Automatismos Eléctricos
Automatismos Eléctricos
Automatismos Eléctricos
COMPARTE AUTOMATISMOS
Seguir a @TecnologiaArea
Comparte www.areatecnologia.com
La automatización es la sustitución de la acción humana por mecanismos movidos por una fuente externa
de energía, capaz de realizar ciclos completos de operaciones que se pueden repetir indefinidamente.
- Automatismos Cableados: Los automatismos cableados son aquellos que se implementan por medio
de uniones físicas entre los que forman el sistema de control. Normalmente los automatismos de este tipo
van dentro de una caja llamada "Cuadro Eléctrico".
- Automatismos Programados: Los automatismos programados son aquellos que se realizan utilizando
los autómatas programables o controladores programables (más conocidos por su nombre inglés: PLC,
programmable logic controller).
Primero veamos los elementos básico de un automatismo o cuadro eléctrico y luego la normativa
para su representación y ejecución.
El Pulsador
Los pulsadores son elementos mecánicos de cierre y apertura. Un pulsador se activa actuando sobre él,
pero volverá a su posición de reposo automáticamente cuando se elimine la acción que lo ha activado.
Son elementos que intervienen en el diálogo hombre-máquina.
- Pulsadores normalmente abiertos (NA): Cuando los pulsamos se efectúa la conexión interna de sus dos
terminales. En reposo los contactos estarán abiertos (es decir, sin conexión eléctrica entre ellos). Se
utilizan generalmente para la puesta en marcha o el arranque de máquinas e instalaciones eléctricas.
- Pulsadores normalmente cerrados (NC): Cuando los pulsamos se efectúa la desconexión de sus dos
terminales. En reposo los contactos estarán cerrados (con conexión eléctrica entre ellos). Se utilizan
generalmente para el paro de máquinas e instalaciones eléctricas.
En un mismo pulsador pueden existir ambos contactos, que cambian simultáneamente al ser pulsados.
Un tipo de pulsador muy utilizado en la industria es el llamado pulsador de paro de emergencia (Fig.
6.2), denominado comúnmente “seta”, debido a su aspecto externo. La cabeza de estos pulsadores es
bastante más ancha que en los normales y de color rojo, sobre fondo amarillo. Permite la parada
inmediata de la instalación eléctrica cuando ocurre un accidente. Estos pulsadores llevan un dispositivo
interno de enclavamiento de manera que, una vez pulsado, no se puede reanudar el funcionamiento de la
instalación hasta que se desenclave, por ejemplo, mediante un giro de la cabeza o una llave auxiliar.
Interruptores
Los interruptores y conmutadores son elementos que conectan o desconectan instalaciones y máquinas
eléctricas mediante el posicionado de una palanca. A diferencia de los pulsadores, al ser accionados, se
mantienen en la posición seleccionada hasta que se actúa de nuevo sobre ellos.
Los selectores son similares a los interruptores y conmutadores en cuanto a funcionamiento, aunque
para su actuación suelen llevar un botón, palanca o llave giratoria (que puede ser extraíble).
Todos estos elementos de mando manual, pulsadores, interruptores y selectores, se alojan, por regla
general, en cajas de plástico o metálicas, que pueden contener más de un elemento. Por ejemplo, son
típicas aquellas cajas que contienen un pulsador NA para la marcha, y otro pulsador NC para el paro de un
motor eléctrico.
Finales de Carrera
Los finales de carrera (interruptores de posición) son pulsadores utilizados en el circuito de mando,
accionados por elementos mecánicos. Normalmente son utilizados para controlar la posición de una
máquina que se mueve. Desde el punto de vista del circuito eléctrico están compuestos por un juego de
contactos NA (normalmente abierto) NC (normalmente cerrado) de forma que cuando son accionados
cambian las condiciones del circuito.
Como se puede observar en la imagen y en el símbolo, el final de carrera está compuesto por un contacto
normalmente cerrado (NC) y otro normalmente abierto (NA). Cuando se presiona sobre el vástago,
cambian los contactos de posición, cerrándose el abierto y viceversa.
Detectores
Termostatos: Son dispositivos que permiten medir la temperatura de un recinto, depósito, etc., o
detectar si ésta excede un cierto valor, denominado umbral. Generalmente, se utilizan en sistemas de
control que permiten realizar una regulación de dicha temperatura. Por medio de un dispositivo captador
se cambia el estado de los contactos a partir de unos valores predeterminados de temperatura.
Presostatos: El presostato es un mecanismo que abre o cierra unos contactos que posee, en función de
la presión que detecta por encima o por debajo de un cierto nivel de referencia. Esta presión puede ser
provocada por aire, aceite o agua, dependiendo del tipo de presostato. Se suelen usar en grupos de
presión de agua, poniendo en marcha un motor-bomba cuando la presión de la red no es suficiente.
Detectores de Nivel de Líquido: Detectan si el nivel de líquidos en depósitos, piscinas, etc., está por
debajo de un nivel de referencia mínimo o por encima de un nivel de referencia máximo. De esta forma,
se utilizan en el mando automático de estaciones de bombeo, para comprobar la altura máxima y mínima
del líquido cuyo nivel se pretende controlar
DISPOSITIVOS DE SEÑALIZACIÓN
Pilotos de señalización: Los pilotos de señalización forman parte del diálogo hombre-máquina, se
utiliza el circuito de mando para indicar el estado actual del sistema (parada, marcha, sentido de giro,
etc.). Generalmente está constituido por una lámpara o diodo montada en una envolvente adecuada a las
condiciones de trabajo. Existe una gran variedad en el mercado según las necesidades de utilización
(tensión, colores normalizados, consumo, iluminación, etc.).
DISPOSITIVOS DE REGULACIÓN
Los reguladores, también conocidos como controladores, son elementos que permiten que la variable o
magnitud física que se desea controlar (velocidad de una máquina eléctrica, posición del eje de un motor,
temperatura de un recinto, etc.) permanezca siempre entre ciertos valores admisibles, sin intervención
directa de un operador humano.
CONTACTORES Y RELÉS
Son elementos de apertura y cierra por contactos de las diferentes partes del circuito eléctrico.
Contactor y Telerruptor
Esta categoría viene indicada en la carcasa del dispositivo y especifica para qué tipo de cargas es
adecuado el contactor. Las cuatro categorías existentes son las siguientes:
- AC1 (condiciones de servicio ligeras). Contactores indicados para el control de cargas no inductivas o
con poco efecto inductivo (excluidos los motores), como lámparas de incandescencia, calefacciones
eléctricas, etc.
- AC2 (condiciones de servicio normales). Indicados para usos en corriente alterna y para el arranque e
inversión de marcha de motores de anillos, así como en aplicaciones como centrifugadoras, por ejemplo.
- AC3 (condiciones de servicio difíciles). Indicados para arranques largos o a plena carga de motores
asíncronos de jaula de ardilla (compresores, grandes ventiladores, aires acondicionados, etc.) y frenados
por contracorriente.
- AC4 (condiciones de servicio extremas). Contactores indicados en motores asíncronos para grúas,
ascensores, etc., y maniobras por impulsos, frenado por contracorriente e inversión de marcha. Por
maniobras por impulsos debemos entender aquellas que consisten en uno o varios cierres cortos y
frecuentes del circuito del motor y mediante los cuales se obtienen pequeños desplazamientos.
Tanto los relés como los contactores son elementos básicos que aparecen en cualquier sistema de
automatización. Están formados por una bobina (denominada circuito de control o circuito de mando) y
unos contactos metálicos (circuito de potencia) formados por unas láminas ferromagnéticas.
Podríamos decir que un relé es un aparato que hace lo mismo que el contactor, al llegarle corriente a la
bobina se abren o cierran sus contactos, La diferencia es sobre todo en el tamaño y en los usos.
Las diferencias fundamentales entre los relés y los contactores son:
Los relés disponen únicamente de contactos auxiliares y son más pequeños que los contactores.
Los relés son elementos que suelen operar con cargas pequeñas, mientras que los contactores se
conectan con cargas de gran potencia. Para saber más ir a : El Relé o Relevador.
Relés Temporizadores
También conocidos simplemente como temporizadores, son relés que permiten ajustar los tiempos de
conexión y desconexión del mismo. La temporización puede ajustarse entre algunos milisegundos y
algunas horas.
a) Retardo a la conexión. Los contactos pasan de la posición abierto a cerrado un tiempo después de la
conexión de su órgano de mando.
b) Retardo a la desconexión. Cuando los contactos pasan de cerrado a abierto transcurrido un tiempo de
retardo.
DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN
Fusibles
Son dispositivos de protección de sobreintensidad, abren el circuito cuando la intensidad que lo atraviesa
pasa de un determinado valor, como consecuencia de una sobrecarga o un cortocircuito.
Generalmente están formados por un cartucho en cuyo interior está el elemento fusible (hilo metálico
calibrado) rodeado de algún material que actúa como medio de extinción, el cartucho se aloja en un
soporte llamado portafusible que actúa como protector. En ocasiones forman parte o están asociados con
otros elementos de mando y protección como seccionadores interruptores etc.
Magnetotérmico
Magnético porque protege contra intensidades excesivas (Intensidad de Cortocircuito) y térmico porque
protege contra sobrecalentamientos (intensidades mayores de las nominales durante un tiempo).
El principio básico de funcionamiento de un relé térmico consiste en una lámina bimetálica constituida por
dos metales de diferente coeficiente de dilatación térmica. Cuando aumenta la temperatura debido a una
sobrecarga, la lámina bimetálica (al ser de diferente coeficiente de dilatación ambos metales) se curva en
un sentido, al llegar a un punto determinado acciona un mecanismo, y este abre un contacto unido al
mecanismo de disparo, desconectando el circuito. Ver imagen más abajo.
Es muy importante que el PIA que proteja un motor no corte la corriente por el pico de corriente que
tienen los motores en el arranque. Para los motores se suelen utilizar magnetotérmicos de curvas disparo
tipo D. Para saber más ver: Magnetotérmico.
Interruptor Diferencial
La sensibilidad es el valor que aparece en catálogo y que identifica al modelo. Sirve para diferenciar el
valor de la corriente a la que se quiere que "salte" el diferencial, es decir, valor de corriente de fuga que si
se alcanza en la instalación, ésta se desconectará.
El tipo de interruptor diferencial que se usa en las viviendas es de alta sensibilidad (30 mA), ya que son
los que quedan por debajo del límite considerado peligroso para el cuerpo humano. En la industria estos
valores pueden ser de 300mA.
Esto ocurre gracias a que consta de tres láminas bimetálicas con sus correspondientes bobinas
calefactoras que cuando son recorridas por una determinada intensidad, provocan el calentamiento del
bimetal y la apertura del relé. La velocidad de corte no es tan rápida como en el interruptor
magnetotérmico.
El relé térmico tiene 2 bornes mas aparte de los 3 de potencia. Esos se conectan en serie con la bobina
del contactor y son los que le cortan la corriente al mismo para apagar el motor en caso de sobrecarga.
La diferencia con el magnetotérmico es que solo protege contra sobrecalentamiento, pero no en caso de
cortocircuito. Además el relé térmico es un dispositivo que provoca el disparo del relé en caso de
ausencia de corriente en una fase (funcionamiento monofásico), cosa que no detecta el
magnetotérmico.
El Guardamotor
Un interruptor-guardamotor es un aparato diseñado para la protección de motores contra
sobrecargas y cortocircuitos. El aparato puede incorporar algunos contactos auxiliares para su uso en
el circuito de mando. Dispone de un botón regulador-selector de la intensidad de protección. Suele ir
conectado antes que el contactor. Realmente es un magnetotérmico preparado para motores. Este diseño
especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo hace más robusto frente a las
sobreintensidades transitorias típicas de los arranques de los motores.
La principal diferencia reside en que el relé térmico no tiene poder de corte en caso de avería, precisando
de un contacto auxiliar colocado en el circuito de mando que desconecte al contactor que alimenta al
motor. El guardamotor si tiene poder de corte y en el momento en que es detectada una sobreintensidad
en el motor, por ejemplo un cortocircuito, el propio guardamotor efectúa la apertura del circuito.
Otra diferencia es la colocación de uno y otro elemento en el circuito. Mientras que el relé térmico se
coloca detrás del contactor, el guardamotor se conecta al principio de la línea de potencia como protección
general de todo el circuito.
El relé térmico detecta un fallo en una de las fases que alimenta el motor y desconecta el circuito para
protegerlo, el guardamotor no detecta los fallos en las fases.
Al igual que el relé térmico, el guardamotor debe ser reconectado después de un disparo.
Motores
El elemento de salida de cualquier automatismos es uno o varios motores eléctricos. Todos los elementos
del automatismos son para controlar estos motores. Los motores eléctricos puedes verlos explicados en
los siguientes enlaces:
- El Motor Eléctrico.
- Motores Monofásicos.
- Motor Trifásico.
Estos son los aparatos eléctricos más usados en las instalaciones de automatismos, ahora veamos las
normas para representar los automatismos en los esquemas.
REPRESENTACIÓN DE AUTOMATISMOS
Identificación de Aparatos
1º Una Letra que indique el aparato. Más abajo puedes ver la letra para cada aparato.
2º Un número que indica el número del aparato dentro del esquema.
3º Una letra que nos indica la función del aparato. Normalmente M = Main (principal) y A = Auxiliar.
Marcado de Bornes
Utilizamos el término bornes para referirnos a cada una de las partes metálicas de una máquina o
dispositivo eléctrico donde se produce la conexión del aparato con los conductores u otros aparatos.
Según la norma CEI los bornes de los aparatos se marcaran con la siguiente numeración:
Mira algunos ejemplos para nombrar contactos:
Para Nombrar o Marcar las Alimentaciones y las Salidas de los Circuitos en los automatismos:
– Expresar de una forma clara el funcionamiento del circuito y de cada uno de sus aparatos.
Por regla general, se evitarán los trazos oblicuos de conductores, limitándose a trazos horizontales y
verticales. El trazo oblicuo se limitará a condiciones en las que sea imprescindible para facilitar la
comprensión del esquema.
En los automatismos los esquemas se dividen en dos: Esquema de Mando y Esquema de Fuerza.
El dibujo del esquema de mando se realiza sobre formato A4 con trazo más fino que el circuito de
potencia, según norma UNE 0’5mm. Si el circuito es sencillo se pueden dibujar en la misma hoja el
esquema de potencia, a la izquierda, y el de mando a la derecha, cuando esto no sea posible se dibuja
primero el de la potencia y después el de mando. Se utilizarán más hojas numerando el orden sobre el
total, así 1/5, 2/5, 3/5... nos indica que el total de hojas son 5 y la cifra primera el orden que ocupa.
El dibujo queda dividido en cuadrículas de manera que tendremos localizados los aparatos con las
coordenadas que ocupan en el dibujo. Las cuadrículas no tienen porque ser iguales, ajustándose a las
necesidades del esquema. Cuando la complejidad del esquema lo requiera se utilizarán anexos.
En los circuitos de mando, lo más habitual es dibujar debajo de cada aparato sus contactos y un
número que nos indica dónde están localizados en el esquema (referencias cruzadas). Otra
manera de representar las referencias es en forma de tabla, indicando el tipo de contacto abierto o
cerrado y un número debajo que nos indica dónde se encuentra en el esquema.
En el esquema de arriba, el KM1 tiene 1 contacto abierto (A) en la columna 1 del esquema y un contacto
cerrado (C) en la columna 2. El KM3 solo tiene uno cerrado en la columna 1 del esquema. El KM2 solo
tiene uno abierto en la columna 2. El KA1 (contactor auxiliar 1) tiene uno abierto en la columna 3 y uno
cerrado en la columna 1.
Todos los elementos estarán identificados con la letra de clase de aparato, número y función. El dibujo
del esquema de potencia se realiza sobre formato A4, con trazos más gruesos que el circuito de mando,
según norma UNE 0,7 mm para el circuito de potencia 0,5 mm. para el circuito de mando.
Estos son los dos tipos de esquemas obligatorios que tendremos que dibujar para representar un
automatismo eléctrico. La forma de representar cada uno puede variar.
Por el número de elementos que se representan con un mismo símbolo pueden ser:
a) Esquemas unifilares: cuando se representan con un mismo trazo varios conductores o elementos que
se repiten. Se utilizan para los circuitos de potencia de sistemas polifásicos en los que se dibuja una fase
y se indica sobre el conductor a cuántas fases se extiende según sea bifásico, trifásico, etc.
b) Esquemas multifilares: cuando se representan todos los conductores y elementos cada uno con su
símbolo. Se utilizan en la representación de los circuitos de mando, donde cada elemento realiza
funciones diferentes, y para representar circuitos de potencia de automatismos.
Por el lugar en que están situados los dispositivos de un mismo automatismo dentro del esquema
existen los siguientes tipos de representación:
Las marcas inscritas en el esquema deben poderse leer en dos orientaciones separadas con un ángulo de
90º, desde los bordes inferior y derecho del documento. Se deben situar orientadas en el mismo sentido
que el trazo del conductor (para trazos verticales de conductor, las marcas se escribirán de abajo a arriba
en el sentido del trazo para poder leer desde el borde derecho del documento).
FASES PARA LA REALIZACIÓN DE UN AUTOMATISMO
Las distintas fases o tareas en las que dividimos la confección o realización de cualquier automatismo
eléctrico pasan por:
- Diseño y Funcionalidad: Se corresponde con el estudio meticuloso de las funciones básicas que debe
realizar el automatismo. En esta tase deberemos concretar con precisión el comportamiento del
automatismo y clarificar con nitidez todas y cada una de las operaciones que éste debe solventar, de
modo que deben evitarse las ambigüedades y las sofisticaciones superfluas.
- Dimensionado de los Dispositivos: Esta fase debe servirnos para elegir el conjunto de dispositivos
apropiado para realizar el automatismo. Con este propósito, deberemos calcular la potencia eléctrica que
debe aceptar o proporcionar cada uno de los elementos del automatismo, dimensionar los cables de
alimentación y de señal, prever la vida útil de los mecanismos utilizados, analizar cuidadosamente las
características de las señales usadas en la interconexión de los diferentes módulos y prever los necesarios
elementos de seguridad.
- Esquema Eléctrico: El objetivo principal de esta fase es la confección del esquema eléctrico del
automatismo. Debe ser completo y hemos de confeccionarlo con una notación clara y comprensible en la
que estén representados todos los componentes perfectamente conectados y referenciados.
- El Cuadro Eléctrico: En esta fase debemos abordar la mecanización del cuadro eléctrico y la ubicación
en su interior de los diferentes elementos que componen el automatismo. Previamente hemos debido
realizar el esquema de cableado que contempla, entre otras cosas, la identificación, la trayectoria y las
diferentes secciones de los conductores y, también, habremos confeccionado los diferentes planos de
ubicación de componentes y de mecanización del cuadro eléctrico.
- El Ensayo y las Pruebas: Una vez realizada la instalación del automatismo se realizará su ensayo y
prueba. En esta fase será conveniente actuar con un plan de trabajo previamente establecido que
contemple la entrada en funcionamiento, progresiva y en secuencia, de las diferentes partes del
automatismo. Cada parte deberá ser probada de forma aislada, y en las condiciones de trabajo más
realistas, antes de interactuar simultáneamente con el resto. Esta fase debe servir, además, para corregir
las posibles anomalías o realizar los ajustes pertinentes antes de la entrada en servicio del automatismo.
AUTOMATISMOS BÁSICOS
Vamos a ver diferentes esquemas básicos de mando sobre contactores que, más adelante, nos permitirán
realizar diversas operaciones de control sobre motores.
El conmutador tiene dos posiciones en las que puede quedar enclavado. La posición 1 (línea continua)
corresponde a la posición de reposo o paro del contacto (NA). En esta posición la bobina de mando de
KM1 está desexcitada. El contactor KM1 se activa poniendo S1 en posición de "marcha".
No es muy aconsejable la utilización de este control, a menos que sea sobre máquinas no peligrosas que
puedan funcionar sin vigilancia. Si se produjera un corte de corriente estando S1 en "marcha", al volver la
alimentación la bobina de mando de KM1 quedaría excitada y la máquina o motor sobre el que actúa se
pondría en marcha.
Al estar S1 normalmente cerrado, cuando pulsamos S2 se activa la bobina del contactor KM1 y se cierra
su contacto auxiliar (NA). Aunque liberemos S2, el contactor sigue alimentado (enclavado) a través de S1
y su propio contacto auxiliar. Para desactivar el contactor KM1 sólo debemos pulsar S1.
En muchísimos automatismos es necesario introducir retardos entre las diferentes maniobras que se
pueden realizar. Vamos a ver algunos circuitos de control que utilizan temporizadores.
Temporizador a la conexión
En el esquema siguiente puedes ver el esquema de un relé con un contacto de cierre inmediato (23-24) y
otro temporizado a la conexión o excitación (17-18). Al accionar el pulsador de marcha S2 se excita la
bobina del relé KT1 y se cierra su contacto de enclavamiento. El cierre del contacto garantiza que, tras
liberarse S2, KT1 continúe activado. Una vez activado KT1, su contacto temporizado se activa (se cierra,
puesto que es NA) pasado un tiempo de retardo t. Tras ello se ilumina la bombilla H1. Ésta permanece así
hasta que se desactiva KT1 mediante el pulsador de paro S1.
El siguiente circuito es imprescindible en todo automatismo que necesite un retardo en alguna de sus
fases de funcionamiento, como por ejemplo el arranque estrella-triángulo de un motor asíncrono trifásico.
Temporizador a la desconexión
Cuando se acciona el interruptor S1, la bobina del relé KT1 queda excitada y su contacto temporizado
(17-18) se cierra inmediatamente. Tras ello, se ilumina de nuevo el señalizador H1. Esta situación se
prolonga hasta que desenclavamos S1, hecho que des excita la bobina de KT1. Pero su contacto no se
abre entonces: al ser temporizado a la desconexión, el señalizador H1 permanece iluminado hasta que,
pasado un tiempo t, se abre el contacto temporizado.
En muchos de los automatismos que controlan procesos es necesario controlar contactares que trabajan
de forma asociada. Por tanto, es un requisito imprescindible que un contactor esté activado para que
funcionen otros, o bien que esté desactivado para que puedan activarse otros. Estas son las normas
básicas de trabajo:
- Cuando queramos que un contactar (KM2) se active solamente si ya está activado otro (KM1),
colocaremos contactos NA de KM1 en serie con la bobina de mando de KM2.
- Cuando queramos que un contactar (KM2) se active solamente si no está activado otro (KM1),
colocaremos contactos NC de KM1 en serie con la bobina de mando de KM2.