Módulo de Aprendizaje 18: Bloques de Terminales, Relevadores y Temporizadores. Serie Básica 101

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1 Módulo de Aprendizaje 18: Bloques de Terminales, Relevadores y Temporizadores Serie Básica 101

2 Temario Este módulo está dividido en tres secciónes: Bloques de Terminales, Relevadores y Temporizadores. Cada sección empieza con una presentación general para iniciarlo a puntos importantes acerca de estos dispositivos, y las partes que los conforman: Introducción a los Bloques de Terminales 5 Qué es un Bloque de Terminal? 5 Partes de un Bloque de Terminales 6 Cuerpo Aislante 6 Materiales del Cuerpo 7 Partes que Llevan la Corriente 7 Bloques de Terminales IEC vs. NEMA 10 Bloques Específicos para Aplicaciones 12 Diagrama de Bloques Específico para Aplicaciones 12 Repaso 1 16 Accesorios de Bloque de Terminales 17 Como Seleccionar el Bloque de Terminales Adecuado 20 Repaso 2 23 Introducción a los Relevadores 24 Qué es un Relevador? 24 Relevadores Electromecánicos 25 Relevadores para Propósitos Generales 25 Relevador de Control de Máquinas 26 Relevador de Láminas 26 Partes de Relevadores Electromecánicos 28 Contactos de Relevador 28 Vida de Contactos de Relevador 29 Repaso 3 31 Relevadores de Estado Sólido 32 Circuito de Entrada 32 Circuito de Control 32 Circuito de Salida 32 Comparación entre los Tipos de Relevadores de Estado Sólido 33 Comparación entre Estilos de Relevadores 35 Relevadores Electromecánicos 36 Relevadores de Estado Sólido 36 Repaso 4 37 Introducción a los Temporizadores 38 Qué es un Temporizador? 38 Página 2

3 Funciones de Temporización 40 Repaso 5 42 Glosario 43 Respuestas del Repaso 1 45 Respuestas del Repaso 2 45 Respuestas del Repaso 3 45 Respuestas del Repaso 4 46 Respuestas del Repaso 5 46 Página 3

4 Bienvenido Bienvenido al Módulo 18, que trata de Bloques de Terminales, Relevadores y Temporizadores. Los BLOQUES DE TERMINALES son bloques modulares aislados que sujetan dos o más alambres juntos y consisten de un cuerpo aislante y de un dispositivo de sujeción. Su flexibilidad permite la centralización del alambrado y facilita el mantenimiento de circuitos de control complejos. Figura 1. Bloque de Terminales Los RELEVADORES son interruptores que abren y cierran circuitos electromecánica o electrónicamente. Figura 2. Relevador Los TEMPORIZADORES controlan el tiempo en aplicaciones en las cuales funciones deben ser retardadas o en las cuales cargas deben ser mantenidas durante un período predeterminado de tiempo. Figura 3. Temporizador Nota sobre Estilos de Fuentes Viendo el Glosario Como los demás módulos en esta serie, este módulo presenta pequeñas secciones de material nuevo seguidas por una serie de preguntas sobre dicho material. Estudie el material cuidadosamente y conteste después las preguntas sin hacer referencia a lo que acaba de leer. Usted es el mejor juez de su asimilación del material. Repase el material tan frecuentemente como lo considere necesario. Lo más importante es establecer una base sólida sobre la cual construir conforme pasa de tema en tema y de módulo en módulo. Los puntos esenciales se presentan en negritas. Los elementos del Glosario se presentan en cursivas y son subrayados la primera vez que aparecen. Las versiones impresas tienen el glosario al final del módulo. Usted puede también hojear el Glosario seleccionando con el mouse la marca de Glosario en el margen izquierdo. Página 4

5 Introducción a los Bloques de Terminales Qué es un Bloque de Terminal? Los sistemas de alambrado de control hoy en día se están volviendo cada vez más complejos puesto que el equipo está confinado en espacios cada vez menores, y la industria requiere simultáneamente de una respuesta cada vez mayor y niveles de automatización más elevados. Por ejemplo, hoy en día un sistema de empaquetado puede tener numerosos puntos de monitoreo por sensores en una línea transportadora. Imagine la confusión creada por la colocación de cables de un dispositivo al siguiente, creando una red de alambrado. En lugar de esto, coloque un ensamble de bloques de terminales en un panel de control centralizado. Lo que tiene ahora es un alambrado centralizado y reducido de tal manera que un equipo de mantenimiento pueda evaluar rápidamente el estado del sistema y verificar su desempeño. Figura 4. Ensamble de Bloque de Terminales Dentro del panel de control, estos componentes modulares cómodos pueden ser sujetados en su lugar en un riel de montaje. El diseñador puede también mezclar y combinar varios bloques de terminales específicos para aplicaciones con formas, colores y marcas distintivos. Cuando usted abre la puerta de una caja de control, una exploración rápida del alambrado es lo único que se requiere para verificar la distribución y de esta forma se elimina la necesidad de adivinar para proporcionar mantenimiento y eliminar fallas. Cuando se requiere de un cambio en el circuito, bloques de terminales pueden ser fácilmente agregados o removidos del riel sin afectar otras terminaciones de alambre. Además de reducir la complejidad del alambrado de control, los cuerpos de plástico de los bloques de terminales previenen también los cortos y por consiguiente ofrecen una mayor seguridad a los instaladores y a los equipos de mantenimiento. Página 5

6 En Campo National Metals recibió un nuevo sistema de pulido de metal de 30 metros de largo para manejo de formas cilíndricas. Los instaladores llegaron con el equipo y todo estaba listo para iniciar la instalación. Figura 5. Capacidad de Caja de Control Una de las cosas que deseo conocer, dijo el jefe del equipo al gerente de producción de National Metals, es si la caja de control existente puede manejar el alambrado para la nueva máquina. El electricista del equipo deseaba saber si la caja tenía espacio para manejar los requerimientos de energía del equipo y otros dispositivos de control o bien si se tenía que instalar una caja adicional. Excelente, pensó cuando vió que se contaba con espacio suficiente en el riel del bloque de terminales. Partes de un Bloque de Terminales Cuerpo Aislante Un bloque de terminales sujeta dos o más alambres juntos para establecer un circuito. Básicamente, existen solamente dos partes: un cuerpo aislante y la parte que lleva la corriente. El cuerpo aislante aloja las partes que llevan la corriente. El cuerpo aisla la terminación de alambre para minimizar el calor generado cuando pasa la corriente a través de los alambres. Proporciona también una base para el mecanismo de sujeción y otras partes tales como interruptores y fusibles. El cuerpo del bloque de terminales tiene orificios especialmente diseñados para el acceso a los tornillos de sujeción. Figura 6. Partes de un Bloque de Terminales Página 6

7 Materiales del Cuerpo Partes que Llevan la Corriente El cuerpo tiene también una pata de montaje que permite la inserción y remoción del bloque de terminales del riel de montaje sin debilitamiento. El diseño eficiente de espacio de un bloque modular típico permite que circuitos de alta densidad quepan en un panel de control estándar. Un bloque de 5 mm de ancho puede proporcionar hasta 180 terminaciones por metro lineal. Bloques estándares de un solo nivel de 6 mm proporcionan hasta 150 terminaciones por metro lineal; bloques de dos niveles pueden manejar hasta 300 terminaciones por metro. Los cuerpos de bloques de montaje pueden construirse de cualesquiera de los materiales siguientes. Poliamida 6.6. Un material termoplástico resistente diseñado para funcionar en cualquier condición y que permanece elástico y a prueba de fractura de -40 C a 105 C. Este material ofrece alto nivel de aislamiento, resistencia y altas especificaciones de resistencia a las flamas. La resistencia y facilidad de manejo de este material hace que sea el más comúnmente utilizado. Melanina 150. Un plástico de termoendurecimiento basado en resina con un rellenador orgánico. Aún cuando es mucho más delicado que poliamida 6.6, la melanina tiene una alta resistencia a la radiación térmica. Se recomienda para aplicaciones en las cuales la temperatura de operación continua se encuentra dentro de un rango de 110 C a 140 C. Cerámica. Este material altamente resistente puede ser utilizado en temperatura muy altas que se acercan a los 250 C. Los bloques de cerámica pueden también funcionar en plantas industriales con depósitos importantes de polvo y en atmósferas muy corrosivas. Las partes que llevan la corriente incluyen una Barra de Corriente y un dispositivo de sujeción. La barra de corriente, en el centro del cuerpo aislante, se fabrica de cobre o bronce. El dispositivo de sujeción sujeta el alambre en el bloque de terminales y hace una conexión eléctricamente segura entre el alambre y la barra que lleva la corriente. El tamaño de estas partes que llevan la corriente difiere en cuando a amperaje/ tamaño de alambre y la configuración del bloque mismo, es decir pasaje simple, pasaje de doble nivel y pasaje de triple nivel. Según el diseño de los bloques de terminales, los alambres pueden ser sujetados utilizando tornillos, una combinación de tornillos y Placas de Presión, jaulas para alambre o sujetadores de resorte. Un tornillo es el método de conexión más sencillo: Un tornillo se utiliza para apretar el alambre contra la barra de corriente. Con tornillos y una barra de presión, el alambre es sujetado por una placa metálica que fija el alambre cuando se aprieta el tornillo. Página 7

8 Figura 7. Tornillo Figura 8. Placa de Presión Con una jaula para alambre, cuando se aprieta el tornillo, una jaula jala hacia arriba y presiona el conductor contra la barra de corriente. La gran superficie de contacto ofrece excelentes propiedades de contacto. Puesto que el tornillo no entra en contacto directo con el conductor, se evita daños al alambre. Aún alambres finos pueden ser conectados sin el uso de Terminales de Conexión o terminales de alambrado adicionales. Figura 9. Jaula para Alambre Los sujetadores de resorte requieren de una herramienta para ser abiertos. El sujetador se cierra sobre el alambre para proporcionar una sujeción dinámica. Esta acción de sujeción adicional resiste a las vibraciones. Página 8

9 Figura 10. Sujetador de Resorte Página 9

10 Bloques de Terminales IEC vs. NEMA Los bloques de terminales son clasificadores como DIN (IEC) o NEMA, según características que incluyen método de montaje en el panel, estándares y aprobaciones y características de diseño. DIN son bloques de terminales según IEC, que se originaron en Europa. DIN se refiere al canal o riel en donde se monta el bloque de terminales. El diseño ofrece más terminaciones por metro lineal, lo que cumple con los requerimientos industriales de optimización del número de terminaciones en un panel de control. Estos bloques son más fáciles de instalar, alambrar y marcar que los bloques de tipo NEMA. Los rieles están disponibles en anchos de 15 mm, 32 mm y 35 mm. Los bloques DIN son generalmente intercambiables entre fabricantes puesto que el riel es estándar y puede ser diseñado para manejar una amplia gama de aplicaciones. Figura 11. Bloques de Terminales según IEC (DIN) Riel DIN Casi el 60% de los bloques de terminales empleados en los Estados Unidos de América son de tipo DIN. La mayoría de los diseñadores los prefieren porque ofrecen: diseño compacto pequeño que ahorra espacio más unidades por metro lineal amplio rango de tipos de bloques para flexibilidad de diseño aceptación internacional Los bloques de terminales según NEMA, conocidos como estilo americano, tienen placas de presión de autolevantamiento, tornillos de cabeza de sujeción o conectores de zapatas de caja. Son más comúnmente utilizados para aplicaciones de uso pesado. Sin embargo, los bloques NEMA requieren de mayor espacio en el panel y ofrecen un menor número de terminaciones por metro lineal. Asimismo las dimensiones de riel difieren entre los fabricantes, lo que limita las opciones del usuario. Figura 12. Bloque de Terminales según NEMA Lo bloques según NEMA: Página 10

11 pueden ser económicos en algunas aplicaciones tienen generalmente más opciones para aplicaciones de alta corriente tienen una construcción abierta que permite un alambrado más fácil. Página 11

12 Bloques Específicos para Aplicaciones Diagrama de Bloques Específico para Aplicaciones Los bloques de terminales según DIN montados en riel están disponibles con componentes integrados para capacidades expandidas, y no son simples puntos de unión pasivos. Usted puede seleccionar entre varios bloques específicos para aplicaciones para desempeñar varias funciones. La tabla siguiente explica los diferentes tipos de bloques de terminales específicos para aplicaciones disponibles y cómo utilizarlos: Bloque de Terminales DIN Ejemplo Aplicación Pasaje Simple Figura 13. Tipo de bloque de terminales básico utilizado para conexiones de alambre a alambre en donde el alambre entra por un lado y sale por el otro. Pasaje de Doble Nivel Figura 14. Pasaje de doble nivel en un bloque. Los niveles pueden ser puenteados creando cuatro conexiones comunes. Lámparas indicadores LED/Neón, diodos y resistencias disponibles. Pasaje de Triple Nivel Figura 15. Un bloque de terminales alto reduce el tiempo de instalación. Dispositivos de tres alambres tales como sensores pueden colocarse en un solo bloque. Versiones para LED están disponibles. Terminal de Tierra Figura 16. Intercambiable con un bloque estándar. Estas unidades pueden insertarse según lo necesario. Permite la conexión a tierra de componentes que van hacia un equipo específico. Página 12

13 Bloque de Terminales DIN Interruptor de Cuchillas Ejemplo Figura 17. Aplicación Una manija de control de tipo de palanca que permite la desconexión fácil de un circuito. Bloque de Fusibles y Sujetador con indicador de Fusible Quemado Figura 18. Ofrece un punto cómodo en el circuito para montar el fusible. Este bloque protege el circuito eléctrico y puede manejar hasta 10A/300V. Cuando ocurre un cortocircuito, solamente la porción de circuito conectado a este bloque es afectada. Puede ser también un bloque de desconexión si fusibles ficticios se insertan en lugar de fusibles estándares. Una luz proporciona una indicación visual del estado del fusible. Bloque de Fusibles de Tapa de Tornillo Figura 19. Es la forma más segura de montar un fusible. El fusible no puede ser abierto accidentalmente. Diseñado para aplicaciones de alto nivel de energía de hasta 15A/600V. Ideal para su uso en equipo móvil. Bloque de Fusible de Interruptor de Cuchillas Figura 20. Aisla manualmente el circuito o bien cuando ocurre un pico o un cortocircuito. El bloque totalmente encerrado no requiere de placas terminales. La palanca emplea un dispositivo de bloqueo positivo que asegura estabilidad tanto en la posición totalmente abierta como en la posición totalmente cerrada. Página 13

14 Bloque de Terminales DIN Bloque de Termopar Ejemplo Figura 21. Aplicación Para conexión a termopares. Ofrece conexiones consistentes de tipo de metal para sensores de termopar para medir la temperatura. Bloques de Sensores Bloques de Entrada/Salida Ensamble de Riel a la Medida Figura 22. Figura 23. Figura 24. Maneja sensores de proximidad de tres alambres o cuatro alambres, sensores fotoeléctricos de tres o cuatro alambres, o cualquier otro tipo de dispositivo de tres o cuatro alambres. Permite también terminaciones de alta densidad. Puede utilizarse en lugar de dos o tres bloques de terminales para ahorrar espacio. Una luz indicadora puede estar incluida para una revisión rápida del estado del circuito. Proporciona comunicación entre un controlador, habitualmente un PLC o IPC, y algún tipo de dispositivos de nivel de sensor. La comunicación se efectúa en una conexión de bus de campo estándar, es decir DeviceNet, Profibus-DP, Modbus +, etc. El fabricante de bloques de terminales pre-ensambla los ensambles de riel completos con marcadores, conectores de cruz y otros accesorios según la especificación del cliente. Pasaje Figura 25. Construcción abierta para conexiones más fáciles de alambre a alambre. Disponible en dispositivo de sujeción con tornillos, Tubulares y Placas de Presión Tubulares. Bloque de Fusible Figura 26. Aisla manualmente el circuito o bien cuando ocurre un transitorio o cortocircuito. Página 14

15 Bloque de Terminales DIN Bloque de Interruptor Ejemplo Figura 27. Aplicación Un dispositivo de interrupción que permite CONECTAR o DESCONECTAR fácilmente un circuito. En Campo Rod, integrante del equipo de mantenimiento en Picture Perfect Graphics, estaba trabajando en un elevador en el andén de carga. Recibió una llamada del jefe de prensas. Rod, acabamos de arrancar la prensa y observamos que el sensor de nivel en la fuente de tinta cyan no está leyendo. Podría revisarlo? Figura 28. Detección de Fallas en Mal Funcionamiento de Sensor Rod se dirigió directamente a la caja de control para la prensa número dos. Viendo el diagrama en la cubierta de la caja de control, determinó inmediatamente la posición del bloque de terminales para la fuente de tinta cyan y el fusible fundido. La resolución del problema requirió de solamente unos minutos. Página 15

16 Repaso 1 Conteste las preguntas siguientes sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. Empiece la sección siguiente cuando esté seguro que entiende lo que acaba de leer. 1. La parte del bloque de terminales que conduce la corriente es. 2. Relacione el material de bloque de terminales con el beneficio que ofrece: a. Poliamida Alta resistencia a la radiación térmica. b. Melanina Para muy altas temperaturas. c. Cerámica 3. Para uso general, más común. Qué bloque de terminales específico-aplicación sería adecuado para las aplicaciones siguientes: 3. Medición de temperatura. 4. Equipo móvil. 5. Terminaciones de sensores fotoeléctricos. 6. Circuitos en donde se necesita proveer protección contra transitorios ocasionales. 7. Para aislar una sección de una unidad de control. Página 16

17 Accesorios de Bloque de Terminales Varios accesorios incrementan la versatilidad de los bloques de terminales. Amplían las capacidades de los bloques de terminales y facilitan el mantenimiento del circuito. Bloque de Terminales DIN Ejemplo Aplicación Riel DIN Figura 29. Permite la inserción/remoción de componentes. Disponibles en anchos de 35 mm, 32 mm y 15 mm. De acero o aluminio, Ranurados o sólidos. Retén Terminal Figura 30. Sujeta los bloques e impide que se cambien de posición o se zafen del riel. Placa Terminal Figura 31. Cubre el lado expuesto del bloque de contactos o bloque terminal de un ensamble. Debe también utilizarse cuando ocurre un cambio de tamaños de bloques. Tiene exactamente la misma forma/mismo contorno que un bloque. Placa de División Figura 32. Sujetada a un bloque. Existe una versión colocable a presión. Proporciona una separación eléctrica y visual de puentes y bloques de terminales adyacentes. Se utiliza también entre bloques de polaridad o tensiones diferentes. Conectores de Cruz Figura 33. Conectan bloques de terminales adyacentes. Disponibles en varias configuraciones de polos con o sin aislamiento. Página 17

18 Bloque de Terminales DIN Herramienta de Montaje Rápido Ejemplo Figura 34. Aplicación Maneja diez bloques a la vez, reduciendo en forma importante el tiempo de instalación. Cubierta de Frente Muerto Enlace de Conexión Interrumpible Figura 35. Figura 36. Una cubierta aislada protectora en un bloque de terminales que evita choques o cortos. La regulación VDE 0113 requiere de una cubierta sobre todos los bloques de alimentación que permanecen vivos después de la desconexión de la alimentación. Las cubiertas pueden ser removidas solamente a través de la utilización de una herramienta. Proporciona una conexión temporal fácil de dos bloques adyacentes para propósitos de mantenimiento y pruebas. El enlace se atornilla directamente en la barra que lleva la corriente. Marcadores Figura 37. Permiten una identificación rápida y fácil de las terminaciones. Estas etiquetas fáciles de leer se montan en el lado o en la parte superior del cuerpo de bloque de terminales. Puente de Tipo Peine Figura 38. Proporciona la conexión común de bloques adyacentes. Las conexiones individuales de tipo puente pueden ser removidas para saltar sobre bloques de terminales. El puente de tipo peine es insertado con el alambre en la jaula para alambre. Los puentes de tipo peine están disponibles en forma aislada y no aislada. Página 18

19 Bloque de Terminales DIN Ejemplo Aplicación Tapón de Prueba Figura 39. Ofrece una conexión eléctrica que permite la prueba precisa de circuitos en caso necesario. Se coloca un enchufe en la parte superior del bloque de terminales para proporcionar un receptáculo para el tapón de prueba. Plotter Figura 40. Ofrece al usuario final la capacidad de marcar a la medida etiquetas en blanco para identificar bloques de terminales, alambres conectores y dispositivos de interrupción. Terminales de Conexión Figura 41. Se utilizan para agrupar los extremos de alambre para ofrecer protección al alambre y una conexión eléctricamente adecuada con todos los tipos de cuerpos de sujeción. Página 19

20 Como Seleccionar el Bloque de Terminales Adecuado La selección de los bloques de terminales adecuados es sencillo. Siga los pasos indicados a continuación: 1. Determine la intensidad, tensión y calibre de alambre (AWG) a utilizar para los tramos individuales de alambre en la aplicación de control o distribución de la energía. 2. Define las indicaciones especiales de espacio impuestas por la aplicación. 3. Considerando los primeros dos pasos, seleccione los tipos apropiados de terminales con pasajes para satisfacer los requerimientos de espacio y eléctricos. Seleccione los anchos de bloques. Duplique el nivel de bloques y el calibre el alambre en caso necesario para cumplir con los requerimientos de espacio. Figura 42. Requerimientos Básicos de Alambre y Bloques 4. Determine el número de bloques requeridos (número de Polos), si algún bloque debe ser puenteado y cómo se debe efectuar la conexión de puente (en que plano), es decir, arriba conector de cruz/lateral conector de peine. Figura 43. Tipo de Conexión Conector de Cruz Conector de Peine 5. Seleccione el bloque de funciones especiales (conexión a tierra, desconexión, fusible, tipos indicadores, interruptor) con base en los requerimientos de aplicación. Página 20

21 Figura 44. Bloques de Funciones Especiales 6. Al final de cada ensamble de bloques de terminales, cada vez que ocurra un cambio de tamaño de bloques de terminales o bien cuando un lado de bloque de terminales no se está utilizando, especifica una placa terminal. Los lados no utilizados de los bloques de terminales no deben permanecer descubiertos ni expuestos. Figura 45. Placas Terminales 7. Determine en donde se requieren de divisiones aislantes para proporcionar separación visual o para contener la conducción superficial en el ensamble de bloques de terminales. Para asegurar la seguridad, divisiones aislantes separan bloques con amperajes nominales diferentes o tensiones diferentes con el objeto de prevenir saltos de corriente/tensión de uno a otro. Las divisiones indican también a los equipos de mantenimiento o electricistas que puede existir una tensión diferentes en cada uno de los grupos de bloques. Figura 46. Divisiones Aislantes Página 21

22 8. En el caso de bloques montados en rieles, seleccione el tipo de riel para montaje. Calcule la longitud requerida sumando los anchos individuales (espesores) de los bloques de terminales, placas terminales, divisiones aislantes y retenes terminales. Figura 47. Tipo de Riel 9. Marque las terminaciones de alambre utilizando etiquetas. Figura 48. Marcado de Terminaciones de Alambre Página 22

23 Repaso 2 Conteste las preguntas siguientes sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. Empiece la sección siguiente cuanto esté seguro que entiende lo que acaba de leer. 1. Cuando se ensambla un ensamble de bloques de terminales, un cambio en cuanto al tamaño de bloques de terminales requiere de un. 2. Bloques de terminales de amperajes nominales diferentes pueden estar agrupados uno al lado del otro. VERDADERO FALSO 3. Cuál es la única forma posible de remover una cubierta de frente muerto? Qué accesorio debe utilizarse para las funciones siguientes? 4. Permitir la identificación de las terminaciones. 5. Conectar temporalmente dos bloques de terminales adyacentes para prueba o mantenimiento. 6. Para que sirven las placas de división? Página 23

24 Introducción a los Relevadores Qué es un Relevador? Los relevadores se emplean habitualmente para interrumpir corrientes más pequeñas en un circuito de control y no habitualmente para controlar dispositivos que consuman energía excepto en el caso de motores pequeños y Solenoides que jalan amperajes bajos. Sin embargo, los relevadores pueden controlar tensiones y amperajes más grandes a través de un efecto de amplificación puesto que una tensión baja (24 V) aplicada a la bobina de un relevador puede resultar en la interrupción de una tensión granda (460 V) por los contactos. Figura 49. Relevador para Propósitos Generales Los relevadores se utilizan ampliamente para interrumpir bobinas de arranque, elementos de calentamiento, luces piloto y alarmas audibles. Además de lavadoras de trastes, refrigeradores, sistemas de calefacción y acondicionamiento de aire en los hogares, los relevadores controlan la operación de máquinas herramientas, líneas de ensamblaje industriales y equipo comercial. Los relevadores son el equipo eléctrico básico que controla un circuito eléctrico mediante la abertura y cierre de Contactos en otro circuito. Cuando un contacto de relevador de tipo Normalmente Abierto (NO), existe un contacto abierto cuando el relevador no está excitado. Cuando se trata de un contacto de relevador de tipo Normalmente Cerrado (NC), existe un contacto cerrado cuando el relevador no está excitado. De cualquier manera, la aplicación de una corriente eléctrica a los contactos cambia su estado. Aún cuando los relevadores hacen que ocurran cosas, pueden también evitar eventos. Los relevadores protectores pueden evitar daño al equipo detectando anormalidades eléctricas tales como sobretensión, tensión excesivamente bajas, sobrecargas y corrientes reversas. Página 24

25 En Campo El equipo de mantenimiento llega para reemplazar un panel dañado en una línea de dragado en una mina a cielo abierto en la Columbia Británica. El trabajo requiere que el equipo utilice aditamentos para soldar. Figura 50. Relevadores en Aplicación Minera de Servicio Pesado Varios relevadores en el equipo de soldadura controlan transformadores y solenoides para alimentar alambres y operar las válvulas de gas. Los relevadores de servicio pesado pueden resistir el frío extremo y el manejo rudo al cual son sometidos. Relevadores Electromecánicos Los relevadores son o bien electromecánicos o bien de estado sólido. En un relevador electromecánico, los contactos abren o cierran a través de la aplicación de una fuerza magnética. En el caso de un relevador de estado sólido, no hay contactos y el control es totalmente electrónico. Figura 51. Relevador de Estado Sólido Relevadores para Propósitos Generales Primero veremos los relevadores electromecánicos. Los Relevadores para Propósitos Generales son interruptores electromecánicos habitualmente operado por una bobina magnética. Los relevadores para propósitos generales operan con corriente CA o CD en tensiones comunes tales como 12V, 24V, 48V, 120V y 230V, y pueden controlar corrientes dentro de un rango de 2A a 30A. Estos relevadores son económicos fáciles de reemplazar y permiten una amplia gama de configuración de control. Página 25

26 Figura 52. Relevador para Propósitos Generales Relevador de Control de Máquinas Los Relevadores de Control de Máquinas son también operados por una bobina magnética. Son relevadores para servicio pesado utilizados para controlar arrancadores y otros componentes industriales. Aún cuando son más costosos que los relevadores para propósitos generales, son generalmente más duraderos. Figura 53. Relevador de Control de Máquina Relevador de Láminas La ventaja principal de relevadores de control de máquina sobre los relevadores para propósitos generales es que es fácil ampliar la función de este equipo de relevador mediante la adición de accesorios. Una amplia gama de accesorios están disponibles para relevadores de control de máquinas, incluyendo polos adicionales, contactos convertibles, supresión de transitorios de ruido eléctrico, controles de cerrojo y aditamentos de temporización. El Relevador de Láminas de operación rápida es un diseño de interruptor compacto y pequeño con un contacto que es de tipo normalmente abierto. El relevador es herméticamente sellado en una envoltura de vidrio lo que hace que los contactos no sean afectados por contaminantes, humos o humedad, permite un control confiable y ofrece a los contactos una larga vida útil. Los extremos del contacto están frecuentemente revestidos con oro u otro material de baja resistencia para incrementar su conductividad y están unidos y cerrados a través de un imán. Los relevadores de láminas pueden controlar componentes industriales tales como solenoides, contactores y motores de arrancadores. Página 26

27 Figura 54. Relevador de Láminas En Campo En la empresa Riley Pharmaceuticals, un sistema de empaque de pequeños lotes envía las botellas para un nuevo fármaco a través de la banda transportadora para empaque. El sistema es programado y ajustado para operar cuando un número predeterminado de botellas se encuentran en la banda. Figura 55. Relevadores en una Aplicación de Empaque Cuando el programa está listo, envía una señal a un relevador de estado sólido para arrancar el motor y desplazar las botellas hacia una caja que está esperando. Un relevador de láminas consiste de dos láminas. Cuando se aplica una fuerza magnética, típicamente a través de un electroimán o bobina, establece un campo magnético en donde los extremos de las láminas asumen polaridades opuestas. Cuando el campo magnético es suficientemente fuerte, la fuerza de atracción de los polos opuestos supera la rigidez de las láminas y las acerca. Cuando la fuerza magnética es removida, las láminas regresan a su posición abierta original. Estos Página 27

28 relevadores funcionan muy rápidamente debido a la corta distancia entre las láminas. Figura 56. Relevador de Láminas Partes de Relevadores Electromecánicos Las partes básicas de un relevador de bobina incluyen: MARCO. Un marco para servicio pesado que contiene y soporta las partes del relevador. BOBINA. Un alambre es enrollado alrededor de un número metálico. La bobina de alambre causa la formación de un campo electromagnético. Armadura. La parte móvil del relevador que abre y cierra los contactos. Un resorte sujetado devuelve la armadura a su posición original. CONTACTOS. La parte conductora del interruptor que establece (cierra) o interrumpe (abre) un circuito. Figura 57. Relevador Electromecánico Contactos de Relevador Un relevador incluye dos circuitos: el circuito de excitación y el circuito de contacto. La bobina se encuentra en el lado de excitación; y los contactos de relevador están en el lado de contacto. Cuando la bobina de un relevador es excitada, la corriente fluye a través de la bobina creando un campo magnético. Que se trate de una unidad CD en donde la polaridad es fija o bien de una unidad CA en donde la polaridad cambia 120 veces por segundo, la función básica permanece la misma: la bobina magnética atrae una placa ferrosa que forma parte de la armadura. Un extremo de la armadura es sujetada sobre el marco metálico que es formado de tal manera que la armadura pueda pivotar, mientras que el otro extremo abre o cierra los contactos. Los contactos se proporcionan en numerosas configuraciones diferentes según el número de Puntos, polos y Tiros que constituyen el relevador. Por ejemplo, un relevador puede ser descrito como Unipolar, de Tiro Simple (SPST), o bien Bipolar de Tiro Simple (DPST). Estos términos le darán a usted una indicación inmediata del diseño y función del relevador. Las descripciones que presentamos a continuación son una introducción a los puntos, polos y tiros. PUNTOS. Es el número de lugares o contactos separados que utiliza un interruptor para abrir o cerrar un solo circuito eléctrico. Todos los contactos son ya sea de un punto sencillo o de doble punto. Un contacto de un punto sencillo (SB) inter- Página 28

29 rumpe un circuito eléctrico en un lugar mientras que un contacto de doble punto (DB) lo interrumpe en dos lugares. Los contactos de punto sencillo se utilizan normalmente cuando se controlan dispositivos con niveles de energía bajos tales como luces indicadoras. Los contactos de doble punto se utilizan cuando se controla dispositivos con mayores niveles de energía tales como solenoides. POLO. Es el número de circuitos totalmente aislados que un relevador puede pasar a través de un interruptor. Un contacto unipolar (SP) puede llevar corriente a través de solamente un circuito a la vez. Un contacto bipolar (DP) puede llevar corriente a través de dos circuitos aislados simultáneamente. El número de polos puede llegar a un máximo de 12, según el diseño del relevador. TIRO. Es el número de posiciones de contactos cerrados por polos disponibles en un interruptor. Un interruptor con un contacto de tiro sencillo puede controlar solamente un circuito mientras que un contacto de doble tiro puede controlar dos circuitos. Figura 58. Puntos, Polos y Tiros Vida de Contactos de Relevador La vida útil de un relevador depende de sus contactos. Una vez quemados los contactos, se deben reemplazar los contactos de todo el relevador. Se puede estimar la Vida de los Contactos. La vida mecánica es el número de operaciones (aperturas y cierres) que un contacto puede efectuar sin corriente eléctrica. La vida mecánica de un relevador es relativamente larga hasta 1,000,000 de operaciones. La vida eléctrica es el número de operaciones (aperturas y cierres) que los contactos pueden llevar a cabo con corriente eléctrica a una corriente nominal dada. Las especificaciones de vida eléctrica de contactos se establecen entre 100,000 y 500,000 ciclos. Página 29

30 Figura 59. Contactos de Relevador La formación de arco es un enemigo de la vida de los contactos. Los arcos ocurren cuando un interruptor eléctrico es abierto y la corriente se descarga a través del espacio entre los contactos. El arqueo puede ser minimizado mediante la utilización del material de contacto apropiado para la aplicación, o bien mediante la utilización de un supresor de arcos, un dispositivo que disipa la energía entre los contactos abiertos. Los contactos están disponibles en plata fina, plata-cadmio, plata revestida con oro y tungsteno. Mientras la plata fina tiene las mejores propiedades eléctricas y térmicas de todos los metales, los contactos de plata fina son sometidos a sulfitación, o bien formación de película en la superficie de los contactos. Esta acumulación provoca una resistencia incrementada de los contactos y una respuesta reducida. La sulfitación es quemada por circuitos que requieren de controlar varios amperes a más de 12 V. La sulfitación puede ser evitada, por consiguiente, cerciorándose que una aplicación proporciona una corriente suficiente para quemar los contaminantes o mediante la utilización de contactos fabricados de aleaciones. Condiciones de baja corriente o sobrecorriente pueden también acortar la vida de los contactos. La película que puede formarse en un contacto a partir de la sulfitación, oxidación o contaminantes es normalmente removida por arqueo o por limpieza de los contactos entre ellos durante la operación. En circuitos con baja corriente, este proceso de limpieza no se lleva a cabo. Cuando se aplica una corriente excesiva, los transitorios provocan la formación de hoyos que reducen la vida de los contactos. Los contactos deberían ser de tamaño mayor cuando se espera la ocurrencia de transitorios. Página 30

31 Repaso 3 Conteste las preguntas siguientes sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. Empiece la sección siguiente cuando esté seguro que entiende lo que acaba de leer. 1. Nombre tres tipos de relevadores electromecánicos. a. b. c. 2. La parte móvil de un relevador electromecánico se llama. 3. Cuál es la función del marco del relevador? 4. El interruptor de tiro sencillo en un relevador de láminas es de tipo Normalmente Cerrado. VERDADERO FALSO 5. Los dos circuitos en un relevador electromecánico son el circuito de y. 6. Qué tipos de relevador son activados por la presencia de un campo magnético? 7. Los relevadores para propósitos generales tienen normalmente más de un grupo de contactos? SI NO 8. Los contactos para propósitos generales tienen en general contactos de tipo normalmente cerrado? SI NO Página 31

32 Relevadores de Estado Sólido Circuito de Entrada Circuito de Control Circuito de Salida Un relevador de estado sólido consiste de un circuito de entrada, un circuito de control y un circuito de salida. El circuito de entrada es la porción del relevador al cual está conectado el componente de control. El circuito de entrada efectúa la misma función que la bobina de un relevador electromecánico. El circuito es activado cuando una tensión mayor que Tensión de Puesta en Trabajo especificada del relevador es aplicada a la entrada del relevador. El circuito de entrada es desactivado cuando la tensión aplicada es inferior a la Tensión de Paso al Reposo mínima especificada del relevador. El rango de tensión de 3 VCD a 32 VCD comúnmente utilizado con la mayoría de los relevadores de estado sólido hace que sean útiles para la mayoría de los circuitos electrónicos. El Circuito de Control es la parte del relevador que determina cuando el componente de salida es excitado o desexcitado. El circuito de control funciona como el acoplamiento entre los circuitos de entrada y salida. En un relevador electromecánico, la bobina cumple esta función. El Circuito de Salida es la porción del relevador que conecta la carga y efectúa la misma función que los contactos mecánicos de un relevador electromecánico. Sin embargo, los relevadores de estado sólido normalmente tienen solamente un contacto de salida. Figura 60. Circuitos de interruptor Página 32

33 En Campo Los equipos estarán listos en una hora para penetrar en la cancha para el juego de campeonato. Los encargados de las instalaciones jalan los interruptores para conectar el grupo de lámparas de alumbrado HID (Descarga de Alta Intensidad) colocadas en el techo. Figura 61. Relevadores en una Aplicación de Alumbrado Durante el arranque, el relevador de estado sólido está en posición cerrada, conectando los aditamentos estándares. Conforme se eleva la demanda de corriente para las lámparas de alumbrado HID, el relevador entra finalmente en acción, desconectando el aditamento convencional. Comparación entre los Tipos de Relevadores de Estado Sólido El tipo de relevadores de estado sólido que se utiliza en una aplicación depende de la carga a controlar. La tabla siguiente ofrece una comparación entre los tipos y describe situaciones en las cuales se utilizan. Método de Interrupción Desconexión Cero Ilustración Descripción Aplicación Figura 62. Conecta la carga cuando la tensión de control (de operación mínima) es aplicada y la tensión de la carga es cercana a cero. El relevador desconecta la carga cuando la tensión de control es removida y la corriente en la carga es cercana a cero. Este relevador es el más ampliamente utilizado Para controlar cargas resistivas tales como la temperatura de elementos de calefacción, equipo para solar, incubadoras y hornos. Estos relevadores controlan lámparas incandescentes, lámparas de tungsteno, lámparas parpadeantes y la interfaz de controladores programables- Página 33

34 Método de Interrupción CONEX- IÓN Instantánea Ilustración Descripción Aplicación Figura 63. Conecta la carga inmediatamente cuando la tensión de puesta en trabajo está presente. Permite la CONEXIÓN de la carga en cualquier punto en su patrón de onda ascendente y descendente. Para controlar cargas inductivas tales como contactores, válvulas magnéticas y arrancadores, posicionamiento de válvulas, frenos magnéticos, pequeños motores, sistemas de alumbrado (fluorescente y HID) así como interfaces de controladores programables. CONEX- IÓN de Pico Figura 64. Conecta la carga cuando la tensión de control está presente y la tensión de carga se encuentra en su pico. El relevador Desconecta cuando la tensión de control es removida y la corriente en la carga se acerca a cero- Para controlar transformadores y otras cargas inductivas pesadas. Estos relevadores controlan la CONEXIÓN de transformadores, grandes motores, cargas CD, lámparas inductivas grandes, válvulas magnéticas y pequeños motores CD. Página 34

35 Método de Interrupción Conexión Analógica Ilustración Descripción Aplicación Figura 65. Este relevador tiene un número infinito de tensiones de salida posibles dentro del rango de especificaciones del relevador. Un relevador de conexión analógica tiene un circuito de sincronización integrado que controla la cantidad de tensión de salida en función de la tensión de entrada. Esto permite el Incremento de Tensión Cero a Tensión de Operación en la carga. El relevador DESCONECTA cuanto la tensión de control es removida y la corriente en la carga se acerca a cero. Diseñado para aplicaciones de circuito cerrado, por ejemplo, un control de temperatura con retroalimentación a partir de un sensor de temperatura al controlador. Comparación entre Estilos de Relevadores La decisión de utilizar un relevador electromecánico o un relevador de estado sólido depende de los requerimientos eléctricos de la aplicación, de limitaciones de costo y de expectativa de vida. Aún cuando los relevadores de estado sólido se han vuelto muy populares, los relevadores electromecánicos siguen siendo comunes. Muchas de las funciones efectuadas por los equipos de servicio pesado que requieren de una gran cantidad de energía necesitan de las capacidades de control de los relevadores electromecánicos. Aún cuando un Relevador de Estado Sólido (SSR) logra los mismos resultados que un Relevador Electromecánico (EMR) su estructura física y su funcionamiento son diferentes. Un relevador de estado sólido controla la corriente utilizando dispositivos electrónicos no móviles tales como rectificadores de silicio controlados. Estas diferencias entre los dos tipos de sistemas de relevadores resultan en ventajas y desventajas entre estos sistemas. Puesto que un relevador de estado sólido no tiene que excitar una bobina ni abrir contactos, se requiere de una menor tensión para conectar o desconectar un relevador de estado sólido. De la misma manera, un relevador de estado sólido conecta y desconecta más rápidamente puesto que no hay ninguna parte física que desplazar. Aún cuando la ausencia de contactos y partes móviles significa que los relevadores de estado sólido no están sometidos al problema de la formación de arcos y no se desgastan, los contactos en los relevadores electromecánicos pueden ser reemplazados, mientras que en el caso de los relevadores de estado sólido toda la unidad debe ser reemplazada cuando una parte se vuelve defectuosa. Debido a su construcción, en los relevadores de estado sólido existe una resistencia eléctrica residual y/o corriente de fuga que los interruptores estén abiertos o cerrados. Las pequeñas caídas de tensión creadas habitualmente no representan un problema; sin embargo los reguladores electromecánicos proporcionan una condición de CONEXIÓN o DESCONEXIÓN más limpia debido a la distancia relativamente grande entre los contactos, que actúa como un tipo de aislamiento. Página 35

36 Relevadores Electromecánicos El diagrama siguiente presenta un resumen de las ventajas y limitaciones de ambos tipos de relevadores. Relevadores de Estado Sólido Fuerzas Tienen normalmente arreglos de contactos multipolares. Algunos tipos (por ejemplo de láminas) pueden manejar entornos rudos. Los contactos pueden controlar CA o CD. Costo inicial bajo. Muy baja caída de tensión en contactos, por consiguiente no se requiere de un disipador de calor. Muy resistentes a los Transitorios de Tensión. Ausencia de corriente de fuga en Estado de DESCONEXIÓN a través de contactos abiertos. Algunos relevadores electromagnéticos permiten el reemplazo de contactos. Fuerzas Vida útil muy larga cuando están apropiadamente aplicados. Ausencia de contactos y por consiguiente ausencia de desgaste. La ausencia de arcos entre contactos implica la ausencia de generación de interferencia electromagnética. Resistencia a choques y vibraciones puesto que no tienen partes móviles. Compatibles con controladores programables, circuitos digitales y computadoras. Capacidad de conmutación muy rápida. Diferentes modos de conmutación (interrupción cero, CONEXIÓN instantánea, etc.). Debilidades Desgaste de los contactos Aplicación de conmutación rápida o cargas de corriente altas acortan la vida de los contactos. Genera ruido electromagnético e interferencia en las líneas de alimentación. Desempeño insatisfactorio en el caso de altas corrientes irruptivas. Debilidades Normalmente solamente un contacto disponible por relevador. Se requiere de un Disipador Térmico debido a la caída de tensión en el interruptor. Puede controlar solamente CA o CD. Corriente de fuga en estado de DESCONEXIÓN cuando el interruptor está abierto. Normalmente limitado a la conmutación en un rango angosto de frecuencias de 40 Hz a 70 Hz. Consideraciones ambientales (calor, polvo, agua). Página 36

37 Repaso 4 Conteste las preguntas siguientes sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. Empiece la sección siguiente cuando esté seguro que entiende lo que acaba de leer. 1. Qué significan las letras SPDT? 2. Qué significa 3PDT? 3. Un relevador de láminas puede tener contactos 3PDT. VERDADERO FALSO 4. Cuántos puntos pueden tener los contactos? 5. Cuál es el número máximo de polos que puede tener un relevador estándar? 6. Cuál es el nombre de un contacto que puede llevar corriente a través de dos circuitos simultáneamente? 7. Cuántos circuitos puede controlar un contacto de tiro sencillo? 8. Un relevador electromecánico tiene normalmente una especificación de vida eléctrica mayor que un relevador de estado sólido? SI NO 9. Qué es la sulfitación? 10. Qué tipo de relevador de estado sólido está diseñado para controlar cargas resistivas? 11. Qué tipo de relevador de estado sólido conecta inmediatamente cuando la tensión de control está presente? 12. Qué es la función de incremento de tensión cero a tensión de operación? 13. En las circunstancias siguientes, escogería usted un relevador electromecánico (EMR) o un relevador de estado sólido (SSR): a. Conmutación rápida b. Aplicaciones multipolares c. Evitar el desgaste de los contactos d. En aplicaciones con altos niveles de vibración e. Para manejar CA o CD con una sola unidad Página 37

38 Introducción a los Temporizadores Qué es un Temporizador? Todos los temporizadores funcionan para crear un retardo en un circuito eléctrico. Para manejar varias condiciones, tres estilos de temporizadores están disponibles: Temporizador de tipo Amortiguador Temporizador de tipo Reloj Temporizador de Estado Sólido A continuación vamos a ver como opera cada uno de estos tipos. TEMPORIZADOR DE TIPO AMORTIGUADOR. Este temporizador utiliza aire o líquido, que penetra o sale de un espacio cerrado a través de una abertura de diámetro fijo o variable. Entre más pequeño es el tamaño de la abertura, mayor es el retardo. Un tipo de temporizador de amortiguador es un temporizador neumático. Utiliza un imán para desplazar un eje de operación que empuja un diafragma que empuja a su vez el aire fuera de espacio en la cavidad. El tiempo requerido para que la presión atmosférica regrese e aire a la cavidad constituye el retardo. Figura 66. Temporizador Neumático TEMPORIZADOR DE RELOJ. Este temporizador abre y cierra un circuito según la posición de las manecillas de su reloj. Un motor con reloj síncrono opera el temporizador con corriente CA, controlado por la frecuencia de la línea generalmente precisa. Figura 67. Temporizador de Reloj TEMPORIZADORES DE ESTADO SÓLIDO. Es un método de temporización muy preciso. Varios dispositivos electrónicos de estado sólido, dentro del temporizador, proporcionan el retardo. Los temporizadores de estado sólido pueden controlar funciones de temporización desde una fracción de segundo hasta cientos de segundos. Los temporizadores de estado sólido son menos costosos que los dos estilos mencionados arriba, sin embargo, normalmente no pueden ser reparados. Página 38

39 Figura 68. Temporizador de Estado Sólido En Campo Un levantacargas activa un sensor de presencia conforme se acerca a una puerta cerrada que separa el andén del almacén. El sensor indica a la puerta que abra automáticamente. Para evitar cierre de la puerta cuando el vehículo pasa, un temporizador arranca, evitando que el motor de la puerta opere durante un período de tiempo específico. Cuando el tiempo ha transcurrido, la puerta se cierra. Figura 69. Temporizador en Aplicación en un Almacén Es solamente una de las muchas funciones desempeñadas por dispositivos de temporización para asegurar la operación ordenada de maquinarias y sistemas. Página 39

40 Funciones de Temporización Los temporizadores de estado sólido ofrecen varias funciones de temporización y están disponibles para satisfacer los muchos requerimientos diferentes de los circuitos basados en tiempo. Además un temporizador de estado sólido puede ser modificado para proporcionar una función de temporización diferente. Temporizadores neumáticos y temporizadores de relojes síncronos pueden solamente retardar la conexión y retardar la desconexión. La gráfica siguiente muestra los atributos de cada una de las principales funciones de temporización. Función de Temporización Retardo de CONEXIÓN Retardo de DESCONEXIÓ N Ilustración Figura 70. Figura 71. Descripción Cuando se suministra energía eléctrica al temporizador, debe pasar un período preestablecido de tiempo antes que los contactos se abran o cierren. El temporizador puede ser utilizado para retardar la CONEXIÓN o DESCONEXIÓN de carga según la forma de conexión de los contactos de temporizador en el circuito. Cuando se utiliza un contacto de estado normalmente abierto, la carga es excitada después de un retardo preestablecido de tiempo. Cuando se utiliza un contacto de tipo Normalmente Cerrado, la carga se desexcita después del retardo preestablecido de tiempo. En este circuito, cuando se alimenta energía al temporizador, los contactos se cierran inmediatamente y la carga es excitada. Cuando se suspende la alimentación de energía al temporizador, un período preestablecido de tiempo debe pasar antes que los contactos de temporizador regrese a su posición normal y la carga es desexcitada. Monoestable Figura 72. Cuando es suministra alimentación al temporizador, los contactos cambias de posición inmediatamente y permanecen cambiados durante el período establecido de tiempo después que el temporizador haya recibido energía. Una vez transcurrido el período de tiempo establecido, los contactos regresan a su posición normal. Página 40