David Quispe Cahuina

Importante en electrotecnia automotriz avanzada.

Vamos a analizarla paso a paso con fundamentos eléctricos.

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 Contexto:

En un motor de arranque (motor de corriente continua), el colector o conmutador es el elemento que cambia (conmuta) la dirección de la corriente en las bobinas del inducido para mantener un torque unidireccional.
Durante ese instante de conmutación, ocurre un fenómeno químico y físico debido a la ruptura del arco eléctrico entre el colector y las escobillas.

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 Fenómeno químico que ocurre en el colector durante la conmutación:

Durante la conmutación, se produce un arco eléctrico momentáneo entre el colector y la escobilla al interrumpirse el flujo de corriente.
Este arco causa una reacción química de ionización y oxidación en la superficie del colector y en el material de la escobilla.

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 Fenómenos químicos principales:

1. Ionización del aire y vapores de cobre y carbono

• El intenso campo eléctrico entre la escobilla y la lámina del colector ioniza el aire (O₂ y N₂) y los vapores metálicos (Cu y C) desprendidos por la fricción.

• Ecuación simplificada:

  $$\text{Cu (s)} \rightarrow \text{Cu}^+ + e^-$$
  $$\text{O}_2 + e^- \rightarrow 2\text{O}^-$$
  

• Esto genera un plasma conductor (mezcla de iones Cu⁺, O⁻, C⁺) que mantiene el arco.

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2. Oxidación del cobre del colector

El cobre del colector reacciona con el oxígeno ionizado del arco:

$$2Cu + O_2 \rightarrow 2CuO$$

→ Se forma una capa de óxido de cobre (CuO) superficial.
Si la temperatura es muy alta, puede formarse también Cu₂O (óxido cuproso):

$$4Cu + O_2 \rightarrow 2Cu_2O$$

Esto aumenta la resistencia de contacto y puede causar chispas y desgaste irregular.

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3. Carbonización y reacción del material de la escobilla

Las escobillas (de grafito o carbón con cobre) también reaccionan:

$$C + O_2 \rightarrow CO_2$$ $$C + CuO \rightarrow Cu + CO$$

Estas reacciones generan microdepósitos de cobre y óxidos de carbono que modifican la película de contacto.

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 Efectos eléctricos y térmicos combinados:

• El arco puede alcanzar temperaturas de >1500 °C, lo que acelera la oxidación y evaporación del cobre.

• Esto provoca:

  • Desgaste químico y mecánico del colector

  • Microfusión del cobre

  • Aumento de la resistencia de contacto

  • Pérdida de eficiencia del motor de arranque

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 En resumen:

Fenómeno	Tipo	Reacción / Efecto
Ionización del aire	Físico-químico	Formación de plasma conductor
Oxidación del cobre	Químico	Cu + O₂ → CuO / Cu₂O
Carbonización del grafito	Químico	C + O₂ → CO₂
Reducción del CuO por C	Químico	C + CuO → Cu + CO
Microfusión por arco	Físico	Desgaste y picaduras en el colector

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 Conclusión:

Durante la conmutación en el motor de arranque, el fenómeno químico predominante es la ionización y oxidación del cobre del colector, causada por el arco eléctrico entre la escobilla y las delgas.

Diagrama técnico mostrando estos fenómenos (ionización, arco, flujo de corriente y reacciones químicas en el colector.

Este fenómeno afecta la conductividad, durabilidad y eficiencia del sistema conmutador.

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