Tema 1-Componentes de un automatismo eléctrico

Curso de Automatismos ElctricosCurso de Automatismos Elctricos - Tema 1Componentes de un automatismo elctrico

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Tema 1 "Componentes de un automatismoelctrico"

1.1.Introduccin a los automatismos elctricos

Un automatismo es un circuito elctrico mediante el cual se llevan a cabo una serie de tareassin que una persona intervenga en su realizacin. La utilizacin de los automatismos se haextendido tanto que los podemos encontrar en industria para controlar un proceso defabricacin como en el mbito domstico como por ejemplo el control de las persianas de unhogar.

Pueden existir multitud de razones mediante las cuales nos decidamos a automatizar unproceso, como por ejemplo la eliminacin de una tarea concreta que puede resultar peligrosapara las personas, eliminar una tarea repetitiva durante una jornada laboral que al final puedeacabar siendo tediosa, la reduccin de costes de fabricacin, etc.

Al automatizar un proceso se pretende conseguir una serie de objetivos, como pueden seraumentar la produccin, mejorar y mantener la calidad obtenida en un producto, reducircostes de fabricacin, etc.

Actualmente se pueden encontrar dos tipos de automatizacin. En primer lugar tenemos elautomatismo elctrico, tambin conocido como lgica cableada, mientras que por otro ladotenemos el automatismo controlado por un autmata, conocido como lgica programable.

Los automatismos de lgica cableada fueron las primeras automatizaciones que se realizaron, yse basan en cablear los diferentes componentes que intervienen en un proceso dependiendodel tipo de automatismo que se realice. De esta forma si el automatismo es elctricoutilizaremos cables elctricos para unir los diferentes elementos, pero si un automatismoelectroneumtico se utilizarn conductos por los que circule aire comprimido.

La lgica cableada ha perdido terreno frente a la lgica programable, ya que no posee laflexibilidad que aporta un autmata a la hora de automatizar un proceso, pero an as sesiguen utilizando. La mayor desventaja que posee el automatismo elctrico frente alprogramable, es la cantidad de cableado a utilizar. Mientras que un autmata es cableado conlos receptores y actuadores del sistema, el automatismo elctrico requiere de un cableadomayor, siendo en algunos casos algo complejo. En cambio tiene una gran ventaja, y es quesegn el tipo de automatizacin a realizar, la lgica cableada puede llegar a ser mucho mseconmica que la lgica programable.



Los automatismos de lgica programada se basan en el uso de un autmata, tambin conocidocomo PLC (Programable Logia Controler). Para ello se realiza una programacin en elordenador con todas las instrucciones que regirn y controlarn al proceso industrial. Una vezrealizada esta programacin en un ordenador se transfiere al autmata.

El autmata adems deber estar conectado a diferentes elementos que son comunes alautomatismo elctrico, como son los receptores y actuadores, que se encargarn de recopilarinformacin para que sea procesada por el autmata y este de las rdenes correspondientes alos actuadotes.

Mediante la lgica programable se pueden resolver automatizaciones de gran complejidad y sucableado es ms sencillo, aunque por el contrario se requiere de personas especializadas paraprogramar un autmata.

1.2.Componentes de un automatismo elctrico

Un automatismo elctrico puede tener una variedad de componentes considerable, y cada unotiene una funcin especfica que el resto de componentes no son capaces de realizar.

De esta manera podremos encontrar elementos que se encarguen de detectar ciertassituaciones, elementos que se encarguen de realizar acabo una operacin determinada(receptores) y componentes que se encarguen de transmitir las rdenes correspondientes(elementos de mando).

Los captadores sern el grupo de sensores utilizados para detectar las diferentes situacionesque se puedan dar en el proceso industrial, como por ejemplo si un objeto se encuentra en unaposicin determinada, si se dan unas condiciones de temperatura adecuadas, etc.

Mediante los elementos de mando y control, recogeremos las seales elctricasproporcionadas por los sensores, que sern tratadas por elementos como los rels ycontactores, con el fin de permitir o no la alimentacin elctrica de los receptores.

Una vez la corriente elctrica sea recibida por los receptores, estos se encargarn de realizarlas diferentes operaciones que sean necesarias para ejecutar un proceso industrial.

1.2.1.Cuadro elctricoEl cuadro elctrico es la envolvente que se utiliza para albergar los diferentes componentesque forman parte de un automatismo elctrico. Para realizar un cuadro correctamente se debeelegir tanto la envolvente como su distribucin interna de forma que se adapte a lascondiciones particulares del recinto en el que se va a instalar.



Es por ello que nos deberemos asegurar que la envolvente utilizada resistir el ambiente en elque se encontrar instalada. Para asegurarnos de que esto ocurra se utiliza una escalagraduada mediante la cual nos podremos decantar por seleccionar una envolvente u otra. La escala graduada a la que hacemos referencia son los grados IP. El grado IP de unaenvolvente nos permite averiguar el grado de proteccin de la misma frente a intrusin departculas slidas o lquidas. El grado IP est codificado mediante dos cifras y una letra. La primera letra indica el grado deproteccin que posee la envolvente frente a la posible penetracin de partculas slidas,mientras que la segunda cifra indica la proteccin frente a la penetracin de lquidos. La letraindica la proteccin que posee la envolvente cuando las personas interactan con la misma. 1cifra

Grado de proteccin Descripcin abreviada Indicacin breve sobre los objetos que nodeben penetrar en la envolvente

0 No protegida. Sin proteccin.1 Protegida contra cuerpos slidos dems de 50 mm.

Cuerpos slidos con un dimetro superior a 50mm.

2 Protegida contra cuerpos slidos dems de 12 mm. Cuerpos slidos con un dimetro superior a 12mm.

3 Protegida contra cuerpos slidos dems de 2,5 mm. Cuerpos slidos con un dimetro superior a 2,5mm.

4 Protegida contra cuerpos slidos dems de 1 mm. Cuerpos slidos con un dimetro superior a 1mm.

5 Protegida contra la penetracin depolvo.

No se impide totalmente la entrada de polvo,pero sin que el polvo entre en cantidadsuficiente que llegue a perjudicar elfuncionamiento satisfactorio del equipo.

6 Totalmente estanco al polvo. Ninguna entrada de polvo.

Figura 1. Descripcin de la 1 cifra de los grados IP.

2cifra

Grado de proteccinDescripcin Tipo de proteccin proporcionada por laenvolvente

0 No protegida. Sin proteccin particular.1 Protegida contra la cada verticalde gotas de agua.

La cada vertical de gotas de agua no deber tenerefectos perjudiciales.



2Protegida contra la cada degotas de agua con unainclinacin mxima de 15.

Las cadas verticales de gotas de agua no deberntener efectos perjudiciales cuando la envolventeest inclinada hasta 15 con respecto a la posicinnormal.

3 Protegida contra la lluvia fina(pulverizada).El agua pulverizada de lluvia que cae en unadireccin que forma un ngulo de hasta 60 con lavertical no deber tener efectos perjudiciales.

4 Protegida contra lasproyecciones de agua.El agua proyectada en todas las direcciones sobrela envolvente no deber tener efectos perjudiciales.

5 Protegida contra los chorros deagua.El agua proyectada con la ayuda de una boquilla,en todas las direcciones, sobre la envolvente, nodeber tener efectos perjudiciales.

6 Protegida contra fuertes chorrosde agua o contra la mar gruesa.Bajo los efectos de fuertes chorros o con margruesa, el agua no deber penetrar en laenvolvente en cantidades perjudiciales.

7 Protegida contra los efectos deinmersin.

Cuando se sumerge la envolvente en agua en unascondiciones de presin y con una duracindeterminada, no deber ser posible la penetracinde agua en el interior de la envolvente encantidades perjudiciales.

8 Protegida contra la inmersinprolongada.El equipo es adecuado para la inmersinprolongada en agua bajo las condicionesespecificadas por el fabricante.

Figura 2. Descripcin de la 2 cifra de los grados IP.

Letra La envolvente impide la accesibilidad a partes peligrosas con:A Una gran superficie del cuerpo humano, como la mano (no impide la penetracinintencional).Prueba con esfera de 50 mm.B Los dedos u objetos anlogos que no excedan la longitud de 80 mm.Prueba con varilla de dimetro 12 mm y L = 80 mm.C Herramientas, alambres, etc. con dimetro o espesor superior a 2,5 mm.Prueba con varilla de dimetro 2,5 mm y L = 100 mm.D Alambres o cintas con un espesor superior a 1 mm.Prueba con varilla de dimetro 1 mm y L = 100 mm.

Figura 3. Descripcin de la letra de los grados IP.

De esta forma si una envolvente posee una grado IP 34-A, quiere decir que no penetrarn enella partculas slidas de ms de 2,5 mm, que est protegida frente a proyecciones de agua yque no se puede introducir por alguno de sus orificios partes del cuerpo humano como unamano.

Tambin podemos encontrar un dato adicional al grado IP, el grado IK. Este dato nos informa



acerca de la capacidad que posee la envolvente para resistir impactos.

Grado IK Energa del impacto (J) Masa y altura de la pieza utilizada en el golpeIK 00 - -IK 01 0,15 0,2 kg - 70 mmIK 02 0,20 0,2 kg - 100 mmIK 03 0,35 0,2 kg - 175 mmIK 04 0,50 0,2 kg - 250 mmIK 05 0,70 0,2 kg - 350 mmIK 06 1,00 0,5 kg - 200 mmIK 07 2,00 0,5 kg - 400 mmIK 08 5,00 1,7 kg - 295 mmIK 09 10,00 5,0 kg - 200 mmIK 10 20,00 5,0 kg - 400 mm

Figura 3. Descripcin de los grados IK.

Una vez seleccionada la envolvente por su grado IP, debemos elegir el tipo de material con elque esta fabricada, chapa metlica o material aislante. Ambos tipos de envolvente suelen teneruna forma de cofre y se instalan como armarios de fijacin mural (ya sea empotrados o no) oapoyados en el suelo.

Estas envolventes pueden ser monomodulares, es decir, ante una posible ampliacin delcuadro elctrico no podremos satisfacer esta necesidad ya que esta envolvente no lo permite.Para resolver este problema se utilizan los cuadros multimodulares, que si permiten posiblesampliaciones uniendo varias envolventes del mismo modelo.



Figura 4. Diferentes modelos de armarios monomodulares.

Si el armario se va a instalar sobre el suelo directamente, se recomienda utilizar un zcalo,con el fin de elevarlo unos centmetros sobre el suelo. Adems si el armario se va a encontrar ala intemperie, se debe instalar un tejado al cuadro para evitar posibles entradas de agua en elarmario.

Las envolventes poseen una puerta que permite cerrar el armario con el fin de que nadie ajenoa la instalacin pueda manipular el cuadro. En algunos casos las puertas pueden llevarinstalada una cerradura para hacer ms restrictivo el acceso al cuadro.

En el interior del cuadro se debe instalar una placa que cubra el fondo del armario, ya sea deplstico o metlica, sobre la que se instalarn los diferentes elementos del automatismo. Lasplacas pueden ser lisas o perforadas. En el primer caso se debern mecanizar para instalarsobre ellas los carriles DIN y contenedores que albergarn el cableado. Si por el contrario laplaca es perforada, los carriles DIN y los contenedores del cableado se fijan a la placamediante unos elementos de fijacin como son los tuerca-clip.

Los carriles DIN son chapas metlicas que pueden ser de diferentes formas, pero que cumplenunos estndares, con el fin de que cualquier componente pueda ser instalado sobre ellos y seencuentre correctamente fijado.



Figura 5. Diferentes modelos de carril DIN.

El cableado interno del armario se recoge en unos contenedores que pueden tener diferentesformas como son las canaletas, que son elementos huecos de seccin cuadrada de materialplstico, en los que se instala en su interior el cableado del cuadro elctrico. Poseen una tapaen una de sus caras, con el fin de poder acceder al cableado ante una situacin demantenimiento. Adems las canaletas poseen perforaciones, o se les prctica, para poder hacerllegar a los elementos del automatismo sus cables de conexin correspondientes.

En algunos trazados del cableado por el interior del armario quizs sea difcil instalar unacanaleta, o quizs no interese por algn motivo concreto el utilizar la canaleta. En estos casosse utilizan bridas, o espirales con el fin de agrupar los cables para que queden recogidos.

Tambin encontraremos en el interior del cuadro las bornas de conexin. Suelen instalarse enla parte inferior del cuadro, y son elementos que sirven de conexin entre los componentes quese encuentran situados fuera del cuadro y este ltimo. De esta forma la alimentacin elctricaal cuadro, pulsadores, finales de carrera, sensores, receptores, etc., se conectarn a la entradade las bornas de conexin, y la salida de estas con los elementos situados del interior delcuadro.



Figura 6. Bornas de conexin.

Las bornas son elementos individuales, por lo que se necesitarn instalar en el cuadro tantoscomo se necesiten. Se instalan sobre el carril DIN que se ha instalado previamente en elcuadro, y se colocan horizontalmente uno detrs de otro. Al finalizar una tirada de bornes deconexin se instala al final una tapa terminal.

Estos elementos los podemos encontrar de diferentes colores, siendo los tpicos el azul paraconectar el neutro, verde-amarillo para conectar la tierra, y gris para conectar las fases.

A la hora de realizar la distribucin de componentes en el interior del cuadro, situaremos en laparte superior del mismo los elementos que proporcionan la alimentacin al cuadro yprotecciones tales como interruptores magnetotrmicos, diferenciales, etc. En la siguiente filade componentes situaremos los elementos de potencia y maniobra en este orden. En la parteinferior del cuadro encontraremos el bornero de conexiones del cuadro.

Una vez realizada la distribucin de componentes, se fijan los carriles DIN a la placa delarmario, para posteriormente instalar las canaletas por las que estar instalado el cableado.

Una vez tenemos estos pasos realizados solo queda instalar los componentes del automatismosobre los carriles DIN y cablear todos los componentes para un correcto funcionamiento.

1.2.2.Contactor

El contactor es un elemento electromagntico de conexin y desconexin, por lo que es capazde permitir o interrumpir la circulacin de corriente elctrica en un circuito.

El contactor electromagntico es el ms utilizado, aunque existen otros tipos de contactorescomo e electromecnico (accionado por un medio mecnico), neumtico (accionado por la



presin del aire) hidrulico (accionado por la presin de un lquido).

Figura 7. Diferentes modelos de contactor (Siemens a la izquierda, ABB derecha).

En un contactor se pueden distinguir las siguientes partes:

Circuito magntico. Esta formando por el ncleo, armadura y bobina. El ncleo es ellencargado de atraer la armadura cuando la bobina del contactor es excitada. El material conel que esta fabricado es de chapa magntica si se va a utilizar con corriente alterna o dehierro dulce en el caso de corriente continua.

La armadura es el elemento mvil del contactor, y es atrada por el ncleo cuando labobina se encuentra excitada. Al desplazarse de posicin la armadura, los contactos deeste dispositivo se mueven a la vez. El material en el que est fabricada es del mismotipo que el ncleo.

La bobina es un conductor arrollado con el fin de que al circular a travs de ella unacorriente elctrica se genere un campo magntico en el ncleo para que este ltimopueda atraer a la armadura.

Contactos. Los contactos son los elementos que actan como interruptores permitiendo lalcirculacin de corriente elctrica, por lo que son elementos de conexin y desconexin. Enun contactor pueden existir dos tipos de contactos, los principales que se utilizan en elcircuito de potencia y los contactos auxiliares que se utilizan en el circuito de mando.Muelle. El muelle es el elemento encargado de devolver a la armadura a su posicin inicialluna vez que la bobina del contactor ha dejado de ser excitada. Al igual que el muelledevuelve a su estado inicial a la armadura, los contactos vuelven tambin a su estado dereposo. La tensin del muelle debe ser la adecuada con el fin de evitar un posible arcoelctrico en el movimiento de apertura del contactor.Cmaras de extincin. Es la zona del contactor en la que se encuentran instalados loslcontactos y tienen como misin extinguir el arco elctrico que se produce en la apertura delcontactor.Soporte. El soporte es el elemento sobre el que se instalan el resto de componentes dell



contactor.



Figura 8. Despiece de un contactor.

Cuando alimentamos con corriente elctrica la bobina del contactor, se genera un campomagntico en el ncleo y este atrae a la armadura, de forma que arrastra a los contactos. Loscontactos principales se cierran, y los contactos auxiliares normalmente abiertos (NA) secierran y los normalmente cerrados (NC) se abren.

Los contactos mantienen este nuevo estado de conexin mientras que la bobina se encuentreexcitada. Cuando se corte el suministro elctrico a la bobina, esta dejar de establecer uncampo magntico en el ncleo y por lo tanto dejar de ser atrada hacia l la armadura.Gracias al muelle la armadura es devuelta a su posicin original, por lo que los contactosprincipales como auxiliares vuelven a su estado de reposo.

Generalmente los contactos principales de un contactor son tres, y los auxiliares suelen seruno normalmente abierto normalmente cerrado. En algunos modelos podemos encontrarambos contactos auxiliares.

Los contactores no requieren de ningn tipo de mantenimiento, permiten una gran cantidad deoperaciones de conexin y desconexin a lo largo de su vida til.

Dependiendo del modelo y fabricante del contactor, podemos encontrar que pueden trabajartanto en corriente continua como alterna, y a diferentes niveles de tensin como 12, 24, 48 y230 voltios.

A la hora de elegir un contactor hay que tener en cuenta los diferentes factores que van aafectar a este dispositivo mientras se encuentre en rgimen de trabajo. Estas caractersticaspueden ser su intensidad nominal, la categora de empleo, etc.

La intensidad nominal o de servicio es el valor de la corriente que va a estar circulando atravs del contactor cuando se encuentre trabajando.

Las categoras de empleo especifican el tipo de carga que va a alimentar, y las condiciones detrabajo a las que va a estar sometido el contactor. Estas categoras de empleo diferencian a loscontactores por el tipo de corriente con la que trabajan (alterna continua), si trabajanininterrumpidamente, a impulsos, realizan inversiones de giro de motores, etc.

Categoras de funcionamiento en corriente alterna.Categora AC-1 Contactores que gobiernan aparatos receptores, cuyo factor depotencia es al menos igual a 0,95.

Categora AC-2Contactores que gobiernan el arranque, el frenado acontracorriente y la marcha a impulsos de los motores de rotorbobinado.

Categora AC-3 Contactores que gobiernan motores de jaula de ardilla en los queel corte se realiza con el motor lanzado.



Categora AC-4 Contactores que gobiernan el frenado a contracorriente y marchaa impulsos con motores de jaula de ardilla o de rotor bobinado.

Figura 9. Categoras de funcionamiento en corriente alterna.

Categoras de funcionamiento en corriente continua.Categora DC-1 Contactores que gobiernan aparatos receptores en corrientecontinua.Categora DC-2 yDC-3

Contactores que gobiernan el arranque, el frenado acontracorriente y la marcha a impulsos de los motores dederivacin.

Categora DC-4 y DC-5

Contactores que gobiernan el arranque, el frenado acontracorriente y la marcha a impulsos de los motores serie.

Figura 10. Categoras de funcionamiento en corriente continua

Adems los fabricantes de contactores pueden suministrar otros datos interesantes como elpoder de corte (intensidad que un contactor es capaz de interrumpir bajo una tensin dada), elpoder de cierre (intensidad que un contactor es capaz de restablecer bajo una tensin dada) ola vida estimada del contactor (tiempo que dura un contactor segn las condiciones deservicio).

De cara a seleccionar un contactor, deberemos realizar una pequea cuenta para calcular lacorriente nominal a la que va a trabajar el contactor dependiendo de la carga que va aalimentar.

EJEMPLO

Si disponemos un motor de jaula de ardilla de 10 kW y factor de potencia de 0,85, que estalimentado por un sistema trifsico de 220 V.

Lo primero que haremos ser determinar la categora de empleo del contactor a seleccionar.Dado que se va a controlar un motor de jaula de ardilla y est alimentado por corriente alterna,seleccionamos la categora AC-3.

El siguiente paso es calcular la corriente nominal a la que va a trabajar el contactor:

Despejamos la corriente y la obtenemos:



Una vez obtenida la corriente nominal, deberemos seleccionar en un catlogo comercial elcontactor que tenga una corriente nominal de trabajo de valor igual o inmediatamente superioral obtenido. Adems deberemos observar que la tensin de alimentacin de accionamiento delcontactor.

1.2.3.Rels

Un rel es un dispositivo similar a un contactor ya que poseen los mismo elementos internos ysu funcionamiento es idntico, aunque se diferencian entre ellos en la potencia elctrica queson capaces de manejar, siendo est menor para los rels, por lo que se utilizarn este tipo dedispositivos para tareas de mando en los automatismos elctricos. Tambin se les puedeconocer con el nombre de contactores auxiliares.

Figura 11. Diferentes modelos de rels (Rel Finder izquierda, rel Omron derecha).

Los rels estn formados por un ncleo de hierro y a su alrededor por una bobina. Cuando sehace circular una corriente elctrica por la bobina, el ncleo atrae una lmina metlica, ymediante este movimiento los contactos del rel cambian de posicin de forma que loscontactos normalmente abiertos se cierran y los contactos normalmente cerrados se abren.

Una vez se deja de alimentar la bobina el ncleo deja de atraer hacia l la lmina metlica y unmuelle devuelve a esta ltima a su posicin inicial, de forma que los contactos del rel vuelve asu estado de reposo.

Una caracterstica muy interesante de los rels es que pueden trabajar con tipos de corrientediferentes (su bobina puede ser alimentada en continua y los contactos trabajar en alterna)



adems de utilizar diferentes niveles de tensin.

Si por ejemplo tenemos un automatismo que cuenta con un sensor que trabaja a 24 V encorriente continua, la seal que emita cuando detecte cierta situacin ser aprovechable en unautomatismo elctrico que trabaje a 230 V gracias al rel, ya que los 24 V proporcionados porel sensor circularn por la bobina del rel y de manera que los contactos del rel cambiarn deposicin permitiendo la circulacin de corriente elctrica en el circuito de 230 V.

Entre los rels ms utilizados podemos encontrar los enchufables o los de circuito impreso. Losrels enchufables se caracterizan por tener dos partes, el cuerpo del rel y la base o zcalo.

El cuerpo del rel es el elemento que contiene la bobina el ncleo, contactos, etc. Esteelemento se coloca sobre el zcalo que tiene como misin la de facilitar la instalacin del rel,adems de albergar todas los bornes de conexin necesarios para el rel.

Figura 12. Diferentes zcalos de rel de la marca Finder.

1.2.4.Rels temporizados

Los rels temporizados son unos dispositivos que permiten que una accin llevada por unautomatismo pueda retrasarse en el tiempo. Este tipo de operaciones son habituales encualquier proceso automatizado.

Los rels temporizados tienen una parte receptora que deberemos alimentar para que eltemporizador comience a funcionar, y los contactos que actuarn de una forma u otra



dependiendo del tipo de temporizador que se utilice.

El primer tipo de rel temporizado que podemos encontrar es el rel temporizado a la conexin,que se caracteriza por activar sus contactos un tiempo despus de que el temporizador esalimentado

Figura 13. Rel temporizado a la conexin (Izquierda rel ABB, derecha Siemens) y

esquema de funcionamiento.

Mediante el esquema anterior, podemos observar que cuando el temporizador es alimentado,pasa un tiempo establecido (este tiempo se define mediante los selectores que hay en el frontaldel dispositivo). Una vez pasado este tiempo el contacto del rel es accionado, de forma que sies abierto se cierra, o si es cerrado se abre. El contacto mantendr este estado hasta elmomento en el que se deje de alimentar el temporizador, momento en el que el contactovolver a su estado de reposo.

Otro modelo de rel temporizado que podemos encontrar es el rel temporizado a ladesconexin, que se caracteriza por desactivar sus contactos un tiempo despus de que eltemporizador deja de ser alimentado.



Figura 14. Rel temporizado a la desconexin (izquierda ABB, derecha Siemens) y esquema defuncionamiento.

Con el esquema de funcionamiento de este rel, podemos ver que cuando el temporizador esalimentado su contacto cambia de estado de forma que si el contacto en abierto se cierra yviceversa. Cuando dejamos de alimentar el temporizador, pasa un tiempo que se establece conlos selectores del frontal del dispositivo. Una vez pasado este tiempo el contacto del rel vuelvea su estado de reposo.

Por ltimo podemos encontrar los rels temporizados a la conexin-desconexin. Estosdispositivos son un hbrido entre los dos tipos de temporizadores anteriormente vistos.

Adems de estos temporizadores existen otros tipos de temporizadores, como el que es capazde realizar intermitencias, aunque los ms utilizados son los temporizados a la conexin y a ladesconexin.

1.2.5.Cmaras de contactos auxiliares

Las cmaras de contactos auxiliares son elementos que se acoplan a los contactores con el finde conseguir ms contactos auxiliares en los circuitos de mando del automatismo.

Estas cmaras de contactos estn formadas por varios contactos, ya sean abiertos o cerrados,o una mezcla de ambos. Al estar las cmaras de contactos acopladas mecnicamente al



contactor, cuando la bobina de este ltimo es excitada sus contactos de potencia y auxiliares(si dispone de ellos) son accionados, y a su vez mediante el medio mecnico del contactoractiva los contactos de la cmara de contactos.

La utilizacin de estos elementos no es obligatoria, ya que solo se debern utilizar cuandorealmente sea necesario disponer de ms contactos auxiliares y siempre en los contactoresprecisos.

Figura 15. Diferentes modelos de cmara de contactos auxiliares (izquierdaTelemecanique, derecha Siemens)

1.2.6.Fusibles

Los fusibles son dispositivos que tienen como misin proteger un circuito elctrico frente asobreintensidades que son consecuencia de una sobrecarga o un cortocircuito.

Los fusibles estn formados por una envolvente que alberga en su interior un hilo metlico.Este hilo metlico es capaz de soportar la corriente nominal de trabajo para la que estafabricado, pero si se da el caso en el que la intensidad comienza a aumentar, el hilo comienza afundirse como consecuencia del calor que se produce por la circulacin de estasobreintensidad. Una vez que se ha fundido el hilo se abre el circuito elctrico y el fusibleimpide la circulacin de corriente de forma que el circuito queda protegido ya que se queda sinalimentacin.

Los fusibles se instalan en la cabecera de los circuitos elctricos, y van alojados en losportafusibles, que son receptculos habilitados especialmente para instalar los fusibles,aunque en algunos casos pueden formar parte de otros elementos de mando y proteccin decircuitos elctricos como son los seccionadores, interruptores, etc.

Las caractersticas ms relevantes de un fusible son su intensidad nominal y su poder de corte.La intensidad nominal es la corriente que el fusible es capaz de soportar en condiciones



normales, mientras que el poder de corte es la intensidad mxima de cortocircuito que elfusible es capaz de interrumpir.

Aunque poseamos dos fusibles con la misma intensidad nominal, su tamao puede serdiferente a causa del poder de corte que pueda poseer cada uno de ellos.

Figura 16. Curva caracterstica de un fusible

Los fusibles pueden clasificarse segn su forma y segn el tipo de elementos que van aproteger.

Segn su forma podemos encontrar los siguientes tipos:

Fusibles del tipo diazed/neozed. Los fusibles neozed son una evolucin de los diazed. Loslfusibles diazed se les conoce tambin como fusibles botella debido a su forma fsica.



Fusibles del tipo NH. Este tipo de fusibles se pueden encontrar tanto en industria como enledificios del sector terciario. Se suelen utilizar para proteger partes importantes/esenciales

de las instalaciones elctricas. Fusibles cilndricos. Son de los fusibles ms utilizados, y se pueden encontrar tanto enlindustria como en viviendas. Su forma fsica es como la de un cilindro, de ah su nombre

Para instalar cada uno de estos fusibles se utiliza un portafusibles especfico para una correctacolocacin.

Tambin podemos encontrar otra clasificacin de fusibles, que atiende al tipo de elementosque van a proteger. Los ms utilizados son los gL y los aM. Los gL se suelen utilizar enproteccin de lneas y los aM en proteccin de motores.

Los fusibles son componentes econmicos, pero tambin presentan alguna desventaja comoque en instalaciones trifsicas si solo acta uno de los tres fusibles por las otras dos fases



sigue circulando corriente elctrica y por lo tanto los receptores pueden verse afectados poreste hecho.

La sustitucin de los fusibles es un proceso sencillo, pero siempre hay que respetar losparmetros caractersticos de los mismos, ya que si se sustituyen por otros con una intensidadnominal superior por ejemplo la instalacin podra quedarse sin la proteccin que ofrecen losfusibles.

1.2.7.Rels trmicos

Un rel trmico es un elemento que protege a los motores elctricos frente a sobrecargas yfaltas de tensin en una de las fases de alimentacin del motor.

Este tipo de dispositivos estn formados por una lmina bimetlica por la que circula lacorriente elctrica del circuito. A la vez que circula corriente a travs de la lmina se produceun calor a raz de dicha circulacin, y la lmina comienza a curvarse a causa del coeficiente dedilatacin que poseen los dos metales que la componen. Una vez se llega a un punto crtico enla curvatura de la lmina bimetlica, se acciona un mecanismo mediante el cul abre loscontactos que alimentan el circuito.

Figura 20. Rels trmicos (izquierda Siemens, derecha Telemecanique).

Los rels trmicos tambin proporcionan una proteccin especial como es la de deteccin defallo en una fase. De esta manera cuando deje de circular corriente elctrica a travs de una desus fases el rel cortar el circuito. Esto se debe a que al no circular corriente por una de lasfases el bimetal que protege concretamente esa fase no se curva, de manera que el mecanismoque hace disparar al rel trmico se acciona de una forma ms rpida.



Los rels trmicos incorporan en su cuerpo un mando giratorio de regulacin, mediante el cualse podr regular a que intensidad el rel trmico deber disparase. Esta intensidad a la quecalibremos el rel trmico deber coincidir con la intensidad nominal a la que trabaja el motor.

A la hora de elegir un rel trmico deberemos tener en cuenta la corriente que circular atravs de l.

1.2.8.Interruptores magnetotrmicos

Un interruptor magnetotrmico es un equipo que protege a un circuito elctrico frente contrasobrecargas y cortocircuitos. En el momento que detecta alguna de las anomalas mencionadas,desconecta el circuito elctrico del suministro de alimentacin.

Figura 21. Interruptor magnetotrmico ABB.

Los interruptores magnetotrmicos estn formados por dos protecciones diferentes:

Proteccin magntica: Es la que se encarga de proteger frente a posibles cortocircuitos. Estalproteccin se basa en un electroimn por el que circula la corriente elctrica. Cuando estacorriente es debida a un cortocircuito, el electroimn adquiere la suficiente fuerza mediantela cual arrastra de los contactos del magnetotrmico, de forma que abre el circuito elctricoy lo deja sin alimentacin.Proteccin trmica: Es la que se encarga de proteger frente a sobrecargas. Esta proteccinlesta formada por dos contactos metlicos de diferentes materiales. Cuando se produce unasobrecarga poco a poco se dilatan estos contactos, de forma que al ser de distintos materialesuno se dilatar antes que el otro. Segn aumenta la sobrecarga, los contactos se dilatan mshasta el momento en el que se separan y por lo tanto abren el circuito elctrico.



Los interruptores magnetotrmicos pueden tener diferentes polos, es decir el nmero de faseselctricas que circulan a travs de ellos, de forma que podemos encontrar magnetotrmicosunipolares (1 fase), bipolares (2 fases), tripulares (3 fases) y tetrapolares (3 fases y neutro).

En estos equipos de proteccin existen dos propiedades muy importantes como son la corrientenominal y el poder de corte. La primera es la que indica la corriente elctrica a la que va atrabajar el magnetotrmico en condiciones de trabajo. El poder de corte indica la corrientemxima que es capaz de cortar para que el circuito elctrico no sufra daos.

Los magnetotrmicos pueden comportarse de manera diferente dependiendo del tipo de curvaque poseen. Esta reaccin depender de los lmites entre los que se encuentre l curvacaracterstica.

Curva B: Los magnetotrmicos con curva B actan entre 1,1 y 1,4 veces la intensidadlnominal In en la zona trmica y en su zona magntica entre un 3 In y 5 In, o 3,2 In y 4,8 In.Su uso va encaminado a instalaciones que posean receptores resistivos.

Figura 22. Curva caracterstica B de un magnetotrmico ABB S800S.Curva C: Los magnetotrmicos con curva C actan entre 1,13 y 1,45 veces la intensidadlnominal en su zona trmica y en su zona magntica entre 5 In y 10 In, o 7 In y 10 In.proteccin de conductores en instalaciones de uso general, con la posibilidad de conectarpequeos motores, lmparas de descarga, etc.



Figura 23. Curva caracterstica C de un magnetotrmico ABB S800S.Curva D: Los magnetotrmicos con curva D actan en la zona trmica con sobrecargaslcomprendidas entre 1,1 y 1,4 In y en su zona magntica actan entre 10 In y 14 In. Seutilizan en instalaciones donde existen aparatos con elevados impulsos de corriente como



motores cargas capacitivas. Figura 24. Curva caracterstica D de un magnetotrmico ABB S800S.

Una de las principales ventajas que posee este dispositivo es que una vez ha disparado, bastacon pulsar un botn o mover una palanca que accionada por un muelle para rearmar elmagnetotrmico.

1.2.9.Interruptor diferencial

Un interruptor diferencial es un aparato encargado de proteger a las personas frente acontactos indirectos.

Un contacto directo se produce cuando una persona toca un conductor sometido a tensin. Porcontra un contacto indirecto tiene lugar cuando una persona toca la carcasa de un aparatoelctrico y a causa de un defecto de aislamiento de algn cable del aparato comienza a circularcorriente elctrica a travs de la persona.



Figura 25. Diferencia entre contacto directo e indirecto.

En el contacto indirecto si un cable se queda sin aislamiento en alguna zona del mismo y tocala carcasa metlica del aparato, la corriente elctrica no tiene ningn efecto en ese momento.Cuando una persona toca la carcasa, cierra el circuito elctrico existente entre la carcasa y latierra, de forma que comienza a circular la corriente elctrica a travs de las persona. Paraevitar esta posible circulacin de corriente se utilizan los interruptores diferenciales.

Figura 26. Interruptor diferencial.

Un interruptor diferencial esta formado por un toroide que acta como un transformador. Atravs del toroide se instalan los cables de alimentacin de la instalacin elctrica y actancomo devanado primario del transformador. Sobre el toroide se encuentra arrollado unpequeo devanado que acta como secundario del transformador.

El funcionamiento del diferencial se basa en analizar que la suma de corrientes que hay en elprimario es igual a cero. De esta forma en un circuito bifsico (fase y neutro) circulan doscorrientes iguales de signo cambiado, por lo que en el devanado arrollado sobre el toroide no



se induce ninguna corriente elctrica.

En el caso de que se produzca un contacto indirecto, por los cables que forman el primariocircula una corriente elctrica de manera que se induce una corriente en el devanado arrolladosobre el toroide. Si la corriente que circula por este ltimo es lo suficientemente grande actacomo un imn de forma que atrae los contactos del diferencial y abre el circuito elctrico.

Si el aparato elctrico que posee un defecto de aislamiento en alguno de sus cables internosest conectado a tierra, la desconexin realizada por el interruptor diferencial ser losuficientemente rpida antes de que una persona establezca contacto con el aparato.

Al igual que otros elementos vistos en el a unidad, los diferenciales poseen un nmero de polosque suele ser de 2 (bipolar fase y neutro) 4 (tetrapolar 3 fases y neutro).

Los parmetros que caracterizan a los interruptores diferenciales son la corriente nominal y susensibilidad. La primera indica la corriente elctrica que va a circular a travs del diferencialen condiciones normales de trabajo, mientras que la sensibilidad hace referencia a laintensidad mnima necesaria para que el interruptor diferencial realice la desconexin delcircuito elctrico.

Respecto a la sensibilidad de un diferencial, podemos encontrar dos calibres, el de 300 mA,generalmente usado en elementos de fuerza como motores, y el de 30 mA, utilizado eninstalaciones elctricas como viviendas.

1.2.10.Lmparas de sealizacin

Las lmparas de sealizacin se utilizan en los automatismos elctricos con el fin derepresentar algn estado del mismo, ya sea un correcto funcionamiento, una anomala algntipo de emergencia.

Suelen estar compuestas por lo general por lmparas, diodos, fluorescentes, etc. sujetados aun bastidor. Sobre este ltimo se instala una envolvente transparente o coloreada que protegea las lmparas.

En el mercado podemos encontrar diferentes modelos de pilotos de sealizacin, abarcando ungran nmero de formas, tamaos, colores, etc.



Figura 27. Diferentes modelos de lmparas de sealizacin.

Respecto a los colores, algunos de ellos estn reservados para representar algn estadoconcreto como:

Rojo: El color rojo indica que algn tipo de peligro o alarma que requiere una inspeccinlparte de un operario.Amarillo: El color amarillo indica precaucin, a causa de una modificacin o estado prximolen el proceso automatizado.Verde: El color verde indica un correcto funcionamiento del proceso.lAzul/blanco: Estos colores indican algn tipo de informacin que pueda ser interesante paralel proceso automatizado.

Hay que destacar que los pilotos de sealizacin tienen una funcin diferente a algunospulsadores que en su envolvente tambin poseen un indicador luminoso. Por lo que estosltimos nunca se debern utilizar como elementos de sealizacin, ya que para ello existen laslmparas de sealizacin.

1.2.11.Pulsadores

Los pulsadores son elementos mecnicos que permiten cerrar abrir el circuito elctrico de unautomatismo. Son de accionamiento manual, por lo que se requiere de una persona para seraccionados.

Una vez que han sido accionados, vuelven a su estado de reposo, de forma que si al presionarun pulsador cerramos el circuito elctrico, una vez soltemos el pulsador este volver a suestado inicial y se abrir el circuito. De la misma manera ocurre este proceso a la inversa, si envez de cerrar el circuito al ser presionado el pulsador lo abre.

Los pulsadores estn formados por tres componentes como son:

Bastidor: Es el soporte en el que se instalan el resto de componentes del pulsador.lCmaras de contactos: Es el componente en el que se alojan los contactos que permiten lal



apertura o cierre de un circuito elctrico. Normalmente poseen un contacto abierto o cerrado,aunque se pueden encontrar diferentes configuraciones.Mdulo de accionamiento. Es el elemento mediante el cual al ser presionado los contactoslson accionados para cambiar su estado.

Entre los pulsadores que existen en el mercado podemos encontrarlos con formas yaccionamientos diferentes. De esta manera encontramos pulsadores normales, pulsadores deseta de emergencia, pulsadores en los que se requiere de una llave para ser accionados, etc.

Figura 28. Derecha pulsador Siemens, izquierda seta de emergencia Siemens.

En cunto al color de los pulsadores podemos encontrarlos de diferentes colores tambin,siendo los ms caractersticos los siguientes:

Rojo: Un pulsador rojo indica que debe ser accionado para realizar una desconexin de unalmquina o para realizar un paro de emergencia.Amarillo: Un pulsador amarillo se utiliza para detener un proceso cuando existen unaslcondiciones anormales.Verde: Un pulsador de color verde se utiliza para poner en marcha algn procesolautomatizado o una mquina concreta.Otros colores: Los pulsadores que no son de ningn color a los anteriormente mencionadoslse utilizan para tareas de cualquier tipo diferentes a las que reflejan los colores rojo, amarilloy verde.

Los pulsadores pueden ir instalados sobre el propio armario que alberga el automatismo sobre cajas de pulsadores. En el primer caso se deber mecanizar el armario con el fin depoder instalar los pulsadores en la tapa del mismo.

En cambio las cajas de pulsadores ofrecen la ventaja que cuando se adquieren solo hay queinstalar en ellas los pulsadores. Pueden albergar varios pulsadores a la vez. Su utilidad radicaen que pueden ser instaladas en sitios alejados del cuadro elctrico.



Figura 29. Caja de pulsadores Allen Bradley

Si en estas cajas de pulsadores se instala una seta de emergencia, la caja debe ser de coloramarillo para que se produzca un contraste de colores con el fin de identificar msrpidamente este elemento de paro de emergencia.

En el caso de los pulsadores de paro se recomienda instalarlos en la posicin inferior de la cajasi se realiza un montaje vertical y a la izquierda en montajes horizontales.

En el resto de posiciones libres de las cajas se instalarn el resto de pulsadores.

1.2.12.Finales de carrera

Un final de carrera es un elemento que permite detectar la posicin de un objeto. Se trata deun dispositivo mecnico, muy parecido a un pulsador, salvo por la diferencia que en vez de seraccionado por personas es accionado por objetos.

Los finales de carrera se componen por un bastidor que alberga los contactos abiertos ycerrados de los que puede disponer (dependiendo del modelo podr tener unos u otros o unacombinacin de ambos), la envolvente que protege al propio final de carrera y el elementoaccionador del dispositivo que se encarga de detectar el objeto en cuestin y que da la orden alos contactos para cambiar de estado.

Los finales de carrera pueden tener poseer diferentes formas con el fin de detectar objetos deformas fsicas variadas y desde distintas posiciones, de forma que puedan instalarse de lamejor forma posible para cada aplicacin.



Figura 30. Diferentes modelos de final de carrera marca Honeywell

Como podemos ver a efectos prcticos los finales de carrera son pulsadores, con la diferencia de que los primeros son accionados por objetos y los segundos por una persona. Al tratarse deun elemento bastante sencillo requiere de poco mantenimiento.

Para elegir un final de carrera nos guiaremos por el nmero de contactos que posee, ya seanabiertos o cerrados, la vida til aproximada que tiene el dispositivo (nmero de maniobrasestimadas por el fabricante que podr realizar) y el tipo de esfuerzo mecnico al que sersometido a la hora de detectar objetos.

Estos elementos estarn instalados fuera del cuadro elctrico del automatismo, ya que estarnrepartidos por las diferentes zonas del proceso o mquina que deseemos automatizar.

1.2.13.Fuentes de alimentacin

Una fuente de alimentacin es un equipo que transforma la corriente alterna en continua,adems de reducir el nivel de tensin en el que trabajamos. De esta manera si nuestroautomatismo trabaja a 230 V, y tenemos algn elemento que trabaja a 24 V u otra tensindiferente (como un rel, un sensor, etc.), utilizaremos para realizar este cambio de tensin unafuente de alimentacin.



Figura 31. Diferentes modelos de fuente de alimentacin para carril DIN (izquierdaELC, derecha Omron)

Estos dispositivos estn formados por un transformador que se encarga de reducir el nivel detensin al deseado, un puente de diodos que se encargar de transformar la corriente alternaen continua y una serie de componentes electrnicos tales como condensadores con el fin deobtener a la salida de la fuente de alimentacin una seal en continua lo ms perfecta posible.



Figura 32. Esquema interno de una fuente de alimentacin

1.2.14.Sensores

Los sensores son aquellos dispositivos que se encargan de detectar una situacin determinadacon el fin de que una vez realizada la deteccin el proceso automatizado ejecute una accindeterminada.

Cada tipo de sensor puede detectar una situacin concreta. Por ejemplo un sensor detemperatura detectar una variacin de temperatura, mientras que un sensor capacitivo deproximidad podr detectar un objeto a cierta distancia.

Este tipo de dispositivos los encontraremos generalmente fuera del cuadro elctrico, ya que



sern utilizados en diferentes partes de la mquina o proceso automatizado.

1.2.15.Receptores

Los receptores son los equipos que controlaremos mediante el automatismo elctrico.Generalmente accionaremos mediante el automatismo motores, aunque se pueden controlarotros receptores como pueden ser sistemas de alumbrado, electrovlvulas, etc.

Tema 1-Componentes de un automatismo eléctrico

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