REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACION INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA "ALONSO GAMERO" CORO ESTADO FALCON.
CONTROLES ELÉCTRICOS Y NEUMÁTICOS.
Ing. VISTRIMIRO HIDALGO.
CORO, NOVIEMBRE DEL 2003.
CONTROLES ELÉCTRICOS Y NEUMÁTICOS.
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACION INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA "ALONSO GAMERO" CORO ESTADO FALCON.
CONTROLES ELÉCTRICOS Y NEUMÁTICOS.
Trabajo de ascenso elaborado como requisito para optar a la categoría de Profesor Titular. Presentado ante el Consejo Directivo del Instituto Universitario de Tecnología "Alonso Gamero".
Ing. VISTRIMIRO HIDALGO.
CORO, NOVIEMBRE DEL 2003.
DEDICATORIA A DIOS, FUENTE DE MI VIDA E INSPIRACION A MI MADRE A MI ESPOSA A MIS HIJOS, MIS FAROS EN ESTE MUNDO A MIS ALUMNOS.
AGRADECIMIENTO Mis más expresivas y sinceras gracias a la Ing. Ana Velásquez por todo su apoyo en la realización de este libro, por su entusiasta colaboración para conmigo, a los Ingenieros Ernesto Sánchez, Wences Roméro y Gregorio Rodríguez por sus aportes y observaciones en la revisión y corrección del trabajo.
RESUMEN Hidalgo H., Vistrimiro A. CONTROLES ELÉCTRICOS Y NEUMÁTICOS. El presente trabajo representa una exhaustiva investigación bibliogràfica, con la cual se condensa en un libro de texto los principales fundamentos para el estudio de los circuitos de control eléctrico y neumático. Se utiliza como principales fuentes bibliogràficas las siguientes normas de gran influencia a nivel mundial sobre la tecnología básica de control eléctrico y neumático: •
•
•
•
International Electrotecnical Comission (IEC). “Comisión Electrotécnica Internacional”. National Electric Manufacturer Association (N.E.M.A.). Nacional de Manufacturadores Eléctricos”. USA.
“Asociaciòn
American National Standards Institute (A.N.S.I.). “Instituto Nacional de Normas Americanas”. USA. International Organization Standards (I.S.O.) “Organización de Estándares Internacionales”.
Los catálogos de productos de control eléctrico y neumático son fuentes importantes en la conformación del libro para ayudar a identificar elementos de control. Dichos catálogos fueron obtenidos a través de los portales de Internet de varios fabricantes. El libro se presenta en cuatro capítulos: El primero trata sobre elementos que conforman los circuitos de control eléctrico, su definición, simbología, formas de conexión y esquemas básicos para representar los circuitos de control. En el segundo se desarrollan aplicaciones dirigidas al accionamiento de motores de AC y DC. El tercero trata sobre los principios básicos de neumática. El cuarto trata sobre el desarrollo de aplicaciones con accionamiento neumático. El libro contiene abundantes ejemplos y ejercicios prácticos que ayudan a adquirir habilidades y destrezas en el análisis de controles eléctricos y neumáticos.
El jurado nombrado por el Consejo Directivo del Instituto Universitario de Tecnología "Alonso Gamero", para calificar el trabajo de ascenso: CONTROLES ELÉCTRICOS Y NEUMATICOS., presentado por el profesor Ing. Vistrimiro Hidalgo, en cumplimiento a los fines previstos en el artículo 74 del reglamento del Personal Docente y de Investigación de los Institutos y Colegios Universitarios y el artículo 42 del régimen complementario para el Ingreso y Ascenso del Personal Docente de los Institutos y Colegios Universitarios, aprueba el trabajo para ascender a la categoría de Profesor Titular.
Lugar y fecha: Jurado:
______________________ COORDINADOR: C.I:
______________________ PROFESOR: C.I:
_____________________ PROFESOR: C.I:
INDICE GENERAL DEDICATORIA. AGRADECIMIENTO. CARTA DE APROBACIÓN. RESUMEN. INTRODUCCIÓN. ......................................................................................1
CAPITULO I: ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN LOS CIRCUITOS DE CONTROL ELECTRICO. 1.-INTRODUCCIÓN. .................................................................................5 2.-DEFINICION DE CONTROL ELECTRICO. ..........................................6 3.-ELEMENTOS DE MANIOBRAS. ..........................................................8 3.1.-ELEMENTOS DE MANIOBRAS MANUALES. ..........................8 3.1.1.-INTERRUPTORES. ...................................................9 3.1.2.-PULSADORES. .........................................................9 3.1.3.-SECCIONADORES. ..................................................12 3.2.-ELEMENTOS DE MANIOBRAS AUTOMATICOS. ...................14 3.3.-APARATOS DE PROTECCION. ..............................................16 3.3.1.-FUSIBLES. ...............................................................16 3.3.2.-ELEMENTOS DE PROTECCION AUTOMATICOS. 16 4.-EL CONTACTOR. ................................................................................17 4.1.-PARTES FUNDAMENTALES DEL CONTACTOR. ..................18 4.1.1.-CARCAZA. ...............................................................18 4.1.2.-CIRCUITO ELECTROMAGNETICO. .......................20
4.1.3.- CONTACTOS. ..........................................................21 4.2.-FUNCIONAMIENTO DEL CONTACTOR. .................................25 4.3.-VENTAJAS EN EL USO DE CONTACTORES. ........................26 4.4.-SELECCION DE CONTACTORES. ..........................................28 5.-ELEMENTOS DE MANDO. ..................................................................28 5.1.-TIPOS DE ELEMENTOS DE MANDO. .....................................29 5.1.1.-SEGUN SU APARIENCIA Y FORMA EXTERIOR. ....29 5.1.2.-SEGUN LA FUNCION QUE REALIZAN. ..................33 6.-ELEMENTOS AUXILIARES DE MANDO. ...........................................35 6.1.-FINALES DE CARRERA O INTERRUPTORES DE POSICIÓN. .....................................................................35 6.2.-RELES DE TIEMPO O TEMPORIZADORES. .........................36 6.2.1.-TEMPORIZADORES AL TRABAJO. .......................37 6.2.2.-TEMPORIZADORES AL REPOSO. ........................37 6.2.3.-PRINCIPIOS DE CONSTRUCCION Y FORMA DE OPERACIÓN DE TEMPORIZADORES. .............................................38 6.3.- INTERRUPTORES DE PRESION O PRESOSTATO. ...... .....38 6.3.1.-PRESOSTATOS DE MEMBRANA. .........................39 6.3.2.-PRESOSTATOS TUBULARES. ..............................39 6.4.-INTERRUPTORES DE TEMPERATURA O TERMOSTATOS. 40 6.4.1.-TERMOSTATOS BIMETALICOS. ...........................41 6.4.2.-TERMOSTATOS DE TUBO CAPILAR. ...................42 6.5.-DETECTORES DE PROXIMIDAD. ..........................................42
6.5.1.-DETECTORES INDUCTIVOS. ................................43 6.5.2.-DETECTORES CAPACITIVOS. ..............................44 6.6.-DETECTORES FOTOELECTRICOS. .....................................46 6.6.1.-DETECTORES FOTOELÉCTRICO DE BARRERA. 48 6.6.2.-DETECTORES FOTOELÉCTRICO REFLEX. .......49 6.6.3.-DETECTORES FOTOELECTRICOS DE PROXIMIDAD. ......................................................49 6.7.- INTERRUPTORES DE NIVEL. ...............................................52 6.8.-PROGRAMADORES DE LEVAS. ............................................57 6.9.-OTROS DETECTORES. ..........................................................58 7.-ELEMENTOS DE SEÑALIZACION. ....................................................59 7.1.-ELEMENTOS DE SEÑALIZACION ACUSTICA. ......................59 7.2.-ELEMENTOS DE SEÑALIZACION OPTICA. ...........................59 8.-ELEMENTOS DE PROTECCION. .......................................................61 8.1.-RELE TERMICO. ......................................................................62 8.2.-RELE TERMICO DIFERENCIAL. .............................................64 8.3.-RELE TERMOMAGNETICO. ....................................................65 8.4.-RELE ELECTROMAGNETICO. ................................................66 8.5.-RELE ELECTROMAGNETICO DIFERENCIAL. .......................66 8.6.-RELE DE ESTADO SOLIDO. ...................................................66 9.-SIMBOLOS DE ELEMENTOS DE CONTROL ELECTRICO. ..............69 10.-ESQUEMAS DE CONTROLES ELECTRICOS. ................................70 10.1.-ESQUEMAS DE UBICACION DE COMPONENTES. .............70
10.2.-ESQUEMAS DE MONTAJE O CONEXIONES. ......................74 10.2.1.-ESQUEMA MULTIFILAR. .......................................74 10.2.2.-ESQUEMA UNIFILAR. ............................................76 10.2.3.-ESQUEMA INALAMBRICO. ...................................76 10.3.-ESQUEMAS DE INTERCONEXION O ENLACE. ..................77 10.4.-ESQUEMAS FUNCIONALES. ...............................................77 11.-DESARROLLO DE EJEMPLOS. .......................................................81 12.-EJERCICIOS DE DESARROLLO. .....................................................87
CAPITULO II: ACCIONAMIENTO DE MOTORES A TRAVES DE CIRCUITOS DE CONTROL ELECTRICO. 1.-INTRODUCCION. ................................................................................99 2.-CARACTERISTICAS DE ARRANQUE DE LOS MOTORES DE AC. .............................................................................................100 3.-ARRANQUE DIRECTO DE MOTORES DE AC. .................................100 3.1.-ARRANQUE DE UN SOLO MOTOR. .......................................101 3.2.-ACCIONAMIENTO AUTOMATICO CON UN MOTOR. ............104 3.3.-ARRANQUE DE DOS MOTORES. ..........................................108 3.4.-ARRANQUE DE TRES MOTORES. ........................................113 4.-INVERSION DE GIRO DE MOTORES DE AC. ...................................117 5.-FRENADO DE MOTORES. .................................................................125 5.1.-FRENADO POR CONTRACORRIENTE O INVERSIÓN DEL CAMPO. ..................................................................................126 5.2.-FRENADO CON ELECTROIMAN. ..........................................130 6.-ARRANQUE POR CONMUTACION ESTRELLA TRIANGULO. ........133
7.-ARRANQUE A TRAVES DE RESISTENCIAS EN EL ESTATOR. .....139 8.-ARRANQUE A TRAVES DE RESISTENCIAS EN EL ROTOR. .........144 9.-ARRANQUE USANDO AUTO-TRANSFORMADOR O COMPENSADOR. .............................................................................148 10.-ACCIONAMIENTO DE MOTORES DE DOS VELOCIDADES. ........152 10.1.-MOTORES DE BOBINADOS SEPARADOS. ........................153 10.2.-MOTORES DAHLANDER. ....................................................156 11.-ACCIONAMIENTO DE MOTORES DE INDUCCIÓN MONOFASICOS. ..............................................................................161 11.1.-MOTORES CON INTERRUPTOR CENTRIFUGO. ..............162 11.2.-MOTORES CON RELE DE CORRIENTE. ...........................167 11.3.-MOTORES CON RELE DE VOLTAJE. ................................169 12.-ACCIONAMIENTO DE MOTORES DE DC. ....................................170 12.1.-ACCIONAMIENTO DE MOTORES SERIE. .........................170 12.2.-ACCIONAMIENTO DE MOTORES PARALELOS. ..............174 12.3.-ACCIONAMIENTO DE MOTORES COMPUESTOS. ..........177 13.-FORMULACION LOGICA DE UN PROBLEMA DE CONTROL ELECTRICO. .................................................................................180 14.- EJERCICIOS DE DESARROLLO. ..................................................196
CAPITULO III: ACCIONAMIENTO NEUMÁTICO Y CIRCUITOS DE CONTROL. 1.-INTRODUCCION. ..............................................................................226 2.-DEFINICION DE CONTROL NEUMÁTICO. ......................................228 3..-COMPONETES DE UN SISTEMA DE CONTROL NEUMATICO. ...229
3.1.-ELEMENTOS DE ABASTECIMIENTO DE AIRE. ...................231 3.1.1.-EL COMPRESOR. ..................................................232 3.1.2.-EL ACUMULADOR. ................................................234 3.1.3.-EL SECADOR. ........................................................234 3.1.4.-UNIDAD DE MANTENIMIENTO. ............................237 3.2.-VALVULAS. .............................................................................244 3.2.1.-VALVULAS DE VIAS. .............................................245 3.2.2.-VALVULAS ANTIRRETORNO. ...............................250 3.2.3.-VALVULAS REGULADORAS DE FLUJO. ..............250 3.2.4.-VALVULAS DE PRESION. .....................................252 3.2.5.-VALVULAS COMBINADAS. ...................................253 3.3.-ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO. (ACTUADORES) .......261 3.3.1.-ACTUADORES LINEALES. ....................................261 3.3.2.-MOTORES NEUMÁTICOS. ....................................271 3.3.3.-ACTUADORES GIRATORIOS. ...............................276 3.3.4.-PINZAS NEUMÁTICAS DE SUJECIÓN. .................277 3.3.5.-ACTUADORES DE SUCCION. ...............................278 4.-RESUMEN DE SÍMBOLOS NEUMÁTICOS. ......................................279 5.-ESQUEMAS DE CONTROL NEUMÁTICO. .......................................281 6.-EJERCICIOS DE DESARROLLO. .....................................................286
CAPITULO IV: APLICACIONES DE CONTROL NEUMATICO. 1.-INTRODUCCION. ..............................................................................299 2.-CIRCUITOS NEUMÁTICOS Y ELECTRONEUMATICOS BÁSICOS. 300
2.1.-CIRCUITOS CON UN SOLO ACTUADOR. ............................300 2.2.-CIRCUITOS CON DOS CILINDROS. .....................................304 2.3.-CIRCUTOS CON VARIOS ACTUADORES. ...........................309 3.-APLICACIONES BASICAS DE AUTOMATIZACIÓN CON SISTEMAS NEUMÁTICOS. ..............................................................312 EJEMPLO No. 4.1. .........................................................................314 EJEMPLO No. 4.2. .........................................................................317 EJEMPLO No. 4.3. .........................................................................219 EJEMPLO No. 4.4. .........................................................................322 EJEMPLO No. 4.5. .........................................................................325 EJEMPLO No. 4.6. .........................................................................329 4.-EJERCICIOS DE DESARROLLO. .....................................................335 ANEXO No. 1: EXTRACTO DE LA NORMA NEMA ICS 19-2002. .......345 ANEXO No. 2: EXTRACTO DE LA NORMA NEMA ICS 2.4-2003. .....378 ANEXO No. 3: IDENTIFICACIÓN DE TERMINALES DE EQUIPOS SEGÚN NORMA IEC 60445. ........................................384 ANEXO No. 4. EXTRACTO DE LA NORMA NEMA ICS 2-2002. .........394 ANEXO No. 5. EXTRACTO DE CATALOGO DE PRODUCTOS TELEMECANIQUE. ......................................................402 BIBLIOGRAFÍA. .....................................................................................445
INTRODUCCION
La tecnología relacionada con el control eléctrico se remonta a los inicios de la explotación comercial de la energía eléctrica. La necesidad de realizar maniobras de conexión y desconexión de circuitos, máquinas o cargas eléctricas en general, de una manera rápida y segura, conllevó al desarrollo de elementos o dispositivos de control, los cuales se combinan en circuitos básicos para producir una función de control.
Por otro lado el
control neumático es más antiguo, sus orígenes se remontan a los albores de la revolución industrial su uso declinó en la década de los 70 y 80 pero nuevamente han adquirido importancia en tecnologías de automatización a través de robots industriales. Los sistemas electro neumáticos representan hoy día una combinación muy ventajosa en aplicaciones de automatización industrial. El presente libro contiene una importante revisión bibliográfica de los aspectos básicos relacionados con los controles eléctricos y neumáticos. Se han utilizado como principales fuentes informativas las siguientes: normas internacionales patrocinadas por la Comisión
Electrotécnica Internacional
(IEC), la Organización Internacional de Estándares (ISO),
las normas del
Instituto Nacional de Normas Americanas (ANSI) de los Estados Unidos de Norteamérica, las normas de la Asociación de Manufacturadores Eléctricos Americanos (NEMA), catálogos de fabricantes de dispositivos usados para el control eléctrico tanto de origen Europeo como Norteamericano, libros relacionados con el tema, artículos publicados en la Internet, etcétera. Adicionalmente se ha volcado la experiencia del autor con más de veinte años dedicado a la docencia universitaria en diferentes cátedras relacionadas con la electrotecnia y el control automático.
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El libro se ha estructurado en cuatro grandes capítulos.
Los dos
primeros tratan sobre los controles eléctricos y los dos últimos sobre los controles neumáticos. En el primer capítulo se define el control eléctrico, se clasifican los diferentes elementos que constituyen el control eléctrico de acuerdo a la función que realizan dentro del sistema, luego dentro de cada clase, se definen y describen los principales dispositivos, asociándolo a un símbolo de acuerdo a la norma internacional IEC 60617.
Se aborda también en el
capítulo uno, los diferentes esquemas usados de manera común para representar los circuitos de control eléctrico, asi como el manejo de catálogos de fabricantes que permiten seleccionar dispositivos que constituyen circuitos de control de acuerdo a las
características técnicas requeridas por la
aplicación y las condiciones de operación de sistema. A través de los diferentes anexos del libro se induce el estudio de los símbolos correspondientes a la norma americana NEMA y asi formarse una idea más general sobre la representación de esquemas eléctricos de control bajo otras normas importantes a nivel mundial. En el capítulo dos se desarrollan aplicaciones relacionadas con el control eléctrico. Las aplicaciones que usan circuitos de control eléctrico son innumerables, tales como: sistemas de iluminación, de refrigeración, aire acondicionado, calefacción, aire comprimido, bombeo, transporte de sólidos, grúas,
etcétera.
Sin embargo, una gran mayoría de éstas utiliza el
accionamiento de uno o varios motores eléctricos de corriente alterna o de corriente contínua para el desarrollo de un proceso en particular. Siendo el accionamiento de motores eléctricos básico para un gran número de aplicaciones, se estudia en forma detallada en el capitulo dos las principales formas de accionar los motores trifásicos y monofásicos de corriente alterna, asi como los de corriente contínua.
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Son estudiados en el capítulo dos: el arranque directo de uno, de dos y de tres motores, la inversión de giro en motores de corriente alterna, el frenado de motores, el arranque a tensión reducida por varios métodos, el accionamiento de motores de dos velocidades, el accionamiento de motores monofásicos y el accionamiento de motores de corriente contínua. Al final del capitulo dos se establece una forma de presentar un problema de control eléctrico mediante una estructura
lógica utilizando
ecuaciones Booleanas. Esta manera de formular el problema es básica a la hora de desarrollar las aplicaciones utilizando controladores lógicos programables (PLC). En el tercer capítulo del libro se define el control neumático, se estudian y clasifican los principales componentes del sistema de control neumático, se definen y describen sus principales características, principios de operación, símbolos usuales, esquemas más usuales, etcétera. En el capítulo cuatro se desarrollan aplicaciones de control neumático, desde aplicaciones básicas con un actuador hasta esquemas más complejos con varios tipos de accionadores neumáticos. La estructuración del libro permite que se adapte a los programas de estudio de controles eléctricos y neumáticos a nivel universitario. El libro tiene una edición electrónica en formato de Microsoft Word y en PDF. La versión en PDF se incluye totalmente en un CD encartado con el texto. El CD incluye además, manuales de varios fabricantes de dispositivos de control eléctrico y neumático, asi como también normas de uso general.
CAPITULO I ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN LOS CIRCUITOS DE CONTROL ELECTRICO.
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CAPITULO I ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN LOS CIRCUITOS DE CONTROL ELECTRICO. 1.- INTRODUCCION. La energía eléctrica ha hecho posible el mundo moderno como lo conocemos hoy día, el ser humano la usa para su beneficio casi sin percatarse de su presencia en nuestros hogares, sitios de trabajo, lugares de recreación, etcétera. electricidad,
Sólo cuando por alguna razón falla el suministro de
aunque sea brevemente, se percata su impacto en nuestras
vidas. Desde los inicios de la industrialización de la electricidad se tiene muy presente el silencioso peligro que se corre al manipular energía eléctrica, esta tarea se reserva a personal bien entrenado. Desde el comienzo siempre se buscó que el usuario de los equipos eléctricos lo hiciese de manera segura y sin mayor riesgo para su vida o salud, esa misión siempre ha estado en constate desarrollo e innovación, obteniéndose cada vez productos tecnológicos que permiten manipular la energía eléctrica no solo de manera segura, sino además efectiva y eficiente. El uso de energía eléctrica ha permitido la automatización de múltiples actividades humanas; en el hogar, la industria, en los comercios, etcétera. Se han desarrollado infinidad de equipos, elementos y sistemas de automatización, que han redundado en una mayor calidad de vida, mejores condiciones de trabajo, mayor productividad y muchos otros beneficios para las personas que poseen los servicios de energía eléctrica. En este capítulo se estudiarán un conjunto de sistemas conocidos como controles eléctricos los cuales tienen aplicación fundamental en la industria y el comercio, sin embargo, sus principios se extienden a otras aplicaciones como en el hogar y la recreación. Se definirá lo que se conoce
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como control eléctrico, se estudiarán sus principales componentes, se definirá la simbología de los componentes bajo las principales normas internacionales, se definirán y estudiarán los principales esquemas utilizados para la representación de los sistemas de control eléctrico.
2.-DEFINICION DE CONTROL ELECTRICO El Código Eléctrico Nacional (CEN) de Venezuela, del año 1990, define un controlador de la siguiente manera: “Un dispositivo o grupo de dispositivos que sirve para gobernar, de alguna manera predeterminada, la energía eléctrica suministrada a los aparatos a los cuales está conectado.” (pg. 22) La Asociación Nacional de Manufacturadores Eléctricos (NEMA), de los Estados Unidos de América, en su publicación ICS-1-2000, página 6, define el control eléctrico exactamente igual a la definición citada para el controlador por el CEN. Para efectos del presente trabajo se considera un control eléctrico como un conjunto de elementos eléctricos o electrónicos que accionan contactos; todos interconectados eléctricamente a través de conductores, con el propósito de establecer una función de control sobre un equipo o conjunto de equipos. La función de control consiste en permitir o cerrar el paso de energía eléctrica al equipo o a parte de éste. Muy a menudo un sistema de control que actúe de la manera descrita anteriormente recibe el nombre de control: todo o nada, prendido o apagado, on – off, abierto o cerrado, 1 – 0 , etcétera. Los elementos que conforman un sistema de control eléctrico se pueden clasificar de acuerdo a la función que desempeñan. Se definen las siguientes funciones dentro del sistema de control eléctrico: •
Maniobras.
•
Mando manual.
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•
Mando auxiliar o automático.
•
Señalización.
•
Protección.
Para la ejecución de cada una de estas funciones existen elementos especializados; entonces dentro del sistema de control eléctrico tenemos: Elementos de maniobras, elementos de mando, elementos auxiliares de mando, elementos de señalización y elementos de protección. En la figura 1.1 se muestra en un diagrama general, los diferentes elementos que componen el control eléctrico, todos ellos interrelacionados para producir la función de control del sistema.
Figura 1. 1 Interconexión de los elementos de un control eléctrico.
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3.-ELEMENTOS DE MANIOBRAS. En los circuitos de control eléctrico la función de maniobras consiste en energizar o desenergizar los equipos de potencia del sistema; tales como motores eléctricos, cargas de alumbrado, calentadores, etc. Elementos de maniobras son todos aquellos aparatos que permiten el paso o la interrupción de la corriente de la red a una carga eléctrica. Los elementos de maniobras pueden agruparse de la siguiente manera: •
Elementos de maniobras manuales.
•
Elementos de maniobras automáticos.
•
Aparatos de protección.
A continuación detallaremos cada uno de estos elementos.
3.1.-ELEMENTOS DE MANIOBRAS MANUALES. Son aparatos que requieren la acción de un operador para ejecutar la operación de energización o desenergización de una carga o equipo eléctrico. Estos dispositivos pueden tener poder de corte o no. El poder de corte se refiere a la capacidad que posee el aparato para interrumpir una corriente o para conectar una carga. La capacidad de corte se expresa por lo general en amperios o Kilo-amperios. Los principales elementos de maniobras manuales usados en controles eléctricos son los siguientes: •
Interruptores.
•
Pulsadores.
•
Seccionadores.
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A continuación se estudian brevemente cada uno de estos elementos.
3.1.1.-INTERRUPTORES. De acuerdo con la norma IEC 60947-1, los interruptores son aparatos con cierto poder de corte para abrir y/o cerrar circuitos bajo carga normal y circunstancialmente en condiciones de sobrecarga.
Puede soportar cierto
tiempo las condiciones anormales de corriente durante un cortocircuito pero no las interrumpe.
Se construyen diferentes modelos de interruptores;
basculantes (apagadores), rotativos, de cuchillas, etc. Sus principales características técnicas son las siguientes: •
Tensión nominal.
•
Número de polos.
•
Corriente nominal.
•
Capacidad de interrupción.
•
Sistema constructivo.
En la figura 1.2 se muestra un diagrama para el accionamiento de un motor a través de un interruptor trifásico manual. La red trifásica se conecta al motor a través de un grupo de fusibles y un interruptor. El interruptor se encarga de conectar y desconectar al motor. En la figura 1.3 se muestra el símbolo usado para representar un interruptor de acuerdo con las normas IEC 60617.
3.1.2.-PULSADORES. Son aparatos de maniobra con cierto poder de corte. Se diferencian de los interruptores porque cierran o abren circuitos mientras actúa sobre ellos una fuerza externa (del operador o usuario) en el mecanismo de accionamiento, el dispositivo retoma su posición de reposo una vez que cesa la fuerza
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aplicada. El más familiar de estos aparatos son los usados en las bocinas de automóviles y timbres residenciales.
Figura 1. 2 Conexión de un motor a través de un interruptor.
Las características eléctricas principales son similares a las reseñadas para los interruptores manuales.
En los circuitos de control eléctrico son
usados mas a menudo como elementos de mando, que como elementos de maniobras. En la figura 1.4 se muestran varios grupos de pulsadores. En la figura 1.5 se muestran símbolos de pulsadores accionados por diferentes mecanismos.
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Figura 1. 3 Símbolos de interruptores eléctricos.
Figura 1. 4 Pulsadores típicos. (Fuente Telemecanique)
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Figura 1. 5 Símbolos de pulsadores.
3.1.3.-SECCIONADORES. Según la norma IEC 60947-1, los seccionadores son aparatos de maniobras sin poder de corte capaces de abrir y/o cerrar circuitos cuando están sin carga o cuando es despreciable la corriente a interrumpir o establecer. En la figura 1.6 se muestran seccionadores tripolares típicos usados en controles eléctricos. Las principales características técnicas de los seccionadores son las siguientes: •
Tensión nominal.
•
Número de polos.
•
Corriente nominal.
•
Sistema constructivo.
•
Si alojan o no fusibles.
En la figura 1.7 se muestran símbolos normalizados por la IEC para seccionadores en diferentes formas constructivas.
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Figura 1. 6 Seccionadores típicos. (Fuente Telemecanique)
Figura 1. 7 Símbolos de seccionadores.
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3.2.-ELEMENTOS DE MANIOBRAS AUTOMATICOS. Son dispositivos diseñados para abrir y/o cerrar circuitos en función de las magnitudes que alcanzan ciertas variables físicas tales como: corriente, voltaje, frecuencia, temperatura, presión, espacio, tiempo, etcétera. Los más importantes son los interruptores automáticos o disyuntores; que son aparatos de conexión - desconexión de circuitos;
capaces
de
establecer, soportar e interrumpir corrientes bajo condiciones normales del circuito, así como establecer, soportar durante un tiempo determinado e interrumpir corrientes de cortocircuito. El disyuntor puede actuar por sobrecargas, cortocircuitos, sobrevoltaje o por bajos voltajes.
Al producirse cualquiera de estas anomalías
desconectan automáticamente la fuente de alimentación del circuito. Para volver a recuperar el circuito se procede a una acción de rearme manual. Uno de los interruptores automáticos más usado es el breaker, el cual protege los circuitos ramales y alimentadores de instalaciones eléctricas. Sus principales características técnicas son las siguientes: •
Tensión nominal.
•
Número de polos.
•
Corriente nominal.
•
Capacidad de interrupción.
•
Sistema constructivo.
•
Variables físicas que lo accionan.
Los contactores también pueden ser agrupados dentro de los aparatos automáticos de maniobras. Estos se estudiarán con detalle más adelante. En la figura 1.8 se muestra un grupo de aparatos automáticos de maniobras usados de manera común en circuitos de control eléctrico. En la figura 1.9 se muestran algunos símbolos usados para representar elementos de maniobras automáticos, de acuerdo con la norma
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IEC-60617. Como se verá mas adelante la representación de los contactores se hace mediante otros símbolos.
Figura 1.8 Elementos telemecani ue
de
maniobras
automáticos.
Figura 1. 9 Símbolos de interruptores automáticos.
(Fuente
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3.3.-APARATOS DE PROTECCION. Son dispositivos destinados a interrumpir la alimentación del circuito cuando se presenta una irregularidad en su funcionamiento, particularmente sobrecargas y cortocircuitos. Dentro de esta categoría se ubican dos elementos particulares: •
•
Fusibles. Aparatos de protección automáticos.
3.3.1.-FUSIBLES. Son conductores calibrados para permitir el paso de una determinada magnitud de corriente, de manera tal que al producirse una sobrecorriente el conductor se fundirá y desconecta la fuente de alimentación de la carga. En los circuitos de control eléctrico se usan comúnmente los fusibles como elementos de protección contra cortocircuitos y no contra sobrecargas. Los fusibles se construyen de una gran diversidad de formas: tapones, bayonetas, cartuchos, cuchillas, alambre, etcétera. En la figura 1.10 se muestra un grupo de fusibles típicos. En la figura 1.11 se muestra el símbolo usado para representar un fusible según la norma IEC.
3.3.2.-ELEMENTOS DE PROTECCION AUTOMATICOS. Son aparatos destinados a brindar protección contra sobrecargas y no contra cortocircuitos.
Se usan en combinación con los contactores para
despejar los problemas de sobrecarga en el circuito. Los más utilizados son los relés térmicos, termomagnéticos y electromagnéticos, todos serán estudiados más adelante.
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Figura 1. 10 Fusibles típicos.
Figura 1. 11 Símbolos de fusibles.
4.-EL CONTACTOR. El contactor es un aparato de maniobra automático con poder de corte, se usa para abrir y/o cerrar circuitos en carga o en vacío. Es definido
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también como un interruptor gobernado a distancia a través de su electroimán. Es el corazón de los circuitos de control eléctrico; se encarga de las maniobras de potencia del sistema, conectando o interrumpiendo la energía que fluye hacia las máquinas o equipos sujetos a control. En la figura 1.12 se muestra un grupo de contactores de varios fabricantes importantes. En la figura 1.13 se muestra el símbolo usado para el contactor según la norma IEC.
4.1.-PARTES FUNDAMENTALES DEL CONTACTOR. Un contactor es una estructura muy simple; consta de las siguientes partes: •
Carcaza.
•
Circuito electromagnético.
•
Contactos.
En la figura 1.14 se muestra un diagrama con los diferentes componentes del contactor. Se detallan a continuación cada una de las partes que componen el contactor.
4.1.1.-CARCAZA. Es el órgano de sustentación de todos los demás componentes del contactor, se construye de material aislante (plásticos o baquelita).
El
material de construcción debe ser capaz de soportar altas temperaturas y tener buena resistencia mecánica. En la figura 1. 12 se pueden apreciar diferentes tipos de carcazas que conforman el contactor.
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Figura 1. 12 Contactores típicos.
Figura 1. 13 Símbolos del contactor.
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Figura 1. 14 Elementos básicos del contactor.
4.1.2.-CIRCUITO ELECTROMAGNETICO. El circuito electromagnético no es más que el electroimán del contactor; es donde se crea un fuerte campo magnético que permite el accionamiento de los contactos del contactor. El circuito está constituido por los siguientes elementos: •
Bobina.
•
Núcleo.
•
Armadura.
BOBINA: Es un arrollamiento de alambre conductor (generalmente de cobre), con un gran número de vueltas que se arrolla sobre una formaleta rectangular. Por los terminales de la bobina se conecta una fuente eléctrica y al circular una corriente por la bobina se genera un fuerte campo magnético que circula por el núcleo y la armadura del circuito.
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La tensión de alimentación de la bobina puede ser de corriente alterna (AC) o continua (DC). La magnitud de la tensión aplicada es variada: 24, 48, 120, 220 voltios, etcétera. En la figura 1.15 se muestra un grupo de bobinas para contactores. En la figura 1.16 se muestran los símbolos utilizados para representar las bobinas de contactores, según la norma IEC.
NÚCLEO: Es una estructura metálica conformada por láminas de hierro apiladas, por lo general tiene forma de E y va sujeta firmemente a la carcaza. Su función es concentrar el flujo magnético creado por la bobina. En los contactores con bobinas de AC se agregan bobinas de sombra en el núcleo a fin de evitar el zumbido y las vibraciones.
ARMADURA:
Es un elemento similar al núcleo en cuanto a
construcción, pero se diferencian en que la armadura es móvil, su finalidad es la de cerrar el circuito magnético cuando se energiza la bobina, ya que en estado de reposo está separada del núcleo. Sobre la armadura se adosan los contactos móviles, los cuales se mueven solidariamente con esta.
4.1.3.-CONTACTOS. Son los elementos cuyo objetivo es cerrar o abrir los circuitos conectados al contactor. Un contacto está compuesto de dos partes fijas colocadas en la carcaza y una parte móvil ubicada en la armadura. Los contactos del contactor deben soportar las corrientes de carga impuestas por los equipos a los cuales sirven, además, las corrientes de sobrecarga que pueden ocurrir en condiciones anormales de operación, o bajo condiciones de fallas por cortocircuitos. Los puntos de contacto deben resistir altas temperaturas y son construidos en aleaciones a base de: platacadmio, plata-níquel, plata-paladio, etcétera.
22
Figura 1. 15 Bobinas para contactores.
En un contactor los contactos pueden clasificarse así:
De acuerdo con la función que tienen: •
Contactos principales.
•
Contactos auxiliares.
De acuerdo con el estado del contacto: •
Contacto normalmente abierto.
•
Contacto normalmente cerrado.
En la figura 1.17 se muestra un esquema, donde se puede observar los contactos clasificados en las formas señaladas.
23
Figura 1. 16 Símbolos de bobinas de contactores.
Figura 1. 17 Esquema de contactos en contactores. CONTACTOS PRINCIPALES:
Son los contactos que tienen por
finalidad realizar el cierre o apertura del circuito principal, a través del cual se transporta la corriente al circuito de utilización o carga. Los contactos de los contactores se diseñan para llevar corrientes desde pocos amperios hasta valores de corrientes muy elevados, lo cual
24
hace que las exigencias de los materiales y las técnicas para extinguir los arcos eléctricos formados en la conmutación sean muy rigurosas. Algunos sistemas usados para
extinguir el arco eléctrico en los
contactos de un contactor u otro elemento de maniobra son los siguientes:
Soplo con aire a presión: consiste en aplicar un chorro de aire seco sobre el arco en el mismo instante de la apertura de los contactos.
Es
necesario entonces disponer de aire a presión y seco para realizar la conmutación.
Soplo magnético: Es una técnica que alarga el arco eléctrico para aumentar su resistencia, en el momento que se abren los contactos, la mayor resistencia hace más difícil la circulación de corriente.
La corriente que
circula por los contactos que se están abriendo, crea a su alrededor un campo magnético, el cual es intensificado a través de un núcleo de láminas y el cual por repulsión magnética tiende a hacer más largo el camino de la corriente, consiguiendo el mismo efecto del soplo de aire.
Baño de aceite:
La técnica consiste en sumergir los contactos
eléctricos en aceite dieléctrico (aislante), de tal forma que ya no es aire lo que separa los dos contactos sino un material con mayor resistencia dieléctrica, por lo tanto no hay ionización del aire.
Cámaras desionizadoras:
Se evita que el aire alcance altas
temperaturas que favorezcan la ionización, algunos interruptores usan cámaras de vacío para accionar sus contactos.
Transferencia y fraccionamiento del arco: Se usa un sistema de guías de arco con el propósito de dividir el arco principal en arcos menores para que su extinción sea más fácil.
CONTACTOS AUXILIARES: Son aquellos contactos que tienen por finalidad manejar señales eléctricas débiles energizando: elementos de señalización, bobinas del contactor, y otros elementos de bajo consumo de corriente eléctrica.
Los contactos pueden estar abiertos o cerrados. Un
25
contactor puede tener uno o varios contactos auxiliares en su estructura, además, la mayoría de los contactores tienen mecanismos donde pueden ser colocados contactos auxiliares adicionales, los cuales pueden ser adquiridos en forma separada.
CONTACTOS NORMALMENTE ABIERTOS (NA): Son contactos que no presentan continuidad eléctrica en sus extremos cuando la bobina del contactor está desenergizada. Por lo tanto; cuando se energiza la bobina el contactor cierra estos contactos.
CONTACTOS NORMALMENTE CERRADOS (NC): Son contactos que presentan continuidad eléctrica en sus extremos cuando la bobina del contactor está desenergizada. Por lo tanto; cuando se energiza la bobina el contactor abre estos contactos. En la figura 1.18 se muestran tres contactores con sus respectivos contactos principales y auxiliares: El contactor A tiene tres principales normalmente abierto y dos auxiliares normalmente abiertos también.
Esto se denota de la siguiente
manera:
3NA + 2NA. Utilizando la misma notación el contactor B se denota:
3NC + 1NC + 1NA. De igual forma el contactor C se denota:
3NA + 2NA + 1NC.
4.2.-FUNCIONAMIENTO DEL CONTACTOR. Al conectar una fuente eléctrica apropiada en los terminales de la bobina, circulará una corriente eléctrica creando un campo magnético muy intenso en el núcleo de hierro del contactor, este campo atrae con fuerza la armadura la cual a su vez arrastra consigo los contactos móviles del contactor. De esta manera los contactos son accionados (abriendo los que
26
están cerrados y cerrando los que estén abiertos). Al ser desenergizada la bobina los contactos retornan a su posición de reposo por efecto de un resorte o muelle que separa la armadura del núcleo. En la figura 1.19 se muestra un esquema del contactor en estado normal y accionado.
Figura 1.18 Ejemplo de combinación de contactos de contactores.
4.3.-VENTAJAS EN EL USO DE CONTACTORES. •
Es posible realizar maniobras en circuitos de potencia que tienen corriente muy elevada usando contactores cuya bobina consume
27
una pequeña corriente. Por ejemplo se puede gobernar un contactor para 200 amp. con una bobina que consume apenas 0.35 amp. a 220 voltios.
Figura 1. 19 Esquema del accionamiento de un contactor.
28
•
Ahorro de tiempo al realizar maniobras prolongadas o repetitivas.
•
Posibilidad de gobernar un motor desde varios emplazamientos.
•
Seguridad del personal, al realizar las maniobras desde sitios alejados de la carga.
•
Automatización del arranque de motores y de muchas otras aplicaciones interconectando elementos auxiliares de mando.
4.4.-SELECCION DE CONTACTORES. Para la selección del contactor se deben tener en cuenta los siguientes factores: •
Tensión y potencia nominales de la carga. (voltaje y corriente nominal).
•
Tipo de arranque del motor.
•
Número aproximado de accionamientos (conexiones por hora).
•
Condiciones de trabajo: ligera, normal, dura, extrema, etc. Como son las aplicaciones de calefacción eléctrica, ascensores, grúas, máquinas impresoras, etc.
•
Tensión y frecuencia de la bobina del contactor.
•
Nivel de aislamiento del contactor.
•
Grado de protección.
5.-ELEMENTOS DE MANDO. Son todos aquellos dispositivos que abren y cierran circuitos de muy baja potencia (circuitos de mando) y que son accionados por un operador o usuario.
29
5.1.-TIPOS DE ELEMENTOS DE MANDO. Los elementos de mando pueden ser agrupados de diversas formas. Se discutirán en el curso las siguientes formas de agrupamiento: •
Según su apariencia y forma externa.
•
Según la función que realizan.
5.1.1.-SEGUN SU APARIENCIA Y FORMA EXTERIOR. En este grupo se ubican los siguientes elementos de mando:
PULSADORES: Los pulsadores de mando se definen igual que los pulsadores usados para maniobras, la diferencia fundamental es que los pulsadores de mando manejan intensidades de corriente muy pequeñas en comparación con los pulsadores de maniobras. Pueden presentar diferentes formas: •
Rasantes: que impiden maniobras involuntarias.
•
Salientes: de accionamiento más cómodo.
•
De llave: para accionamiento de gran responsabilidad.
•
De seta (hongo): para accionamiento de emergencia.
•
Luminoso: con señalización incorporada.
En la figura 1.20 se muestra un conjunto de pulsadores típicos y en la figura 1.5 se mostraron símbolos asociados a pulsadores según norma de la IEC.
SELECTORES O INTERRUPTORES GIRATORIOS: son dispositivos que permiten controlar o seleccionar una determinada parte del circuito o una determinada función del sistema. Por ejemplo los selectores de apagado, función manual o función automática de un sistema de bombeo. Los hay de diversas formas:
30
•
Simple y de maneta: se refiere al asa de agarre.
•
De llave: para accionamiento autorizado.
•
De dos y tres posiciones: se refiere a selecciones posibles con el aparato.
Figura 1. 20 Pulsadores típicos. (Fuente Telemecanique) En la figura 1.21 se muestran algunos selectores típicos. En la figura 1.22 están los símbolos utilizados para los selectores de acuerdo con la norma IEC.
MANIPULADORES:
Son
elementos
de
mando
bastante
especializados que se usan muy a menudo en los controles de las grúas puentes. Son parecidos a las palancas de control que usan los juegos de video; tales como el nintendo. presentaciones:
Se pueden conseguir en las siguientes
31
•
Manipulador de dos posiciones.
•
Manipulador de cuatro posiciones.
En la figura 1.23 se muestra un manipulador típico. En la figura 1.24 se muestra el símbolo del manipulador de acuerdo a la norma IEC.
Figura 1. 21 Selectores típicos. (Fuente Telemecanique)
Figura 1. 22 Símbolos de selectores.
32
Figura 1. 23 Manipulador típico. (Fuente Telemecanique)
Figura 1. 24 Símbolo de manipulador.
33
5.1.2.-SEGUN LA FUNCION QUE REALIZAN. Los elementos de mando tienen la función de abrir y/o cerrar circuitos, lo cual va a depender del número de contactos que tienen y el estado que presenta cada contacto (NA o NC). Estos pueden ser clasificados de la siguiente manera: •
Normalmente cerrado (NC): para abrir un circuito.
•
Normalmente abierto (NA): para cerrar un circuito.
•
De desconexión múltiple (dos o más NC): para abrir varios circuitos a la vez.
•
De conexión múltiple (dos o más NA):
para cerrar varios
circuitos a la vez. •
De conexión - desconexión (1NA + 1NC): para abrir un circuito y cerrar otro al mismo tiempo.
•
De conexión - desconexión múltiple (dos o más NA + dos o más NC): para abrir y cerrar varios circuitos al mismo tiempo.
Cuando el elemento de mando es de conexión - desconexión, ya sea simple o múltiple se presentan tres formas de realizar la conmutación de los contactos. En la figura 1.25 se muestran los tres tipos de accionamiento posible entre los contactos NA y NC. En la figura 1.25 A; al accionarse el elemento de mando, el contacto cerrado se abre en el mismo momento que el contacto abierto se cierra. En la figura 1.25 B; al accionar el elemento el contacto cerrado se abre, mientras que el contacto abierto permanece unos instantes abierto antes de cerrarse. Por último en la figura 1.25 C; se tiene que al efectuarse la acción de mando sobre el dispositivo, ambos contactos permanecen cerrados por un breve tiempo antes de que se abra el contacto NC. Muchos circuitos de control requieren de una clara especificación del tipo de accionamiento de contactos de conexión - desconexión.
34
Figura 1. 25 desconexión.
Formas de operación de contactos de conexión-
En la figura 1.26 se muestran los símbolos usados para representar
los
contactos
de
conexión
–
desconexión
señalados
anteriormente y en correspondencia con la norma IEC.
Figura 1. 26 Símbolos de contactos de conexión-desconexión.
35
6.-ELEMENTOS AUXILIARES DE MANDO. Son aparatos accionados (abren y/o cierran contactos) por variables físicas del sistema sujeto a control, tales como:
posición, tiempo,
temperatura, presión, etcétera. Junto con los elementos de mando se constituyen en el centro del sistema de control y son los que permiten la automatización del mismo. Existe una gran variedad de elementos que se pueden agrupar como auxiliares de mando. Se estudiarán los siguientes: •
Interruptores de posición o finales de carrera.
•
Relés de tiempo o temporizadores.
•
Interruptores de presión o presostatos.
•
Interruptores de temperatura o termostatos.
•
Detectores de proximidad.
•
Detectores fotoeléctricos.
•
Programadores de levas.
•
Interruptores de nivel.
•
Otros detectores.
6.1.-INTERRUPTORES DE POSICIÓN O FINALES DE CARRERA. Son dispositivos que accionan sus contactos de acuerdo a la posición alcanzada por una máquina o por parte de ésta.
Es necesario que la
máquina entre en contacto con el dispositivo a fin de accionarlo. Por lo general poseen como mínimo un contacto NA y otro NC, los cuales actúan en forma simultánea. Son construidos en diferentes modalidades dependiendo del tipo de accionamiento mecánico que se desee, entre los más destacados están: •
Accionamiento de pistón.
•
Accionamiento por rodamiento.
36
•
Accionamiento por bola.
•
Accionamiento por resorte.
•
Etcétera.
En la figura 1.27 se muestra un conjunto de interruptores de posición de diferentes formas y fabricantes. En la figura 1.28 se señalan el símbolo utilizado para representar los finales de carrera de acuerdo a la norma IEC.
Figura 1. 27 Finales de carrera típicos. (Fuente Telemecanique y Westinhouse)
6.2.-RELE DE TIEMPO O TEMPORIZADORES. Son aparatos que abren y/o cierran sus contactos un cierto tiempo (ajustado por el usuario u operador) después de haber
energizado o
desenergizado (dependiendo del tipo) su mecanismo de accionamiento. Los
37
contactos que accionan de esta manera reciben el nombre de contactos temporizados.
Además de los contactos temporizados, un temporizador
puede tener contactos de acción instantánea.
Figura 1. 28 Símbolos de finales de carrera.
Los temporizadores se pueden clasificar de acuerdo a la forma como accionan sus contactos temporizados en:
Temporizadores al trabajo y
temporizadores al reposo.
6.2.1-TEMPORIZADORES AL TRABAJO (on delay). Es un temporizador cuyos contactos temporizados accionan un cierto tiempo después de energizar su mecanismo de funcionamiento.
6.2.2-TEMPORIZADORES AL REPOSO (off delay). Es un temporizador cuyos contactos temporizados accionan un cierto tiempo después de desenergizar su mecanismo de funcionamiento.
38
6.2.3.-PRINCIPIOS DE CONSTRUCCIÓN Y FORMA DE OPERACIÓN DE LOS TEMPORIZADORES. Se pueden conseguir temporizadores con los siguientes principios de accionamiento: •
Temporizadores eléctricos.
•
Temporizadores electrónicos.
•
Temporizadores neumáticos.
TEMPORIZADORES ELÉCTRICOS: Son construidos sobre la base de mecanismos de relojería, accionado por un pequeño motor eléctrico y un embrague electromagnético. El motor entra en funcionamiento y un cierto tiempo después el embrague acciona los contactos.
TEMPORIZADORES ELECTRÓNICOS:
El
accionamiento
es
producido por circuitos electrónicos digitales de alta precisión.
TEMPORIZADORES NEUMÁTICOS: Son los de diseño más antiguo, pero de amplio uso todavía en la actualidad, la razón es que no son sensibles a las perturbaciones eléctricas ya que su mecanismo de accionamiento es fundamentalmente mecánico. Se usa una membrana adosada a un sistema de muelles que se expande y contrae con la entrada y salida de aire regulable a través de un orificio. En las figuras 1.29 muestran algunos tipos de temporizadores y en la figura 1.30 los símbolos relacionados con temporizadores según la norma IEC.
6.3.-INTERRUPTORES DE PRESION O PRESOSTATOS. Son dispositivos que accionan sus contactos NA y/o NC de acuerdo a las variaciones de presión de un fluido sujeto a control. pueden ser de membrana o de sistema tubular.
Los presostatos
39
Figura 1.29 Camsco
Temporizadores típicos.
(Fuente Telemecanique y
6.3.1.-PRESOSTATOS DE MEMBRANA. En estos aparatos las variaciones de presión del fluido son transmitidas a una membrana elástica y ésta a su vez se transmite a un pistón y una serie de mecanismos que accionan los contactos eléctricos.
6.3.2.-PRESOSTATOS TUBULARES. Los presostatos tubulares usan el principio del tubo Bourdon, el cual es un tubo enrollado que se deforma con las variaciones de presión del
40
fluido.
La deformación es transmitida a un mecanismo que acciona los
contactos eléctricos.
Figura 1. 30 Símbolos de temporizadores. En la figura 1.31 se representan varios interruptores de presión. En la figura 1.32 se muestra la simbología asociada al presostato según la norma IEC.
6.4.-INTERRUPTORES
DE
TEMPERATURA
O
TERMOSTATOS. Son dispositivos que accionan sus contactos NA y/o NC de acuerdo a las variaciones de temperatura de un fluido sujeto a control. Los termostatos pueden ser de láminas bimetàlicas o de tubo capilar.
41
Figura 1. 31 Presostatos típicos. (Fuente Telemecanique)
Figura 1. 32 Símbolos de presostatos.
6.4.1.-TERMOSTATOS BIMETALICOS. Estos se basan en la acción directa de la temperatura sobre una placa compuesta por la unión de dos láminas metálicas que tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica.
Al calentarse la placa se deforma,
42
transmitiendo su deformación a un mecanismo que acciona los contactos eléctricos.
6.4.2.-TERMOSTATOS DE TUBO CAPILAR. Los termostatos de este tipo tienen un tubo largo y de diámetro muy reducido el cual se encuentra relleno de un gas. Las variaciones de temperatura se transforman en variaciones de presión del gas dentro del tubo, estas variaciones de presión son proporcionales a la temperatura y se usan sistemas similares a los de los presostatos de membrana para accionar los contactos eléctricos. En la figura 1.33 se muestran varios termostatos típicos usados en controles eléctricos. En la figura 1.34 se presenta la simbología usada para representar los termostatos según la norma IEC.
Figura 1. 33 Termostatos típicos.
6.5.-DETECTORES DE PROXIMIDAD. Son dispositivos electrónicos que accionan contactos electrónicos NA y/o NC, de acuerdo a la presencia o ausencia de un objeto, sin necesidad de
43
entrar en contacto con él, para esto el detector crea un campo eléctrico o magnético que interactúa con el objeto a detectar. Los detectores pueden ser del tipo inductivo o capacitivo.
Figura 1. 34 Símbolos de termostatos.
6.5.1.-DETECTORES INDUCTIVOS. Son detectores que basan su principio de accionamiento en las perturbaciones
que
provoca
la
cercanía
de
un
objeto
al
campo
electromagnético creado por el dispositivo. El objeto a detectar debe ser metálico magnético, en caso de otros materiales la detección o el alcance del detector se ven comprometidas. En la figura 1.35 se muestra un esquema de un detector de proximidad inductivo, en el cual se destaca el campo creado por el detector y el alcance que este tiene. Por lo general el alcance va desde unos milímetros hasta unos cuantos centímetros.
El detector debe ser energizado con corriente
alterna (ac) o continua (dc).
44
Figura 1. 35 Esquema básico de detector inductivo de proximidad.
En la figura 1.36 se muestran detectores inductivos típicos y las formas de conectarlos en los circuitos de control.
En la figura 1.37 se
muestra la simbología asociada con los detectores de proximidad inductivos.
6.5.2.-DETECTORES CAPACITIVOS. Son detectores que basan su principio de accionamiento en las perturbaciones que provoca la cercanía de un objeto al campo eléctrico creado por el dispositivo.
El objeto a detectar puede ser de cualquier
material. El detector funciona como un condensador cuya capacidad varía con la presencia de un objeto en sus cercanías.
45
Figura 1. 36 Detectores inductivos. (Fuente Telemecanique)
Figura 1. 37 Símbolos de detectores de proximidad inductivos.
En la figura 1.38 se muestra un esquema de un detector de proximidad capacitivo, en el cual se destaca el campo creado por el detector y el alcance que este posee. Por lo general el alcance va desde unos milímetros hasta unos cuantos centímetros. El detector debe ser energizado con corriente alterna
46
(ac) o continua (dc). En la figura 1.39 se presentan detectores capacitivos típicos, así como algunas aplicaciones comunes.
En la figura 1.40 se
muestra la simbología asociada al detector capacitivo según la norma IEC.
Figura 1. 38 Esquema de detector capacitivo.
6.6.-DETECTORES FOTOELÉCTRICOS. Son dispositivos electrónicos compuestos esencialmente por un emisor de luz y un receptor fotosensible.
Para detectar la presencia o
ausencia de un objeto, se requiere que éste interrumpa o haga variar la
47
intensidad de luz del haz que va del receptor al emisor. Al hacer la detección el dispositivo acciona sus contactos electrónicos.
Figura 1. 39 Detectores capacitivos.
Figura 1. 40 Símbolos de detectores capacitivos.
48
Existen tres sistemas de detección fotoeléctrica: •
Detectores fotoeléctricos de barrera.
•
Detectores fotoeléctricos tipo reflex.
•
Detectores fotoeléctricos de proximidad.
Se estudiarán brevemente cada uno de ellos en las siguientes secciones.
6.6.1.-DETECTORES FOTOELÉCTRICOS DE BARRERA. Son detectores en los cuales el emisor y el receptor están separados. El objeto a detectar pasa a través de una barrera de luz interrumpiendo el haz y produciendo la señal de detección. En la figura 1.41 se muestra un esquema de estos detectores. Son detectores de gran alcance, los hay de varios metros. En la figura 1.42 se muestran algunos detectores fotoeléctricos de barrera típicos.
Figura 1. 41 Esquema de detector de barrera.
49
Figura 1.42 Detectores fotoeléctricos de barrera. Telemecanique)
(Fuente
6.6.2.-DETECTORES FOTOELÉCTRICOS REFLEX. Son detectores en los cuales el emisor y el receptor están en una misma caja.
El objeto a detectar pasa a través de una barrera de luz
interrumpiendo el haz y produciendo la señal de detección. La barrera de luz es reflejada en un reflector y dirigida al receptor. En la figura 1.43 se muestra un esquema de estos detectores. Su alcance es menor que los anteriores. En la figura 1.44 se muestran detectores fotoeléctricos reflex típicos.
6.6.3.-DETECTORES
FOTOELÉCTRICOS
DE
PROXIMIDAD. Son detectores en los cuales el emisor y el receptor están en una misma caja. El objeto a detectar pasa a través de un haz de luz y lo refleja hacia el receptor produciendo la señal de detección.
Como se nota el
accionamiento se produce cuando hay luz en el receptor, lo que difiere de los
50
dos sistemas anteriores cuyo accionamiento se produce cuando no hay luz en el receptor.
En este sistema el objeto debe tener buenas cualidades
reflectivas para su aplicación. En la figura 1.45 se muestra un esquema de estos detectores. Su alcance es mucho menor que los anteriores.
Figura 1. 43 Esquema de detector fotoeléctrico reflex.
Figura 1. 44 Detectores fotoeléctricos reflex. (Fuente Telemecanique)
51
En la figura 1.46 se muestran detectores fotoeléctricos de proximidad típicos. En la figura 1.47 se muestra la simbología asociada a los detectores fotoeléctricos según la norma IEC. En la figura 1.48 se muestran algunas formas comunes de conectar los detectores fotoeléctricos.
Figura 1. 45 Esquema de detector fotoeléctrico de proximidad.
Figura 1.46 Detectores fotoeléctricos de proximidad. Telemecanique)
(Fuente
52
Figura 1. 47 Símbolos de detectores fotoeléctricos.
Los detectores fotoeléctricos son aplicados a una gran cantidad de procesos industriales, en la figura 1.49 se muestra un conjunto de aplicaciones comunes.
6.7.-INTERRUPTORES DE NIVEL. Son dispositivos que accionan sus contactos eléctricos de acuerdo al nivel alto y bajo de un líquido en los recipientes. Estos interruptores de nivel son ampliamente utilizados en la industria en los sistemas de protección contra alto o bajo nivel, en los cuales pueden ser accionados por flotador o por electrodos. Existen muchas variantes constructivas de interruptores de nivel, en la figura 1.50 se muestran esquemas de estos dispositivos con algunas aplicaciones.
En la figura 1.51 se muestra el símbolo asociado a los
interruptores de nivel según la norma IEC.
53
Figura 1.48 Conexiones de detectores fotoeléctricos. Telemecanique)
(Fuente
54
Figura 1.49 Aplicaciones típicas de detectores fotoeléctricos (Fuente Telemecanique)
55
Figura 1. 50 Interruptores de nivel típicos. (Fuente telemecanique y Camsco
56
Figura 1. 50 ...Continuación.
57
Figura 1. 51 Símbolos de interruptores de nivel.
6.8.-PROGRAMADOR DE LEVAS. Son aparatos que accionan un gran número de contactos en forma simultánea y repitiéndose cíclicamente. En la figura 1.52 se muestra un esquema de un programador de levas. Se aprecian los componentes fundamentales:
El motor eléctrico, cuya
velocidad es reducida por un sistema mecánico de reducción de velocidad o caja reductora. Se aprecia también un cilindro donde se montan una serie de protuberancias que accionan una leva, la cual a su vez mueve un contacto eléctrico. El cilindro gira a una cierta velocidad abriendo y/o cerrando los diferentes contactos. Según la clase de motor y reductor de velocidad, pueden obtenerse ciclos que oscilan entre espacios de unos segundos hasta varias horas. Un ejemplo típico de estos controladores son los que incorporan muchas lavadoras automáticas (reloj). Hoy en día estos dispositivos son desplazados por sistemas electrónicos tales como los plc (controladores lógicos programables) y otros sistemas controladores programables.
58
Figura 1. 52 Diagrama de un controlador de levas.
6.9.-OTROS DETECTORES. Existe una gran cantidad de aparatos usados para detectar diversos tipos de variables físicas que accionan contactos y cumplen diferentes funciones, por ejemplo: los detectores de incendio (térmicos, de humos, de llamas, etc), detectores de humedad, de gases, etc. Los consideramos como elementos auxiliares de mando de un control eléctrico si acciona un contacto para dar o interrumpir una señal.
59
7.-ELEMENTOS DE SEÑALIZACION Son dispositivos destinados a llamar la atención del usuario o del operador sobre el estado normal o anormal de funcionamiento de un equipo, máquina, circuito o carga eléctrica en general. La señalizaciòn apropiada redunda en una mayor facilidad en el control de los equipos y en operaciones más seguras, asi como también en indicaciones acertadas para localizar fallas del equipo. En los controles eléctricos la señalización se realiza de dos formas básicas:
señalización acústica y señalización visual.
Veremos a
continuación los elementos que conforman éstas dos clases de señalización.
7.1.-ELEMENTOS DE SEÑALIZACION ACUSTICA. Son dispositivos que emiten señales perceptibles por el oído del operador o usuario. Los más usados son: los timbre, zumbadores, sirenas, etc. En la figura 1.53 se muestra un grupo típico de elementos emisores de sonido usados en control eléctrico.
En la figura 1. 54 se presenta la
simbología usada, de acuerdo a la norma IEC.
7.2.-ELEMENTOS DE SEÑALIZACION OPTICA. Son dispositivos que emiten señales perceptibles por la vista del operador o usuario. Los más usados son: los elementos visuales; los cuales emplean símbolos indicativos de las operaciones que se están realizando. (etiquetas, marcas, etc.).
Y los elementos de señalización luminosos: que emplean
lámparas o pilotos de diferentes colores. En la figura 1.55 se muestran varios tipos de pilotos luminosos. La simbología asociada a los pilotos luminosos se muestra en la figura 1.56.
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Figura 1. 53 Elementos de señalización acústica. (Fuente Camsco)
Figura 1. 54 Símbolos de elementos de señalización acústica.
61
Figura 1. 55 Pilotos luminosos. (Fuente Telemecanique)
Figura 1. 56 Símbolos de pilotos luminosos.
8.-ELEMENTOS DE PROTECCION. Son dispositivos que tienen como finalidad proteger el equipo, la máquina, el circuito o la carga eléctrica en general, contra daños potenciales producidos por sobrecorrientes, originadas principalmente por sobrecargas.
62
Las principales causas de sobrecarga en un equipo eléctrico son las siguientes: •
Sobrecarga en la máquina accionada por el motor eléctrico.
•
Bajo voltaje en la red de suministro de electricidad.
•
Inercia elevada de la carga mecánica, lo que hace que los motores se sobrecarguen en el momento del arranque.
•
Una excesiva conmutación de la máquina en un período de tiempo breve, lo que hace que se recalienten los motores.
•
Pérdida de una fase de alimentación en los motores trifásicos.
•
Calentamiento por temperaturas ambientales elevadas.
•
Etcétera.
Los dispositivos de protección no actúan directamente en la maniobra de desconexión, éstos desenergizan la bobina del contactor, que a su vez desconecta la máquina de la fuente de alimentación. Los principales elementos de protección son los siguientes: •
Relés térmicos.
•
Relés térmicos diferenciales.
•
Relés termo magnético.
•
Relés electromagnéticos.
•
Relés electromagnéticos diferenciales.
•
Relé de sobrecarga de estado sólido.
A continuación veremos los mecanismos de operación de cada uno de ellos.
8.1.-RELE TERMICO. El relé térmico funciona bajo el principio de accionamiento de un bimetal, el cual al calentarse se deforma accionando los contactos auxiliares. En la figura 1.57 se muestra el principio básico del mecanismo. El calor
63
necesario para curvar la lámina bimetálica es producido por una resistencia enrollada alrededor del bimetal, que está cubierto por una capa de asbesto. Por la resistencia circula la corriente que va a la carga.
Figura 1. 57 Principio constructivo del relé bimetàlico.
Los bimetales empezarán a curvarse cuando la corriente de carga sobrepase el valor de ajuste, empujando una palanca hasta que accionen los contactos auxiliares. El tiempo de accionamiento va a depender de lo intensa que sea la sobrecarga del equipo. Una vez que el relé ha actuado, el rearme puede hacerse de dos maneras:
Rearme manual:
Una vez que la temperatura del bimetal ha
descendido el bimetal adquiere su posición normal, pero para restaurar los contactos auxiliares se debe de accionar manualmente una pequeña palanca en el relé. Así el dispositivo estará preparado para una nueva operación. La máquina no entra en operación cuando se rearma el dispositivo, sino que usa otros medios para la puesta en marcha.
Rearme automático: Una vez que la temperatura del bimetal ha descendido el bimetal adquiere su posición normal y los contactos auxiliares se restauran en forma automática, quedando el circuito listo para su puesta
64
en marcha e inclusive pudiéndose ponerse en marcha al momento de restaurarse el relé.
8.2.-RELE TERMICO DIFERENCIAL. El relé térmico diferencial es similar al relé térmico normal discutido en la sección anterior, pero al diferencial se le ha agregado una característica de disparo rápido cuando se detecta la ausencia de una fase en la alimentación del equipo. La ausencia de una fase puede ser una falla muy sutil en ciertos equipos, pero puede ocasionar que se quemen las bobinas de un motor. Su funcionamiento se basa en la diferencia de curvatura de los tres bimetales de un relé térmico normal al fallar una fase, para lo cual se emplean dos regletas que detectan esta diferencia de curvatura de los bimetales y actúan accionando los contactos auxiliares. En la figura 1. 58 se muestra el esquema de los bimetales en sus tres posiciones.
Figura 1. 58 Operación del sistema térmico diferencial.
65
8.3.-RELE TERMOMAGNETICO. Es un dispositivo de protección contra sobrecargas donde se combinan dos sistemas de disparo: uno térmico para sobrecargas leves y uno magnético para sobrecargas muy intensa. Los dos sistemas actúan sobre los mismos contactos del relé, pero se cuenta con dispositivos que señalan cual fue el sistema que accionó los contactos. En la figura 1.59 se muestra un esquema de estos dispositivos. Cuando el disparo es producido por el sistema bimetálico o térmico se tiene un disparo retardado o diferido, esto indica que la sobrecarga fue leve. Si la sobrecarga es muy intensa se produce un disparo instantáneo accionado por el sistema magnético.
Figura 1. 59 Esquema de relé termo magnético.
66
8.4.-RELE ELECTROMAGNETICO. Es un dispositivo de protección contra fuertes sobrecargas.
Su
accionamiento es instantáneo. Su principio de funcionamiento se basa en la fuerza producida por un electroimán sobre una armadura metálica (similar al contactor).
Cuando la corriente que absorbe el motor es muy elevada la
bobina del electroimán crea un fuerte campo magnético que acciona los contactos auxiliares del relé. Al desconectarse el motor el relé regresa a su posición normal inmediatamente.
8.5.-RELE ELECTROMAGNETICO DIFERENCIAL. Este relé es una variante del relé electromagnético, acciona sus contactos cuando detecta una diferencia de corriente entre las fases de alimentación del motor o equipo. En la figura 1.60 se muestra un esquema del dispositivo el cual consta de un circuito magnético en forma toroidal, sobre el cual se bobinan los conductores de las tres fases de alimentación. En condiciones normales la suma de las tres corrientes es nula, pero al ocurrir una falla en alguna de las fases, se produce un desbalance de corrientes lo cual crea un flujo magnético que accionará los contactos auxiliares.
8.6.-RELE DE SOBRECARGA DE ESTADO SOLIDO. Es un relé compuesto de circuitos electrónicos que usa elementos sensibles a la temperatura tales como resistencias PTC (coeficiente de temperatura positivo) o térmistores que construyen una imagen térmica del motor para su protección.
El relé incorpora todas las funciones del relé
67
térmico y se agregan otras funciones, como la operación en redes industriales etc. En la figura 1.61 se presenta la simbología asociada al relé de sobrecarga según la norma IEC. En la figura 1.62 hay una muestra de relés típicos.
Figura 1. 60 Sistema de relé electromagnético diferencial.
Figura 1. 61 Símbolos de relés de protección.
68
Figura 1. 62 Relés térmicos típicos (Fuente ABB, Allen Bradley y Telemecanique)
69
9.-SIMBOLOS DE ELEMENTOS DE CONTROL ELECTRICO. Los diferentes elementos que integran un sistema de control eléctrico suelen representarse por símbolos, los cuales a su vez se integran para formar un esquema representativo del automatismo. Los símbolos eléctricos se caracterizan porque expresan la aplicación y el funcionamiento de los dispositivos, equipos y máquinas eléctricas. Los símbolos eléctricos se clasifican según su norma: •
Norma A.N.S.I. (American National Standards Institute)
•
Norma N.E.M.A (National Electric manufacturer Association)
•
Norma D.I.N. (Detush Industrie Norm)
•
Norma Internacional I.E.C (International Electric Comission)
•
Norma Venezolana COVENIN 391-74, 398 – 84
•
Normas locales de cada país o grupo de países como la Comunidad Europea de Naciones (CEN), etcétera.
La norma de símbolos NEMA es recogida y estandarizada como norma americana por ANSI. Las normas DIN, CEN y otras normas europeas y de Venezuela se apegan a la norma internacional IEC.
Por lo que
prevalecen dos grandes sistemas de normalización de símbolos de elementos de control eléctrico: la NEMA/ANSI y la IEC. En el desarrollo del presente libro se ha utilizado y se seguirá utilizando la norma IEC 60617, sin embargo, también se hace referencia a la norma NEMA, a través de ejercicios con esquemas desplegados bajo simbología americana. La norma Nema ICS 19 se incluye en el anexo No. 1. El anexo 2 contiene una comparación entre la simbología NEMA y la IEC (documento ICS 2.4), para diferentes tipos de dispositivos de servicio de control de motores.
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Los terminales del contactor, relé térmico, etcétera, se marcan con una numeración normalizada tanto por la IEC (norma IEC 60445), como por NEMA en el documento ICS 2. En el anexo No. 3 se muestra un resumen del sistema de marcación promocionado por IEC, en el anexo No. 4 el sistema de marcación promocionado por NEMA. En la figura No. 1.63 se muestran los diferentes símbolos estudiados con la numeración en sus terminales según la norma IEC 60445 y 60617.
10.-ESQUEMAS DE CONTROLES ELECTRICOS. Los circuitos de control eléctrico son representados mediante el uso de diversos tipos de esquemas, donde se representan de manera integral todos los
elementos
estandarizados.
que
lo
componen,
usando
símbolos
adecuados
El propósito del esquema es ayudar a los usuarios
labores de operación y
y en
mantenimiento, permitiendo reconocer los
componentes, ubicarlos en tableros y centros de mando, etc. y con el entrenamiento adecuado interpretar la forma de operación del sistema. Estudiaremos los siguientes esquemas de uso frecuente en controles eléctricos: •
Esquemas de ubicación de componentes.
•
Esquemas de montaje o conexiones.
•
Esquema de interconexión o enlace.
•
Esquemas funcionales.
10.1.-ESQUEMAS DE UBICACION DE COMPONENTES. El esquema de ubicación indica la posición física que tiene un componente del sistema de control dentro de un tablero, cuadro de distribución o en una máquina, con respecto a los otros elementos.
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Figura 1. 63 Símbolos de elementos de control eléctrico según norma IEC.
72
Figura 1. 63 ...Continuación.
73
Para la realización de estos esquemas se usan figuras como cuadros, rectángulos, etc., con una referencia en su interior o cerca de ellas para identificar el elemento.
Se pueden usar fotografías del montaje con una
referencia sobre cada elemento del equipo. En la figura 1.64 se muestran esquemas de ubicación de componentes típicos.
Figura 1. 64 Esquemas de ubicación de componentes.
74
Este esquema se usa en tareas de reconocimiento de equipos y ayuda en la sustitución sustitución de componentes.
No brinda información acerca acerca de las
conexiones ni de la forma de operación del equipo.
10.2.-ESQUEMAS DE MONTAJE O DE CONEXIONES. Es un esquema donde se representan los diferentes componentes que conforman el circuito circuito automático y sus conexiones conexiones internas y externas. Los dispositivos son representados de acuerdo a la posición que ocupan en los tableros o cuadros de control, por lo tanto son esquemas posiciónales. posiciónales. Los esquemas de conexiones pueden ser de tres ti pos fundamentales: •
Esquema multifilar.
•
Esquema unifilar.
•
Esquema inalámbrico.
A continuación se estudiarán estudiarán cada uno de ellos. ellos.
10.2.1.-ESQUEMA MULTIFILAR. Se representan en estos esquemas los diferentes elementos con sus símbolos apropiados y todos los conductores que conectan los diversos terminales de los dispositivos. dispositivos. Son esquemas bastante bastante complejos por por la gran cantidad de trazos que contienen, lo cual hace difícil su lectura e interpretación. Por otro lado dan muchos muchos detalles de las diversas diversas conexiones conexiones de los elementos. En la figura 1.65 se muestran esquemas de conexiones en varias modalidades.
75
Figura 1. 65 Esquemas de conexiones conexiones multifilares.
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10.2.2.-ESQUEMA UNIFILAR . Son esquemas donde un conjunto de conductores que pertenecen a un circuito único único se representan representan por un solo conductor. conductor. Este esquema es especial para representar circuitos trifásicos de potencia en los circuitos de control eléctrico. En la figura 1.66 se muestra un esquema unifilar típico.
Figura 1. 66 66 Diagrama unifilar de un control control eléctrico.
10.2.3.-ESQUEMA INALAMBRICO.
Es un esquema donde las conexiones se representan en una tabla y no con el trazado sobre el el diagrama del circuito de control control eléctrico. Este tipo
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de esquemas se usa muy a menudo en las líneas de ensamblaje de equipos, donde las personas que arman los equipos no requieren entrenamiento especial en electricidad. En la figura 1.67 se muestra un diagrama inalámbrico.
10.3.-ESQUEMAS DE INTERCONEXION O ENLACE. Son esquemas que reflejan las conexiones de los elementos y equipos externos a un tablero o cuadro de control. En la figura 1.68 se muestra un esquema de interconexión y enlace.
Figura 1. 67 Diagrama inalámbrico.
10.4.-ESQUEMAS FUNCIONALES. Son esquemas que tienen por finalidad presentar de una manera clara, la forma de funcionamiento u operación del circuito de mando del automatismo. Por lo general este esquema se presenta junto con el circuito
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multifilar de potencia del sistema. Las principales características y ventajas se señalan a continuación: •
Son esquemas en los cuales se prescinde de la posición relativa que ocupa el elemento en el sistema de control, así como su constitución. Lo que interesa es la función que va a desarrollar dentro del circuito, proporcionando una imagen clara y sencilla del elemento, permitiendo un fácil análisis e interpretación de su función dentro de la globalidad del sistema de control.
•
La realización gráfica es sencilla y fácil de ejecutar. Por lo general se hace o con líneas horizontales o con líneas verticales.
Figura 1. 68 Diagrama de interconexión de tablero.
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•
La construcción del esquema con líneas verticales u horizontales, hace posible evitar los cruces de líneas con lo que se obtiene una mayor claridad del diagrama.
•
La construcción permite una comprobación rápida y clara del funcionamiento.
En la figura 1.69 se muestran esquemas funcionales típicos. Estos esquemas se utilizarán muy menudo de aquí en adelante ya que representan la forma más clara de explicar el funcionamiento de un circuito de control eléctrico.
Figura 1. 69 Diagramas funcionales de circuitos de control eléctrico.
80
Figura 1. 69 ...Continuación.
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11.-DESARROLLO DE EJEMPLOS. A continuación se desarrollan dos (2) ejemplos con el propósito de: reconocer componentes en planos, aplicar la correspondiente numeración de los terminales de los contactos, identificar características técnicas mínimas de los elementos y usar catálogos de fabricantes a fin de hacer una selección adecuada de los elementos requeridos por el circuito de control mostrado. EJEMPLO No. 1.1: En la figura 1.70 se muestra un diagrama de un circuito eléctrico de control.
A)
Colocar las marcas de referencia a los
terminales de los contactos de cada elemento del circuito, de acuerdo con la norma IEC. B) Elaborar una lista de los diferentes elementos que constituyen
Figura 1. 70 Circuito de control eléctrico para el arranque de un motor trifásico.
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el circuito y especificar sus características principales. C) Usando catálogos TELEMECANIQUE, seleccione los diferentes elementos, de acuerdo con las características técnicas especificadas en la parte B del ejemplo.
Parte A: En la figura 1.71 se muestra el esquema con las diferentes marcas, e identificación de los elementos que constituyen el circuito de control. Se utilizo para la identificación de los terminales las tablas mostradas en la figura 1.63, la cual está conforme con lo señalado por la norma IEC en el anexo No. 3.
Figura 1. 71 Esquema con identificación de elementos y terminales.
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Parte B: Para evaluar la carga del circuito de potencia, se debe estimar la corriente de plena carga del motor. Para tal fin se puede proceder de dos formas: se utiliza la tabla 430 – 150 del Código Eléctrico Nacional (CEN) que nos da un valor general estimado o se emplea la siguiente ecuación:
I
=
746* Hp 3 Vl * COS θ *η
•
Hp: Es la potencia del motor.
•
Vl: Voltaje de línea del motor en voltios (volt.)
•
Cosθ: Factor de potencia del motor.
•
η: Eficiencia del motor.
•
I: Corriente del motor en amperios (amp.)
Se utilizará la formula para evaluar la corriente del motor en este ejemplo ya que se conocen todos los parámetros indicados en la ecuación.
I
746 *10 =
=
25
3 * 230 * 0.8 * 0.95
amp.
Para estimar la corriente nominal del seccionador se usa la sección 430 – 110 de CEN. La capacidad nominal del medio de desconexión no será menor del 115% de la capacidad nominal del motor. La capacidad nominal del controlador del motor no será menor a la del motor, expresada en Hp, de acuerdo con la sección 430 – 83 de CEN. El dispositivo de protección térmica se estima de acuerdo a la sección 430 – 32 del CEN. En el ejemplo que se está desarrollando se estima un 115% de la corriente de plena carga del motor. En la tabla 1.1 se muestra un resumen de las características técnicas de los diferentes elementos que conforman el circuito del control eléctrico.
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Parte C: La referencia de los diferentes elementos se toma del anexo No. 5, que contiene un conjunto de tablas de selección del fabricante TELEMECANIQUE.
En la tabla 1.1 también se muestran los resultados
obtenidos con las características requeridas por el circuito de control.
Tabla 1.1 Resumen de características técnicas y referencias del ejemplo 1.1.
EJEMPLO No. 1.2:
Repetir el ejemplo 1.1, pero con el circuito de
control eléctrico mostrado en la figura 1.72. Parte A: En la figura 1.73 se muestra el esquema con las diferentes marcas, e identificación de los elementos que constituyen el circuito de control. Al igual que en el ejemplo 1.1, se utilizaron las tablas de la figura 1.63, conforme con lo señalado por la norma IEC en el anexo No. 3.
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Figura 1. 72 Esquema del ejemplo 1.2.
Figura 1. 73 Esquema del ejemplo 1.2, con marcas y numeración de terminales.
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Parte B: Para evaluar la carga del circuito de potencia, se usará la corriente señalada en la placa del motor considerando además el porcentaje de sobrecarga permitido.
Los demás elementos se estiman de la misma
forma que se usó en el ejemplo 1.1. En la tabla 1.2 se muestra el resumen de las características técnicas de los diferentes elementos del circuito de control eléctrico. Parte C: Al igual que el ejemplo 1.1, la referencia de los diferentes elementos se toma del anexo No. 5, que contiene las un conjunto de tablas de selección del fabricante TELEMECANIQUE. En la tabla 1.2 se muestran los resultados obtenidos. Tabla 1.2 Tabla de características y referencias del ejemplo 1.2
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12.- EJERCICIOS DE DESARROLLO. EJERCICIO No. 1:
Seleccionar la respuesta más apropiada a los
planteamientos formulados.
1.1.- Los manipuladores pueden ser: a) Simples y de llave. b) De dos y de cuatro posiciones. c) De llave, de seta, luminosos. d) Ninguna respuesta es válida. e) Todas las respuestas son válidas.
1.2.- El seccionador es un: a) Un aparato de maniobra manual. b) Aparato de maniobra sin poder de corte. c) Aparato para abrir y cerrar circuitos. d) Todas las respuestas son válidas. e) Ninguna de las respuestas es válida.
1.3.- El fusible es: a) Un dispositivo de protección térmico. b) Un dispositivo de protección contra sobrecorriente. c) Un dispositivo de protección automático. d) Todas las respuestas son válidas. f) Ninguna de las respuestas es válida.
1.4.- El interruptor es un: a) Un aparato de maniobra manual. b) Un aparato de maniobra automático. c) Un aparato de maniobra con poder de corte.
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d) Todas las respuestas son válidas. e) Ninguna de las respuestas es válida.
1.5.- Los presostatos se suelen construir con los siguiente sistemas. a) Membrana y sistema tubular. b) Bimetálicos y de tubo capilar. c) De membrana y capacitivo. d) Tubular e inductivo. e) Ninguna respuesta es correcta.
1.6.- Los detectores fotoeléctricos pueden ser: a) De barrera, reflex y de proximidad. b) Electrónicos, eléctricos, reflex y de barrera. c) Electrónicos, capacitivos e inductivos. d) Todas las respuestas son válidas. e) No hay respuesta válida.
1.7.- La técnica de extinción del arco eléctrico en contactores; que consiste en alargar el arco eléctrico se llama.
a) Soplo magnético. b) Soplo de aire. c) Baño de aceite. d) Desionización. e) Transferencia y fraccionamiento del arco.
1.8.- Los detectores de proximidad pueden ser de los siguientes tipos. a) Electrónicos y neumáticos. b) De barrera y reflex.
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c) Inductivos y capacitivos. d) Todas las respuestas son válidas. e) Ninguna respuesta es válida.
1.9.- La cámara apaga chispas es usada en la siguiente técnica de extinción de arco en contactores. a) Baño de aceite. b) Cámara desionizadora. c) Fraccionamiento del arco. d) Soplo magnético. e) Soplo de aire.
1.10.- El contactor consta de: a) Bobina y contactos. b) Núcleo y armadura. c) Circuito magnético y carcaza. d) Todas las respuestas son válidas. e) Ninguna respuesta es válida.
1.11.- La bobina de un contactor puede ser: a) De AC b) De AC o DC c) De DC d) De AC y DC.
1.12.- El pulsador es un: a) Aparato de maniobra automático. b) Aparato de maniobra con poder de corte. c) Aparato de protección.
90
d) Todas las respuestas son válidas.
1.13.- Un aparato que acciona sus contactos un cierto tiempo después de energizar su mecanismo de funcionamiento es: a) Un temporizador electrónico. b) Un temporizador eléctrico. c) Un temporizador al reposo. d) Un temporizador al trabajo. e) Todas las respuestas son válidas.
1.14.- El disyuntor es un: a) Aparato de maniobra manual. b) Es un aparato sin poder de corte. c) Es un aparato de maniobra automático. d) Todas las respuestas son válidas. e) Ninguna respuesta es válida.
1.15.- Los siguientes elementos son auxiliares de mando. a) Pilotos y sirenas. b) Pulsadores y selectores. c) Detectores de proximidad y finales de carrera. d) Todas las respuestas son válidas. e) Ninguna respuesta es válida.
1.16.- El mecanismo de accionamiento de un interruptor de posición es: a) Un pistón. b) Una bola de acero. c) Una roldana.
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d) Un resorte. e) Todas las respuestas son válidas.
1.17.-
Los sistemas constructivos usuales de termostato son los
siguientes: a) Electrónicos, eléctricos y neumáticos. b) De membrana y tubulares. c) Bimetálicos y de tubo capilar. d) Bimetálicos y capacitivos. e) Ninguna respuesta es válida.
1.18.- El poder de corte de un dispositivo indica: a) La tensión máxima que puede interrumpir. b) La corriente mínima que puede interrumpir. c) La corriente máxima que puede interrumpir. d) La tensión mínima que puede interrumpir. e) Todas las respuestas son válidas.
1.19.- Un aparato que acciona sus contactos un tiempo después de haber sido desenergizado su mecanismo de funcionamiento es un: a) Temporizador Neumático. b) Temporizador al trabajo. c) Temporizador al reposo. d) Temporizador eléctrico. e) Ninguna respuesta es válida.
1.20.- El poder de corte de un elemento se especifica en: a) Voltio b) Vatios
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c) Amperios d) Voltio-amper e) Todas las respuestas son válidas
1.21.- En el accionamiento de contactos múltiples la apertura y cierre de los mismos, puede hacerse de la siguiente manera: a) Simultáneamente se abren los cerrados y se cierran los abiertos. b) Primero abre el NC y luego cierra el NA. c) Primero se cierra el NA y luego se abre el NC. d) Todas las respuestas son válidas. e) Ninguna respuesta es válida.
1.22.- El contactor es: a) Un aparato de maniobras manual. b) Un aparato de maniobras automático. c) Un aparato de protección automático. d) Un aparato de protección sin poder de corte. e) Ninguna respuesta es válida.
1.23.- Los pulsadores pueden ser: a) Rasantes, salientes, de llave, luminosos. b) Simples, de maneta, de llave, etc. c) De dos posiciones o de cuatro posiciones. d) Todas las respuestas son válidas. e) Ninguna de las respuestas es válida.
1.24.- El control eléctrico se caracteriza por ser del tipo: a) Control proporcional. b) Control PID (Proporcional, Integral y Diferencial).
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c) Control derivativo. d) Control todo o nada. e) Todas las respuestas son válidas.
1.25.- Los selectores pueden ser: a) Rasantes, salientes, de seta, de llave, etc. b) De dos o de cuatro posiciones. c) Simples o de manetas. d) Todas las respuestas son válidas. e) Ninguna de las respuestas es válida.
EJERCICIO
elementos de:
No.
2:
Clasificar los siguientes dispositivos como
mando, auxiliares de mando,
maniobras, protección
señalización.
2.1.- Detector de humo iónico. Elemento de:_________________ 2.2.- Pulsador de llave. Elemento de:______________________ 2.3.- Relé térmico. Elemento de:___________________________ 2.4.- Seccionador. Elemento de:___________________________ 2.5.- Fusible. Elemento de:_______________________________ 2.6.- Contactor. Elemento de:_____________________________ 2.7.- Temporizador eléctrico. Elemento de:_________________ 2.8.- Relé de tiempo. Elemento de:________________________ 2.9.- Etiqueta de ON/OFF. Elemento de:____________________ 2.10.- Controlador de nivel. Elemento de:____________________ 2.11.- Piloto luminoso. Elemento de:________________________ 2.12.- Selector de maneta. Elemento de:_____________________
o
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EJERCICIO No. 3:
Responder si son verdaderos (V) o Falsos (F), los
siguientes planteamientos.
3.1.- El programador de levas es accionado por un campo magnético ( ). 3.2.-
El
temporizador
eléctrico
usa
como
mecanismo
de
accionamiento un motor eléctrico y un sistema mecánico de relojería ( ). 3.3.- El núcleo del contactor se construye en plástico o baquelita. ( ). 3.4.- El detector de proximidad inductivo detecta objetos metálicos ( ). 3.5.- Los fusibles brindan mejor protección contra sobrecarga que un relé térmico diferencial ( ). 3.6.- El relé térmico diferencial detecta bajos voltajes en la alimentación del motor ( ). 3.7.- El control eléctrico no es un control realimentado ( ). 3.8.-
Los contactos auxiliares del contactor se cierran un tiempo
después de los principales ( ). 3.9.-
El emisor y receptor de luz, están separados en un detector
fotoeléctrico tipo barrera ( ). 3.10.-
Un detector capacitivo opera con las alteraciones de un objeto
al campo magnético creado por el detector ( ). 3.11.- En el detector fotoeléctrico tipo reflex el rayo de luz es reflejado por un espejo ( ). 3.12.- El temporizador al reposo cambia sus contactos al momento de ser energizado ( ). 3.13.- Los contactos móviles del contactor se sujetan al núcleo ( ). 3.14.- Un detector inductivo opera con las alteraciones de un objeto al campo eléctrico creado por el detector ( ).
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3.15.- El emisor y receptor de luz, están separados en un detector fotoeléctrico tipo reflex ( ). 3.16.- En el programador de levas el control de tiempo de ejecución de cada ciclo lo controla el motor eléctrico ( ).
EJERCICIO No. 4:
En las siguientes figuras se muestran contactores
configurados de diferentes formas; para cada una de ellas especifique los contactos que lo componen.
EJERCICIO No. 5:
En la siguiente figura se muestra un conjunto de
símbolos asociados a los circuitos de control eléctrico. Identificar cada uno de ellos.
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EJERCICIO No. 6:
En la siguiente figura se muestra un diagrama de
un circuito de control eléctrico. A) Colocar las marcas de referencia a los terminales de los contactos de cada elemento del circuito, de acuerdo con la norma IEC.
B)
Elaborar una lista de los diferentes elementos que
constituyen el circuito y especificar sus características principales.
C)
Usando catálogos TELEMECANIQUE, seleccione los diferentes elementos, de acuerdo con las características técnicas especificadas en la parte B del ejercicio.
