Módulo de Aprendizaje 17: Botones Pulsadores y Lumitorres Serie Básica 101
Temario A continuación presentamos los temas ofrecidos. Después de terminar el módulo, usted entenderá la operación mecánica de un botón pulsador, estará familizarizado con los estándares locales e internacionales que los rigen, y podrá seleccionar correctamente los diferentes tipos de botones pulsadores a las aplicaciones correspondientes. Introducción 5 Qué es una Lumitorre? 6 Características Básicas de los Botones Pulsadores 7 En dónde se utilizan los Botones Pulsadores? 7 Crecimiento de Mercado 7 Repaso 1 9 Características Mecánicas de los Botones Pulsadores e Interruptores Selectores 10 Botones Pulsadores 10 Interruptores Selectores 10 Como Funcionan las Levas 11 Momentáneo y Mantenido 12 Momentáneo 12 Mantenido 13 Parte Frontal del Panel 14 Dos Tamaños Estándares 14 Códigos y Valores Nominales 15 Estilos y Usos de Botones Pulsadores 17 Botoneras 20 Placas 21 Repaso 2 22 Fondo del Panel 25 Normalmente Abierto y Normalmente Cerrado 25 Configuración de Bloques de Contactos 25 Estilos de Unidades Luminosas y Usos 26 Botones Pulsadores Combinados con Luces Indicadoras 28 Botones Iluminados 28 Accesorios 29 Asuntos de Diseño e Instalación 30 Espaciado Mínimo 30 Espaciado Mínimo 30 Unidades Luminosas 30 Repaso 3 31 Lumitorres 32 Página 2
Donde se Utilizan las Lumitorres 33 Armado de una Lumitorre 34 Repaso 4 37 Estándares NEMA 38 Especificaciones IEC (IP) 39 Glosario 40 Respuestas del Repaso 1 41 Respuestas del Repaso 2 41 Respuestas del Repaso 3 42 Respuestas del Repaso 4 42 Página 3
Bienvenido Bienvenido al Módulo 17, que trata de Botón Pulsador(es) y Lumitorre(es). Son dispositivos para ayudar a cambiar el funcionamiento de una máquina, o entender su estado actual. El término botón se utiliza para referirse a dos cosas diferentes. Primero, se trata de un tipo específico de botón que se maneja oprimiéndolo en un panel. El segundo es un grupo general de componentes, o productos de interfaz hombre/máquina, que incluye: Luces Indicadoras, Interruptores Selectores, Potenciómetros y botones de presión a través de los cuales la gente interactúa con las máquinas. Figura 1. Botones 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 este material. Estudie el material cuidadosamente, conteste después a las preguntas sin hacer referencia a lo que acaba de leer. Usted es el mejor juez de su asimilación del material. Repace el material tan frecuentemente como lo considere necesario. Lo más importante es establecer una base sólida sobre la cual construir conforme avanza de tema en tema y de módulo en módulo. Los puntos esenciales son indicados en negritas. Los elementos de Glosario se presentan en cursivas y 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
Introducción Hoy en día, una máquina efectúa frecuentemente varias funciones. Los seres humanos controlan la máquina, iniciando cambios con base en asignaciones de tarea o avanzando la máquina hacia el segundo paso del proceso. Es donde intervienen los botones. A través de los botones, los trabajadores pueden interactuar con la operación de la máquina. Veamos ejemplos a lo que se refiere la gente por el término botón. La parte que usted puede ver o ajustar en la parte frontal del panel se conoce como el operador. Existen cuatro operadores comunes: Figura 2. Cuatro Operadores Comunes Interruptor Selector Botón Pulsador Interruptor Selector de Llave Luz Indicadora En la parte posterior del panel, usted encontrará los bloques de contactos y las unidades luminosas. Conforme el operador es activado, el bloque de contacto hace el circuito eléctrico y la máquina arranca, se detiene, o funciona de la manera seleccionada por el trabajador. Si el botón es una luz indicadora, la lámpara se enciende para señalar la etapa en la cual se encuentra la máquina. Figura 3. Fondo de Panel Bloque de Contacto Unidad Luminosa Cuando usted selecciona un botón pulsador entre los varios disponibles, toma una decisión que ayuda al cliente a lograr metas específicas tales como: mantener unas máquinas apagadas cuando el suministro de energía eléctrica ha sido restaurado después de un apagón. Esto permite al trabajador encender de nuevo manualmente y con seguridad la máquina cuando es oportuno. proporcionar las luces indicadores de mayor duración para indicaciones importantes y para ahorrar gastos de mano de obra para reposición. Página 5
Recuerde que las luces indicadoras son partes de la familia de los botones pulsadores. El ajuste de un interruptor selector o el hecho de empujar un botón es lo que hacen los trabajadores para decir a la máquina cómo operar. Las lucen indicadoras dicen al trabajador lo que la máquina está haciendo (o deja de hacer). Usted puede considerar que los botones pulsadores y los interruptores selectores son similares a los interruptores de luz en su cocina; se encuentran en donde usted toma la decisión de encender la luz. Las lucen indicadoras son simplemente las luces que se encienden. Cuando se suministra energía eléctrica a una máquina, y cuando la luz se enciende, la máquina le está diciendo que está funcionando. Figura 4. Botones Pulsadoras y Cómo los Trabajadores Interactúan con las Máquinas Los trabajadores oprimen o seleccionan un botón para decirle a la máquina lo que tiene que hacer. Una luz indicadora indica al trabajador lo que la máquina está haciendo. Qué es una Lumitorre? Las lumitorres son una forma especial de luz indicadora. No son lucen montadas en la parte frontal de un panel para un solo operador. Las lumitorres son minitorres de luces independientes montadas habitualmente sobre una máquina. Puesto que las lumitorres son torres, pueden verse de todas las direcciones (360 ). De esta forma, los trabajadores de cada ángulo pueden ver el estado de una máquina. Los trabajadores saben lo que la máquina está haciendo revisando ya sea la posición o el color de las luces encendidas. Las lumitorres pueden también proporcionar una alarma de audio y/o una señal de luz estroboscópica. Figura 5. Lumitorre Página 6
Características Básicas de los Botones Pulsadores Los botones pulsadores son utilizados en aplicaciones que requieren que la gente arranque, pare o cambie una máquina y también en los casos en los cuales los trabajadores deben rastrear la etapa en la cual se encuentra la máquina. En Campo Los botones pulsadores en este equipo de feria, permiten el desplazamiento de los carros hacia adelante o hacia atrás. El hecho de hacer girar un potenciómetro hace que se desplacen más rápidamente. Quiere usted seguir? Un modo del interruptor selector hace trotar los carros hasta la plataforma de carga. Figura 6. Aplicación en Equipo de Carnaval Después que usted y su compañero haya subido en el carro, otro modo lanza los carros hacia adelante. En dónde se utilizan los Botones Pulsadores? Crecimiento de Mercado Existen algunos otros usos comunes de los botones: Líneas de armado - Desde plantas de embotellado hasta automóviles, los botones pulsadores permiten controlar máquinas para varias operaciones con el objeto de ayudar a los trabajadores a efectuar inspecciones, agregar partes, corregir herramientas y encaminar equipo. La producción moderna sería difícil sin los botones pulsadores. Máquinas independientes - Todas las máquinas industriales, compresor de aire, taladro, sierra o sujetador de molde están controladas por un botón pulsador. Lavado de carros - Desea usted un poco de cera caliente y limpieza de la parte inferior de su vehículo? El operador que lavó sus rines oprime el botón que controla automáticamente el resto del trabajo de lavado de su coche. En cada etapa, lucen indicadoras le dicen lo que está ocurriendo. Puentes para subirse a los aviones - La próxima vez que usted se suba a un avión, vea la estación de botones pulsadores. Los operadores utilizan botones pulsadores para extender los puentes para que los pasajeros se suban al avión, para que el puente gire en la posición exacta, y después se sujete sobre la puerta del avión. Los últimos años han sido un crecimiento dramático del mercado de los botones pulsadores. La mayoría de este crecimiento se debe a una mayor automatización y a un equipo más complicado. La automatización de la producción ya no es un proceso estático. Ahora el operador humano controla las operaciones. Por ejemplo, en un caso en el cual anteriormente un trabajador pudo haber efectuado no más que una parada o un arranque de una máquina, ahora esta persona está tomando decisiones a lo largo de todo el proceso para mejorar la calidad, incrementar la productividad, o efectuar pruebas. Las luces indicadoras proporcionan Página 7
la información requerida para tomar estas decisiones y después el operador hace cambios al proceso mediante la utilización de los interruptores selectores y otros botones pulsadores. Página 8
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 entendió lo que acaba de leer. 1. En qué sentido el significado general de un botón pulsador difiere de un botón específico? 2. Los Botones Pulsadores pueden ser dispositivos de entrada y salida. VERDADERO FALSO 3. Nombre tres tipos comunes de operadores. a) b) c) 4. Liste dos aplicaciones para botones pulsadores, incluyendo una aplicación no mencionada en este módulo. (En los próximos días, observe el número de veces que usted ve aplicaciones para botones pulsadores). a) b) 5. El crecimiento reciente del mercado de los botones pulsadores se debe a más y más. 6. Dónde están montadas habitualmente las lumitorres y por qué? Página 9
Características Mecánicas de los Botones Pulsadores e Interruptores Selectores Botones Pulsadores Veamos ahora la parte interna de un botón pulsador y un interruptor selector para entender como funcionan. Empecemos por las características mecánicas de los botones pulsadores. Recuerde que los botones pulsadores consisten de operadores y bloques de contacto. Las ilustraciones en la Figura 7 abajo muestran como la presión aplicada por el dedo es convertida en una conexión (o bien desconexión) de circuito. La parte que usted ve y la cual es empujada por el dedo se conoce como operador. Dentro, existe un parte relacionada que traduce el movimiento del dedo en el movimiento de una placa o barra. La placa empuja los vástagos hacia abajo en el bloque de contacto y un grupo de contactos es desplazado realmente, abriendo y cerrando los circuitos eléctricos. Figura 7. De la Presión del Dedo hacia la (Des)Conexión de Circuito Operador Placa Vástago Bloque de Contactos Interruptores Selectores Los interruptores selectores funcionan todos sobre el mismo principio general: Contienen un interruptor selector simple en la parte frontal del panel, y una amplia gama de combinaciones de contactos potenciales (a través de los bloques de contacto), en la parte interna de la caja. La diferencia principal entre el interruptor selector y el botón pulsador es que, mientras que un botón pulsador tiene una placa que empuja hacia abajo ambos vástagos de contactos al mismo tiempo, un interruptor selector tiene una Leva rotatoria con rebordes y planos en ella, lo que permite accionar los vástagos de manera independiente. Los interruptores selectores están disponibles en versiones de 2 posiciones, 3 posiciones o 4 posiciones y se utilizan frecuentemente cuando se requiere de más que una sola opción de control. Figura 8. Interruptor Selector y Posiciones de Leva Posición Central: Posición Inicial de Leva Posición Izquierda: Oprime el Vástago Izquierdo Posición Derecha: Oprime el Vástago Derecho Página 10
Como Funcionan las Levas Los interruptores selectores utilizan levas en combinación con bloques de contactos para ofrecer un amplio rango de aberturas y/o cierres de circuito. En el diagrama siguiente, utilizaremos X para designar un circuito cerrado (excitado o encendido ) para una posición particular de un interruptor selector y O para designar un circuito abierto (no excitado o apagado ). Posición de Interruptor Manual Apagado Auto Figura 9. Interruptor en Manual En las Figuras 9, 10 y 11 abajo, se utiliza un interruptor selector de tres posiciones para abrir o cerrar dos circuitos, manual y auto, para una aplicación de bomba. A continuación se presenta como funciona el control (recuerde que las posiciones reflejan una posición izquierda, centro y derecha del interruptor seletor). Resultados de Leva Manual X O O Auto O O X Resultados de Control Circuito Manual = Cerrado Circuito Auto = Abierto Efecto de Control Cuando el interruptor está en manual, la bomba tiene la energía disponible. La persona que maneja la bomba puede encender o apagar a través de un control manual separado. Puesto que el control se basa ahora en la decisión del trabajador, se refiere a un control manual. Manual Apagado Auto Figura 10. Interruptor en Apagado Manual X O O Auto O O X Circuito manual = Abierto Circuito Auto= Abierto Cuando el interruptor se encuentra en apagado, la bomba no recibe energía eléctrica, y no puede funcionar, aún si el trabajador intenta operarla a partir del control manual. Note que ambos circuitos están abiertos o desconectados. Manual Apagado Auto Figura 11. Interruptor en Auto Manual X O O Auto O O X Circuito manual = Abierto Circuito Auto= Cerrado Cuando el interruptor se encuentra en auto, la bomba recibe energía eléctrica, y se activará bajo el control de un dispositivo automático. Por ejemplo, un medidor de nivel puede elevar y activar la bomba para encendido. Puesto que es independiente de la decisión humana, se considera como auto (automático). Página 11
Momentáneo y Mantenido Cuando usted activa un botón, debe conocer la duración del efecto del cambio. Oprimiendo o ajustando un botón resulta ya sea en una condición momentánea o en una condición mantenida. El hecho de oprimir el timbre de una puerta es un efecto típico de un botón Momentáneo. Cuando usted suelta el timbre de la puerta, el botón regresa a la posición en la cual se encontraba antes de que usted lo utilizara y se suspende el timbre. Figura 12. Ejemplo de Botón Momentáneo Un botón Mantenido conserva su nueva posición. El interruptor de luz en una pared es una conexión mantenida común. Una vez que se coloca en la posición de encendido o apagado, permanece de esta forma hasta una nueva manipulación. Figura 13. Ejemplo de Botón Mantenido Momentáneo Frecuentemente, los botones momentáneos están alambrados a un relevador, o contacto auxiliar, que mantiene el circuito eléctrico aún después de la liberación del botón momentáneo. El resultado es que la máquina sigue funcionando aún cuando el botón de arranque haya regresado a su posición de desconexión original. Figura 14. Operación de un Botón Momentáneo Un botón momentáneo regresa a su posición original cuando se retira el dedo. Los botones momentáneos llevan frecuentemente la corriente durante solamente un instante antes de transferencia a un segundo circuito un circuito de relevador. Antes de Presionar Durante la Presión Después de Presionar El circuito relevador engancha El circuito relevador conserva Página 12
Parece confuso el hecho de tener un botón momentáneo que produce un resultado como si el botón fuese mantenido. Cuál es la razón? Seguridad. Vea este ejemplo de la vida real. En Campo Esta sierra eléctrica tiene un botón pulsador de arranque que es momentáneo. Cuando se oprime el botón, otro circuito mantiene el circuito eléctrico, es la razón por la cual la sierra sigue funcionando cuando se suelta el botón. Figura 15. Aplicación en Sierra Eléctrica El botón de arranque es momentáneo en caso de un apagón. Si se suspende la administración de energía, el circuito adicional se abre. Cuando regresa el suministro de energía eléctrica, el trabajador tendrá que oprimir el botón de arranque otra vez para arrancar la sierra puesto que el botón ya ha regresado a su posición original de desconexión. Si el botón de arranque fuese mantenido, la energía instantánea provocaría un arranque repentino de la sierra, y podría posiblemente lastimar a alguien. Mantenido Los botones mantenidos son fáciles de entender puesto que siguen simplemente en la posición en la cual fueron colocados. Pero, si los botones momentáneos pueden producir un resultado similar a los botones mantenidos, por qué usar botones mantenidos? La razón otra vez es la seguridad. A veces se puede desear congelar una línea de montaje o una sierra mientras se está trabajando en ella. Un ajuste mantenido supera cualquier ajuste por omisión que pudiera encenderla automáticamente. NOTA: La mayoría de los botones pulsadores se emplean en aplicaciones que requieren de contacto momentáneo. Sin embargo, cuando una aplicación requiere de un contacto mantenido, es probable que los interruptores selectores sean el producto de elección. Página 13
Parte Frontal del Panel Dos Tamaños Estándares Veamos ahora como aparecen los botones y luces indicadoras cuando están montados sobre lo que se conoce como Parte Frontal del Panel. Es aquí en donde la máquina y el trabajador que la utiliza entran en contacto. Los botones pulsadores se proporcionan en dos tamaños: 30mm y 22mm. Estos tamaños se refieren al tamaño del orificio cortado para el montaje del dispositivo. Los tamaños reales de los orificios son: 30.5mm y 22.5mm. Figura 16. Placa con Orificio para Botón Pulsador de 22mm en Tamaño Real Figura 17. Placa con Orificio para Botón Pulsador de 30mm en Tamaño Real Figura 18. Vista Lateral de un Botón Pulsador de 22mm Figura 19. Vista Lateral de un Botón Pulsador de 30mm La mayoría de los botones de 30mm y 22mm son eléctrica y mecánicamente similares. Los botones pulsadores de 30mm constituyen el mayor segmento del mercado Norteamericano. Se seleccionan frecuentemente para uso de servicio pesado puesto que se fabrican habitualmente de metal y tienen una gran tuerca de montaje. - En general ofrecen un amplio rango de tipos de operadores y bloques de contactos para adecuarse a un amplio rango de aplicaciones - Son preferidos por la mayoría de los usuarios Norteamericanos Botones pulsadores de 22mm tienen un tamaño adecuado para satisfacer el mayor mercado para el resto del mundo. Puesto que se fabrican frecuentemente de plástico, Son habitualmente más económicos que los botones pulsadores de 30mm. Algunas otras ventajas de los botones pulsadores de 22mm incluyen: - Ahorran espacio en el panel, permitiendo la fabricación de paneles más pequeños y un mayor espacio de alambrado Página 14
- Son aceptados a nivel internacional, si son máquinas de aceptación según OEMs Aún cuando se montan en un orificio de 22.5mm, la superficie de botón para dispositivos de 22mm es similar en cuanto a su tamaño a la superficie para dispositivos de 30mm. Ambos tamaños de botones pulsadores están diseñados para ser fácilmente operados, aún si se utilizan guantes. Figura 20. Superficie de Botón para un Botón Pulsador de 22mm Directamente desde Arriba Figura 21. Superficie de Botón para Botón Pulsador de 30mm Directamente desde Arriba Códigos y Valores Nominales Los estándares rectores y las aprobaciones para control industrial incluyen ANSI, CSA, IEC, CE, IEEE, NEMA y UL. Estos estándares son reglas que determinan el tipo de equipo que puede emplearse, cómo debe instalarse, y cómo debe desempeñarse en tipos específicos de aplicaciones. Además de los valores nominales eléctricos, los botones pulsadores son probados y clasificados para condiciones ambientales específicas. Estos valores nominales ambientales o valores nominales de protección de ingreso son definidos ya sea por IEC (Valores Nominales IP) o UL/NEMA (Valores Nominales Tipos) e identifican que tan bien el botón pulsador: impide fuga de líquido en el panel opera en condiciones de polvo o hielo resiste en un entorno corrosivo Puesto que un botón pulsador llena básicamente un orificio en una caja, debe ser especificado adecuadamente para las condiciones ambientales esperadas en la aplicación. Algunos estándares importantes incluyen: Proporciona un grado de protección contra: IP20/NEMA 1 IP65/NEMA 4 NEMA 4X IP65/NEMA 13 Polvo que cae X X X X Polvo, pelusa, fibras X X X Agua aplicada con manguera y salpicada X X Rocío de aceite o refrigerante X Agentes corrosivos X Los estándares que aplican dependen de donde se especifica el producto y/o donde se colocará finalmente el equipo. En términos generales, los estándares eléctricos y ambientales de IEC se aplican en toda Europa, y los estándares UL y NEMA se aplican en América del Norte. Otras regiones del mundo aplican estándares IEC, estándares NEMA o ambos. Página 15
NOTA: Para mayor información sobre los estándares NEMA y IEC véase estándares NEMA y especificaciones según IEC (IP) de este manual. La siguiente sección de repaso contiene una pregunta sobre la información contenida en estas tablas; por consiguiente debería estudiarlas antes de seguir. Página 16
Estilos y Usos de Botones Pulsadores Ahora que usted entiende lo que está viendo en la parte frontal del panel, estudie las tablas para aprender más sobre estilos específicos y usos para botones pulsadores diferentes. La razón de este gran número de estilos es que cada uno ofrece una respuesta a un problema de campo, habitualmente relacionado con una mayor seguridad (la presión del dedo o de una parte de cae no debe activar accidentalmente un proceso) o bien un mayor acceso ( para significa!inmediatamente ). Algunos estilos tales como un potenciómetro, no son realmente un estilo sino una función especial. En el caso del potenciómetro, la función varía la cantidad de tensión enviada a la máquina. Conforme usted repase, deténgase y piense en el tipo de problemas en el campo que creó la necesidad del estilo que está viendo. La idea principal es seleccionar el botón pulsador apropiado para la aplicación. Estilo de Botón Pulsador Ejemplo Aplicación Extendido Figura 22. Un botón expuesto sobresalió más del panel que los demás botones. Frecuentemente utilizado para la función más importante de la máquina, como por ejemplo Parada Empotrado Figura 23. El botón está empotrado en su bastidor. se debe aplicar una presión directa para accionar los botones pulsadores empotrados; no es fácil cambiar su estado a través de un golpe. Se utilizan frecuentemente como botón de arranque. Interruptores Selectores Figura 24. Los interruptores selectores son también utilizados cuando se requiere más que una sola opción de control (por ejemplo, Manual - Desconectado - Auto). Los interruptores selectores son habitualmente el botón pulsador preferido cuando se requiere de un contacto mantenido. Página 17
Estilo de Botón Pulsador Ejemplo Aplicación Protegido Figura 25. Estos llevan la prevención de una operación no deseada más allá de lo que ofrecen los botones pulsadores empotrados puesto que tiene una protección metálica alrededor de la porción de actuador del botón. Hongo y Hongo Jumbo Figura 26. Son utilizados con mucha frecuencia para botones pulsadores de Parada y Parada de Emergencia. Muy fáciles de accionar puesto que constituyen un blanco grande. Operadores de Empujar-Jalar Figura 27. Este operador debe ser físicamente empujado o jalado para cambiar su estado. Contactos mantenidos de 2 posiciones para arranque/parada o incremento/ Reducción. 3 posiciones, mantenido momentáneo, para funciones de arranque/parada/funcionamiento o manual/desconectado/auto. Torcer para Liberar Figura 28. Estos son botones pulsadores de contacto mantenidos que se empujan después tuercen para liberarlos. La torsión para liberarlos es frecuentemente utilizada en botones de Parada o Parada de Emergencia. El esfuerzo p adicional requerido para arrancar de nuevo una máquina requiere de una decisión más activa por parte del trabajador. Liberación con Llave Figura 29. Son botones pulsadores de contacto mantenidos empujados y requieren de una llave para su liberación. Se utilizan frecuentemente por razones de seguridad; por ejemplo, para bloquear una máquina durante el mantenimiento. Página 18
Estilo de Botón Pulsador Botón Pulsador Iluminado Ejemplo Figura 30. Aplicación Ahorra espacio y dinero combinando la función de un botón pulsador y de una luz indicadora. Aún cuando el botón contiene tanto un operador como una luz, son elementos separados que tienen que ser cableados separadamente dentro. Por ejemplo, el botón pulsador puede estar conectado a un arrancador, mientras que la luz está conectada a un microchip que lee el motor está funcionando. Roto-Botón Figura 31. Una combinación de un interruptor selector y un botón pulsador en una unidad. La protección externa del rotobotón gira hacia dos o más posiciones y ofrece diferentes acciones de contacto cuando el botón pulsador ya sea está libre u oprimido en cada posición de selector. Potenciómetro Figura 32. Frecuentemente utilizado para control de velocidad puesto que la rotación de la carátula hacia variar la resistencia (ohms). Joystick Figura 33. Se monta en un tamaño de orificio estándar, aún cuando se tenga que dejar espacio en el panel para la acción de palanca. Puesto que el joystick se extiende hacia afuera y corresponde frecuentemente a la dirección de movimiento buscada, es fácil e intuitivo para su utilización. Página 19
Estilo de Botón Pulsador Operador Cuadrado de Funciones Múltiples Ejemplo Figura 34. Aplicación Utilizado cuando el espacio es limitado y se requiere de más de una función. Botoneras Cuando se combinan botones en un gabinete común, se conoce como Botonera. Como los botones mismos, las botoneras son fabricadas en varios estilos y pueden adecuarse para adaptarse a una amplia gama de aplicaciones. Figura 35. Botoneras Página 20
Placas Cuando usted opera una botonera, puede ser difícil recordar lo que hace cada luz, botón o interruptor. Es ahí donde entra las placas de leyenda. Son pequeñas placas en el panel que identifican un botón. Las placas de leyenda se proporcionan en varios tamaños y colores. Las placas de leyenda estándares se adecuan estrechamente al espacio alrededor de un botón pulsador y permiten la colocación de un gran número de botones en un panel. Placas extra grandes frecuentemente de color rojo y utilizada para funciones de parada son prominentes y permiten más espacio para la impresión. Sin embargo, requieren también de más espacio en el panel. Figura 36. Placa de Leyenda Estándar Figura 37. Placa de Leyenda Extra Grande Página 21
Repaso 2 Conteste a las preguntas siguientes sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. Empiece la siguiente sección cuando esté seguro que entiende lo que acaba de leer. 1. Los botones pulsadores son la fuerza operativa que o un circuito eléctrico. 2. Nombre estas dos partes de un botón pulsador. 3. Cuando usted retira su dedo del botón, un botón pulsador mantenido sigue en el estado al cual ha cambiado. VERDADERO FALSO 4. Qué dispositivo de circuito permite que un botón pulsador momentáneo ofrezca a veces el mismo efecto que un botón mantenido? 5. Relacione estas especificaciones NEMA e IP con su definición: 1. NEMA Especificación 13 2. NEMA Especificación 4X A. Gabinetes contemplados para uso en interiores, primariamente para proporcionar un grado de protección contra polvo, polvo que cae, y goteo de líquidos no corrosivos. B. Gabinetes contemplados para su uso en interiores, primariamente para proporcionar un grado de protección contra polvo, rociado de agua, aceite, y refrigerante no corrosivo. 3. IP Especificación 34 C. Protegido contra polvo. Protegido contra chorros de agua. 4. IP Especificación 55 D. Gabinetes contemplados para uso en interiores o exteriores, primariamente para proporcionar un grado de protección contra corrosión, lluvia y polvo aventado por el viento, agua salpicada, y agua aplicada con manguera; no dañados por la formación de hielo en el gabinete. 5. NEMA Especificación 12 E. Gabinetes contemplados para su uso en interiores, primariamente para proporcionar un grado de protección contra polvo, rociado de agua, aceite, y refrigerante no corrosivo. Página 22
F. Protegido contra objetos foráneos sólidos con un diámetro de 12.5mm y más. Protegido contra rociado de agua. Página 23
6. Liste dos estilos de botones y sus aplicaciones. a) b) 7. Los potenciómetros son utilizados con mayor frecuencia para qué tipo de aplicaciones? 8. Cuál es la diferencia principal entre las características mecánicas de un botón pulsador y de un interruptor selector? 9. En el diagrama siguiente, el circuito está cerrado en la posición derecha. VERDADERO FALSO Manual Desconectado Auto X O O 10. Botones pulsadores de liberación con torsión y liberación con llave son botones pulsadores de contacto momentáneo o mantenido? 11. Cuál es la desventaja de la utilización de una placa de leyenda grande? Página 24
Fondo del Panel Normalmente Abierto y Normalmente Cerrado Pasemos ahora al Fondo del Panel, en donde el botón pulsador lleva a cabo su función. veremos como funcionan los bloques de contactos, unidades luminosas, e interruptores selectores. Cuando un operador de botón pulsador empuja la placa sobre el bloque de contactos, los circuitos conectados al bloque se abren o cierran con base en el diseño del circuito. Los circuitos son establecidos ya sea como Normalmente Abiertos (N.A.) o bien Normalmente Cerrados (N.C.). Normalmente abierto (N.A.) significa que los contactos están en reposo en la posición abierta (desconexión) y no pasa corriente. Los contactos se cierran solamente cuando el vástago baja y los presiona En bloque de contactos normalmente cerrados (N.C) los contactos están en reposo en la posición cerrada (conectada) que permite el pasaje de la corriente. Los contactos se abren solamente cuando el vástago baja y los separa. Símbolo Eléctrico Figura 38. Símbolo de Normalmente Abierto Figura 41. Símbolo de Normalmente Cerrado Circuito Antes de Oprimir Figura 39. Circuito Normalmente Abierto Figura 42. Circuito Normalmente Cerrado Circuito Después de Oprimir Figura 40. Circuito Normalmente Abierto Figura 43. Circuito Normalmente Cerrado Configuración de Bloques de Contactos El bloque de contactos puede tener varias configuraciones N.A. y/o N.C. Circuitos individuales contienen un bloque de contactos de un circuito normalmente abierto o circuito normalmente cerrado. Para aplicaciones que requieren solamente un contacto, un circuito individual es una forma eficaz y económica de llevar a cabo esta función. Los circuitos dobles, como su nombre lo indica, ofrecen dos contactos en un solo bloque de contactos. Las combinaciones de contactos pueden ser: 1 contacto normalmente abierto y 1 contacto normalmente cerrado 2 contactos normalmente abiertos 2 contactos normalmente cerrados Combinaciones con abertura retardada especial o contactos de cierre temprano Los bloques de contacto de doble circuito ahorran espacio en un gabinete, y agregan doble funcionalidad a un botón puesto que el botón opera dos circuitos. Por ejemplo, un botón pulsador de parada de emergencia conectado a un bloque de contacto de circuito doble con un contacto N.A. y un contacto N.C. puede a la vez apagar un motor y encender una luz indicadora de Parada de Emergencia. Bloques de contactos múltiples pueden ser agregados para incrementar la funcionalidad. Por ejemplo, se pueden montar cuatro bloques de circuito dobles a un botón pulsador de 30mm lo que da un total de 8 circuitos. Página 25
Estilos de Unidades Luminosas y Usos Las unidades luminosas se encuentran también en el fondo del panel. Su propósito es sujetar la lámpara y proporcionar terminales de alambrado. Diferentes condiciones tales como la vibración del equipo, y el período durante el cual la lámpara debe estar encendida, ofrecen razones para la selección de estilos diferentes de unidades luminosas y focos. Esta tabla explica los diferentes tipos de unidades luminosas, y las razones de su uso. Estilo de Unidades Luminosas Ejemplo Aplicación Transformador Figura 44. Baja la tensión de suministro a la lámpara a 6V ó 24V. Ofrece una lámpara con una vida de lámpara larga y filtros para picos de tensión. Funciona solamente con CA. Plena Tensión Figura 45. Menos costoso, pero con una vida de lámpara más corta que los estilos ya sea de transformador o de resistencia. Funciona con CA o con CD. La lámpara CD opera a tensiones más altas. Resistencia Misma que la Figura 45 Utiliza una resistencia para bajar la tensión a la lámpara (puede también utilizar una lámpara de tensión menor). Resulta en una vida de lámpara mayor que la plena tensión pero no tan larga como en el caso de un estilo de transformador. Menos costoso que los estilos de transformador. Funciona con CA o CD. Neón Misma que la Figura 45 Altamente resistente a choques y vibraciones. Larga vida de lámpara, pero no muy brillante. Recomendada solamente con lentes claro o ámbar, y cuando la luz ambiente no es excesivamente intensa. Página 26
Estilo de Unidades Luminosas LED (Diodo Emisor de Luz) Ejemplo Figura 46. Aplicación Vida de lámpara muy larga y resistencia a choques y vibraciones. Las lámparas emiten luz de color (azul, verde, rojo, ámbar). Frecuentemente no tan brillante como una lámpara incandescente. Página 27
Botones Pulsadores Combinados con Luces Indicadoras Para ahorrar espacio y dinero, se puede combinar botones pulsadores con luces indicadoras, de tal manera que si usted oprime el botón (o bien desplaza el interruptor selector), se activa una lámpara dentro del botón. Aquí, una luz indicadora está combinada con botones pulsadores. 1. Cuando el botón de Arranque es oprimido, arranca el motor. 2. El motor empieza a causar el cierre de un circuito separado, encendiendo la luz piloto de Motor Funcionando. 3. El botón de parada apaga el motor, causando el apagamiento de la luz de motor funcionando. Figura 47. Luz Indicadora con Botones Pulsadores Botones Iluminados Un botón iluminado combina un botón pulsador y una luz piloto en un dispositivo. Cuando el botón está encendido, la luz dentro estará prendida. Otra vez, aún cuando el botón contiene tanto un operador como una luz, son elementos separados que tienen que ser cableados separadamente dentro. Figura 48. Botón Pulsador Iluminado, Extendido Página 28
Accesorios Numerosos accesorios pueden modificar los botones pulsadores en el lugar de trabajo. Las placas de leyenda se consideran frecuentemente como accesorio. A continuación presentamos algunos otros accesorios disponibles y las razones de su uso. Accesorio Ejemplo Aplicación Botas de Protección Figura 49. Una bota de hule se ajusta sobre el operador del botón pulsador para protección adicional contra la humedad, especialmente si la aplicación es sometida a acumulación de hielo. Cubierta que puede ser Cerrada con Candado Figura 50. Seguridad adicional que requiere que una persona autorizada abra el candado. Recuerda usted el ejemplo del aserradero que comentamos antes? Solamente el operador debería tener la llave. Anillos de Localización Figura 51. Un anillo con muesca para impedir que los interruptores selectores giren fuera de posición. Protectores Figura 52. Una extensión que rodea el botón para prevenir una operación accidental. Página 29
Asuntos de Diseño e Instalación Espaciado Mínimo Espaciado Mínimo Unidades Luminosas En este momento no es necesario que usted conozca todas las decisiones de ingeniería que deben tomarse cuando se selecciona o instala un botón pulsador. Sin embargo, es una buena idea conocer los asuntos más comunes cuando tienen que especificar o instalar una botonera. Si tiene que perforar un orificio, colocar placas de leyenda, y dejar espacio para los dedos, se requiere de una cierta cantidad de espacio adicional alrededor de un botón pulsador. La hoja de especificaciones para cada producto presenta una lista de este espacio de trabajo necesario como espaciado mínimo. Las dimensiones verticales y horizontales se conocen como la matriz de montaje. Por ejemplo, ciertos operadores son mayores que el orificio de montaje de 30mm, extendiéndose a 40 ó 50mm de diámetro. Las placas de leyenda y las cubiertas que pueden ser sujetadas con candados requieren de hasta 70mm para su instalación. Máquinas complicadas pueden requerir de un gran número de botones. Se requieren de tamaños de gabinetes diferentes para su colocación, con espacio adicional sobre los cables, conductos y arneses. Cuando se seleccionan gabinetes, es también necesario entender las extensiones en el fondo del panel. Aún cuando los botones pulsadores tienen orificios de montaje estándares, se extienden sobre profundidades variables en un gabinete. Cerciórese que el gabinete es suficientemente profundo para que quepan. Aún cuando un bloque de contacto de circuito único puede requerir de solamente 51mm (aproximadamente 2 pulgadas), si se trata de un bloque de contacto de circuito doble y si se agrega una unidad luminosa de transformador, se requiere de hasta 115mm (aproximadamente 4.5 pulgadas). Es más de lo doble del valor con el cual comenzó. Los botones pulsadores deben cumplir con las mismas especificaciones de protección ambiental o de ingreso que los gabinetes. UL, NEMA, IEC (IP). Los asuntos de código incluyen protección contra agua, aceite, polvo y vibraciones. Las unidades luminosas son afectadas por dos consideraciones: una sencilla y otra complicada. El primer asunto de diseño es determinar si la unidad funciona en corriente alterna (ca) o corriente directa (cd) o ambas. Esto es fácil Revise el circuito y haga su selección de manera correspondiente. El segundo asunto, que se refiera a la vida de la lámpara y a su uso, requiere de mayor atención. Para las luces que no se encienden frecuentemente, una vida de lámpara más corta puede ser aceptable (y tendrá un costo menor). En el caso de una aplicación crítica, sin embargo, el gasto que representa un foco de larga duración puede valer la pena por la seguridad y tranquilidad que proporciona. Vamos a ver un ejemplo: Usted desea montar una luz indicadora encendido en una máquina que requiere de miles de horas de tiempo encendido y hace que la luz sea susceptible a las vibraciones. Una unidad luminosa de tipo LED resiste a los choques y tiene una larga vida de lámpara; sin embargo es más costosa. Como ingeniero, usted puede seleccionar una unidad de luz LED para ahorrarse costos de instalación y de reemplazo de foco. Página 30
Repaso 3 Conteste las preguntas siguientes sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. Empiece la siguiente sección cuando esté seguro que entendió lo que acaba de leer. 1. En un bloque de contactos normalmente cerrado, el contacto abre o cierra cuando se oprime el botón pulsador? 2. Cuál de los siguientes no es una configuración precisa de un bloque de contactos de circuito doble? 2 contactos normalmente cerrados 1 contacto normalmente cerrado Combinaciones con abertura retardada especial o contactos de cierre temprano. 3. Cuál es una ventaja y una desventaja de trabajar con una unidad luminosa de transformador? Ventaja: Desventaja: 4. Cuál es el propósito de un protector? 5. Cuando se combina un botón pulsador y una luz indicadora, por qué se requiere de una conexión separada del alambrado? 6. Cuáles son los factores que se deben considerar al seleccionar unidades luminosas? a) b) Página 31
Lumitorres La gente responde a la vista más rápidamente y desde distancias mayores que a cualquier otro sentido. Es la idea detrás de las lumitorres (Figura 53). Estas minitorres de luces de color se encuentran arriba del equipo de tal manera que puedan observarse de todas las direcciones (360 ) y en una planta amontonada. Considere que una lumitorre es una luz indicadora de niveles múltiples. Bastidores de lentes pueden proporcionarse en varios colores de tal manera que las funciones de una máquina puedan relacionarse a un color específico (por ejemplo, azul = partes bajas ), o bien a través de la posición de la luz (es decir, tercera luz = línea parada ). Figura 53. Lumitorre Para una respuesta aún más rápida, cambie una luz estándar por una luz estroboscópica de xenón o una alarma audible. Página 32
Donde se Utilizan las Lumitorres Las lumitorres se utilizan cuando se desea que mucha gente en una planta, o línea de armado, o alrededor de la máquina sepa y responda a cambios de condición importantes. A continuación se presenta la historia de una laminadora, y como se utilizan las lumitorres. En Campo Tom opera seis estaciones en una laminadora, supervisando el suministro de las partes y manteniendo los sujetadores y cortadores libres de atascamiento. Solía operar dos estaciones, pero las lumitorres le han permitido supervisar efectivamente cuatro estaciones adicionales. Tom sabe lo que está haciendo cada estación viendo las lumitorres sobre cada una de las máquinas. A continuación se presenta el significado de las luces: Todo está bien (todas las luces apagadas) Baja existencia de partes (verde) Falta de partes (amarillo) Atascamiento de partes, máquina parada (rojo) Arranque/Alarma Figura 54. Lumitorre en Acción Si Tom está corrigiendo una máquina, y otra máquina presenta un nivel bajo de existencia de partes, el conductor del levantacargas puede detectar la lumitorre verde #2 y traer otro bote de partes. La alarma conecta a un botón pulsador de arranque para proporcionar un retardo de 3 segundos, con alarma, antes de arrancar realmente la máquina. Conjuntamente, las lumitorres permiten a Tom ser más productivo, informarle al conductor del montacargas desde todos los puntos en la fábrica, y proporcionar una seguridad adicional para los demás miembros del personal. Página 33
Armado de una Lumitorre A continuación se presenta el armado generado de una lumitorre. Figura 55. Lumitorre con 3 Luces y Alarma A continuación le presentaremos las partes individuales, desde la parte de abajo hasta la parte de arriba, aún cuando las lumitorres son suficientemente fuertes para poder instalarse de cabeza o hasta lateralmente. Base de Montaje y Tubo de Extensión Esta base de montaje opcional eleva la lumitorre adicionalmente con relación a la máquina. Conecta las luces a través de un tubo de extensión. Anillos O y juntas de sellado protegen contra penetración de agua y contaminantes. Esta base puede también estar equipada con un amortiguador de vibraciones. Figura 56. Base de Lumitorre Esto sujeta el tablero de terminales y es la base de la lumitorre. Se puede montar la lumitorre a partir de esta base o a partir de la base de montaje. Figura 57. Página 34
Tablero de Terminales Las conexiones de alambrado de lámpara y suministro de energía eléctrica se hacen en terminales de tornillo en este tablero. Se pueden utilizar ya sea alambres sólidos o trenzados. La conexión de un alambre de luz intermitente hace que las luces continuas sean intermitentes. Figura 58. Lámpara Se pueden utilizar lámparas incandescentes brillantes, fácilmente disponibles (Figura 59), o bien LEDs de larga duración (Figura 60). Las lumitorres pueden utilizar ambos tipos de lámparas al mismo tiempo. Figura 59. Figura 60. Difusor de Luz Este inserto distribuye la luz de manera regular a través del lente y pasa el circuito hacia arriba y abajo de la lumitorre. Normalmente de tipo escarchado, un difusor claro puede ser utilizado para lámparas LED. Figura 61. Lente Los lentes no solamente agregan color a la señal luminosa, sino que conforman también la piel de la lumitorre. Fabricados de plástico no corrosivo y resistente a los impactos, estos lentes protegen la unidad contra los entornos rudos. Figura 62. Página 35
Autocubierta Esto sujeta la parte superior de la lumitorre. La utilización de una junta asegura un sello impermeable para cumplir con los estándares UL, CSA, NEMA, y CE. Figura 63. Alarma (Con cubierta) La alarma audible ofrece un nivel adicional de protección, a través de una alarma aguda. Figura 64. Luz estroboscópica de Xenón La luz estroboscópica de Xenón ofrece también un nivel adicional de protección, a través de una luz intermitente intensa. Figura 65. Página 36
Repaso 4 Conteste las preguntas siguientes sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. 1. Por qué se elaboran los lentes de colores diferentes? 2. Identifique estos componentes de lumitorre a partir de las fotografías y describa su propósito. Parte: Propósito: A. Parte: Propósito: B. 3. Un LED es un tipo de lámpara que funciona en una lumitorre. Cuál es el otro tipo? 4. Cuáles son los dos tipos de alarmas que pueden agregarse a las lumitorres? a) b) Página 37
Estándares NEMA Para estandarizar el desempeño de los gabinetes, organizaciones tales como NEMA y IEC han creado sistemas de especificaciones para identificar la capacidad de un producto para resistir a las fuerzas ambientales externas. La tabla siguiente ofrece breves descripciones de los estándares NEMA para explicar lo que significa cada código. Designación de Tipo Definición NEMA 1 Gabinetes contemplados para uso en interiores, primariamente para proporcionar un grado de protección contra contacto con el equipo dentro o lugares en donde no existen condiciones inhabituales de servicio. 2 Gabinetes contemplados para uso en interiores, primariamente para ofrecer un grado de protección contra cantidades limitadas de agua cayendo y polvo. 3 Gabinetes contemplados para su uso en exteriores, primariamente para proporcionar un grado de protección contra lluvia y polvo soplado por el aire; no dañados por la formación de hielo en el gabinete. 3R Gabinetes contemplados para su uso en exteriores, primariamente para proporcionar un grado de protección contra lluvia; no dañados por la formación de hielo en el gabinete. 4 Gabinetes contemplados para su uso en interiores o exteriores, primariamente para ofrecer un grado de protección contra lluvia y polvo soplado por el aire, agua salpicada y agua aplicada con manguera, no dañados por la formación de hielo en el gabinete. 4X Gabinetes contemplados para uso en interiores o exteriores, primariamente para ofrecer un grado de protección contra la corrosión, agua y polvo soplado por el aire, agua salpicada, y agua aplicada con manguera; no dañados por la formación de hielo en el gabinete. 6 Gabinetes contemplados para su uso en interiores o exteriores con inmersión ocasional. 12 Gabinetes contemplados para su uso en interiores, primariamente para proporcionar un grado de protección contra polvo y goteo de líquidos no corrosivo. 13 Gabinetes contemplados para su uso en interiores, primariamente para ofrecer un grado de protección contra polvo, rociado de agua, aceite y refrigerante no corrosivo. Página 38
Especificaciones IEC (IP) Como lo indica la Figura 66, las especificaciones de Protección contra Ingreso (IP) incluyen las letras de código IP y dos números, cada uno de los cuales explica el grado de protección que ofrece la aplicación. El primer número representa el grado de protección contra objetos foráneos sólidos; el segundo número representa el grado de protección contra agua. Figura 66. Código IP La tabla siguiente presenta una breve descripción de los estándares según IEC (especificaciones IP) para explicar lo que significa cada código. Primer Número Característico Breve Descripción Segundo Número Característico 0 No protegido 0 No protegido 1 Protegido contra objetos foráneos sólidos con un diámetro de 50mm y más 2 Protegido contra objetos foráneos sólidos con un diámetro de 12.5mm y más 3 Protegido contra objetos foráneos sólidos con un diámetro de 2.5mm y más 4 Protegido contra objetos foráneos sólidos con un diámetro de 1.0mm y más Breve Descripción 1 Protegido contra gotas de agua cayendo verticalmente 2 Protegido contra gotas de agua cayendo verticalmente cuando el gabinete está inclinado a 15 3 Protegido contra rociado de agua 4 Protegido contra agua salpicada 5 Protegido contra polvo 5 Protegido contra chorros de agua 6 Hermético al polvo 6 Protegido contra chorros de agua potentes Página 39
Glosario Leva Luces Indicadoras IP IEC Mantenido Momentáneo NEMA Potenciómetros Botón Pulsador Botonera Interruptores Selectores Lumitorre UL Una pieza rotatoria o deslizante que proporciona movimiento a un rodillo que se desplaza contra su borde o que recibe movimiento de dicho rodillo. Se conoce también como luces piloto. Luces en un panel que muestran si un circuito de control o un circuito de alimentación en energía eléctrica es excitado, o que muestran el estado de la lógica en el circuito. Protección contra Ingreso. Especificaciones Ambientales Europeas similares a las especificaciones NEMA en los Estados Unidos de América. La International Electro-technical Commission [Comisión Electro-Técnica Internacional]. Con matriz en Ginebra, Suiza, se relaciona con equipos utilizados a nivel internacional. Los dispositivos especificados según IEC son construidos con materiales requeridos para aplicaciones específicas. El circuito permanece cerrado después de la liberación de la presión sobre el botón. El circuito cerrado dura solamente mientras se sigue ejerciendo una presión sobre el botón. National Electrical Manufacturers Association [Asociación Nacional de Fabricantes de Productos Eléctricos]. Este grupo tiene especificaciones para la capacidad de un gabinete para proporcionar un grado de protección contra contacto con equipo y contra condiciones ambientales específicas. Una carátula que ajusta la cantidad de tensión enviada a una máquina. (A) La fuerza operativa que abre o cierra un circuito eléctrico. (B) El ensamble de botón que se oprime en un panel. (C) Luces indicadores, interruptores selectores, potenciómetros y botones pulsadores a través de los cuales la gente interactúa con las máquinas. Uno o varios botones en un gabinete común. Un operador mecánicamente unido a uno o varios contactos y que cierra o abre los contactos cuando gira a dos o más posiciones. Una mini-torre de luces de color, independientes, que proporciona una indicación visual a 360 y/o audible en cuanto a fallas de máquina, niveles bajos de existencia de partes, etc. Underwriter's Laboratories, Inc. Una organización no lucrativa que establece, mantiene y opera laboratorios para examinar y probar dispositivos, sistemas y materiales, primariamente en cuanto a seguridad. Página 40