarte a elegir el tipo de máquina que te conviene comprar.

¿Qué son las escobillas?

Las escobillas son partes eléctricas de ciertos motores. Por mas señas están presentes en el motor de corriente continua y el motor monofásico universal. Constan de una pastilla de carbón con un pequeño muelle y un hilillo de cobre o pigtail.

El material de la pastilla no es otro que el de la mina del lápiz, es decir, carbono en forma de grafito. Como vas a ver, el carbón le confiere a las escobillas una de sus propiedades fundamentales; de ahí su otro nombre: carbones.

¿Cómo funciona un motor eléctrico?

Esta sección muestra, sin entrar en mucho detalle, cómo funciona y para qué sirve una escobilla de carbón.

Motor monofásico universal

También llamado motor universal, este motor eléctrico debe su nombre al hecho de que puede funcionar con corriente continua y con corriente alterna. Es el que alimenta por lo general la mecánica de las herramientas con cable y otros aparatos eléctricos. El que ves bajo estas líneas procede de una aspiradora:

En la foto puedes ver tres piezas. Al fondo, una armadura de hierro con sendas bobinas de cobre a los lados; en el centro, la parte giratoria del motor, llamada rotor, que también cuenta con bobinas, pero en este caso no son tan visibles por ir incrustadas en ranuras selladas con resina, y, en primer plano, una pieza de plástico moldeada en la que encaja el rodamiento sobre el cual se apoya el rotor.

Prosigamos. Para que el núcleo del motor gire, se precisan dos campos magnéticos. (Un breve recordatorio sobre magnetismo: dos imanes se repelen cuando los juntas por polos del mismo signo). Ese es el cometido del hilo de cobre, que no está desnudo aunque lo parezca, sino que va revestido con un barniz aislante.

En efecto, en todo motor eléctrico los hilos de cobre, o devanados, dan vida a un electroimán que a su vez engendra un campo magnético. Pues bien, la parte exterior de un motor es fija. ¡Hasta ahí la cosa marcha! La cuestión ahora es cómo conectar los cables a una pieza que ha de girar con una velocidad de cientos o miles de vueltas por minuto.

¡Ajá! ¿Estás pensando en las escobillas? Pues sí, ellas obran el milagro. Sin su ayuda el motor acabaría hecho una maraña de cables, enredados primero y más tarde arrancados de cuajo una vez se agota el escaso margen de los hilos de cobre.

El colector de delgas

El carbón es un material conductor de la electricidad. En el motor de arriba las escobillas se introducen en las guías laterales (piezas doradas de latón) del soporte de plástico. El muelle se encarga de presionarlas contra... Sí, ¿contra qué? ¿Cómo se llaman esas láminas de cobre?

Esas chapitas de cobre, oscurecidas en la zona en que rozan contra el carbón de la escobilla, son las delgas. Dispuestas en forma de anillo, las delgas forman el colector de delgas. Y este junto con las propias escobillas hace las veces de conmutador.

El propósito de la conmutación

Por liar solo un poco más el asunto, ¿qué es eso de la conmutación? Esta palabra viene del latín commutare y significa 'cambiar una cosa por otra'. En una instalación eléctrica —en nuestro caso, el motor— el conmutador es el dispositivo que cambia el sentido de la corriente.

Imagina que tienes un imán rectangular. En un extremo de la barra, el polo sur; en el otro, el polo norte. Si lo ensartas por la mitad de su largo con un palito, será capaz de girar alrededor de dicho eje, como si fuese la aguja de una brújula. Acerca ahora a uno de sus polos otro imán por el polo coincidente. Este lo repele... ¡y la cosa empieza a girar!

Pero, como se dice de forma coloquial, comer sopas y sorber no puede ser. Cuando el imán giratorio completa su primera media vuelta, el polo norte queda frente por frente con el polo sur. Ahora los imanes se atraen... ¡A la porra el invento!

La función del conmutador

La polaridad del campo magnético que engendra el rotor depende del sentido de la corriente que circula por sus bobinas. Si la corriente eléctrica no se invierte, como el signo del campo sí lo hace (debido, justamente, al giro de la bobina), el motor deja de girar al alcanzar los 180º.

La labor del conmutador consiste en impedir que eso suceda. En el momento preciso el colector cambia el sentido de la corriente. De resultas, el sentido del campo se invierte y, así, el motor sigue girando. En nuestro ejemplo, esto se traduce en voltear cada 180º la barra de imán para lograr un giro completo, y, por ende, la rotación continua.

Ahora bien, con solo dos imanes un motor giraría a trompicones. Para suavizar el movimiento se introducen más imanes, en otras palabras: más bobinas en el rotor, lo que implica más delgas en el colector de delgas. Cuantos más pares de imanes, más suave el giro del motor.

En resumen, cada delga conecta los hilos de cobre que arrollan, como una madeja, el núcleo de hierro del rotor. (Cada bobina de hilo tiene dos cabos y cada uno de ellos acaba en una delga). El mecanismo descrito permite llevar electricidad al rotor y cambiar su sentido de forma ininterrumpida sin los límites físicos del medio material (esto es, evitando el retorcimiento de los cables).

Resumen de partes de un motor eléctrico con conmutador

Para recapitular, ¿qué tal si enumeramos las piezas del motor universal? Son las identificadas con las letras de la A a la F en la siguiente imagen:

Motor de corriente continua

La electricidad del motor de corriente continua proviene de baterías, o bien de una fuente de alimentación (caso, por ejemplo, de ciertos taladros Proxxon Micromot), transformador, etc. Este motor funciona de forma muy similar al universal. Y, sí, ¡también cuenta con escobillas!

En suma, sin escobillas los electroimanes del rotor no producen campo magnético y sin campo magnético el motor no rota. Así pues, toca responder a la pregunta obligada.

¿Cómo funcionan las herramientas sin escobillas?

Su nombre lo deja claro: las herramientas brushless no tienen escobillas. ¿Cómo funciona, entonces, su motor? En un motor de corriente continua sin escobillas el campo magnético del rotor lo producen dos o más imanes permanentes.

Pero no sirve cualquier imán. Los imanes permanentes que encontramos en el rotor de una herramienta sin escobillas son de los más fuertes de su clase. Se construyen con elementos químicos llamados tierras raras (que, por cierto, ¡ni son tierras ni son raras!). Los más comunes son los imanes de neodimio.

Pues bien, como en el motor con escobillas, el campo magnético del rotor corta el campo magnético del estator (la parte fija). De ello resulta el par motor, torque o fuerza de giro del motor. Sin embargo, al contrario que el motor conmutado, el brushless es un motor más complejo que requiere un controlador electrónico.

El controlador es la cabeza pensante del motor brushless y se ocupa de varias cosas. Una: regular la intensidad de la corriente. Otra: decidir el periodo durante el cual circula dicha corriente para cada una de las bobinas del estator. Para ello, debe averiguar la posición del rotor, lo que logra con la ayuda de un sensor. Como puedes comprobar... ¡librarse de las escobillas tiene su precio!

Y hablando de precio, ¿no va siendo hora de retomar la cuestión que nos ocupa?

Ventajas y desventajas de las herramientas sin escobillas

Si has seguido hasta aquí la explicación, sin duda te habrás dado cuenta de que en el motor de una herramienta sin escobillas no hay rozamiento. O, por mejor decir, solo existe el roce de las partes mecánicas en sí; en otras palabras: desaparece la fricción del carbón contra el colector de cobre.

La primera ventaja de ello es un motor más eficaz, de mayor rendimiento y menor consumo eléctrico. ¿Una segunda? Su tamaño: es más compacto que la versión conmutada de potencia equivalente. En tercer lugar, podríamos señalar el hecho de que no requiere mantenimiento, ya que carece de piezas eléctricas de desgaste —sí: las escobillas—. Ahora bien, ¿de veras es eso una ventaja? ¡Pues no tiene por qué!

Sobre el desgaste de los carbones

Es indudable que en igualdad de condiciones el taladro con motor brushless es preferible al conmutado. Pero, como ya hemos dicho, las herramientas sin escobillas son más caras, lo que nos obliga a hablar del desgaste de los carbones y, en consecuencia, de cuánto prevés usar la máquina.

El carbón de la escobilla se gasta al rozar con el colector de delgas; dicho de otra forma: se va acortando con el uso. No obstante, como bien recordarás, la pieza dispone de un muelle que presiona la pastilla contra el cobre y, de esa manera, compensa el desgaste. Claro es que todo tiene un límite...

La cosa es que las escobillas no se gastan tan rápido. Si no usas la máquina a diario, ¡podrías no tener que cambiarlas nunca! Por otra parte, los carbones son baratos y fáciles de cambiar y, por si esto fuera poco, muchas herramientas eléctricas suelen incluir un par de escobillas de repuesto.

En resumidas cuentas, ¿es una ventaja de la tecnología brushless lo de librarse de cambiar las escobillas? Así es. ¿El carbón que dejas de consumir implica que vayas a recuperar a corto plazo la inversión extra? ¡Sapristi! ¡De ningún modo!

—¿Pero qué mar de dudas es este? ¿Me compensa, o no, gastar algo más de dinero en una herramienta sin escobillas?

El beneficio real de las máquinas brushless

Vale la pena hacer hincapié en ello: la verdadera ventaja de una herramienta brushless gira, y nunca mejor dicho, en torno al mayor rendimiento de su motor eléctrico. Esto facilita al fabricante construir, por ejemplo, un atornillador de impacto muy compacto, con muchos newton metro de torque, pero muy corto, y, por esta causa, ideal para atornillar en espacios muy estrechos.

A la vez, y puesto que dicho tipo de atornillador suele ser de batería, la herramienta mejora su autonomía (en comparación con una herramienta homóloga con escobillas), dado que su consumo eléctrico es más reducido.

Si cambias el atornillador por un taladro, la variante brushless te podría ofrecer mayor velocidad de giro; si por una lijadora orbital, lo mismo: más oscilaciones por minuto; si por el martillo percutor, más tasa de percusión o más julios por impacto; y así sucesivamente.

La cuestión, sin embargo, se contrae a una decisión de diseño. Esto es, el fabricante tal vez prefiere no mejorar las prestaciones activas de la máquina, sino reducir aún más su peso y su tamaño, por ejemplo, aprovechando el hecho del ahorro eléctrico para montar baterías y motores más pequeños.

Conclusión: ¿son mejores las herramientas sin escobillas?

En síntesis, aunque la tecnología de las herramientas sin escobillas es superior, eso no significa que sean, per se, siempre mejores que las tradicionales. Te conviene, en resolución:

1. Contrastar los valores de la ficha técnica.
2. Analizar si, para cada herramienta en cuestión, te compensa gastar esos euros de más, con arreglo a las condiciones reales de uso.

Por ilustrar el asunto, por el mismo dinero ¿prefieres comprar una herramienta sin escobillas? ¿O bien una herramienta con escobillas más potente?

Artículo recomendado: ¿En qué se diferencian las herramientas eléctricas de las de batería?