AUTOMATIZACIÓN POR CONTACTORES ELÉCTRICOS

En electricidad, se denomina automatismo al circuito que es capaz de realizar secuencias lógicas sin la intervención del hombre.

Los automatismos se utilizan tanto en el sector industrial como en el doméstico, para operaciones tan dispares como arranque y control de maquinaria, gestión de energía, subida y bajada de persianas, riego automático, etc.

Dependiendo de la tecnología utilizada, los automatismos pueden ser cableados o programados. En la primera, el funcionamiento lo define la conexión lógica, mediante cables, entre los diferentes elementos del sistema. En la segunda, es un programa el que procesa en la memoria de un dispositivo electrónico, la información que transmiten los diversos elementos que se le conectan.

1. AUTOMATIZACIÓN POR CONTACTORES

2. ¿Qué es un automatismo? En electricidad, se denomina automatismo al circuito que es capaz de realizar secuencias lógicas sin la intervención del hombre. Los automatismos se utilizan tanto en el sector industrial como en el doméstico, para operaciones tan dispares como arranque y control de maquinaria, gestión de energía, subida y bajada de persianas, riego automático, etc. Dependiendo de la tecnología utilizada, los automatismos pueden ser cableados o programados. En la primera, el funcionamiento lo define la conexión lógica, mediante cables, entre los diferentes elementos del sistema. En la segunda, es un programa el que procesa en la memoria de un dispositivo electrónico, la información que transmiten los diversos elementos que se le conectan.

3. El contactor El contactor es un dispositivo electromagnético, que puede ser controlado a distancia para cerrar o abrir circuitos de potencia. Una de las principales aplicaciones del contactor se realiza en el control de los circuitos de alimentación de todo tipo de motores eléctricos, pero se utiliza para alimentar otros tipos de receptores, como sistemas de resistencias, líneas de luminarias, etc.

4. Tipos de contactores Los contactores  se clasifican de acuerdo a diferentes aspectos  como su construcción, su condición de funcionamiento, capacidad y otros factores que son importantes considerar para obtener el más adecuado. Según su método de control El método de control depende de la construcción y el  sistema de acción que implementan  los contactores. A este respecto existen los siguientes tipos: Electromagnéticos/Electromecánicos:  funcionan utilizando la fuerza de atracción de un electroimán. Este cierra el circuito al excitar la bobina con energía eléctrica y al quitarle la energía eléctrica un resorte separa los contactos abriendo el circuito. Es el tipo más utilizado, especialmente para los sistemas de control eléctrico. Neumáticos:  en vez de utilizar sistema eléctrico para su acción, estos se componen internamente de dispositivos que controlan aire comprimido para abrir o cerrar el circuito. Se utilizan para activar elementos eléctricos o vigilar procesos de fabricación en las industrias de manera neumática. Hidráulicos:  funcionan igual que los tipos neumáticos, pero su método de acción es mediante la presión de un líquido en vez de aire comprimido. Son ideales para industrias que en sus procesos emplean líquidos a presión. Estáticos:  tienen un tamaño bastante grande, pues su función es mediante tiristores, lo cual puede ser un inconveniente. Por otro lado, tienen un precio bastante elevado, aunque tienen un funcionamiento más eficaz que otros tipos de contactores.

5. Categoría de servicio de los contactores en AC La categoría de empleo AC define la aplicación de los contactores en corriente alterna dependiendo de su finalidad o uso, fijado por la norma IEC 158. Este aspecto se determina por el  tipo de carga  que va a controlar el contactor y las  condiciones de actuación  tanto para abrir como para cerrar el circuito. Las categorías son: AC1 : son ideales para el control de cargas resistivas como de calefacción eléctrica y que tenga un factor de potencia de 0,95 o mayor. AC2 : adecuados para motores eléctricos asíncronos de anillo deslizante con arranque y parada en contracorriente, así como factor de potencia de 0,65. Entre estos motores se incluyen las centrifugadores y mezcladoras. AC3 : se utiliza para motores tipo jaula de ardilla con paradas a plena marcha. En este caso, se incluyen los motores de ventiladores, aires acondicionados y otros con factor de potencia de 0,35. AC4 : al igual que el AC3, este es ideal para motores tipo jaula de ardilla, pero con funcionamiento intermitente como los ascensores y grúas. También usa un factor de potencia de 0,35.

6. Categoría de servicio de los contactores en DC La categoría de empleo DC define la aplicación de los contactores en corriente alterna dependiendo de su finalidad o uso, fijado por la norma IEC 158. Este aspecto se determina por el  tipo de carga  que va a controlar el contactor y las  condiciones de actuación  tanto para abrir como para cerrar el circuito. Las categorías son: D C1 : Cargas puramente resistivas o débilmente inductivas, para calefacción eléctrica. D C2 : Motores en derivación, con desconexión a motor en rotación, nunca a motor frenado. D C3 : Motores en derivación, con desconexión a motor frenado, inversores del sentido de giro. D C4 : Motores serie, con desconexión a motor en rotación, nunca a motor frenado. D C5 : Motores serie, con desconexión a motor frenado, inversiones del sentido de giro.

7. Partes del contactor R epresentación gráfica del contactor en estado de reposo.

8. Partes del contactor B obina Mando electromagnético Contactor (Símbolo gráfico IEC 1082-1). Circuito magnético

9. Partes del contactor Contactos eléctricos

10. Partes del contactor B loque de contactos instantáneos.

11. Funcionamiento del contactor

12. Contactores y Relés auxiliares o de mando Se denominan contactores auxiliares o de mando a aquellos que no disponen de contactos de potencia. Pueden tener el mismo aspecto físico que los contactores de potencia, pero con la diferencia de estar dotados solamente con un conjunto de contactos auxiliares abiertos y/o cerrados. Se utilizan en los circuitos de automatismos para operaciones de maniobra. Un forma sencilla de diferenciar un contactor auxiliar de uno de potencia, es observar que todos sus contactos están identificados con números dobles (13-14, 21- 22, 31-32, etc.). P artes contactor o relé auxiliar.

13. Contactores y Relés auxiliares o de mando Base superficial para relé de 8 pines . Mando electromagnético Contactor auxiliar (Símbolo gráfico IEC 1082-1).

14. Simbología Los símbolos gráficos para representar los elementos de un contactor o relé industrial son los siguientes:

15. Protección de motores eléctricos DISYUNTOR GUARDAMOTOR Es un aparato utilizado para la protección de los circuitos eléctricos, contra cortocircuitos y sobrecargas, en sustitución de los fusibles. Tienen la ventaja frente a los fusibles de que no hay que reponerlos. Cuando desconectan el circuito debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se rearman de nuevo y siguen funcionando. Desarrollados de acuerdo con las normas internacionales IEC 60947 y UL 508.

16. Protección de motores eléctricos DISYUNTOR GUARDAMOTOR

17. Protección de motores eléctricos CIRCUITO DE POTENCIA

18. Protección de motores eléctricos RELÉ TÉRMICO Son los aparatos más utilizados para proteger los motores contra las sobrecargas débiles y prolongadas, contra pérdidas de fase y desbalance de corrientes. Se utiliza en corriente alterna o continua. La norma IEC 947-4-1-1 responde a esta necesidad definiendo tres tipos de disparo para los relés de protección térmica: • Relés de clase 10: válidos para todas las aplicaciones corrientes con una duración de arranque inferior a 10 segundos o menos al 600% de su corriente nominal. • Relés de clase 20: admiten arranques de hasta 20 segundos de duración o menos al 600% de su corriente nominal. • Relés de clase 30: para arranques con un máximo de 30 segundos de duración o menos al 600% de su corriente nominal.

19. Protección de motores eléctricos RELÉ TÉRMICO

20. Protección de motores eléctricos RELÉ TÉRMICO

21. Protección de motores eléctricos RELÉ TÉRMICO

22. Protección de motores eléctricos RELÉ TÉRMICO En los relés de baja potencia, los bornes de entrada se suelen presentar en forma de varillas o pletinas de cobre para insertar directamente en el contactor. Así, los símbolos utilizados para representar el relé térmico en ambos esquemas son los siguientes:

23. Elementos de mando y señalización Los contactores y relés son los elementos por excelencia de los automatismos eléctricos cableados, sin embargo, cualquier sistema que se precie llamar automático debe disponer de sensores para captar las señales y receptores sobre los que actuar. Captadores o sensores Pueden ser de dos tipos: electromecánicos y de estado sólido (también denominados estáticos o electrónicos).

24. Elementos de mando y señalización Sensores electromecánicos Estos sensores disponen de un elemento de accionamiento (botón, tirador, pedal, etc.) que abre y/o cierra uno (o más) contactos de tipo electromecánico. Tipos de sensores electromecánicos .

25. Elementos de mando y señalización Sensores electromecánicos Estos sensores disponen de un elemento de accionamiento (botón, tirador, pedal, etc.) que abre y/o cierra uno (o más) contactos de tipo electromecánico. Representación simbólica de los captadores electromecánicos .

26. Elementos de mando y señalización Sensores electromecánicos Estos sensores disponen de un elemento de accionamiento (botón, tirador, pedal, etc.) que abre y/o cierra uno (o más) contactos de tipo electromecánico. Representación simbólica de los captadores electromecánicos .

27. Elementos de mando y señalización Interruptores Se caracterizan porque una vez activados, se mantienen permanentemente en ese estado hasta que se vuelve a maniobrar sobre ellos.

28. Elementos de mando y señalización Interruptores Se caracterizan porque una vez activados, se mantienen permanentemente en ese estado hasta que se vuelve a maniobrar sobre ellos.

29. Elementos de mando y señalización Interruptores Se caracterizan porque una vez activados, se mantienen permanentemente en ese estado hasta que se vuelve a maniobrar sobre ellos.

30. Elementos de mando y señalización Interruptores Estos son algunos símbolos para representar los diferentes tipos de interruptores:

31. Elementos de mando y señalización Conmutadores Son de accionamiento manual y tienen dos o más posiciones. Permiten redireccionar la señal por diferentes ramas de circuito a través de un borne común.

32. Elementos de mando y señalización Pulsadores Se caracterizan porque una vez activados, únicamente se mantienen en este estado mientras dure la presión sobre su superficie. En el momento que se deja de presionar un pulsador, este vuelve a su estado de reposo. Son, sin lugar a duda, los dispositivos de maniobra más utilizados en los circuitos de mando de las instalaciones de automatismos industriales.

33. Elementos de mando y señalización Pulsador de paro de emergencia (seta NC) El pulsador de emergencia, es un dispositivo de seguridad del que sobresale el operador de color rojo de forma de cabeza de hongo (cabeza de seta), el cual debe de ser presionado de manera manual solo cuando se presenten situaciones de peligro en una máquina o sistema automatizado.

34. Elementos de mando y señalización Colore s de los pulsadores

35. Elementos de mando y señalización Colore s de los pulsadores

36. Elementos de mando y señalización I nterruptores de posición También denominados finales de carrera, se utilizan para detectar, por contacto físico, el final de recorrido de un elemento móvil de una máquina o dispositivo automático. Permiten abrir y/o cerrar circuitos cuando se ejerce presión sobre él, volviendo estos a su posición de reposo cuando cesa la acción.

37. Elementos de mando y señalización I nterruptores de posición simbología

38. Elementos de mando y señalización Otros captadores electromecánicos

39. Elementos de mando y señalización Captadores o sensores de estado sólido (estáticos) Permiten detectar objetos sin contacto. Su funcionamiento está basado en el disparo de un circuito electrónico, que genera una señal de salida cuyo comportamiento, desde el punto de vista eléctrico, es similar al de un contacto electromecánico de apertura o de cierre. Sensores fotoeléctricos Utilizan un rayo de luz (visible o de infrarrojos) como elemento de detección.

40. Elementos de mando y señalización Sensores f otoeléctricos Utilizan un rayo de luz (visible o de infrarrojos) como elemento de detección. La barrera luminosa se establece entre una célula emisora y otra receptora. Pueden estar alojadas en una misma base o en bases separadas. Así, los detectores fotoeléctricos se clasifican en los siguientes tipos: • De barrera. El emisor y el receptor se encuentran en diferentes contenedores y es necesario alinearlos con precisión. Se utilizan para grandes distancias (hasta 60 m). • Réflex. El emisor y el receptor se encuentran alojados en el mismo contenedor, el cual es necesario alinear con un espejo reflector. Se utilizan para distancias medias (hasta 15 m). • De proximidad. Su funcionamiento es similar a los de tipo réflex, no siendo necesario el espejo reflector. El propio objeto a detectar es el encargado de reflejar el haz luminoso. Se utilizan para cortas distancias (entre 1 y 10 cm).

41. Elementos de mando y señalización Sensores Fotoeléctricos simbología

42. Elementos de mando y señalización Sensores inductivos Son detectores de proximidad y detectan exclusivamente objetos de material metálico. Su campo de acción es muy reducido, no superando los 60 mm en los modelos de mayor potencia.

43. Elementos de mando y señalización Sensores inductivos

44. Elementos de mando y señalización Sensores capacitivos Detectan objetos de cualquier tipo, conductores y no conductores, como por ejemplo: metales, minerales, madera, plástico, vidrio, cartón, cuero, cerámica, fluidos, etc. Su aspecto físico y alcance es similar al de los inductivos.

45. Elementos de mando y señalización Conexión de sensores de proximidad Según el tipo de conexionado, los sensores de proximidad (inductivos, capacitivos, fotoeléctricos, etc.) pueden ser de dos hilos y de tres hilos. Conexión a dos hilos La conexión de estos sensores es similar a los electromecánicos. Es decir, se conectan en serie entre la carga y la red de alimentación. Existen modelos para diferentes tensiones y tipos de corriente (alterna y continua). Estos son algunos ejemplos de conexión:

46. Elementos de mando y señalización

47. Elementos de mando y señalización Conexión de sensores de proximidad Según el tipo de conexionado, los sensores de proximidad (inductivos, capacitivos, fotoeléctricos, etc.) pueden ser de dos hilos y de tres hilos. Conexión a tres hilos Estos sensores disponen de tres hilos. Dos de ellos son para su alimentación desde una fuente de corriente continua auxiliar y el restante para la salida a la carga. En función del tipo de conmutación los sensores de tres hilos pueden ser PNP y NPN . En los primeros la salida es positiva y en los segundo, la salida es negativa. Es importante tener esto en cuenta, ya que la carga se conecta de diferente forma en cada uno de ellos.

48. Elementos de mando y señalización

49. Elementos de mando y señalización Señalización Se utilizan para emitir señales de funcionamiento del automatismo y que el operario debe atender al realizar acciones sobre él. Los estados que suelen señalizar son: puesta en marcha de máquinas, alarmas, disparo de relés y dispositivos de protección, etc. Los dispositivos de señalización pueden ser ópticos o acústicos. Pilotos y lámparas de cuadro Piloto de señalización (Símbolo gráfico IEC 1082-1). Piloto de señalización intermitente (Símbolo gráfico IEC 1082-1).

50. Elementos de mando y señalización Señalización Pilotos y lámparas de cuadro

51. Elementos de mando y señalización Señalización Pilotos y lámparas de cuadro

52. Elementos de mando y señalización Señalización Balizas y columnas señalizadoras Están destinadas a aplicaciones de señalización donde la distancia de visibilidad es reducida. Tienen forma de columna y están pensadas para instalarse en la parte superior de maquinaria. Están formadas por un pie de fijación, por el cual pasa el cableado, y una parte óptica, formada por 2 o más elementos de material transparente. Estos se montan a diferentes niveles con colores fijos o personalizados por el operario (rojo, verde, amarillo y azul). Algunas columnas disponen también de señalización acústica, basada en un zumbador, y luces giratorias.

53. Elementos de mando y señalización Señalización acústica Los dispositivos de señalización acústica están basados en zumbadores, timbres, sirenas, bocinas y silbatos. Se instalan para señalizar situaciones del automatismo que requieren la atención inmediata del operario, como: alarmas, fallos o disparo de protecciones. Símbolos gráficos IEC 1082-1.

54. El temporizador o relé temporizado Es un dispositivo electrónico que permite realizar acciones (de activación o desactivación) después de un tiempo. Algunos temporizadores permiten ajustar el tiempo de disparo desde unos pocos milisegundos hasta horas. Eléctricamente está formado por una bobina y un conjunto de contactos de utilización. Según su funcionamiento los temporizadores pueden ser: A la conexión y A la desconexión: Temporizador a la conexión o al trabajo (ON DELAY): cuando la bobina es conectada a la alimentación, comienza el proceso de temporización. Después del tiempo ajustado en el temporizador, los contactos cambian de posición. Si en el proceso de temporización se desconecta la bobina, el temporizador se inicializa. Lo mismo ocurre si se desconecta la bobina una vez que el temporizador se ha disparado. Temporizador a la desconexión o al reposo (OFF DELAY): en el momento de conectar la bobina de activación a la alimentación, los contactos del temporizador actúan, volviendo a la posición de reposo una vez transcurrido el tiempo configurado. Si en el proceso de temporización se desconecta la bobina, el comportamiento es similar al temporizador a la desconexión.

55. El temporizador o relé temporizado Temporizadores Neumáticos .

56. El temporizador o relé temporizado T emporizadores electrónicos.

57. Ejercicio de Aplicación Se tiene un motor asíncrono trifásico jaula de ardilla cuya potencia nominal es de 20 HP, FP = 0,84, un factor de servicio SF = 1,15, corriente de arranque Iarr = 7,5*In, velocidad nominal 3600 rpm y una eficiencia 𝞰 = 90,2%, tensión nominal 220/440 V. El motor se debe conectar a una red de 220 V, 60Hz.

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