Universidad Nacional Del Nordeste Facultad De Ingenieria Instituto De Electromecánica

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INSTITUTO DE ELECTROMECÁNICA

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AÑO 2001 .

INSTITUTO DE ELECTROMECÁNICA – AÑO 2001

C S P R A DE LO CA R IC AD A CU UR SO O P R AC CT TI IC CO O D E L OG GI CA A C AB BL LE EA DA

INTRODUCCIÓN: En este curso trataremos de examinar las principales aplicaciones de la electricidad en las industrias, analizando en preferencia el control de la misma mediante dispositivos electromecánicos y explicar como están estructurados en general los automatismos eléctricos utilizados para gobernar máquinas y procesos.

AUTOMATIZACIÓN: La automatización eléctrica se refiere al uso de dispositivos eléctricos como relés, contactores, microswitches, etc., para realizar automáticamente operaciones secuenciales sobre una maquina o proceso. Aunque Aunque muchas de estas acciones acciones también pueden ser realizadas realizadas por un operador humano, el uso de automatismos eléctricos proporciona respuestas más rápidas, confiables, seguras y limpias. Además optimizan los procesos, liberan al operario de tareas difíciles y peligrosas, mejoran la productividad y calidad, ahorran tiempo y dinero, etc. Durante muchos años, las funciones de automatización en la industria fueron realizadas casi exclusivamente utilizando interruptores electromagnéticos, es decir relés y contactores, como dispositivos de control y maniobra. Actualmente, como resultado de las mejoras permanentes en su construcción construcción y diseño, los automatismos eléctricos siguen siendo muy utilizados. Sin embargo, no son la única alternativa posible. También se dispone de automatismos electrónicos o de estado sólido, controladores lógicos programables (PLCs), y de automatismos neumáticos, electroneumáticos, hidráulicos, etc. Con respecto a los automatismos electrónicos, los automatismos eléctricos de relés y contactores presentan las siguientes ventajas: Son más económicos y fáciles de realizar cuando la aplicación es relativamente sencilla. Esto se debe

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a que se alimentan directamente de la fuente principal de energía, reciben directamente información de los microswitches y otros tipos de detectores, y pueden manejar directamente motores y otros tipos de cargas. No son susceptibles al ruido. En otras palabras, no pueden ser engañados por picos de voltaje, transitorios, interferencias y otros tipos de señales extrañas. •

Pueden funcionar eficientemente a altas temperaturas comúnmente encontradas en los ambientes industriales. Son más fáciles de diagnosticar y reparar por • personal no especializado. Esto se debe a que la •

mayor parte de los técnicos de mantenimiento están mas familiarizados con la lógica de relés que con la lógica de estado sólido y, por lo tanto, pueden detectar más rápido cualquier problema. - Cu r s o Pr Pr ác t i c o de d e Ló L óg i c a Ca Ca bl b l e ad a d aa- 1

ELEMENTOS DE LOS AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS En su forma mas general, un automatismo eléctrico se compone de los elementos o bloques estructurales indicados en el siguiente esquema:

Como se ve en el esquema un automatismo eléctrico pude ser tratado como un circuito compuesto por seis bloques, los cuales detallamos a continuación: La maquina en si y los accionadores, como motores, resistencias, calefactoras y solenoides, constituyen la parte operativa o de salida del proceso, es decir la que ejecuta físicamente la tarea. l

La etapa de comando de potencia esta formada por dispositivos de maniobra y protección como preaccionadores, contactos principales o de potencia, variadores de velocidad, relés térmicos, etc., que se encargan de conectar y desconectar físicamente los accionadores de la fuente de energía. l

La etapa de detección esta formada por los dispositivos y elementos auxiliares de mando que se encargan de recoger automáticamente, sin intervención del operario, información acerca de las condiciones del sistema. Esta información puede representar, por ejemplo, la presencia de partículas metálicas metálicas extrañas en un tejido, la llegada de un líquido a un nivel determinado, el paso de un objeto por un punto específico, etc. l

La etapa de mando esta formada por elementos auxiliares como pulsadores, selectores, interruptores, pilotos, etc., a través de los cuales el operario se comunica con la maquina, introduce información y vigila el proceso. La información introducida por el operador representa la respuesta deseada del sistema, es decir los resultados de producción esperados del mismo, por ejemplo sellar bolsas a una cierta velocidad, mantener constante la temperatura del aceite en un tanque de templado o detener inmediatamente el proceso cuando se detecta una anormalidad. l

Finalmente, la etapa de tratamiento esta formada por dispositivos de control especiales que recogen la información información suministrada por los detectores, detectores, la combinan con con la suministrada por el operario a través de la etapa de mando y toman decisiones relacionadas con la próxima acción que debe efectuar el sistema, por ejemplo arrancar o apagar un motor, abrir o cerrar una válvula, energizar o desenergizar un solenoide, etc. Ejemplos de dispositivos eléctricos de control son los relés, los contactos auxiliares, los temporizadores y los bloques de memoria. l


CIRCUITOS Y ESQUEMAS ELÉCTRICOS Las instalaciones y máquinas eléctricas industriales están formadas por circuitos que cumplen funciones específicas dentro de cada sistema. Trataremos de explicar cómo está estructurado un circuito eléctrico en general y examinar la representación de circuitos mediante esquemas multifilares y de mando para facilitar su análisis ejecución y reparación. GENERALIDADES: Para que una corriente eléctrica pueda realizar un trabajo útil, por ejemplo energizar la bobina de un contactor, accionar un motor, encender una lámpara, necesita un camino cerrado para su circulación. Esta trayectoria continua se denomina circuito eléctrico. El estudio de los circuitos eléctricos, así como la adquisición de habilidades para su representación y análisis a través de esquemas, son factores claves para comprender como funcionan las instalaciones, máquinas, aparatos y demás sistemas eléctricos industriales. CONCEPTOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS: Un circuito eléctrico comprende el recorrido completo que realiza la corriente desde que sale de la fuente de energía hasta que retorna a ella, pasando por las cargas y los elementos de control y protección, a través de unos conductores. Estos elementos son fundamentales para que un circuito opere de manera segura y confiable. La fuente de voltaje de un circuito es la encargada de producir la fuerza electromotriz, voltaje o tensión. En este curso trabajaremos preferentemente con fuentes de voltaje monofásicas. Los conductores en un circuito cualquiera proporcionan un camino de baja resistencia para la circulación de la corriente eléctrica. Son generalmente cables de cobre aislados disponibles en diferentes calibres. La carga de un circuito eléctrico está representada por elementos como motores, resistencias, bobinas, pilotos, solenoides, etc., que convierten la energía en fuerza, calor, rotación, luz y otras formas útiles de energía. Obviamente un circuito puede tener una o más cargas conectadas en serie, paralelo o en una configuración mixta. Los dispositivos de control o mando regulan el paso de la corriente a través de un circuito. Los más usuales en los sistemas eléctricos son los interruptores electromecánicos, representados por contactos normalmente abiertos o cerrados de relés, contactores, pulsadores, selectores, sensores, - Cu r s o Pr ác t i c o de Lóg i c a Ca bl e ad a- 3

etc. Actualmente es muy común también el uso de interruptores de estado sólido, basados en transistores, tiristores, y otros tipos de semiconductores. Finalmente, los dispositivos de protección se encargan de interrumpir el paso de la corriente a través de un circuito en caso de sobrecarga o cortocircuito, actuando como interruptores automáticos. CIRECUITOS LÓGICOS CONJUNCIÓN LÓGICA Circuitos “Y” o su versión en inglés “AND”.


DISYUNCIÓN LÓGICA Circuito “O” , que su versión en inglés es “OR”.

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NEGACIÓN LÓGICA Circuito “NO” o su versión en inglés “NOT”.


ESQUEMAS ELÉCTRICOS: Con el fin de facilitar su análisis, ejecución y mantenimiento, los circuitos eléctricos industriales se representan mediante esquemas, también llamados planos o diagramas. Un esquema es simplemente una representación gráfica, en lenguaje simbólico, de los elementos de un circuito y la forma en que se conectan entre sí para cumplir una función determinada, independientemente de su ubicación o características físicas. La realización e interpretación de esquemas es una parte fundamental del trabajo eléctrico industrial. De hecho, todo el proceso de diseño y ejecución de una instalación eléctrica se expresa en la forma de esquemas o planos eléctricos. Los esquemas eléctricos industriales se elaboran principalmente a partir de símbolos gráficos que representan los componentes propiamente dichos, y de líneas o trazos que representan las conexiones eléctricas o mecánicas entre ellos. Adicionalmente, los componentes, trazos, bornes y demás elementos se identifican mediante símbolos alfanuméricos llamados designadores, formados por números, letras, o grupo de letras y un número, que individualizan cada elemento y permiten diferenciarlo de otros del mismo tipo. Los designadores literales y numéricos se denominan también marcas e índices, respectivamente. Un esquema eléctrico debe ser realizado de tal forma que muestre las condiciones del circuito al que se refiere en condiciones de reposo y sea fácil de interpretar por otros. En particular, deben minimizarse los cruces entre líneas, y especificarse claramente cuando dos líneas que se cruzan están o no conectadas entre sí. Asimismo, deben diferenciarse claramente las uniones eléctricas de las uniones mecánicas, utilizando líneas continuas para el primer caso y líneas punteadas para el segundo. Igualmente, todos los elementos de un esquema deben estar claramente identificados, así como sus respectivas entradas y salidas. Por razones obvias, los símbolos de elementos pertenecientes a un mismo dispositivo, digamos la bobina y los contactos de un contactor, se identifican con la misma marca. No obstante, en un mismo esquema no pueden existir clones, es decir varios símbolos con las mismas marcas y los mismos índices, porque es físicamente imposible que un mismo dispositivo pueda estar en dos o más partes diferentes de un circuito realizando simultáneamente varias funciones distintas. Ver Información y tablas de Símbolos en el Anexo

TIPOS DE PLANOS Los Planos, diagramas y esquemas eléctricos deben dibujarse mostrando las condiciones del sistema en estado de reposo, es decir con las bobinas y los elementos de carga desenergizados, y los dispositivos de mando y maniobras sin accionar. Cualquier modificación a estas reglas generales deben indicarse explícitamente en los planos. - Cu r s o Pr ác t i c o de Lóg i c a Ca bl e ad a- 7

Dependiendo de los niveles de corriente manejados, los circuitos eléctricos industriales se clasifican en Circuitos de Potencia o Principales y Circuitos de Mando o Auxiliares. Se distinguen varios tipos de planos: Es la representación más simple de una conexión eléctrica. Los conductores de mando no se representan. Plano General o unifilar:

Plano de Funcionamiento diagrama funcional: El plano

o

de funcionamiento es la representación detallada en un solo esquema de los circuitos de potencia y de mando de una conexión eléctrica. Plano de circuitos: Es

la forma más usual de representar un circuito. Se dividen en el circuito Principal (o de Potencia) y en el circuito Auxiliar (o de mando), dibujados separadamente, el primero a la derecha y el segundo a la izquierda. El circuito Principal se dibuja en un diagrama multifilar, con los símbolos de los componentes y los contactos que involucran sólo al circuito de potencia. Los circuitos Auxiliar (o de mando), por su parte, se representan mediante esquemas bifilares. Este tipo de esquemas muestra la forma como se conectan y gobiernan las bobinas de los contactores y demás elementos de control y señalización. Están compuestos básicamente por dos trazos horizontales separados, correspondientes a las líneas de alimentación, y una serie de trazos verticales entre ellos, que representan los circuitos parciales, y en los cuales se ubican los símbolos de los distintos elementos involucrados. La interconexión de los circuitos parciales se realiza mediante trazos horizontales. En estos últimos no deben ubicarse elementos de control ni de otro tipo. Los esquemas de potencia y de control son complementarios. Por lo tanto, todo esquema de potencia debe estar siempre acompañado de un esquema de mando, y viceversa. Se dibujan los componentes del circuito del tablero, con su forma real, a una determinada escala. La finalidad del mismo es poder representar la ubicación de los componentes dentro de un gabinete, y mostrar como se distribuirán los conductores, barras borneras etc.

Planos de Montaje:


CONTACTORES Y DISPOSITIVOS DE MANDO Desde su introducción, los contactores revolucionaron el mundo de la automatización eléctrica y aun hoy sigue siendo muy utilizado en la industria. Examinaremos qué son los contactores, y como funcionan y se clasifican. También veremos las características generales de los principales tipos de dispositivos manuales y automáticos utilizados para su control, como pulsadores, selectores, finales de carrera, temporizadores, detectores, etc. GENERALIDADES Un contactor es, fundamentalmente, un interruptor electromagnético, es decir accionado por un electroimán o bobina con corriente. Como tal, se utiliza para permitir o interrumpir automáticamente el flujo de corriente a través de motores y otro tipo de cargas de potencia. Los contactores se emplean normalmente para conmutar tensiones bajas y medias (menor a 1kV) y corrientes desde unos pocos hasta varios cientos de amperios. Aunque son esencialmente dispositivos electromecánicos, muchos de ellos incluyen circuitos electrónicos que les permiten trabajar con una vasta gama de tensiones de mando, funcionar indistintamente con CA y CC (AC o DC en versión inglesa), y otras facilidades. Los contactores electromagnéticos son dispositivos de conmutación y mando de potencia relativamente sencillos, robustos y versátiles, con numerosas posibilidades de aplicación en sistemas de distribución de energía y de automatización eléctrica. Los mismos, que han reemplazado los tradicionales interruptores de cuchillas en las instalaciones industriales, ofrecen, entre otras, las siguientes ventajas: Permiten automatizar el arranque y paro de motores. Posibilitan el control de una máquina desde varios puntos o estaciones de maniobra. Permiten accionar equipos sometidos a corrientes muy altas, digamos 200A, mediante corrientes muy pequeñas. Proporcionan un alto nivel de seguridad para las personas, dado que las maniobras se realizan desde lugares alejados de la carga y las corrientes y tensiones relacionadas con los circuitos de mando son relativamente pequeñas. Permiten controlar y automatizar equipos y máquinas que manejan procesos relativamente complejos mediante la ayuda de dispositivos auxiliares de mando como interruptores de final de carrera, detectores de proximidad (inductivos, capacitivos, fotoeléctricos, etc.), temporizadores, presostatos, termostatos, etc. Se montan sobre rieles o perfiles normalizados DIN de 35 mm de ancho, como casi todos los dispositivos de mando, maniobra y protección modernos, lo cuál simplifica el diseño de aplicaciones y permite aprovechar al máximo el espacio disponible en los tableros. Como alternativa, pueden ser fijados también con tornillos. Disponen de una gran variedad de accesorios, incluyendo bloques de contactos auxiliares NO y NC de instalación frontal o lateral, los cuales se acoplan generalmente a presión, sin necesidad de herramientas. Esta característica reduce al mínimo el tiempo de montaje y garantiza conexiones seguras y confiables. • • •

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Los contactores se catalogan como dispositivos de maniobra automáticos con poder de corte, lo cual implica que pueden abrir o cerrar un circuito sin intervención de un operador humano y bajo condiciones de carga. Además de su acción básica como dispositivos de maniobra automáticos, los contactores pueden también realizar funciones de control. Esta es un de sus principales fortalezas. Para ello disponen de gran variedad de accesorios, los cuales se acoplan mecánicamente a los mismos y sirven para señalizar otros circuitos. Estos incluyen, principalmente, bloques de contactos auxiliares, enclavamientos mecánicos, módulos de cableado, puentes de unión, limitadores de sobretensiones, etc. A un contactor se le pueden acoplar también directamente guardamotores, temporizadores electrónicos y neumáticos, y otros dispositivos de mando y protección que examinaremos más adelante. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS Un contactor electromagnético, en su forma más simple, consta de una bobina, un núcleo fijo, un núcleo móvil o armadura, y un juego de contactos. La bobina está arrollada sobre el núcleo fijo, mientras que la armadura soporta la pieza móvil de cada contacto. Las dos partes de este último se alojan en la carcasa o soporte general del contactor. Cada contacto móvil lleva un resorte que garantiza su conexión y desconexión efectiva respecto a los contactos fijos desde el punto de vista mecánico. La carcasa provee también los bornes de acceso de la bobina y los contactos. La bobina, el núcleo fijo y la armadura constituyen lo que se denomina circuito electromagnético.

Al aplicar una tensión a la bobina, a través de esta circula una corriente y se produce en su interior un campo magnético, que es concentrado e intensificado por el núcleo fijo. Esta campo, a su vez, ejerce una fuerza sobre la culata móvil, superior a la fuerza ejercida por el resorte. Como resultado, la culata es atraída por el núcleo, cerrándose el circuito magnético, y el resorte se comprime. Esto último causa que los contactos se cierren. Esta situación se mantendrá mientras permanezca energizada la bobina. Al retirar la tensión, cesa la corriente, se extinguen el campo magnético y la fuerza atractiva, y el resorte retorna los contactos a su posición inicial. La bobina, cuya función es generar el campo magnético cuando se alimenta con la tensión auxiliar AC o DC, está formada por un gran número de espiras de alambre de cobre muy delgado arrolladas sobre el núcleo y separadas de este último a través de un carretel (o formaleta) aislante.


En el caso de una bobina AC, la corriente inicial, denominada corriente de llamada o de cierre, es relativamente alta, lo cual permite producir un campo magnético intenso, suficiente para que el núcleo atraiga la armadura. Una vez que se cierra el circuito magnético, la corriente de llamada se reduce considerablemente hasta estabilizarse en un valor 10 o más veces menor, llamada corriente de mantenimiento. Las bobinas AC se diseñan para soportar la alta corriente de llamada sólo durante unos pocos milisegundos y operar con la corriente de mantenimiento el resto del tiempo. Si, por alguna razón, el circuito magnético no se cierra por completo, la corriente de llamada circula durante más tiempo del previsto y la bobina se calienta excesivamente llegando a quemarse. Esto no sucede en una bobina DC, donde la corriente de llamada y mantenimiento son iguales. Por esta razón una bobina AC no debe alimentarse con DC, y viceversa. En la actualidad, se consiguen contactores AC de 24 V, 48V, 100-120V o 208-240V para 50 o 60 hz., y contactores DC desde 12V hasta 220V. La tendencia actual es utilizar bobinas AC de 120V o 208-240V debido a que consumen menos corriente. De cualquier modo, las normas internacionales estipulan que un contactor debe funcionar, como mínimo, con tensiones entre el 85% y el 100% de la tensión nominal de control. Es decir, un contactor de 220V debe trabajar eficientemente con tensiones de entre 187 V y 220V. El núcleo, cuya función es concentrar y aumentar el flujo magnético generado por la bobina, es una pieza metálica en forma de E hecha de láminas o chapas de acero al silicio, aisladas entre sí pero unidas a través de remaches, formando un bloque compacto. Esta disposición, junto con un pequeño entre hierro que se deja respecto a la armadura, minimiza las corrientes parásitas, causantes de calentamientos en el núcleo, y el magnetismo remanente que queda en éste último una vez que se desenergiza la bobina. En los contactores AC, se incluyen las llamadas espiras de sombras, un arrollamiento suplementario que impide la extinción del campo magnético cuando el voltaje aplicado a la bobina pasa por cero. La armadura, cuya función es cerrar el circuito magnético una vez energizada la bobina, tiene una construcción similar a la del núcleo, excepto que no siempre incluye espiras de sombras. En condiciones de reposo se encuentra separada del núcleo por acción de un muelle o resorte, el cuál permite que tanto la apertura como el cierre del circuito magnético se realice en un tiempo muy corto. A la armadura están unidos mecánicamente, pero no eléctricamente, las partes móviles de todos los contactos del contactor, aprovechándose el movimiento de la misma para su accionamiento, es decir, su conexión o desconexión de los contactos fijos. Los contactos, cuya función es abrir o cerrar uno o más circuitos externos cuando se energiza la bobina, constan de tres elementos, dos partes fijas en la carcasa, y una parte móvil colocada en la armadura. El contacto móvil lleva un resorte que lo mantiene separada de los contactos fijos en condiciones de reposo y garantiza su unión con los mismos en condiciones de trabajo. En un contactor se distinguen dos grupos de contactos: los principales y los auxiliares. Los contactos principales son generalmente del tipo NA (normalmente abiertos o su versión en inglés NO) y se utilizan para conectar o desconectar la carga de la fuente principal de potencia. Los mismos están ubicados en una zona llamada cámara apagachispas, cuya función es extinguir en el menor tiempo posible el arco o chispa que se forma entre los contactos cuando se abren. Los contactos auxiliares se utilizan en la etapa de mando para permitir o interrumpir el flujo de corriente hacia las bobinas de los contactores o los elementos de señalización. Por esta razón, están diseñados para transportar corrientes pequeñas (menores a 1 A. Los contactos auxiliares pueden ser - Cu r s o Pr ác t i c o de Lóg i c a Ca bl e ad a- 1 1

normalmente abiertos NA (NO en inglés) o cerrados (NC, sigla común tanto en castellano como en inglés), y actuar tan pronto se energiza la bobina, o hacerlo unos milisegundos antes o después. En el primer caso se habla de contactos instantáneos de cierre o apertura, y en el segundo de contactos con adelanto o retraso al cierre o apertura. También se disponen de contactos de apertura lenta y de apertura positiva. En los primeros, el contacto móvil sigue exactamente el movimiento de la armadura, mientras que en los segundos los contactos NO y NC nunca están cerrados al mismo tiempo. Normalmente, al energizar la bobina, primero se abren los contactos NC y luego se cierran los NO. Típicamente, los contactores principales tienen por lo menos un contacto auxiliar NO, el cual se utiliza generalmente como contacto de retención. La función de un contacto de retención es mantener alimentada la bobina cuando se libera el pulsador NO de marcha.

Si se desean más contactos auxiliares, existen dos alternativas: utilizar uno o más contactores auxiliares, o uno o más bloques de contactos auxiliares. Un contactor auxiliar, es un contactor de baja potencia que tiene únicamente contactos auxiliares NO y NC. En este caso, la bobina del contactor auxiliar se conecta en paralelo con la bobina del contactor principal, de modo que los contactos del primero actúan como si fueran contactos auxiliares extendidos del segundo. Los bloques de contactos auxiliares, son estructuras de contactos, NO, NC o NO/NC, sin bobina, se acoplan mecánicamente al contactor principal, a presión o por otro medio, y se accionan con la misma bobina que este último, pueden ser de montaje frontal o lateral. Finalmente, la carcasa es la estructura que soporta toda la estructura del contactor, incluyendo el circuito electromagnético y los contactos. Sobre la carcasa se coloca o se escribe la placa de especificaciones, las marcas que identifican las bobinas y los contactos que identifican otros tipos de datos.


TIPOS DE CONTACTORES Los contactores pueden ser clasificados de acuerdo a diversos criterios. Por ejemplo, dependiendo de su construcción existen contactores electromecánicos y contactores estáticos o de estado sólido, en estos últimos no se utilizan partes móviles y son más silenciosos, seguros y compactos que los electromecánicos, pero son más costosos y son susceptibles a los ruidos eléctricos. Una clasificación más general de los contactores es la relacionada con la clase de servicio o la categoría de empleo, la cual tiene en cuenta el valor de corriente que el contactor puede establecer o cortar durante una maniobra bajo carga. La clase de servicio la determina la naturaleza de la carga controlada (inductiva, resistiva) y las condiciones en las cuales se efectúan los cortes, (motor lanzado, inversión a plena marcha, frenado a contracorriente, corte durante el arranque, etc.). Los tipos de servicio son los siguientes: Contactores clase AC1 Para la conexión y corte de cargas resistivas o débilmente inductivas, con factor de potencia por encima de 0,95. Contactores clase AC2 Para mando de motores AC de rotor en cortocircuito (anillados), sin posibilidad de corte durante el arranque ni inversión a plena marcha. En el instante del cierre, el contactor debe permitir el paso de la corriente de arranque, la cual puede llegar a ser unas 2,5 veces la nominal. En la apertura, el contactor debe ser capaz de cortar la corriente de arranque con una tensión aplicada igual o inferior a la de la red. Contactores clase AC3 Para el control de motores AC de rotor de jaula de ardilla o cortocircuitado, con posibilidad de corte durante el arranque e inversión de marcha a motor lanzado. Al cierre, debe permitir el paso de la corriente de arranque, la cual varía de 6 a 8 veces la corriente nominal. A la apertura, debe cortar el paso de la corriente nominal. Esta es la clase de servicio más utilizada. Contactores clase AC4 Para el mando de motores AC de rotor de jaula de ardilla con limitación de corriente por resistencias, autotransformador u otros medios, frenado por la contracorriente, y marcha por impulso permanente. Al cierre, debe permitir el paso de corrientes de arranque de 6 a 8 veces la nominal. A la apertura, deben cortar la corriente nominal a la tensión de red a una tensión dependiente de la velocidad del motor. Esta tensión aumenta a medida que disminuye la velocidad, y viceversa. La maniobra de corte es relativamente severa. También existen clases de servicio equivalentes para DC. En la selección de un contactor juegan también un papel muy importante otros factores, tales como las condiciones de servicio, la frecuencia de las maniobras de cierre y apertura, la robustez mecánica y la robustez eléctrica. La robustez mecánica, en particular, se refiere al número de maniobras de apertura y cierre que puede realizar un contactor en vacío y sin ningún inconveniente. La robustez eléctrica se refiere - Cu r s o Pr ác t i c o de Lóg i c a Ca bl e ad a- 1 3

al número de maniobras que puede realizar el mismo bajo carga en función de la corriente máxima cortada. Si la frecuencia de las maniobras es muy alta, puede ser necesario recurrir al uso de contactores estáticos o de estado sólido. ESPECIFICACIONES Además de la clase de servicio, otras especificaciones importantes de los contactores, que determina su idoneidad para una aplicación determinada y figura en la placa de datos de los mismos, son la tensión auxiliar de mando (Un), la potencia de mando (Pn), la tensión de aislamiento (Ui), la tensión de empleo (Ue), la corriente térmica (Ith), la corriente de empleo (Ie) y el poder de corte. Tensión auxiliar de mando (Un): tensión de alimentación de la bobina de mando. Potencia de mando (Pn): potencia necesaria para accionar la bobina de mando. Tensión de aislamiento (Ui): tensión de prueba entre el circuito de mando y contactos. Tensión de empleo (Ue): tensión de trabajo de los contactos de potencia. Corriente térmica (Ith): corriente máxima que pueden soportar los contactos una vez cerrados sin sobrepasar los límites de calentamiento Corriente de empleo (Ie): es la corriente que el dispositivo es capaz de accionar e interrumpir para cada tensión de empleo y con carga resistiva. Poder de corte: relacionado con la clase de servicio o categoría de empleo (AC1, AC2, etc.) Los contactores son muy similares en su concepción y funcionamiento a los tradicionales relés electromagnéticos. La diferencia radica en los niveles de potencia que cada uno puede manejar, lo cual determina su tamaño. Mientras los relés están previstos para accionar pequeñas potencias, generalmente inferiores a 1kW, los contactores pueden conmutar potencias muy grandes, incluso de varios centenares de kilovatios. Típicamente, los relés se utilizan como preaccionadores, es decir, activan dispositivos de accionamiento de cargas más potentes, incluyendo los propios contactores. También constituyen la etapa de salida de muchos PLC’s, sensores y otros dispositivos electrónicos. Los relés generalmente tienen varios contactos que generalmente suelen ser conmutadores (NO/NC), diferenciándose por el número de contactos, y por el tipo de conexión. Suelen venir con zócalo, para riel DIN, con tornillos, bornes protegidos. También se especifican función de la corriente que pueden manejar. Tanto los relés como los contactos auxiliares de los contactores, se especifican no solo por la corriente máxima que pueden soportar, sino por la corriente mínima que en funcionamiento continuo pueden cerrar garantizando el buen contacto, o sea si son aptos para corrientes débiles.


DISPOSITIVOS DE MANDO Los contactores, por si solos, son solamente dispositivos de maniobra. Con el fin de incorporarlos a un automatismo eléctrico, necesitan de elementos de mando, ya sean accionados directamente por el operario para establecer un dialogo hombre-máquina, o por factores externos como la presión, el tiempo, la luz, la temperatura, una acción mecánica, un campo magnético, etc., para actuar autónomamente. El primer grupo (manuales) incluye como por ejemplo los pulsadores y los selectores, mientas que el segundo (auxiliares) incluye, entre otros, interruptores de límite o final de carrera, temporizadores o relés de tiempo, los presostatos, termostatos, contadores, los programadores cíclicos y los detectores de proximidad. Los pulsadores son dispositivos de maniobra manuales cuyo contacto o contactos cambia de estado mientras se ejerce una fuerza externa sobre ellos, retornando a su posición original cuando se libera. Dependiendo de la función que realizan pueden ser normalmente cerrados (NC) o de desconexión y normalmente abiertos (NO) o de conexión. También se dispone de pulsadores de desconexión múltiples, de conexión-desconexión simple, y de conexión-desconexión múltiple, formados por dos o más contactos NC, dos o más contactos NO, un contacto NO con otro NC, y tres o más contactos NO/NC combinados.

En los pulsadores de conexión-desconexión, a su vez, se presentan variantes en la forma de abrir y cerrar los contactos. Normalmente, cuando se oprime el botón del pulsador, el contacto NC se abre mientras que el NO se mantiene abierto durante un lapso adicional antes de cerrarse. Todos estos dispositivos vienen en una gran variedad de tamaños, presentaciones, montajes, modo de accionamiento, etc. Existen, por ejemplo pulsadores de montaje rasante o saliente, de accionamiento por llave, de emergencia, con capuchón, de pedal, luminosos, etc.

Los selectores o conmutadores son interruptores de dos o más posiciones, generalmente giratorios que se utilizan par elegir un determinado tipo de maniobra, por ejemplo el sentido de giro de un motor, o la operación de una máquina en modo manual o automático. Pueden ser de retorno manual o automático, de accionamiento por perilla, balancín o llave. Al igual que los pulsadores están diseñados para ser colocados en el frente de los tableros de control.

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Los interruptores de límite o final de carrera son dispositivos auxiliares de mando, diseñados para ser accionados por máquinas o partes de las mismas e indicar su presencia, ausencia o posición. Normalmente poseen dos contactos, uno NC y otro NO, unidos mecánicamente y que se comportan como contactos de un pulsador de conexión-desconexión, excepto que son de apertura o ruptura brusca. Esto último significa que la velocidad de desplazamiento de los contactos móviles no depende de la velocidad del órgano de mando. Por tanto, una vez iniciado su recorrido debe finalizarlo necesariamente.

Los interruptores de límite se identifican principalmente por el modo de ataque o accionamiento, el cual depende de cada aplicación específica. Los modos de ataque más comunes son el frontal, el cuál utiliza una cabeza cilíndrica o un vástago de acero, y el lateral (unidireccional, bidireccional o multidireccional), basado en el uso de roldanas, varillas flexibles, resortes, etc. Una variante de interruptores de límite son los microinterruptores, utilizados en máquinas de proporciones pequeñas o desplazamientos cortos. También existen interruptores de límites accionados por boyas o flotadores, empleados para controlar o regular el nivel de los líquidos. Los detectores o captadores, son dispositivos electrónicos que transmiten información sobre presencia, ausencia, paso, fin de recorrido, rotación, contaje, etc., de objetos sin entrar en contacto físico con las piezas. Pueden ser inductivos, capacitivos o fotoeléctricos. Éstos últimos, a su vez, pueden ser de sistema de barrera, reflex, auto-reflex, fibra óptica, etc. Los inductivos se utilizan para detectar objetos metálicos y los capacitivos para detectar objetos metálicos y no metálicos. Los temporizadores o relés de tiempo son dispositivos dotados de contactos NC o NO que se abren o cierran después de un tiempo preestablecido, contado a partir del instante en que se abre o cierre el circuito de alimentación. Si los contactos actúan un tiempo después de haber sido energizado el dispositivo se habla de un temporizador al trabajo (on delay), mientras que si lo hace en un tiempo después de haber sido desenergizado se tiene un temporizador al reposo (off delay). En este último caso, mientras el temporizador esté energizado, los contactos temporizados actúan como contactos instantáneos. Dependiendo de sus características constructivas los temporizadores pueden ser electrónicos, neumáticos o electromecánicos. Un temporizador electromecánico actualmente es obsoleto. En los temporizadores neumáticos la temporización se obtiene regulando la entrada de aire a un fuelle, hasta que se llena completamente y acciona unos contactos. Los mismos se acoplan a los


contactores de la misma forma que un bloque de contactos auxiliares. La expulsión del aire se produce por la acción de la armadura cuando se energiza la bobina. En el caso de un temporizador neumático al trabajo, la armadura mantiene comprimido el fuelle cuando la bobina está desenergizada. Al energizarla, la armadura se separa del fuelle y éste comienza a expandirse hasta llenarse completamente de aire. En ese instante se produce la permutación de los contactos. En un temporizador neumático al reposo, el fuelle se encuentra expandido cuando el contactor está desenergizados manteniendo los contactos en un determinado estado. Al energizarse la bobina del contactor, la armadura comprime el fuelle, haciendo que los contactos actúen como instantáneos, es decir el NC se abre y el NO se cierra. Al desenergizar el contactor la armadura deja de comprimir al fuelle y este comienza a expandirse nuevamente, iniciándose la temporización. Una vez lleno de aire el fuelle vuelve a accionar los contactos, los cuales retornan a su posición inicial de reposo al cabo del tiempo programado. Algunos temporizadores neumáticos traen su propia bobina. En los temporizadores electrónicos la temporización la controlas osciladores y otros tipos de circuitos electrónicos. Son más delicados que los temporizadores neumáticos y electromagnético, pero su uso es cada vez más extendido debido a su gran versatilidad y los diferentes modos de funcionamiento que proporciona. En algunos modelos el sistema de temporización se conecta directamente a las líneas de alimentación, mientras que en otros deben energizarse conectados necesariamente en serie con la bobina de un contactor. Los presostatos y los termostatos son dispositivos que abren o cierran circuitos al detectar cambios de presión en sistemas neumáticos, o de temperaturas en sistemas térmicos. Los presostatos pueden ser de membrana o de sistema tubular, y se instalan en las tuberías de conducción de gases o líquidos, así como en los tanques de almacenamiento de dichos productos. Los termostatos, por su parte, pueden ser de láminas metálicas o de tubo capilar. Los primeros se basan en la acción de flexión que ejerce la temperatura sobre una lámina bimetálica, mientras que los segundos aprovechan las variaciones de presión que se producen en un fluido alojado en un tubo delgado cuando varía la temperatura.


DISPOSITIVOS DE SEÑALIZACIÓN Los dispositivos de señalización son elementos que se utilizan para indicar si un contactor, y por tanto una carga, esta o no operando. Sirven también para llamar la atención sobre el correcto funcionamiento de una máquina o equipo, facilitando el control y mantenimiento, y aumentando la seguridad de los operarios. Pueden ser ópticos o acústicos. Los Indicadores luminosos, por ejemplo los pilotos, ojos de buey, producen señales perceptibles a la vista, a la vez que los acústicos, representados por zumbadores y timbres producen señales perceptibles al oído. También se dispone de pantallas o displays que producen determinados símbolos o patrones para indicar la operación que se esta realizando en un momento dado.


ANEXO DE TABLAS Y SIMBOLOGÍAS


Designación de los puntos de Conexión


- Cu r s o Pr Pr ác t i c o de d e Ló L óg i c a Ca Ca bl b l e ad a d aa- 2 1


- Cu r s o Pr Pr ác t i c o de d e Ló L óg i c a Ca Ca bl b l e ad a d aa- 2 3

Símbolos y Designaciones de Tensión, Corriente y Frecuencia


Símbolos Normalizados para Conductores y Empalmes


Símbolos de Componentes de Circuitos


Símbolos de Aparatos de Maniobra







Símbolos para Máquinas



Símbolos de Aparato de Señalización


DESIGNACIÓN DE APARATOS Y SUS COMPONENTES


Designación del tipo de Aparatos


Designación de Funciones generales



SIMBOLOS MAS COMUNES



REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS Manual de Baja Tensión Manual y Catalogo del Electricista 98 Electrónica Industrial y Automatización Curso Básico de PLC Catalogo Electrónico

SIEMENS Groupe Schneider CEKIT FESTO Didactic Shneider Electric


INDICE INTRODUCCIÓN: ................................................................................................................................................ 1

AUTOMATIZACIÓN:.............................................................................................................................................1 ELEMENTOS DE LOS AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS................................................................................. 2 CIRCUITOS Y ESQUEMAS ELÉCTRICOS ......................................................................................................... 3 GENERALIDADES: ............................................................................................................................................. 3 CONCEPTOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS:................................................................................... 3 CIRECUITOS LÓGICOS ...................................................................................................................................... 4 ESQUEMAS ELÉCTRICOS:................................................................................................................................. 7 TIPOS DE PLANOS.............................................................................................................................................. 7

CONTACTORES Y DISPOSITIVOS DE MANDO................................................................................................ 9 GENERALIDADES .............................................................................................................................................. 9 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS......................................... 10 TIPOS DE CONTACTORES............................................................................................................................... 13 ESPECIFICACIONES......................................................................................................................................... 14

DISPOSITIVOS DE MANDO................................................................................................................................ 15 DISPOSITIVOS DE SEÑALIZACIÓN................................................................................................................. 18 INDICE................................................................................................................................................................... 43

ANE XO DE TA BL AS Y SI M BOL OGÍAS

DESIGNACIÓN DE LOS PUNTOS DE CONEXIÓN.......................................................................................... 20 SÍMBOLOS Y DESIGNACIONES DE TENSIÓN, CORRIENTE Y FRECUENCIA......................................... 24 SÍMBOLOS NORMALIZADOS PARA CONDUCTORES Y EMPALMES ....................................................... 25 SÍMBOLOS DE COMPONENTES DE CIRCUITOS........................................................................................... 26 SÍMBOLOS DE APARATOS DE MANIOBRA.................................................................................................... 27 SÍMBOLOS PARA MÁQUINAS........................................................................................................................... 33 SÍMBOLOS DE APARATO DE SEÑALIZACIÓN.............................................................................................. 35 DESIGNACIÓN DE APARATOS Y SUS COMPONENTES............................................................................... 36 DESIGNACIÓN DEL TIPO DE APARATOS ...................................................................................................... 37 DESIGNACIÓN DE FUNCIONES GENERALES................................................................................................ 38 SIMBOLOS MAS COMUNES............................................................................................................................... 40 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................................... 42 - Cu r s o Pr ác t i c o de Lóg i c a Ca bl e ad a- 4 3

FICHAS DE TRABAJOS PRÁCTICOS..............................................................................45 Arranque directo de Motor Monofásico Arranque directo de Motor Trifásico Comando de Bomba con cisterna Arranque de un Inversor de Marcha Arranque Estrella Triángulo Arranque en conexión KUSA Arranque Estrella-Triángulo con inversión de marcha Arranque de motores en cascada Fichas en blanco para trabajos prácticos


FICHAS DE TRABAJOS PRACTICOS


Universidad Nacional Del Nordeste Facultad De Ingenieria Instituto De Electromecánica

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