Capítulo 1
Instalaciones automatizadas
Contenido
2. Instalaciones automatizadas. Aplicaciones típicas. ITC-BT-51
3. Tipos de sensores. Características y aplicaciones
5. Control de potencia. Arranque de motores
6. Protecciones contra cortocircuitos, derivaciones y sobrecargas
7. Arrancadores estáticos y variadores de velocidad electrónicos
Automatizar significa establecer un sistema capaz de sustituir al hombre (total o parcialmente) en el desempeño de una tarea que debe efectuarse de forma fiable y satisfactoria. Las instalaciones que son capaces de desempeñar este tipo de procesos automáticos se denominan instalaciones automatizadas.
Las instalaciones o sistemas automatizados presentan dos ámbitos o niveles de aplicación fundamentales:
Las instalaciones automatizadas industriales suelen establecerse para que constituyan sistemas que sean capaces de optimizar procesos, reducir costes y mano de obra, acelerar la producción, etc. Un ejemplo de una instalación automatizada industrial puede ser la gestión del traslado de una mercancía a través de una cinta transportadora.
Por otro lado, los sistemas domóticos son aquellas instalaciones aplicadas a viviendas y edificios que tienen la finalidad de proporcionar confort, seguridad y ahorro energético. Un ejemplo de instalación domótica muy usual es el control de toldos y persianas en función de la luminosidad o de la ausencia/ presencia de inclemencias meteorológicas.
A este tipo de instalaciones se les aplica la normativa del REBT en la instrucción ITC-BT-51.
Antes de comenzar a estudiar los fundamentos relacionados con las instalaciones automatizadas, es conveniente conocer ciertas definiciones básicas. Estas son las siguientes:
Autómata programable
Los elementos que constituyen una instalación automatizada se pueden clasificar en dos bloques fundamentales: elementos operativos y elementos de mando.
Los elementos operativos son capaces de actuar directamente sobre una máquina o bien detectar variaciones en el entorno que condicionará el funcionamiento de la instalación. Estos elementos pueden hacer que una máquina se mueva o efectúe una acción determinada. Los elementos operativos se dividen en dos grupos: los accionadores o actuadores (motores) y los sensores o captadores (fotodiodos, sensores de temperatura, etc.).
Un accionador es un dispositivo que, en respuesta a la señal procedente de un elemento de mando, actúa sobre alguna variable de salida, ya que es capaz de transformar la señal que recibe (por lo general, procedente de un automatismo) en un trabajo útil.
Los accionadores suelen estar gobernados por un elemento de mando y pueden requerir de algún preaccionamiento para amplificar la señal que se les suministra. Esta amplificación previa consiste en permitir o interrumpir el suministro de energía desde la fuente al accionador.
Definición
Preaccionadores
Son dispositivos que se utilizan para gobernar y activar a los actuadores y, a menudo, se consideran también como actuadores.
Los motores de corriente continua y alterna son los actuadores más utilizados en el ámbito industrial.
Motor de corriente continua de excitación independiente. WEG antriebe
Los sensores son dispositivos capaces de adquirir información del entorno. Dicha información puede estar relacionada con la variación de magnitudes físicas concretas o con el estado de determinados componentes. La variación de la magnitud medida, es enviada al elemento de mando en forma de magnitud eléctrica.
Para convertir las magnitudes físicas captadas en magnitudes eléctricas, se emplean los denominados transductores. Estos se clasifican según el tipo de señal de transmisión:
Final de carrera
El elemento de mando suele ser un autómata programable, aunque también pueden utilizarse otros aparatos controladores.
El elemento de mando constituye el centro del proceso automatizado y debe ser capaz de comunicarse con todos y cada uno de los dispositivos que constituyen la instalación automatizada.
Aplicación práctica
Identifique los elementos (A, B, C) del siguiente diagrama de bloques que representa parte de una instalación automatizada:
SOLUCIÓN
La mayor parte de los procesos que existen en el ámbito industrial suelen controlarse con sistemas basados en microprocesadores o microcontroladores. Dentro de este tipo de sistemas, los autómatas programables son los más extendidos. A continuación, se muestra el esquema interno de un autómata programable:
Definición
Autómata programable
Los autómatas programables, también denominados como PLC`s, son equipos electrónicos basados en un microprocesador o microcontrolador. Pueden ser programados mediante un lenguaje de programación específico y están especialmente diseñados para controlar procesos que sigan una secuencia determinada.
Dentro de un proceso, el autómata programable tiene que tener un absoluto control sobre el mismo.
El siguiente esquema muestra la “posición” del autómata dentro de un proceso:
El programa del autómata recibe continuamente información del estado actual (y anterior) del proceso. En base a esta información y, de acuerdo con el algoritmo implementado, el autómata procesa y determina las acciones a llevar a cabo sobre dicho proceso.
Las señales que reciben los elementos actuadores se conocen como variables externas de salida, mientras que las señales que proporcionan los sensores se denominan variables externas de entrada.
Existen dos tipos de variables que el autómata maneja en el control de un proceso: variables externas y variables internas.
Dentro de las variables externas que recibe/envía el autómata pueden distinguirse las siguientes.
La señal recibida procedente de un final de carrera. Es un claro ejemplo de señal todo o nada.
Los autómatas programables trabajan con lógica digital, por ejemplo, cuando un pulsador esté activado enviará una señal que será tomada como “1”. Esta señal será “0” en caso de que el interruptor esté cerrado o desactivado.
Los autómatas programables presentan unas módulos de entrada/ salida (del tipo todo/nada) que hacen posible que el autómata pueda trabajar con los rangos de señales de tensión alterna o continua que se utilizan en el ámbito industrial (220 V CA, 24 V CC, etc.).
La señal que proporciona un termómetro es un claro ejemplo de señal analógica, ya que son señales que pueden tomar multitud de valores (0 ºC, 25 ºC, 40 ºC, etc.). Como el autómata trabaja con señales digitales, los módulos de entrada/salida analógica deben convertir estas señales (conversión analógica-digital) empleando generalmente convertidores de 8 bits.
Las variables internas suelen corresponder a resultados de operaciones lógicas o aritméticas que se producen en la ejecución del programa interno del autómata y, al igual que las variables de salida, estas son almacenadas en determinadas zonas de la memoria interna del autómata.
El siguiente esquema de bloques representa la estructura interna de un autómata programable.
Según se puede observar en el diagrama, la fuente de alimentación de los autómatas programables se alimenta a 230 V en alterna y proporcional salidas de 24 V y 5 V en continua para alimentación de otros módulos.
Programar un autómata significa establecer una secuencia ordenada de instrucciones basadas en un lenguaje de programación que permiten resolver el control sobre un determinado proceso.
No existe una única descripción para cada lenguaje, sino que cada fabricante utiliza una denominación particular para cada una de las instrucciones que pueden implementarse en el programa del autómata. No obstante, pueden distinguirse las siguientes dos tipologías claramente diferenciadas:
La domótica engloba al conjunto de sistemas que automatizan procesos en viviendas y edificios. Estos sistemas permiten gestiones de tipo energético, seguridad, bienestar y comunicación.
Los equipos domóticos pueden estar integrados mediante redes de comunicación, cableadas o inalámbricas, cuyo control suele disfrutar de cierta ubicuidad.
Definición
Domótica
Integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto.
Respecto a los servicios que ofrece la domótica, pueden diferenciarse los siguientes ámbitos de aplicación fundamentales:
Control domótico
Aplicación práctica
Imagine un sistema domótico que riegue automáticamente el césped de un jardín. ¿Qué tipo de beneficio cree que proporcionará?
SOLUCIÓN
Aunque se puede pensar que este sistema tendría como principal objetivo proporcionar confort (evitaría el riego manual), el ahorro energético es objetivo primario de este sistema (evita el gasto inútil de agua).
En el ámbito de la producción industrial, la automatización de procesos ha pasado de ser una herramienta de trabajo opcional a un elemento fundamental si se desea competir en el mercado globalizado. Todo empresario debe establecer sistemas de automatización para aumentar la fiabilidad de sus productos, disminuir tiempos de producción, efectuar tareas complejas, reducir desechos o piezas defectuosas y, especialmente, aumentar la rentabilidad.
Dentro de los objetivos que se pretenden alcanzar a la hora de automatizar un proceso industrial, destacan:
Los sistemas de automatización industrial gozan cada día de mayor demanda dado que el avance de la tecnología va íntimamente unido al aumento de la competividad con otras empresas en concepto de calidad, fiabilidad y volúmenes de producción.
Respecto a las áreas donde se desarrolla esta disciplina, destacan:
En definitiva, los sistemas automatizados son implantados en cualquier industria en la que se desee mejorar, abaratar y acelerar la producción.
El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) constituye un conjunto de normativas que regulan las condiciones de instalación, mantenimiento y explotación que deben cumplir las instalaciones de baja tensión.
Definición
Instalaciones de baja tensión
Según el REBT, se consideran de baja tensión aquellas instalaciones eléctricas cuyo voltaje sea menor o igual a 1.000 V en corriente alterna o 1.500 V en caso de corriente continua.
El reglamento, que se encuentra actualmente en vigor, fue aprobado por el Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto y por el que se aprueba el Reglamento electrotécnico para baja tensión.
El REBT está estructurado en dos partes fundamentales. La primera, corresponde a una serie de artículos (29) que establecen las condiciones legales y administrativas que deben cumplir las instalaciones de baja tensión. La segunda parte, establece una serie de instrucciones (52), denominadas como ITC-BT que establecen los requisitos técnicos de dichas instalaciones. Dentro de estas instrucciones técnicas, la ITC-BT-51 se aplica a las instalaciones de sistemas automatizados para viviendas y edificios (domóticos).
A continuación, se desarrolla la ITC-BT-51 (Instrucción Técnica Complementaria, extraída del REBT).
Esta instrucción establece los requisitos específicos de la instalación de los sistemas de automatización, gestión técnica de la energía y seguridad para viviendas y edificios, también conocidos como sistemas domóticos.
El campo de aplicación comprende las instalaciones de aquellos dispositivos que realizan una función de automatización para diversos fines, como gestión de la energía, control y accionamiento de receptores de forma centralizada o remota y sistemas de emergencia y seguridad en edificios, con excepción de aquellos equipos independientes e instalados como tales que puedan ser considerados en su conjunto como aparatos, por ejemplo, los sistemas automáticos de elevación de puertas, persianas, toldos, cierres comerciales, sistemas de regulación de climatización, redes privadas independientes para transmisión de datos exclusivamente y otros dispositivos que tienen requisitos específicos recogidos en las directivas europeas aplicables conforme a lo establecido en el artículo 6 del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión.
Quedan excluidas también las instalaciones de redes comunes de telecomunicaciones en el interior de los edificios y la instalación de equipos y sistemas de telecomunicaciones a los que se refiere el Real Decreto 346/2011, de 11 de marzo, por el que se aprueba el Reglamento regulador de las infraestructuras comunes de telecomunicaciones para el acceso a los servicios de telecomunicación en el interior de las edificaciones.
Igualmente están excluidos los sistemas de seguridad reglamentados los Sistemas de Protección contra Incendios, (NBE-CPI) (RIPCI).
No obstante, a las instalaciones excluidas anteriormente, cuando formen parte de un sistema más complejo de automatización, gestión de la energía o seguridad de viviendas o edificios, se les aplicarán los requisitos de la presente instrucción además los requisitos específicos reglamentarios correspondientes.
A continuación se describe la terminología que se indica en la ITC-BT-51 del REBT, para instalaciones automatizadas.
Los sistemas de automatización, gestión de la energía y seguridad considerados en la presente instrucción se clasifican en los siguientes grupos:
Un sistema domótico puede combinar varios de los sistemas anteriores, debiendo cumplir los requisitos aplicables en cada parte del sistema. La topología de la instalación puede ser de distintos tipos: anillo, árbol, bus o lineal, estrella o combinaciones de todos.
Todos los nodos, actuadores y dispositivos de entrada deben cumplir, una vez instalados, los requisitos de seguridad y compatibilidad electromagnética que le sean de aplicación, conforme a lo establecido en la legislación nacional que desarrolla la Directiva 2014/35/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 26 de febrero de 2014, sobre la armonización de las legislaciones de los Estados miembros en materia de comercialización de material eléctrico destinado a utilizarse con determinados límites de tensión y la Directiva 2014/30/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 26 de febrero de 2014, sobre la armonización de las legislaciones de los Estados miembros en materia de compatibilidad electromagnética.
En el caso de que estén incorporados en otros aparatos se atendrán, en lo que sea aplicable, a lo requisitos establecidos para el producto o productos en los que vayan a ser integrados.
Todos los nodos, actuadores y dispositivos de entrada que se instalen en el sistema deberán incorporar instrucciones o referencias a las condiciones de instalación y uso que deban cumplirse para garantizar la seguridad y compatibilidad electromagnética de la instalación, como por ejemplo, tipos de cable a utilizar, aislamiento mínimo, apantallamientos, filtros y otras informaciones relevantes para realizar la instalación.
En el caso de que no se requieran condiciones especiales de instalación, esta circunstancia deberá indicarse expresamente en las instrucciones.
Dichas instrucciones se incorporarán en el proyecto o memoria técnica de diseño, según lo establecido en la ITC-BT-04 que trata sobre los requisitos de documentación y puesta en servicio que deben cumplir las instalaciones de baja tensión.
Toda instalación nueva, modificada o ampliada de un sistema de automatización, gestión de la energía y seguridad deberá realizarse conforme a lo establecido en la presente instrucción y lo especificado en las recomendaciones del fabricante, anteriormente citadas.
En lo relativo a la compatibilidad electromagnética, las emisiones voluntarias de señal, conducidas o radiadas, producidas por las instalaciones domóticas para su funcionamiento serán conformes a las normas armonizadas aplicables y, en ausencia de tales normas, las señales voluntarias emitidas en ningún caso superarán los niveles de inmunidad establecidos en las normas aplicables a los aparatos que se prevea puedan ser instalados en el entorno del sistema, según el ambiente electromagnético previsto.
Definición
Compatibilidad electromagnética
La compatibilidad electromagnética es la habilidad de un sistema para no provocar interferencias electromagnéticas a otros dispositivos y tampoco ser afectado por las emisiones que puedan provocar otros sistemas.
Cuando el sistema domótico esté alimentado por muy baja tensión o la interconexión entre nodos y dispositivos de entrada esté realizada en muy baja tensión, las instalaciones e interconexiones entre dichos elementos seguirán lo indicado en la ITC-BT-36.
Para el resto de los casos se seguirán las disposiciones de instalación aplicables a las tensiones ordinarias.
Definición
Muy baja tensión
Según el REBT, se denomina muy baja tensión a las tensiones no superiores a 50 V en CA y 75 V en CC.
Recuerde
Instalaciones de baja tensión
Según el REBT, se consideran de baja tensión aquellas instalaciones eléctricas cuyo voltaje sea menor o igual a 1.000 V en corriente alterna o 1.500 V en caso de corriente continua.
Además de las condiciones generales expuestas en el apartado anterior, se establecen los siguientes requisitos particulares:
Definición
Normas UNE
Las normas UNE (Unificación de Normativas Españolas) constituyen un conjunto de normas de carácter tecnológico creadas por las Comisiones Técnicas de Normalización. Estas normas son actualizadas periódicamente y el REBT hace referencia a algunas de ellas a lo largo del texto.
Los sensores son elementos muy importantes en una instalación automatizada ya que son capaces de detectar variaciones y cambios de estado en una variable física.
A través de diversos mecanismos acondicionadores de señal, los sensores envían información de estos cambios de estado a la instalación automatizada. En función de la información enviada por los sensores y, de los parámetros de funcionamiento establecidos, los actuadores se encargarán de ejecutar las acciones oportunas.
Sensores
El sensor es capaz de percibir variaciones de magnitudes tales como temperatura, posición, distancia o concentración química, mientras que el transductor realiza la conversión de estas mediciones en forma de señales, por lo general, eléctricas para que pueda ser “leída” por otros dispositivos.
Sabía que…
En la inmensa mayoría de los casos, los sensores están integrados dentro de un encapsulado que consigue reducir o eliminar interferencias externas ajenas a la variable que se desee medir.
Los sensores se consideran elementos “de entrada” en una instalación automatizada, ya que hacen posible la obtención de información acerca de los parámetros que se desee monitorizar y/o controlar, llevando a cabo la conversión de magnitudes que permitirá la transmisión de información hacia la unidad encargada de procesar y controlar el estado de la variable en cuestión.
Por otro lado, la inmensa mayoría de los sensores disponen de un sistema o circuito amplificador (también denominado circuito acondicionador de señal) que permite optimizar la “entrega” de información hacia otros dispositivos.
Respecto a las características generales que presentan los sensores se pueden destacar las siguientes:
A continuación se enumeran algunos parámetros característicos que definen a cada sensor. Normalmente, la elección de un sensor determinado dependerá en gran medida del valor de estos parámetros.
Actualmente, existe una amplia gama de sensores de diversos tipos y funcionalidades. Estos pueden clasificarse de acuerdo a algunos criterios:
Sondas de temperatura para control por TCP/IP
Los sensores discretos también son conocidos como detectores, ya que se encargan de informar de la ausencia o presencia de “algo”. Por ejemplo: sensores de humo, sensores de agua, gas, fuego, etc.
Aplicación práctica
¿Qué tipo de sensor de temperatura es un termómetro de mercurio?
SOLUCIÓN
Al no necesitar de alimentación eléctrica para funcionar, los termómetros de mercurio son considerados sensores pasivos.
A continuación se exponen las características fundamentales que definen a algunos de los sensores más utilizados en las instalaciones automatizadas.
El principio de funcionamiento de este tipo de sensores discretos está basado en el efecto que provoca la presencia de un par de láminas dentro de un campo magnético producido por un imán. Los contactos se disponen en el interior de una ampolla de vidrio en la que se ha practicado el vacío.
Recuerde
Los sensores discretos solo proporcionan un número finito de valores posibles a la salida que corresponden a los estados que puede presentar la variable a medir.
Existen dos tipos de sensores magnéticos. En el primer tipo, los contactos se encuentran abiertos cuando el campo magnético está alejado y se cierran al aproximarse el imán. El segundo tipo funciona de forma inversa, ya que los contactos se unen cuando el imán se aleja.
Este tipo de sensores se utilizan para la detección de movimientos y tienen la ventaja de ofrecer una alta sensibilidad.
Son también de tipo discreto y se activan en el momento en que, dentro de su campo de acción, detectan una determinada cantidad de humo. Estos dispositivos advierten el humo independientemente de la naturaleza que los origine, pero se activan a partir de la detección de una cantidad de humo superior a la normal.
Al tratarse de sensores de tipo discreto presentan un contacto de apertura o cierre dependiendo de la ausencia/presencia de humo.
Sensores de humo
Sabía que…
En algunos proyectos de instalaciones automatizadas es muy común desarrollar programas informáticos (para ejecutarlos en un PC) que simulen el comportamiento del sistema en función del estado del mismo. Al formar parte de dicho proyecto también será importante incluir la programación (C, Visual Basic, etc.) desarrollada en la implementación de dicho programa simulador. Uno de los programas más utilizados es el software de Siemens STEP 7 TIA Portal.
Existen sensores de humo ajustables sobre los que se puede establecer la cantidad límite de humo en la que se deberán de activar.
Los sensores de agua son capaces de advertir la presencia de agua o de humedad excesiva en un lugar determinado.
El funcionamiento de estos dispositivos se basa en la diferencia de conductividad que existe en un material según esté seco o mojado.
Su colocación dentro de un recinto es totalmente distinta en relación a la disposición de los sensores de humo. Los sensores de agua se suelen colocar a nivel del suelo, mientras que los de humo se instalan en techos y lugares elevados.
Sensores de agua
Las instalaciones de gas son muy comunes tanto a nivel industrial como a nivel doméstico: calentadores de agua, instalaciones de gas en cocinas, instalaciones de calefacción, etc. Por este motivo, los sensores de gas son fundamentales en toda instalación automatizada.
Al ser sensores discretos, estos dispositivos no informan acerca de la cantidad de gas presente en un recinto, sino que se activan cuando dicha cantidad sobrepasa un umbral determinado.
Sensores de gas
Existen tres tipos de sistemas de detección de gas:
Son dispositivos complejos y caros ya que muestran un alto grado de sensibilidad. El principio de funcionamiento de estos aparatos está basado en la conductividad térmica que presentan los gases, ya que el sensor está constituido por un hilo (por el que circula una corriente) situado dentro de una cámara con gas. Este hilo se calienta en presencia de fluido gaseoso.
Se basan en el grado de absorción de la luz infrarroja que presentan los gases. Para detectar la presencia de gas se hace pasar un haz de luz infrarroja desde un emisor hasta un receptor.
En el momento en el que exista presencia de gas, el haz infrarrojo se verá interrumpido y no llegará al receptor. Este tipo de sensores son muy costosos y no se suelen utilizar en instalaciones de tipo domótico.
Se basan en el efecto semiconductor de ciertos materiales cuando se encuentran en un ambiente cargado de gas.
Los materiales que se utilizan para fabricarlos dependerán del tipo de fluido gaseoso que se quiera detectar. Esta clase de sensores suele ser más económica que los infrarrojos, por lo que se emplea más a menudo.
Nota
Los materiales semiconductores son aquellos cuya conductividad eléctrica varía en función de la temperatura a la que estén sometidos.
Aplicación práctica
Sabiendo que los gases presentan una densidad superior a la del aire, ¿dónde cree que deberán instalarse los sensores de gas?
SOLUCIÓN
A niveles de altura bajos. Al presentar una densidad superior, los gases suelen ser más “pesados” que el aire, por lo que tenderán a bajar.
Los sensores de presencia o intrusión permiten la detección de la entrada/ salida de personas o animales dentro de un recinto en el que se requiere una vigilancia ininterrumpida. Existen tres tipos fundamentales de sensores de presencia: volumétricos, perimetrales y lineales.
Los sensores volumétricos son dispositivos digitales que se activan con la detección de un cambio de temperatura o de movimiento. Estos sensores suelen instalarse en ubicaciones donde es posible que se produzca una intrusión no deseada dentro de un recinto cerrado. La colocación de estos dispositivos en esquinas elevadas hace que se consiga mayor cobertura y mejor orientación. Al activarse también por temperatura, es importante que permanezcan alejados de posibles fuentes de calor externas.
Sensor volumétrico de presencia
Para la fabricación de los detectores volumétricos de presencia, se suelen utilizar cuatro tipos de tecnologías: infrarroja, de microondas, dual y de ultrasonidos.
Estos sensores detectan cambios térmicos emitidos por las radiaciones infrarrojas del entorno. Estos cambios térmicos son memorizados por el sensor para que, al existir alguna variación, esta sea detectada rápidamente. Estos dispositivos son sensibles a la luz solar, a las corrientes de aire (caliente y frío) y, en general, a cualquier fuente de calor.
El principio de funcionamiento de estos dispositivos está basado en el denominado efecto Doppler. Estos detectores funcionan emitiendo señales de frecuencias altas (superiores a 10 GHz), almacenando las reflexiones de las mismas en el ambiente. El movimiento es detectado cuando existen variaciones en la frecuencia de las ondas reflejadas.
Definición
Efecto Doppler
Es el cambio en la frecuencia de las ondas recibidas por un receptor cuado el emisor o el receptor se mueven. Por ejemplo, si la fuente de un sonido y el que lo recibe están quietos, el receptor detectará una frecuencia de sonido determinada. No obstante, si el emisor o el receptor se mueven, la frecuencia recibida por el receptor será distinta.
Es importante tener en cuenta que a la hora de instalar estos sensores, será necesario considerar la normativa vigente, ya que este tipo de ondas se pueden reflejar en superficies metálicas, llegando a ocasionar daños a la salud.
Los detectores de tecnología dual combinan la tecnología infrarroja y la de microondas. Estos dispositivos pueden advertir movimiento manteniendo activadas ambas tecnologías simultáneamente, o bien, sólo una de ellas.
Sabía que…
A los sensores de tecnología dual se les puede incorporar ciertos algoritmos para que sean capaces de diferenciar entre movimientos humanos, animales, objetos, etc. En la imagen, se muestra un ejemplo de sensor dual inmune a mascotas.
Este tipo de sensores son muy similares a los sensores de microondas, ya que su funcionamiento también está basado en el efecto Doppler. Estos dispositivos detectan variaciones en la reflexión de ondas sonaras y son muy sensibles a sonidos de alta frecuencia. Esta sensibilidad hace que tengan un alcance reducido.
Los sensores perimetrales son otro tipo de detectores de presencia que se utilizan para la vigilancia de un perímetro determinado, por lo que se suelen instalar en ubicaciones exteriores. Estos dispositivos se comportan como barreras ubicadas alrededor del lugar a vigilar y se activan cuando algo o alguien las sobrepasa.
La ventaja más significativa que ofrecen estos aparatos es la capacidad de detección de intrusos antes de que accedan al recinto vigilado. Respecto a las desventajas, la más importante es que tienen que diseñarse para que sean capaces de soportar condiciones climatológicas adversas (se instalan en exteriores).
Dependiendo del ámbito de aplicación, se pueden encontrar varios tipos de sensores perimetrales. A continuación se enumerarán algunos de ellos.
Estos detectores son capaces de reaccionar cuando son sometidos a un golpe o vibración. Pueden estar constituidos por varios elementos: materiales piezoeléctricos, mercurio o incluso péndulos (que oscilan continuamente y, al ser agitados, accionan algún mecanismo de alarma).
Definición
Materiales piezoeléctricos
Son materiales aislantes que, al ser sometidos a un golpe o deformación, pueden liberar cargas eléctricas.
A la hora de instalar este tipo de sensores, hay que tener en cuenta la alta sensibilidad que presentan ante movimientos vibratorios externos, por lo que deberían instalarse lejos de fuentes de vibración tales como vehículos y maquinarias industriales, ya que, de lo contrario, podrían activarse fácilmente generando falsas alarmas.
Sensor sísmico para cajas fuertes
Estos sensores se activan cuando detectan la rotura de un vidrio o cristal. Esta detección es posible gracias a que, cuando un vidrio se rompe, se emiten dos frecuencias de sonido determinadas: la primera que es la que emite el impacto sobre el vidrio (de unos 200 Hz de frecuencia) y la segunda, que es la emitida por el propio vidrio al quebrarse (de unos 3000 ~ 5000 Hz).
Estos dispositivos llevan integrados un micrófono que es capaz de responder, en intervalos de tiempo mínimos, a las elevadas frecuencias antes mencionadas.
Por razones obvias, es importante tener en cuenta que la instalación de estos sensores no debe realizarse sobre la superficie a proteger ni en lugares visibles.
Sensores de rotura de vidrios o cristales
Estos aparatos están constituidos por una cinta adhesiva confeccionada a partir de un material conductor y se activan con la interrupción de una corriente eléctrica que los atraviesa (rotura de la cinta).
Estos sensores tienen el inconveniente de que son muy sensibles al entrono al que están expuestos, ya que su conductividad puede sufrir variaciones debidas a la temperatura. Otro inconveniente que presentan es que son detectores mucho más visibles que la gran mayoría de dispositivos perimetrales.
Estos sensores están constituidos por contactos magnéticos formados por un imán y un cuerpo de carácter metálico con unos conductos conectados a un circuito electrónico.
El sensor se encuentra en “reposo” mientras el imán esté separado del elemento metálico. Por el contrario, cuando el imán y el cuerpo metálico se aproximan, este último es atraído por el imán provocando la conmutación del circuito electrónico.
En el mercado, se pueden encontrar muchos tipos de estos sensores, siendo los más utilizados aquellos que se instalan en ventanas, armarios, cuadros eléctricos, etc.
En la instalación de estos sensores, el imán suele ser colocado en la parte móvil (puerta, ventana), mientras que el cuerpo metálico se coloca en superficies fijas e inamovibles (marcos).
Detectores de apertura de puertas y ventanas
Las denominadas vallas detectoras funcionan gracias a la colocación de sensores de vibración sobre ellas, por lo que, cuando una de estas es movida, los detectores se activan.
Por otro lado, también existen los denominados sensores de alfombra. Estas alfombras tienen adosados un número de contactos (situados debajo de la alfombra) que se activan cuando alguien pisa el “falso” tapete.
Continuando con el estudio de los sensores de presencia, también es importante mencionar a los sensores lineales. Estos sensores detectan intrusiones por el bloqueo de una “barrera” imperceptible. En el momento en el que un cuerpo sobrepasa esta barrera, la alarma se activa.
Esta barrera está constituida por dos elementos fundamentales: un emisor y un receptor. El elemento emisor emite una señal de infrarrojos o microondas que es recogida constantemente por el receptor. Cuando se sobrepasa esta barrera, la recepción se interrumpe, por lo que se produce la activación de la alarma.
A continuación se mencionarán algunos tipos de sensores lineales.
Este dispositivo está compuesto por un emisor de luz invisible (suelen ser diodos LED emisores de luz infrarroja) que emite un haz de luz hacia un elemento receptor. Esta emisión se realiza de forma lineal y se debe asegurar que llegue perfectamente al receptor. De esta forma se establece una “barrera” imperceptible.
Nota
Los diodos LED son dispositivos que emiten luz cuando son recorridos por una corriente eléctrica. Existen diodos que pueden emitir luz visible o luz imperceptible por el ser humano (infrarroja).
Cuando la barrera infrarroja es atravesada por el paso de algún cuerpo, se origina una señal sonora y/o luminosa que avisa de que “algo” ha sobrepasado la barrera de detección.
Los sensores de barrera infrarroja suelen instalarse en entornos interiores y exteriores ya que tienen la gran ventaja de ser prácticamente insensibles a los efectos climáticos adversos como lluvia, humedad, niebla, etc. No obstante, para evitar “falsas alarmas”, se suelen instalar más de dos sistemas de emisión/detección por cada punto a controlar, esto se hace para descartar que la intrusión se deba a la presencia de algún animal (roedores, aves, etc.).
Estos sistemas consisten en la instalación de un cableado especial bajo tierra que servirá para unir el elemento emisor con el receptor. El emisor de microondas emite impulsos de frecuencias muy altas que se distribuyen a lo largo del cable subterráneo y en sus alrededores, llegando al receptor con la misma intensidad con la que se emite. Cuando algo o alguien pasa por la zona de propagación, se produce un descenso en la intensidad de recepción, lo que permitirá que el receptor active la alarma.
Estos dispositivos suelen ser utilizados en ubicaciones que requieren un alto nivel de seguridad ya que se trata de aparatos muy fiables y eficientes (son inmunes a “falsas alarmas”). Como desventaja, se puede señalar su elevado coste.
Nota
Los sensores de presencia y de movimiento suelen confundirse, considerándose muchas veces el mismo dispositivo. No obstante, presentan grandes diferencias respecto a la sensibilidad de detección. Los primeros pueden detectar pequeños movimientos tales como una mano que se introduce en un bolsillo, mientras que los segundos están diseñados para captar movimientos a gran escala y en espacios más amplios como el desplazamiento de personas, animales u objetos.
Los sensores de corriente eléctrica son sensores de tipo continuo que se utilizan para la establecer la cantidad de corriente eléctrica que atraviesa un conductor. Están constituidos por una sonda con una bobina, por la que se introduce una corriente cuyo valor dependerá de la intensidad que recorra el cable.
Recuerde
Un sensor continuo suministra a su salida una magnitud cuyo valor varía de forma continua en el tiempo, pudiendo presentar cualquier valor comprendido dentro de su rango.
En las instalaciones automatizadas de tipo domótico, los sensores de corriente eléctrica se suelen instalar en el cuadro general y se emplean para reducir consumos.
Los sensores de viento, también denominados anemómetros, son utilizados para medir la velocidad de viento y llevan incorporados unas aspas de pequeño tamaño que giran a una intensidad que va en proporción a la fuerza del viento. También cuentan con otros dispositivos como potenciómetros que permiten la reacción del sensor dependiendo de la velocidad del viento.
Definición
Potenciómetros
Son resistencias o resistores variables cuyo valor resistivo puede ser modificado a partir de la manipulación de un elemento móvil (cursor) que llevan incorporado.
Estos sensores suelen ser utilizados para controlar la bajada/subida de toldos y persianas motorizadas, permitiendo un accionamiento proporcional a la fuerza del viento y así evitar que sufran daños.
Los sensores de lluvia están formados por un circuito de detección de agua que consiste en una serie de placas metálicas separadas por un material. Este material puede sufrir variaciones respecto a su nivel resistivo con la presencia de agua. Cuando esto sucede, el detector emite una señal a su salida.
Los sensores de lluvia suelen ser de tipo digital, aunque también pueden encontrarse en el mercado detectores de lluvia analógicos que están provistos de una abertura o rendija que permite la regulación de la entrada del agua en función de la cantidad de lluvia de la zona de instalación. Estos dispositivos analógicos se ajustan para permitir una acción controlada de manera gradual.
Evidentemente, la instalación de detectores de lluvia se realiza en ubicaciones al aire libre para que puedan ejercer un control automático de tareas en ambientes cerrados tales como el riego de jardines y plantas interiores. Esto permitirá un ahorro considerable de agua.
Sensores de lluvia
Los sensores de luminosidad o iluminación son dispositivos electrónicos que pueden determinar el nivel de luminosidad de una fuente de luz, ya sea natural o artificial.
Dependiendo de la señal que suministran a su salida, estos sensores pueden diferenciarse en sensores de luminosidad y detectores de fuentes de luz.
Los denominados sensores de luminosidad suministran una señal analógica o continua que es utilizada para efectuar un ajuste en el nivel de iluminación de un recinto, dependiendo de la intensidad lumínica presente.
Sensores de luminosidad
Por otro lado, los detectores de fuentes de luz son sensores discretos sensibles a una variación importante del nivel de iluminación, convirtiendo la magnitud luminosa detectada en una salida que puede presentar dos estados (hay luz/no hay luz) digitales, por lo que se utilizan para realizar labores de encendido y apagado. Cuando la variable a medir corresponde a la luz solar, estos sensores también son conocidos como sondas crepusculares.
Sensor de luz solar o crepuscular
El principio de funcionamiento de los sensores de iluminación está basado en el denominado efecto fotovoltaico y se constituyen de elementos tales como células fotoeléctricas y demás dispositivos electrónicos.
Definición
Célula fotoeléctrica
Las células fotoeléctricas son dispositivos electrónicos capaces de transformar la radiación lumínica que reciben (fotones) en energía eléctrica.
Nota
El denominado efecto fotoeléctrico es el fenómeno físico que consiste en la emisión de electrones de un elemento metálico cuando está sometido a una radiación luminosa (fotones).
En la actualidad, se pueden encontrar en el mercado una amplia gama de elementos automatizados de iluminación que tienen incorporados diferentes tipos de sensores que se pueden utilizar en interiores (para controlar y regular la luminosidad de salones, dormitorios, cocinas, etc.) y también en ubicaciones al aire libre (para la iluminación de jardines, terrazas, alrededores de fincas, etc.).
Existen muchos tipos de sensores de temperatura que se diferencian dependiendo del ámbito de aplicación y del principio de funcionamiento. Los más usuales son los termostatos y las sondas de temperatura.
Los termostatos son sensores digitales o discretos que envían una señal a su salida que se utilizará para efectuar el encendido/apagado de algún elemento dependiendo del umbral de temperatura establecido previamente.
Existen termostatos de varios tipos y características. En la domótica, los más utilizados son dispositivos poco complejos que están constituidos por dos placas metálicas, donde cada una presenta un coeficiente de dilatación térmica diferente. Estos sensores también suelen contar con un potenciómetro que permite regular la separación de dichas placas.
Recuerde
La domótica se puede definir como “la automatización aplicada a la vivienda”, por lo que engloba las tecnologías y mecanismos utilizados para controlar procesos dentro del hogar.
Cuando la temperatura aumenta, las placas metálicas de los termostatos se dilatan (acercándose o separándose) y accionan o interrumpen un circuito eléctrico conectado a la salida del mismo.
Termostato
Los termostatos suelen instalarse a cierta altura del suelo, en ubicaciones de fácil acceso y alejados de posibles factores externos (sol, aire, otros electrodomésticos, etc.) que puedan provocar errores de medida.
Por otro lado, las sondas de temperatura son sensores analógicos que suministran una señal eléctrica de salida proporcional a la temperatura detectada. Estos dispositivos se construyen a partir de materiales semiconductores o resistores con elevados coeficientes (negativos y positivos) de temperatura.
Sondas de temperatura
A la hora de instalar una sonda de temperatura hay que tener en cuenta las mismas consideraciones mencionadas respecto a los termostatos.
En cuanto al ámbito de aplicación, las sondas térmicas se utilizan para regular la temperatura ambiente de espacios que requieren una sensación térmica agradable como pueden ser museos, hoteles, centros de salud, salas de conferencias, etc. También es muy común el uso de sondas térmicas para medir temperaturas de tuberías y suelos.
Aplicación práctica
Imagine que dispone de una cochera con apertura y cierre controladov por un mando a distancia y, por razones de seguridad, desea instalar un sistema automatizado que interrumpa el cierre de la puerta en el momento en que algo o alguien intente salir o entrar. Describa el tipo, número y colocación de los sensores que debe instalar para ello. A continuación se muestra un esquema de la cochera:
SOLUCIÓN
Aunque existen muchas soluciones posibles para resolver el problema que se presenta, la utilización de sensores lineales de barrera infrarrojos es uno de los métodos más convenientes para este tipo de instalaciones.
En total se instalarán dos barreras de detección, una a la entrada de la cochera y otra en el interior. Gracias a la primera, se conseguirá advertir si algo o alguien intenta entrar al recinto, mientras que la segunda, permitirá la detección de salidas de coches, personas, etc.
La siguiente imagen muestra, de forma aproximada, la colocación del emisor (E) y el receptor (R) de la barrera exterior. Para una mejor detección de obstáculos, se colocará horizontalmente a unos 30 cm de altura respecto al suelo.
Respecto a la colocación del sistema de detección para la salida de obstáculos, se podría haber optado por la solución mostrada en el siguiente esquema, en la que se establece la barrera infrarroja perpendicularmente respecto a las paredes interiores:
No obstante, esta disposición desaprovecharía bastante espacio (que podría utilizarse para otra plaza de garaje).
Para solucionar esto, se puede optar por colocar la barrera infrarroja de la siguiente manera (tangente a la trayectoria de la puerta).
Un actuador es un dispositivo de salida fundamental en toda instalación automatizada. Este actúa sobre el exterior, afectando físicamente a ciertos elementos de la instalación. Estos elementos llevan acabo órdenes recibidas por otros dispositivos del sistema (sensores o elementos de control), pudiendo transformar la información eléctrica recogida en otro tipo de trabajo (mecánico, térmico, etc.). Por esto, se puede afirmar que los actuadores funcionan de forma inversa respecto a los sensores.
Recuerde
Los sensores son dispositivos capaces de adquirir información del entorno. La variación de la magnitud medida es enviada al elemento de mando en forma de magnitud eléctrica.
Al igual que los sensores, los actuadores pueden suministrar señales de salida de tipo continuo o discreto. Esto dependerá de la señal que gobierne sobre el actuador. Si la actuación es del tipo “encendido/apagado” significa que la información recibida por el actuador es de tipo discreto (señal digital), mientras que si la actuación es variable (por ejemplo, un motor que se mueve a más o menos velocidad), la señal recibida por el actuador será de tipo analógico o continuo.
Desde el punto de vista constructivo, los actuadores pueden clasificarse según el siguiente esquema:
A continuación, se estudiarán algunos de los actuadores más utilizados en las instalaciones automatizadas.
Los relés son uno de los elementos más utilizados en las instalaciones automatizadas, ya que son capaces de conmutar circuitos a partir de señales de baja potencia.
Existen dos tipos fundamentales de relés: el relé electromecánico o convencional y el relé de estado sólido o electrónico.
Ejemplos de relés
Internamente, los relés electromecánicos están constituidos por dos partes fundamentales:
El principio de funcionamiento de los relés es muy sencillo: cuando la bobina es recorrida por una corriente eléctrica se produce la magnetización del núcleo de hierro, lo que provocará la atracción de la parte móvil hacia ella. Esto dará lugar a que se cierren algunos contactos y se abran otros.
Es importante tener en cuenta que, cuando se da la conmutación, surgen unos picos de tensión que pueden dar lugar a interferencias perjudiciales. Para reducir estas interferencias, se suelen utilizar filtros RC o diodos de desacoplo.
Definición
Filtros RC
Consiste en una resistencia y un condensador conectados en serie. Estos filtros se utilizan para reducir frecuencias perjudiciales.
A continuación se muestra el esquema interno de un relé convencional:
La armadura de un relé (N) es muy similar al brazo de una balanza, ya que efectúa una basculación sobre un eje. Cuando el relé recibe una corriente entre los terminales 1 y 2, la bobina E, atrae a la armadura N, venciendo la fuerza del muelle (y/o el de la lámina L) el cual hace que la armadura permanezca en la posición inicial mostrada en la figura.
Cuando la corriente deja de circular por los terminales de entrada, la fuerza del muelle hace que la armadura N vuelva a la posición inicial.
El contacto dual C está unido por piezas aislantes a la armadura N, cuyos contactos (superior e inferior) están fabricados de una aleación especial que permitirá que el contacto soporte las posibles chispas que puedan originarse en la conmutación.
Se dice que el relé está en reposo cuando no existe corriente en los terminales 1 y 2 o, lo que es lo mismo, no existe corriente en la bobina E. Cuando esto sucede, los contactos A y C están unidos eléctricamente.
Por el contrario, cuando la bobina es excitada (existe corriente en 1 y 2), la comunicación eléctrica entre los puntos A y C se “abre” ya que el núcleo de la bobina atrae a la armadura N y ésta al contacto C, por lo que se produce una conexión eléctrica entre los contactos B y C.
Aplicación práctica
A partir del circuito objeto de la presente aplicación práctica, se pretende controlar el encendido/apagado de una bombilla utilizando un relé, dos pulsadores (P1, P2) y una fuente de alimentación (pila).
Cuando el relé está en estado de reposo, los contactos C1 y C2 permanecen abiertos (ver imagen), y se cerrarán en el momento en el que el relé reciba corriente de la pila.
A continuación, se muestra el esquema eléctrico del circuito.
Estando el pulsador P1 desactivado y el P2 activado, el relé mantiene “abierto” el contacto C2, por lo que la bombilla no recibirá corriente de la pila. ¿Qué es lo que ocurrirá cuando el pulsador P1 es accionado?
Una vez accionado el pulsador P1, ¿qué ocurrirá si vuelve a pulsarlo?
Una vez encendida la bombilla, ¿qué ocurrirá si desactiva el pulsador P2?
SOLUCIÓN
Como se ha visto en el apartado anterior, si se desactiva el interruptor P1, la bombilla permanecerá encendida siempre y cuando el interruptor P2 se encuentre activado, ya que permitirá que el relé reciba corriente y mantenga su estado excitado.
No obstante, si el interruptor P1 ha sido desactivado y también se hace lo propio con el pulsador P2, el relé dejará de recibir corriente y abrirá de nuevo los contactos C1 y C2. Al abrirse este último, la bombilla dejará de recibir corriente de la pila (el circuito de la bombilla quedará abierto) por lo que se apagará:
Un relé de electrónico también conocido como relé estado sólido (SSR: Solid State Relay), es un circuito electrónico encapsulado que contiene un circuito disparado por nivel, además de otros dispositivos tales como transistores y tiristores.
Relés electrónicos o SSR
Definición
Transistores
Son dispositivos electrónicos de tres terminales que, dependiendo del tipo que se trate, pueden funcionar como conmutadores y amplificadores de corriente.
Tiristores
Son dispositivos electrónicos de tres terminales que puede presentar dos estados diferentes de funcionamiento: conducción y bloqueo. Estos estados pueden ser determinados según la señal introducida por uno de sus terminales (puerta).
Estos dispositivos poseen dos circuitos internos aislados eléctricamente denominados circuito de entrada y circuito de salida.
Los relés electrónicos soportan frecuencias de funcionamiento muy altas, por lo que suelen utilizarse en instalaciones industriales.
Estos aparatos presentan numerosas ventajas frente a los relés electromagnéticos. Entre ellas se pueden señalar las siguientes:
No obstante, también se pueden señalar algunas desventajas:
En las instalaciones automatizadas se suelen utilizar muchos tipos de relés: desde relés convencionales hasta módulos especiales que permiten la conmutación de múltiples circuitos.
A la hora de decidirse por un relé determinado es importante tener en cuenta las especificaciones técnicas de cada modelo, por lo que hay que considerar datos de funcionamiento tales como: el número de circuitos que puedan accionar simultáneamente, valores de rangos de corriente y tensiones de funcionamiento, tipos de cargas que pueden hacer conmutar, y en definitiva, todos los parámetros que el fabricante ponga a su disposición.
Por lo general, se colocan en tableros eléctricos (si se instalan de forma aislada) o en cajas de registros (si se posicionan junto con algún otro circuito).
Cuadro de relés
Desde el punto de vista físico y funcional, los contactores son muy similares a los relés. La gran diferencia que existe entre ambos es que los contactores pueden manejar cargas de mucha más potencia (accionamiento de lavadoras, lavavajillas, etc.). Por esta razón, los contactores son dispositivos mucho más robustos.
Dispositivos contactores
Los contactores poseen una bobina y una serie de contactos de cobre, cuyo tamaño dependerá del valor de corriente que pueda circular por ellos.
Al igual que los relés, los contactores también pueden activar varios circuitos de forma simultánea, utilizando la misma señal de control, existiendo la posibilidad de forzar la activación (interruptor externo).
Respecto a la instalación de los contactores, estos suelen ubicarse en tableros de distribución.
Un solenoide consiste en un hilo conductor dispuesto en forma de espira cilíndrica que actúa como un imán en el momento en el que es recorrido por una corriente eléctrica.
Estos componentes poseen un núcleo de hierro móvil en su interior que es movido en el momento en el que la bobina es recorrida por una corriente eléctrica. Por esta razón se dice que los solenoides son capaces de convertir la energía eléctrica en mecánica.
Los solenoides son capaces de generar un campo magnético cuando son recorridos por una corriente eléctrica:
Nota
El magnetismo tiene que ver con las fuerzas de atracción que se dan en ciertos materiales especiales como imanes y materiales ferromagnéticos.
El objetivo fundamental en el diseño de un solenoide es transmitir la máxima fuerza al núcleo de hierro para desplazarlo. Este fenómeno es explicado por la ley de Faraday y el teorema de Ampère.
La ley de Faraday enuncia que, si un conductor se mueve dentro de un campo magnético o está cerca de otro conductor recorrido por una corriente cuya intensidad varía con el tiempo, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor.
Por otro lado, André Ampére observó que si una corriente fluye por un conductor que se encuentra dentro de un campo magnético, este ejerce una fuerza mecánica (también denominada como fuerza electromotriz o f.e.m.) sobre dicho conductor.
Los solenoides comerciales pueden clasificarse según la clase de movimiento que generan. Estos son los solenoides giratorios y los lineales.
Los solenoides giratorios generan un movimiento rotacional que se establece en grados. Existen solenoides giratorios unidireccionales (un solo sentido de giro) y bidireccionales (ambos sentidos de giro) y la mayoría presentan un resorte o muelle que devuelve la parte móvil a su estado inicial.
En relación a los solenoides lineales, los giratorios tienen una fuerza de arranque superior, son más resistentes a golpes y caídas, presentan una vida útil más amplia y suelen ser más pequeños. No obstante, los sensores giratorios son mucho más complejos que los lineales, por lo que son más caros.
Los solenoides giratorios tienen aplicaciones en máquinas herramientas, rayos láser, procesamiento fotográfico, almacenamiento de medios, aparatos médicos, clasificadores, cierres de puertas contra incendios, máquinas postales, etc.
Solenoide giratorio
Por otro lado, los solenoides lineales proporcionan un movimiento o carrera lineal de la armadura móvil y, al igual que ocurre con los giratorios, también pueden ser de tipo bidireccional o unidireccional.
Respecto al movimiento del émbolo móvil, los solenoides lineales pueden ejecutar dos tipos de movimientos:
Al igual que ocurre con los giratorios, estos solenoides suelen disponer de un resorte que “devuelve” la parte móvil a su estado inicial o de reposo.
Respecto a las aplicaciones de estos aparatos se pueden señalar: fabricación de electrodomésticos, seguros de cierre de puertas, sistemas de bombeo, fabricación de aparatos médicos, etc.
Solenoide lineal
En las instalaciones automatizadas (fundamentalmente en sistemas de regulación hidráulicos y neumáticos), los solenoides son utilizados para accionar válvulas, constituyendo dispositivos que se conocen con el nombre de electroválvulas, presentando un comportamiento muy similar al de los imanes.
Las electroválvulas son dispositivos constituidos por válvulas que pueden ser abiertas o cerradas a partir de una señal eléctrica externa.
Las electroválvulas se utilizan para controlar caudales y flujos de gases, siendo fundamentales en toda instalación automatizada que tenga como objetivo reducir el consumo de agua y gas. También se suelen emplear en sistemas de aire acondicionado.
Electroválvulas
Nota
Estos actuadores están constituidas por dos piezas fundamentales: el cuerpo (parte que se ajusta, por ejemplo a una tubería) y el cabezal (parte que mueve el dispositivo: apertura/ cierre).
Las válvulas más utilizadas en las instalaciones automatizadas son las válvulas de control y las válvulas de corte.
Estos actuadores también son conocidos como válvulas de paso variable o proporcional y son muy utilizadas en circuitos e instalaciones de calefacción.
Estas válvulas presentan un tiempo de respuesta considerable (entre 10 y 200 s) ya que son accionados por un motor de corriente alterna.
Las válvulas de corte se utilizan para controlar el paso o corte de suministros como el agua y el gas.
Estos dispositivos actúan por la acción de un electroimán que desplaza una pieza móvil que permitirá o frenará el paso del fluido o gas.
Estas válvulas poseen un tiempo de respuesta mucho menor que las válvulas de control y pueden ser accionadas por corriente alterna o corriente continua.
Aplicación práctica
Observe el siguiente plano que corresponde a la sección o corte de una electroválvula con accionamiento bobina-muelle:
A continuación, se describen los elementos del sistema mostrado, según la simbología utilizada para referenciarlos:
Ahora, responda correctamente a las siguientes preguntas:
SOLUCIÓN
Existen otros actuadores (y no menos importantes) además de los vistos hasta ahora. A continuación de describirán brevemente a algunos de ellos.
Los motores se pueden definir como máquinas que son capaces de convertir energía eléctrica en energía mecánica (movimiento). Estos elementos son muy utilizados en las instalaciones automatizadas y, fundamentalmente, destacan tres tipos: motores de corriente alterna, motores de corriente continua y motores paso a paso.
Los motores de corriente alterna (CA) varían su velocidad según la frecuencia de la señal que reciben. En el ámbito de la automatización, estos dispositivos presentan la ventaja fundamental de no necesitar de fuentes de alimentación adicionales (aparte de la red eléctrica) para funcionar.
Motor monofásico con condensador de arranque
Nota
En la corriente alterna, los electrones no se desplazan en un único sentido ya que estos varían su magnitud y trayectoria unas 50 veces por segundo (frecuencia). Este tipo de señal es la que llega a las tomas de corriente de las viviendas.
Existen además, dos tipos de corriente alterna: la monofásica y la trifásica. La corriente alterna monofásica presenta una única señal alterna (una fase y un neutro), mientras que la trifásica está formada por tres señales senoidales desfasadas en el tiempo (tres fases y un neutro).
Motor de corriente continua (CC)
Nota
La corriente continua se puede definir como el flujo de electrones en un solo sentido a lo largo de un conductor (del polo positivo al polo negativo). Este tipo de corriente suele ser generada por dispositivos de voltaje y tamaño reducido como pilas y baterías. A continuación se muestra una gráfica que representa la evolución de una tensión (V) continua en el tiempo (t):
Los motores de corriente continua (CC) necesitan de una variación de la tensión de alimentación para que alteren su velocidad. Estas máquinas eléctricas tienen un accionamiento rápido y una alta precisión. No obstante, son utilizados en aplicaciones de baja potencia.
Por último, es importante mencionar los denominados motores de paso a paso. Estos dispositivos funcionan por impulsos, llegando a ofrecer una alta precisión. Esto hace que se utilicen como elementos posicionadores y en sistemas que requieren un control exacto en sus revoluciones. En las instalaciones automatizadas, estos motores son muy utilizados para controlar el accionamiento de persianas, toldos, cortinas, etc.
Motor paso a paso para el control de cortinas y persianas
Las sirenas son actuadores de alerta y se emplean en instalaciones de seguridad para anunciar situaciones que puedan presentar un peligro para la integridad de las personas o de la propia instalación.
Sabía que…
Para reforzar la funcionalidad de alerta de las sirenas, se les suele acoplar elementos luminosos (lámpara) que se activan junto con la señal sonora de alarma.
Dependiendo del tipo de alerta que se desee transmitir, estos dispositivos pueden colocarse tanto en entornos exteriores como interiores.
Las sirenas colocadas al aire libre, suelen disponer de elementos de protección como carcasas de metal o plástico, ya que deben estar preparadas para soportar posibles inclemencias meteorológicas o actos de vandalismo. La potencia de sonido que emiten estos actuadores tiene que ser elevada [más de 100 decibelios (dB)] y son dispositivos que deben alimentarse eléctricamente para funcionar.
Sirena para exteriores con elemento luminosos
Respecto a las sirenas de interiores, también se les suele equipar con carcasas de protección contra la temperatura y humedad, (aunque no requieren de carcasas “anti-vandálicas”). La potencia sonora que emiten estos actuadores suele ser algo menor de los 100 dB.
Sirena para interiores
Para concluir el presente epígrafe se muestra el siguiente diagrama-resumen referido a los sensores y actuadores más utilizados en las instalaciones automatizadas:
Los motores son dispositivos actuadores muy importantes en las instalaciones automatizadas ya que se encargan de generar el movimiento de elementos tales como cortinas (domótica), cintas transportadoras (automatización industrial), etc. Por esta razón, es muy importante conocer los fundamentos de estas máquinas eléctricas rotativas, así como los sistemas de arranque que necesitan implementarse para su adecuado funcionamiento.
Recuerde
Un actuador es un dispositivo de salida fundamental en toda instalación automatizada, ya que actúa sobre el exterior, afectando físicamente a los elementos de la instalación.
Un motor eléctrico es una máquina que convierte la energía eléctrica que recibe, en movimiento o trabajo mecánico. Esta conversión de energía es realizada a través de medios electromagnéticos.
El magnetismo es la base en la que se asienta el funcionamiento de los motores eléctricos y estudia las fuerzas de atracción-repulsión que existen en los imanes (constituidos a partir de materiales ferromagnéticos).
Los imanes presentan dos polos: polo norte (N) y polo sur (S) que son las zonas donde se concentran las líneas de fuerza magnética.
Para que un motor funcione ha de valerse de estas fuerzas magnéticas, lo que explica la alternancia de polos que presentan entre el estator (parte fija) y el rotor (parte móvil). La rotación de los motores se produce gracias a las fuerzas de atracción (polos diferentes) y repulsión (polos iguales) magnéticas:
Es importante tener en cuenta que, al igual que los solenoides, los motores eléctricos funcionan en base a los principios fundamentales de Faraday y Ampère.
Recuerde
La ley de Faraday enuncia que, si un conductor se mueve dentro de un campo magnético o está cerca de otro conductor recorrido por una corriente cuya intensidad varía con el tiempo, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor.
Por otro lado, André Ampére observó que si una corriente fluye por un conductor que se encuentra dentro de un campo magnético, este ejerce una fuerza mecánica (tabién denominada como fuerza electromotriz o f.e.m.) sobre dicho conductor.
Aunque los elementos más importantes de un motor eléctrico son el rotor y el estator, también presentan otros dispositivos adicionales que son fundamentales para el adecuado funcionamiento de este aparato. El siguiente esquema muestra la disposición de los elementos más importantes que deben formar parte de un motor eléctrico:
El estator es un elemento fijo del motor, a partir del cual se generará el movimiento rotacional del rotor. Existen dos tipos fundamentales: el rotor de polos salientes y de polos lisos o ranurados. La siguiente imagen muestra claramente la diferencia constructiva entre ambos.
El estator está construido a partir de láminas metálicas que deben permitir que el flujo magnético “pase” sin dificultad a través de ellas.
Los polos magnéticos del estator se disponen alrededor de este, variando en número dependiendo del tipo de motor que se trate.
Sabía que…
Los polos magnéticos de un motor siempre son pares (2, 4, 6, 8, 10, etc.), debiendo tener al menos 2 (uno norte y un sur) para funcionar.
El rotor es la parte móvil del motor, por lo que la conversión de energía eléctrica en mecánica finaliza en este elemento, es decir, es el rotor el que proporciona el giro que se desea obtener. Como ocurre en el caso del estator, también existen varias disposiciones constructivas de rotores.
La siguiente imagen ilustra algunas de ellas:
La carcasa es la armadura que protege y recubre el estator y el rotor. Los materiales que se emplean para su fabricación varían dependiendo del tipo y aplicaciones a las que estará destinado el uso del motor, pudiendo ser totalmente cerradas, semiabiertas, de tipo sumergible, etc.
La base es el elemento que “soporta” el peso y la fuerza mecánica originada en el motor. Dependiendo de la colocación de este, la base puede disponerse horizontal o lateralmente.
La mayoría de los motores eléctricos tienen una caja de conexiones que protege a los conductores que alimentan al motor, aislándolos de la operación mecánica del mismo y de cualquier otro elemento que pudiera dañarlos.
Las tapas son los elementos que sirven de sujeción para los cojinetes o rodamientos que soportan la acción del rotor.
Los cojinetes o rodamientos contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias del motor. Estos elementos se utilizan para sostener y fijar dispositivos mecánicos y para reducir fricciones. Esto último hace que el consumo de potencia disminuya considerablemente.
Cojinete de rodamiento
La siguiente tabla muestra, de forma generalizada, los tipos de motores eléctricos que existen. Esta clasificación se establece en función de los aspectos constructivos y del tipo de corriente que los alimenta.
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS | |
De corriente alterna |
Monofásicos Trifásicos (síncronos, asíncronos) |
De corriente continua |
Serie Shunt Compound Independiente |
Universales |
Con inducido |
Especiales |
Servomotor Paso a paso Brushless |
A continuación se enunciarán las características de algunos de los motores eléctricos más utilizados.
Los motores asíncronos trifásicos son los más utilizados en la industria debido a su sencillez, usabilidad y casi nulo mantenimiento. Estos motores son alimentados por una corriente alterna trifásica, tienen un buen par de arranque y consiguen mantener un nivel de velocidad muy estable independientemente de la carga que soporten.
Definición
Par de arranque
El par de arranque de un motor se puede definir como la capacidad o fuerza que tiene el motor para “superar” las condiciones iniciales de reposo y comenzar a trabajar con normalidad.
La velocidad de estas máquinas eléctricas dependerá de la frecuencia de la señal alterna que se aplique y del número de polos que presenten. Por esta razón, para regular la velocidad de giro de un motor es necesario utilizar dispositivos como variadores electrónicos de frecuencia o conmutadores de polos.
La siguiente expresión permite calcular la velocidad de giro de un motor (n), conociendo la frecuencia de la señal de alimentación (f) y el número de pares de polos (p):
Expresión que permite calcular la velocidad de giro de un motor asíncrono trifásico
Para calcular la velocidad de giro (en revoluciones por minuto: r.p.m.) con la expresión anterior, el valor de la frecuencia (f) debe establecerse en hercios (Hz).
Motor asíncrono trifásico
El giro de rotor de estos motores es provocado por un campo magnético giratorio que se origina conectando cada una de las fases de la alimentación trifásica a los devanados del estator (desfasados 120º).
Existen dos tipos fundamentales de motores asíncronos trifásicos: los motores de rotor de jaula de ardilla y los de rotor devanado. El de jaula de ardilla es el más utilizado y recibe este nombre debido a la forma que presenta el rotor.
Los motores monofásicos de inducción son utilizados en aquellas instalaciones donde no se dispone de suministro trifásico, como por ejemplo, en viviendas. Estas máquinas eléctricas son un tipo de motores de corriente alterna muy utilizados, ya que son robustos, sencillos y muy económicos.
Al igual que los trifásicos, estos motores suelen estar constituidos por un rotor de jaula de ardilla y un estator donde se alojarán los devanados inductores (generadores del campo magnético giratorio).
Motor asíncrono monofásico
Los motores de corriente continua tienen el inconveniente de que sólo pueden ser alimentados con corriente continua, es decir, a través de equipos o dispositivos que conviertan la corriente alterna de la red eléctrica en corriente continua.
Por otro lado, la constitución física de estos motores es mucho más compleja que los de C.A. ya que necesitan de elementos adicionales para funcionar adecuadamente, tales como colectores con delgas y escobillas. Esto hace que las tareas de mantenimiento de estas máquinas eléctricas sean más complejas y costosas.
En cuanto a las ventajas, estos motores poseen un par de arranque considerable y su velocidad se puede regular dentro de un amplio rango de valores, lo que hace que sean muy utilizados en aplicaciones en las que sea importante el control y la regulación de las características funcionales del motor.
Motor de corriente continua
El estator de estos motores está constituido por varias bobinas alimentadas por impulsos de corriente continua, mientras que el rotor está formado por uno o varios imanes permanentes.
Definición
Imanes permanentes
Son materiales que pueden generar campos magnéticos por sí mismos, sin necesidad de devanados de excitación.
La característica principal que presentan estos motores es que pueden ser movidos un “paso” por cada impulso de corriente que se les aplique. Estos pasos pueden consistir en giros de 90° o movimientos pequeños de apenas 2º. Estos motores presentan la habilidad de quedar “fijos” en una posición determinada o bien quedar totalmente libres.
Cuando una (o varias) de sus bobinas está excitada (recibe corriente), el motor queda enclavado en una posición determinada. Por el contrario, si ninguna de sus bobinas recibe corriente, el motor quedará libre. Este proceso de conmutación es controlado por dispositivos externos que envían impulsos de corriente al motor en función de los movimientos o “pasos” que se pretendan conseguir.
Motor paso a paso
En el momento de la puesta en servicio de un motor, la corriente solicitada es considerable, lo que puede afectar a los demás elementos que forman parte de la instalación eléctrica.
Sabía que…
En el momento del arranque de un motor, la corriente necesaria pude llegar a ser entre 4 y 8 veces superior a la nominal.
A continuación se muestra una gráfica que representa la intensidad absorbida por un motor (conectado directamente a la red eléctrica) en el momento del arranque:
El problema se agrava cuando una instalación presenta más de un motor, ya que el consumo de intensidad en el caso de posibles arranques simultáneos sería todavía mayor.
Por todo esto, la normativa prohíbe la conexión directa de motores que superen una determinada potencia, por lo que es necesario establecer sistemas de arranque que reduzcan la tensión requerida por los bornes del estator. Estos sistemas variarán en función de la potencia y del tipo de motor a instalar.
Los sistemas de arranque más usuales para los motores trifásicos son:
El arranque directo consiste en conectar directamente las bornas del estator a la red eléctrica, por lo que no se establece ningún sistema especial.
Este método de arranque tiene las siguientes ventajas:
No obstante, es necesario tener en cuenta que este tipo de sistema de arranque solo puede establecerse en los siguientes casos:
Recuerde
El par de arranque de un motor se puede definir como la capacidad que tiene el motor para “superar” las condiciones iniciales de reposo y comenzar a trabajar con normalidad.
Por otro lado, será imprescindible establecer algún tipo de sistema que reduzca el consumo de corriente (aunque ello suponga una disminución de potencia de arranque) cuando se den los siguientes casos:
A continuación, se muestra el esquema eléctrico de un motor trifásico conectado directamente a la red eléctrica (con los correspondientes elementos de protección):
Los conductores R, S y T corresponden a cada una de las líneas que conforman la red trifásica.
Como puede observar, los únicos elementos establecidos entre la red trifásica y el motor son algunos dispositivos de corte y protección convencionales como los relés térmicos, los seccionadores y los contactores.
Definición
Relés térmicos
Son dispositivos de protección capaces de detectar sobrecargas eléctricas. Cuando detectan esta sobrecarga, desconectan o “abren” el circuito en el que están instalados.
El siguiente esquema representa la conexión directa de la red trifásica a la placa de conexiones del motor:
Aplicación práctica
Las escaleras mecánicas son elementos accionados generalmente por motores eléctricos. Imagine una instalación automatizada en la que una escalera mecánica se accione automáticamente cuando detecte la presencia de un individuo. Razone si es recomendable la conexión directa a la red del motor de esta escalera mecánica.
SOLUCIÓN
Como se comentó con anterioridad, es importante tener en cuenta que la conexión directa de los motores a la red no debe hacerse en los casos en que se pueda poner en peligro para la integridad del individuo. Los motores de las escaleras mecánicas están generalmente unidos a ella desde un extremo. Si una escalera mecánica se acciona en el momento en el que detecta un individuo, este podrá sufrir la “sacudida” del arranque brusco (son motores de potencias elevadas), por lo que, en ningún caso, es recomendable el arranque directo para este tipo de sistemas.
Escaleras mecánicas
El arranque estrella triángulo se usa para limitar la intensidad absorbida cuando el motor arranca (ya que, por ejemplo, si se dispone de un motor de 220 V y se conecta en estrella, se conseguirá una tensión de 127 V, por lo que se obtendría una intensidad 2 veces mayor que la nominal. Por el contrario, si la conexión se hace directamente, se alcanzaría una intensidad 5 veces superior la nominal).
El método de arranque estrella-triángulo consiste en conectar primero en estrella y después en triángulo los devanados del estator. Este “cambio” se suele controlar mediante un temporizador. En el momento de la conexión de los devanados en triángulo (arranque casi finalizado), el motor comienza a funcionar con normalidad. A continuación se muestran la simbología del conexionado en estrella y en triángulo:
En la siguiente gráfica se aprecia claramente la diferencia de consumo de corriente del sistema de arranque estrella-triángulo respecto al método de arranque directo:
Es importante tener en cuenta una serie de inconvenientes que presenta este sistema de arranque:
Por esta razón, el arranque estrella-triángulo no es recomendable utilizarlo en motores que presenten un par de arranque pequeño.
Sabía que…
Arrancador estrella-triángulo
Actualmente, existen unos equipos denominados arrancadores estrella-triángulo que realizan el cambio de las configuraciones estrella-triángulo de una manera muy exacta, ya que, lo ideal es que este cambio se realice en el momento en el que el motor haya alcanzado el 80 % de su velocidad nominal.
A continuación se muestran los esquemas que ilustran acerca de la manera de establecer las conexiones de estrella y triángulo sobre la caja de conexiones del motor:
Importante
Motores, líneas trifásicas y sus denominaciones
Es importante que tenga en cuenta que no hay una única manera de denominar a los bornes de las cajas de conexiones de un motor trifásico. En algunos de los esquemas mostrados en el presente apartado estas nomenclaturas se establece con la letras U, V, W, Z, X, Y. No obstante, es muy común encontrase con placas de conexiones que establezca estas denominaciones como: U1, V1, W1, W2, U2, V2.
Esto también sucede con las fases de una red trifásica, las cuales pueden denominarse:
Es necesario establecer algún tipo de mecanismo para efectuar el “cambio” de configuraciones de estrella a triángulo. El siguiente esquema eléctrico muestra el circuito de un motor en el que el cambio de estrella a triángulo se efectúa mediante contactores (KM1, KM2 y KM3):
En la parte superior del esquema (justo debajo de L1, L2 y L3) se establecen tres fusibles de protección del motor y los contactores KM1, KM2 y KM3, que accionan los contactos a los que están unidos por líneas discontinuas.
Definición
Fusibles
Son elementos de corte automático y protección contra intensidades elevadas. El corte del circuito se efectúa con la sección de un alambre interno en el momento en el que se alcance una temperatura determinada.
El funcionamiento del circuito es muy simple:
Mientras estén accionados los contactores KM1 y KM2, el motor está configurado en estrella. En el momento en que el motor alcance aproximadamente el 80 % de su velocidad nominal, un temporizador (no representado en el esquema y conectado a los contactores) se encarga de desactivar KM2 y activar KM3. Cuando esto ocurre, se establece la configuración en triángulo.
Este tipo de sistema se utiliza con el fin de disminuir la intensidad solicitada en arranque y su funcionamiento es muy similar al de estrellatriángulo ya que tiene dos fases de conexión.
El arranque con resistencias estatóricas consiste en conectar unas resistencias a los bornes del estator en el momento del arranque, el cual suele durar unos 10 s. A medida que el motor se estabiliza, estas resistencias se van eliminando.
Es necesario tener en cuanta que las resistencias utilizadas en este tipo de sistemas tienen un número limitado de arranques, lo que debe de ser especificado por el propio fabricante. También hay que considerar que este tipo de sistema se utiliza en el accionamiento de motores que presenten un par de arranque bajo.
Este tipo de arranque muestra una serie de ventajas respecto al de estrella-triángulo:
El sistema de arranque por resistencias estatóricas se suele utilizar en motores trifásicos de rotor en cortocircuito y en máquinas que presenten una inercia elevada.
A continuación se muestra el esquema eléctrico de un sistema básico de arranque con resistencias estatóricas.
Como puede observar, se establecen tres fusibles y un relé térmico como sistemas de protección:
En el momento del arranque, el contactor KM2 permanece abierto, mientras que el contactor KM1 se cierra, quedando las resistencias (R) conectadas en serie con los bornes del estator. Una vez estabilizado o arrancado el motor, un temporizador desconecta el contactor KM1, cerrándose KM2, por lo que el motor queda conectado directamente a la red trifásica.
Aplicación práctica
El siguiente circuito corresponde a un sistema de arranque por resistencias estatóricas algo más complejo que el anterior, ya que consta de tres etapas (en lugar de dos). Se pide interpretar su funcionamiento e indicar los contactores que se activan y las resistencias que se conectan con el motor dependiendo de la etapa de arranque:
SOLUCIÓN
Como se puede observar, el circuito está constituido por tres contactores (KM1, KM2 y KM3), un grupo de fusibles, un temporaizador (no mostrado en el esquema), dos grupos de resistencias (R1 y R2), un relé térmico (F2) y el motor a accionar (M).
Para comprender el circuito, es recomendable establecer circuitos equivalentes o “subcircuitos” que representarán el conexionado de los elementos que operarán en cada una de las etapas de arranque del motor. El número de circuitos equivalentes a establecer será de tres: uno por cada contactor activado. Tenga en cuenta que en cada una de las tres etapas de arranque sólo se activará uno de los tres contactores.
Al activarse KM1 (y desconectarse KM2 y KM3), el circuito equivalente es el mostrado en la imagen anterior ya que los demás elementos no afectan al sistema al encontrarse en “circuito abierto”. Como puede comprobar, los dos grupos de resistencias quedan conectadas en serie con el estator del motor.
Como se observa, la activación de KM2 (y la desconexión de los contactores KM1 y KM2) establece un circuito equivalente donde R2 es el grupo de resistencias conectadas al motor.
Cuando KM3 es el contactor activado, no existe ninguna resistencia conectada a los bornes del estator, por lo que los únicos elementos que conforman el circuito son los fusibles y el relé térmico. En definitiva, este circuito representa una conexión directa del motor con la red trifásica.
Analizados los circuitos equivalentes correspondientes a las activaciones y desactivaciones de cada uno de los tres contactores, se pueden resumir de la siguiente forma los grupos de resistores que actúan en cada uno de los casos:
Como ya sabe, el arranque por resistencias estatóricas consiste en conectar un grupo de resistores con el motor para disminuir la intensidad justo cuando el arranque se inicia para, posteriormente, y una vez estabilizado el motor, conectarlo directamente a la red para que funcione con normalidad.
De los circuito equivalentes establecidos en la presenta aplicación, el correspondiente a la activación de KM1 es el que establece un mayor grado resistivo en los bornes del motor, por lo que no es difícil deducir que esta corresponde a la primera etapa de arranque. Por otro lado, la activación de KM3 establece un camino eléctrico directo desde la red trifásica hasta el motor, por lo que esta corresponde a la etapa final de arranque. Tampoco es difícil deducir que, la activación KM2 establece un “camino” de transición entre las etapas de activación de KM1 y KM3 ya que permite un nivel resistivo menor respecto a la primera etapa (y mayor que la que presenta el circuito en la conexión directa).
Por todo esto, se concluye que el temporizador activará y desactivará los relés según el siguiente orden:
Este tipo de arranque mejora el sistema de arranque anterior, ya que proporciona un mejor par de arranque y no existen pérdidas disipación de calor, al contrario de lo que sucedía en el caso anterior (resistencias). No obstante, el elevado precio del autotransformador, hace que este sistema sea mucho menos económico.
Este tipo de arranque se utiliza en motores de potencias elevadas (mayores de 100 kW), y al igual que los sistemas anteriores, el fin es disminuir la intensidad absorbida por el motor en el momento de arranque.
Este arranque consiste en alimentar el motor mediante un autotransformador, justo cuando comienza el arranque. Cuando el motor alcanza las condiciones normales de funcionamiento, se procede a la desconexión del autotransformador.
Definición
Autotransformador trifásico
Transformadores
Máquina eléctrica estática que es capaz de modificar valores de tensión e intensidad a partir de dos devanados (dos por cada fase), denominados como primario y secundario.
Autotransformadores
Son muy similares a los transformadores, con la diferencia de que presentan un único devanado (uno por cada fase), el cual actúa como primario y secundario.
A continuación se muestra el esquema eléctrico de un sistema de arranque por autotransformador (TR), con contactores (KM1, KM2 y KM3) controlados por un temporizador:
La conexión del motor con el autotransformador se establece cuando los contactores KM1 y KM2 se encuentren activados. Gracias a un temporizador se podrá regular el tiempo necesario para que, cuando el motor se encuentre en el régimen de funcionamiento normal, se desconecten KM1 y KM2, conectándose a su vez KM3. En este momento, el motor estará en régimen de trabajo habitual (conexión directa).
El arranque electrónico tiene la finalidad de reducir las sacudidas mecánicas y la corriente solicitada por el motor gracias a una subida progresiva de la tensión. Para conseguir esto se disponen tres pares de tiristores (un par por cada fase) conectados a los bornes del motor.
Recuerde
El tiristor es un dispositivo electrónico de tres terminales que puede presentar dos estados diferentes de funcionamiento: conducción y bloqueo. Estos estados pueden ser determinados según la señal de control introducida por uno de sus terminales (puerta).
La conexión de los pares de tiristores al motor se realiza de la siguiente forma:
El método de arranque electrónico presenta las siguientes ventajas:
Estos sistemas de arranque suelen implementarse en unos dispositivos denominados arrancadores estáticos o suaves que se estudiarán en profundidad más adelante.
Al contrario que los trifásicos, los motores monofásicos no suelen necesitar de una excesiva corriente para arrancar debido a que son máquinas de potencias poco elevadas. Por esta razón, este tipo de motores suelen conectarse directamente a la red.
No obstante, los motores monofásicos presentan un problema: el par de arranque que tienen es nulo. Esto se debe a que el campo magnético generado por estos motores no es giratorio, por lo que es imposible que puedan arrancar “solos”.
Para solucionar este inconveniente es necesario crear un pequeño desequilibrio en el momento del arranque que haga que el motor comience a girar en un sentido o en otro (dependiendo del tipo de desequilibrio aplicado).
Para provocar este desequilibrio, se suele utilizar el método denominado fase auxiliar que consiste en “cambiar”, durante el arranque, el motor monofásico por uno bifásico (que sí podrá arrancar “solo”).
Definición
Motor bifásico
Máquina eléctrica que es alimentada por dos fases de corriente alterna.
Para crear un sistema de arranque por fase auxiliar es necesario establecer dos devanados en el estator del motor: uno principal y otro auxiliar. Durante el arranque, una corriente (i1) atraviesa la fase principal, mientras que otra (i2, más pequeña) lo hace por la fase auxiliar. La diferencia de tiempo que se establece entre estas dos corrientes hace que se genere un campo magnético giratorio, permitiendo el arranque del motor.
Cuando el motor alcanza el 80 % de su velocidad, la fase auxiliar puede ser retirada (mediante un acoplador) o mantenida.
Este sistema genera un par de arranque relativamente pequeño. Para aumentarlo es necesario incrementar el desfase entre las corrientes de la fase principal (i1) y auxiliar (i2). Para esto se suelen utilizar los siguientes métodos:
Este método consiste en establecer una resistencia en serie en la fase auxiliar lo que aumenta la limitación de corriente y el desfase entre i1 e i2. A continuación se muestra el esquema eléctrico de este sistema de arranque:
Este método es exactamente igual que el anterior. La diferencia está en la colocación de una bobina en serie con la fase auxiliar en lugar de una resistencia. Este sistema hace que el desfase de las corrientes i1 e i2 aumente.
Este método es el más utilizado y consiste en colocar un condensador en serie con el devanado auxiliar, lo que permite conseguir el desfase necesario entre las corrientes i1 e i2 para que el motor arranque como si se tratara de una máquina bifásica. El esquema eléctrico de este sistema es el siguiente:
Además de los sistemas monofásicos y trifásicos, destacan los sistemas de arranque para motores de corriente continua. Para las máquinas de pequeña potencia se puede establecer el arranque simplemente conectando el motor directamente a la red eléctrica. Los motores con potencias nominales más elevadas requieren de un sistema arrancador que reduzca la corriente solicitada.
Recuerde
Estos motores son máquinas eléctricas alimentadas con corriente continua, por lo que es necesaria la implementación de equipos o dispositivos que conviertan la corriente alterna de la red eléctrica en corriente continua.
Para reducir la corriente de arranque se suelen emplear resistencias conectadas en serie con la armadura del motor, o bien, modificando el voltaje de alimentación de la armadura. Para esto se utilizan controles manuales o magnéticos.
Otro método muy utilizado para arrancar motores de corriente continua es instalar circuitos internos que sean capaces de elevar paulatinamente el voltaje en la armadura del motor hasta el valor deseado.
Por otro lado, es importante saber que los motores de corriente continua que dispongan de accionamientos de voltaje y velocidad ajustable pueden ser arrancados girando el control de velocidad, lo que permitirá establecer las revoluciones del motor.
En definitiva se pueden identificar tres tipos de sistemas de arranque de motores de corriente continua. Estos son:
Este método se suele utilizar en aquellas aplicaciones que no exijan arranques y detenciones frecuentes y donde el sistema arrancador se pueda disponer cerca del operario encargado de la maniobra sin que requiera cableados excesivamente largos.
Este sistema consiste en establecer interruptores de accionamiento manual y se suelen fabricar de diversos tamaños.
Cuando se desee controlar el arranque de motores de potencias elevadas, será necesario conectar una resistencia en serie con la armadura del motor, lo que limitará la corriente solicitada en el arranque. En estos casos, el medio de operación manual permitirá retirar el resistor del circuito.
Dentro de las diferentes tipologías de arranque manual que existen, destacan los denominados arrancadores de placa frontal. Estos están constituidos por una palanca móvil y una serie de contactos que se conectan a las secciones de la resistencia. El movimiento de la palanca hace que las secciones del resistor se pongan en cortocircuito eliminándolo del circuito.
Este sistema de arranque emplea energía electromecánica para cerrar los interruptores y es muy utilizado gracias a que, con este dispositivo, la instalación del motor se puede efectuar a cierta distancia del operario (control a distancia). A continuación se muestra una imagen de un arrancador magnético:
Arrancador magnético
Para el arranque magnético de grandes motores es necesario conectar una resistencia en serie con la armadura del motor, lo que limitará la corriente inicial estableciéndose un cortocircuito en los bornes de esta, una vez arrancada la máquina.
En el arranque magnético de motores de potencias elevadas se utilizan una serie de contactores magnéticos, cada uno de los cuales “secciona” un paso de resistencia de la armadura.
Con este tipo de sistemas se consigue reducir a la mitad la intensidad de arranque siempre y cuando la corriente solicitada sobrepase un valor predeterminado que podrá ser ajustado.
Con la aceleración por límite de corriente el tiempo requerido para acelerar el motor dependerá únicamente de la carga a “mover”. Si esta no es muy pesada, el motor se acelerará rápidamente, necesitando más tiempo en caso contrario.
Los arrancadores con límite de corriente son adecuados para motores que impulsan cargas que presentan una inercia elevada.
Motor de corriente continua
Las instalaciones automatizadas, al igual que cualquier instalación eléctrica, debe de contar con dispositivos de protección eléctrica adecuados. En la mayoría de los casos, estos dispositivos deberán ser capaces de detener (cortar) el suministro eléctrico cuando detecten algún tipo de anomalía, como por ejemplo, la electrocución de un operario, excesivo consumo de corriente de los elementos receptores, defecto de una máquina eléctrica conectada a la instalación, etc.
Nota
La mayoría de los elementos de protección de una instalación eléctrica se pueden considerar como elementos actuadores, ya que actúan sobre la instalación cuando cierta magnitud eléctrica presente un valor determinado.
A continuación se van a enunciar y definir algunas de las anomalías más importantes que se pueden originar en una instalación automatizada.
Los elementos de protección que se coloquen en una instalación automatizada deben de ofrecer protección contra los siguientes efectos perjudiciales:
Un cortocircuito se produce, generalmente, cuando se da alguno de los siguientes casos:
Sabía que…
Basta con una intensidad de unos pocos miliamperios (milésimas de amperio) para provocar la electrocución del ser humano.
Nota
Cuando se dice que la corriente pasa directamente de un punto a otro, significa que entre estos dos puntos no existe ninguna carga o elemento que limite esta corriente.
Aplicación práctica
Esta aplicación práctica va a servir para apreciar el incremento tan desorbitado de corriente que se produce en un cortocircuito de una instalación sencilla de corriente continua. Imagine una instalación de corriente continua donde una pila de 12 V alimenta a una resistencia de 100 Ω:
Circuito de corriente continua Gracias a la Ley de Ohm, se puede calcular fácilmente la intensidad que circula por este circuito:
I = V / R; I = 12 / 100; I = 0,12 A
Imagine ahora que, por algún defecto en la instalación, el circuito queda unido por los puntos A y B, por lo que la corriente no pasaría por el resistor si no directamente de un polo a otro (cortocircuito):
Se propone calcular la intensidad que circula por el circuito así “formado” sabiendo que la resistencia del conductor (la única que actúa en el circuito) es de unos 0,12 Ω.
Nota: la ley de Ohm se define como:
“Cuando entre los extremos de una resistencia se aplica una tensión, aparece una corriente eléctrica cuya intensidad es igual al cociente entre la tensión y el valor de dicha resistencia”. Por lo que:
I = V / R
SOLUCIÓN
A partir de la ley de Ohm se puede calcular la intensidad de cortocircuito:
I = V / R; I = 12 / 0,12; I = 100 A
Como puede comprobar, el incremento de la corriente (de 0,12 A a 100 A, es muy elevado).
Los cortocircuitos más habituales suelen estar originados por los siguientes motivos:
Las derivaciones eléctricas se traducen en pérdidas de corriente en alguna zona de la instalación. Este tipo de pérdidas generan un consumo eléctrico indeseable que puede generar importantes efectos perjudiciales como sobrecalentamiento, sobrecargas, cortocircuitos, etc., además de limitar la potencia consumida por los elementos útiles que conformen la instalación (consumo adicional).
Dentro de las derivaciones son muy comunes las denominadas derivaciones a tierra que se producen cuando un conductor en servicio aislado queda conectado a tierra por algún elemento conductor:
R’ representa la resistencia del conductor que provoca la derivación e l’, la intensidad consumida por la derivación
Las sobrecargas eléctricas se producen cuando el consumo de corriente por parte de los elementos receptores de una instalación supera los límites que la instalación puede soportar. Estos límites suelen ser establecidos por la empresa suministradora de energía eléctrica (potencia contratada).
Las sobrecargas dan lugar a un calentamiento excesivo en los conductores, lo que puede generar rotura de aislamientos e incluso incendios.
Para el buen funcionamiento de una instalación automatizada es necesario establecer elementos que detecten y actúen frente a fallas eléctricas tales como cortocircuitos, derivaciones y sobrecargas, entre otros.
Los más importantes son:
La utilización de fusibles es el método más antiguo de protección de los circuitos eléctricos y se basan en la fusión de un hilo (corrientes pequeñas) o lámina conductora (corrientes elevadas) intercalada entre los terminales del fusible.
Los fusibles son dispositivos que pueden presentar formas y tamaños muy variados dependiendo de la intensidad que soporten antes de fundirse, las aplicaciones a la que esté destinado su funcionamiento y el lugar donde se coloquen.
Fusible
El funcionamiento de estos elementos es muy simple. Se puede explicar con un ejemplo sencillo.
Ejemplo
Imagine que se instala un fusible en un circuito cuyo consumo es, en condiciones normales, de 4 A y el fusible instalado puede soportar una corriente de, como máximo 5 A. En un momento determinado se produce un cortocircuito en la instalación lo que hace que la intensidad supere en gran medida los 5 A que puede soportar el fusible, por lo que este se fundirá y “cortará” el circuito, dejándolo sin alimentación.
Entre las ventajas más singulares que ofrecen los fusibles destacan el bajo costo y la facilidad de instalación/reemplazo. No obstante, se pueden señalar algunas desventajas importantes:
Aplicación práctica
Como se acaba de comentar, los fusibles son elementos con altos índices de dispersión (imprecisión) respecto a la corriente que soportan antes de la fusión. Razone cómo puede afectar esto en una línea trifásica donde se han instalado varios fusibles de protección (uno por cada fase) como único método de protección.
SOLUCIÓN
La independencia de actuación de los fusibles en una línea trifásica supondría un serio problema, ya que es muy probable que en caso de cortocircuito o sobrecarga se produzca la fusión de, por ejemplo, sólo uno de ellos. Esto dejaría la línea a dos fases, con los inconvenientes que conlleva.
Los interruptores magnéticos son elementos automáticos que actúan muy rápidamente ante sobreintensidades, en cuyo caso “abren” el circuito.
Para iniciar la desconexión del circuito utilizan un núcleo de hierro dentro de un campo magnético cuyo valor es proporcional a la intensidad de la corriente recorrida.
A continuación se muestra la curva de funcionamiento característica de un interruptor magnético (relación tiempo – corriente soportada):
Según la gráfica anterior, el dispositivo permite la circulación de corriente siempre que esta sea menor de unos 4,25 A (zona A). La desconexión se producirá cuando las condiciones del circuito llegan a la zona rayada vertical, situada entre los 4,25 y 4,75 A, por lo que, para cualquier intensidad superior a 4,75 A (zona B), se produciría la desconexión inmediata del circuito.
Los interruptores térmicos también son elementos de accionamiento automático que reaccionan ante intensidades ligeramente superiores a la nominal. Estos dispositivos de protección aseguran una desconexión del circuito en un tiempo lo suficientemente breve como para no perjudicar ni a la red ni a los elementos conectados a esta.
La desconexión del circuito se da lugar gracias a la deformación de una lámina de tipo bimetálico que se deforma en función del calor producido por la corriente que pasa por ella.
Los magnetotérmicos son, con diferencia, los interruptores de protección más utilizados y combinan los sistemas de protección magnético y térmico en un solo dispositivo, incorporando también un sistema de conexión/desconexión manual (manecilla).
Distintos tipos de interruptores magnetotérmicos, dependiendo de la tipología del circuito donde se instalen (monofásico, bifásico, trifásico).
El interruptor magnetotérmico, también conocido como PIA (pequeño interruptor automático), es muy utilizado en las instalaciones eléctricas de viviendas y es prácticamente imposible encontrar un cuadro eléctrico que no tenga instalado un interruptor de este tipo.
Sabía que…
Tanto los interruptores magnetotérmicos como los diferenciales, son de desconexión libre, es decir, “abren” el circuito (ya sea por sobrecarga, cortocircuito o derivación) aunque se sujete la manecilla de conexión/desconexión.
La función de estos dispositivos es actuar frente a los cortocircuitos y sobrecargas, con la ventaja de que cada vez que actúan no es necesario sustituirlos, si no que bastaría con rearmarlo manualmente (subiendo la manecilla).
El funcionamiento de estos dispositivos se basa en el incremento de la temperatura provocada por valores elevados de corriente (función térmica) así como los campos magnéticos que estas generan (función magnética).
A continuación, se muestra el esquema interno de un interruptor magnetotérmico:
Al contrario de lo que ocurre con los fusibles, cuando se trata de magnetotérmicos tripolares (trifásicos), si una fase sufre algún tipo de perturbación, el disparo del mecanismo correspondiente a dicha fase “arrastra” a los otros dos, desconectando completamente cada una de las fases del sistema. Como se explicó en la aplicación práctica anterior, si el circuito trifásico se hubiera protegido únicamente con tres fusibles, se seccionaría únicamente el correspondiente a la fase afectada, dejando la instalación con solo dos fases, lo que podría generar averías y demás efectos perjudiciales.
Otra posibilidad muy interesante que ofrecen ciertos interruptores magnetotérmicos es la de desconexión a distancia, ya que algunos modelos son fabricados para que se les pueda acoplar una bobina que permita accionar, desde lejos, la manecilla de desconexión del interruptor.
Los diferenciales son dispositivos de protección contra derivaciones y se basan en la característica que presentan los circuitos en los que la suma de las intensidades debe ser nula cuando no existen fugas, es decir, la corriente suministrada por la red debe de ser exactamente la misma que la “retornada” por el circuito (iguales pero de sentido contrario). Cuando por alguna razón, la suma de intensidades no es cero, en la bobina auxiliar del diferencial aparece una tensión que, aplicada a una bobina, activa un pivote que a su vez, activa un dispositivo mecánico que abre los contactos principales del circuito.
Interruptor diferencial
La sensibilidad del interruptor diferencial se establece dependiendo del valor de la corriente de desequilibrio que active el diferencial. Fundamentalmente, existen diferenciales de dos sensibilidades distintas: 30 mA y 300 mA.
Definición
Miliamperios
Son una unidad muy común de medida de la intensidad de la corriente eléctrica. Un miliamperio equivale a una milésima parte de un amperio. Por ejemplo, 300 mA corresponden a 0,3 A.
La intensidad que puede ser controlada por un diferencial dependerá del tamaño de los contactos principales del interruptor. Se suelen fabricar con intensidades comprendidas entre los 25 A. y 63 A., siendo el más común el de 40 A., ya que es el que se suele utilizar en las viviendas.
Respecto a la polaridad de la red, se fabrican dos modelos de diferenciales distintos: uno de dos polos para suministros monofásicos (fase y neutro) y otro de cuatro polos para los circuitos trifásicos (tres fases y un neutro). A continuación se muestra el esquema interno de estos dos modelos:
Por otro lado, los diferenciales deben de disponer de una manecilla de prueba a través de la que se provoca una fuga de intensidad acorde con la sensibilidad que presente el interruptor. El accionamiento de este botón o manecilla debe de realizar la desconexión inmediata del circuito, por lo que gracias a este pulsador se puede comprobar periódicamente el buen funcionamiento del diferencial.
Sabía que…
Los interruptores diferenciales representan una protección eléctrica fundamental para el ser humano. Esto se debe a que, en el caso de producirse una electrocución, el cuerpo humano absorbería parte de la corriente entregada a la instalación (el cual actuaría como un conductor a tierra) por lo que la corriente de retorno al diferencial sería diferente al valor de la corriente suministrada. En este caso, el interruptor desconectaría inmediatamente el circuito.
Cuando se trata de instalaciones cuya intensidad nominal supera los 63A., los diferenciales suelen utilizarse indirectamente, es decir, la señal obtenida por el diferencial es utilizada para accionar un contacto conmutado que será el encargado de accionar la bobina del interruptor magnetotérmico de la instalación.
Por otro lado, es muy importante tener en cuenta que el buen funcionamiento del interruptor diferencial dependerá por completo de la conexión a tierra de la instalación.
La conexión a tierra de una instalación se lleva a cabo en el momento de la construcción del edificio en cuestión. Cuando se realiza la cimentación se establecen unos conductores de cobre unidos a los entramados de acero necesarios para llevar a cabo dicha cimentación. Normalmente, también se colocan unas picas metálicas clavas en el suelo que se sueldan al hilo de cobre mencionado. Estas picas consisten en unas barras de cobre de unos dos metros de longitud que disponen de una abrazadera en la parte superior que permitirá la unión de la pica con un cable conductor. Este conductor, denominado conductor de tierra, es derivado a la caja general de protección y, desde aquí, distribuido a todo el edificio para que todos los elementos metálicos de la instalación puedan quedar unidos a él.
Pica de conexión a tierra
Gracias a la conexión a tierra se establece un “camino” entre un posible contacto de una parte metálica con un conductor activo y tierra. En el caso de que ocurra esto, el interruptor diferencial será capaz de detectar inmediatamente la diferencia entre la corriente suministrada y la de retorno, ya que esta sería menor que la primera.
En el caso de que no existiera conexión a tierra y se produjera el fallo comentado anteriormente, la corriente entregada al diferencial seguiría siendo la misma que la suministrada al circuito (no se perdería corriente), por lo que el diferencial no sería capaz de detectar dicha avería.
El interruptor de control de potencia, también conocido como ICP, no se puede considerar un elemento de protección propiamente dicho, no obstante, es un elemento que se coloca adjunto al cuadro eléctrico de la instalación que corresponda.
Este dispositivo tiene carácter limitador y es instalado por la compañía suministradora de electricidad en función de la potencia eléctrica contratada. Para evitar posibles manipulaciones, el ICP se pone dentro de una caja sellada y su aspecto es muy similar al de los interruptores magnetotérmicos.
La función de este interruptor es limitar la potencia consumida en la instalación en función de la tarifa contratada. En el momento en el que la potencia consumida supere dicha limitación, el ICP desconectará automáticamente el circuito.
Interruptor de control de potencia (ICP)
Importante
El ICP actualmente está incluido en los contadores de energía inteligentes, y por lo tanto, no es necesario instalarlo en el cuadro general de distribución en las viviendas.
Dentro de los dispositivos de protección contra derivaciones, cortocircuitos y sobrecargas de las instalaciones automatizadas, es importante prestar atención a los sistemas de protección cuya función es mantener la integridad de los motores eléctricos. En este apartado se estudiarán los siguientes:
Recuerde
Los motores son dispositivos actuadores muy importantes en las instalaciones automatizadas, ya que se encargan de generar el movimiento de elementos tales como cortinas (domótica), cintas transportadoras (automatización industrial) etc.
Los interruptores automáticos ofrecen el mismo tipo de protección que los interruptores magnetotérmicos, pudiendo llevar a cabo diversas funcionalidades:
La combinación de estos interruptores con un contactor constituye una solución eficaz para llevar a cabo la maniobra de motores eléctricos sin necesidad de instalar fusibles de protección.
Interruptor automático de motor
A continuación, se muestran dos esquemas eléctricos claramente diferenciados respecto al sistema de alimentación aplicado a dos motores eléctricos trifásicos:
Como se puede observar, en el esquema de la izquierda se establece la alimentación del motor a través de fusibles, un contactor (R) y un relé térmico (T). Respecto al esquema de la izquierda, solamente se utiliza un interruptor automático de motor (KTA 3) y un contactor.
Como se sabe, los interruptores automáticos de motor llevan incorporados un sistema de protección contra sobrecargas de tipo térmico, por lo que no es necesario disponer de un relé térmico en la conexión de alimentación del motor mediante este sistema. Esta protección consiste en la colocación de un disparador térmico en cada uno de los polos del interruptor. Son básicamente unos bimetales por los que circula la corriente del motor. Cuando se produce una sobrecarga se produce el “disparo” en un tiempo determinado en la curva de funcionamiento facilitada por el fabricante. Por lo general, la intensidad de disparo a partir de la cual se producirá el accionamiento podrá ser regulada dentro de un rango determinado.
Recuerde
Los interruptores térmicos ofrecen protección contra sobrecargas, mientras que los magnéticos proporcionan protección contra cortocircuitos.
Por otro lado, la protección magnética contra cortocircuitos de este interruptor consiste en un electroimán por el que circula la corriente del motor. Cuando la intensidad alcance un valor determinado se producirá el accionamiento del disparador magnético. Esto hace que no sea necesaria la instalación de fusibles.
Otra característica importante de los interruptores automáticos de motor es la limitación de la corriente de cortocircuito que ofrecen. Esto se debe a la propia resistencia interna del dispositivo que corresponde a la presencia de los elementos que constituyen el propio interruptor: bimetales, electroimán, contactos, etc. Este efecto limitador disminuye a medida que aumenta la intensidad de trabajo del dispositivo.
Además, los interruptores automáticos de motor presentan otras características no menos interesantes:
La utilización de relés térmicos bimetálicos constituye el sistema más simple que se utiliza para proteger al motor frente a los incrementos de temperatura ocasionados por el consumo eléctrico.
Los bimetales de estos relés consisten en dos láminas de materiales que presentan coeficientes de dilatación muy distintos. Dependiendo del diseño, los bimetales se calientan y se curvan a partir de un valor de corriente preestablecido.
Relé térmico bimetálico
En el caso de producirse una sobrecarga, los bimetales se deforman (en un tiempo especificado por el fabricante) y activan un mecanismo que provoca la apertura de un contacto, a través del cual desconecta el motor.
Cabe destacar la existencia de los denominados relés térmicos diferenciales que ofrecen una protección adicional del motor contra fallos de fase. Este sistema funciona de la siguiente manera: si durante el funcionamiento del motor se interrumpe una fase (uno de los tres conductores trifásicos), el bimetal de esta fase se enfría (deja de ser recorrido por una corriente) y se deforma en sentido contrario a la distorsión que se produce cuando se calienta. Esta deformación permite que se accione el correspondiente dispositivo de disparo deteniéndose la alimentación del motor.
La utilización de sondas térmicas proporciona una protección eficaz contra las sobrecargas de temperatura suaves y duraderas. Las sonda térmicas son dispositivos similares a los termómetros que permiten la medición directa la temperatura en los devanados de un motor, actuado también frente a otros factores externos como una temperatura ambiente excesivamente calurosa o una escasa refrigeración.
Sondas térmicas para motores eléctricos
Aunque existen diversos tipos de sondas para motores, las más usuales son las denominadas sondas de coeficiente de temperatura positivo (CTP) o termistancias.
El principio de funcionamiento de estas sondas consiste en el incremento brusco de la resistencia que ofrecen cuando la temperatura alcanza un valor determinado [temperatura nominal de funcionamiento” (TNF)]. Cuando se alcanza este valor, la sonda CTP provoca el disparo de un contactor por medio de un relé electrónico.
Debido a que las sondas de temperatura miden el calor justo en la zona donde se instalan, se hace necesario ponerlas en los lugares más críticos de los devanados del motor (por ejemplo, en el fondo de las ranuras).
Esto quiere decir que hay que colocarlas en el momento de la construcción del motor.
Por otro lado, hay que tener en cuenta algunos inconvenientes que presentan estos dispositivos de protección:
Aplicación práctica
Imagine un sistema de protección de un motor que consiste únicamente en la utilización de una sonda térmica cuyo retardo es de 10 s.
En un determinado momento de operación del motor, se produce una sobrecarga que hace aumentar su temperatura según la siguiente gráfica:
Como puede ver en la gráfica, la temperatura nominal de funcionamiento del motor es de unos 100 ºC, la cual aumenta de forma lineal a partir del momento en el que se produce la sobrecarga.
Sabiendo esto, se propone deducir la temperatura aproximada a la que se encontrará el motor justo cuando actúe la sonda de temperatura antes mencionada (lo que provocará la desconexión y posterior enfriamiento del motor), y a partir de este dato, deducir si es conveniente utilizar este método de protección de forma aislada.
SOLUCIÓN
A partir de la gráfica se puede deducir la temperatura a la que se encontrará el motor en el momento de la desconexión, ya que el tiempo de retardo o de actuación de la sonda es conocido (10 s):
Como puede ver en el gráfico, el motor opera con normalidad (100 ºC) del segundo 0 al segundo 10, momento en el cual se produce la sobrecarga. El retardo de la sonda de temperatura marca el tiempo que transcurre desde que se origina la sobrecarga hasta que se produce la desconexión del motor, por lo que el incremento brusco de temperatura afecta al motor durante los 10 s siguientes al inicio de la avería (del segundo 10 al 20).
A partir de la gráfica, es fácil determinar la temperatura aproximada a la que se encontrará el motor en el momento de la actuación de la sonda. Esta es de aproximadamente 170 ºC.
Como se ha podido determinar, el aumento de temperatura sufrido por el motor ha sido bastante considerable (casi el doble de la temperatura nominal de funcionamiento).
Esto explica, una vez más, que no es recomendable utilizar sondas de temperatura como única protección frente a las sobrecargas que se puedan originar en los motores.
Además de los dispositivos estudiados hasta ahora, existen dos elementos de uso muy frecuente en aquellas instalaciones automatizadas en las que se desee optimizar el control de uno o varios de los motores instalados. Estos son:
El cometido de cada uno de estos dispositivos está claramente definido por su nombre y, el sistema de funcionamiento de los primeros (arrancadores estáticos), ya se comentó brevemente en apartados anteriores (sistema de arranque electrónico).
Dada la importancia que tienen en el ámbito de las instalaciones automatizadas, en el presente apartado se estudiarán el principio de funcionamiento, las características fundamentales y las aplicaciones más usuales de cada uno de estos dispositivos electrónicos.
Los arrancadores estáticos o progresivos son dispositivos que incorporan un sistema de arranque de seis tiristores, lo que permitirá controlar el arranque y la parada de los motores asíncronos.
Recuerde
Los motores asíncronos trifásicos son los más utilizados en la industria debido a su sencillez, usabilidad y casi nulo mantenimiento. Estos motores son alimentados por una corriente alterna trifásica, tienen un buen par de arranque y consiguen mantener un nivel de velocidad muy estable independientemente de la carga que soporten.
Existen dos tipos fundamentales de motores asíncronos trifásicos: los motores de rotor de jaula de ardilla y los de rotor devanado. El de jaula de ardilla es el más utilizado y recibe este nombre debido a la forma que presenta el rotor.
Los dispositivos de arranque estático proporcionan una serie de ventajas frente a otros métodos de arranque. A continuación se enumerarán algunas de ellas:
Los arrancadores estáticos se pueden definir como unos equipos electrónicos de seis tiristores que, gracias al control que proporcionan sobre las tres fases del un motor asíncrono, pueden regular la tensión y la corriente solicitada durante el arranque y parada de la máquina.
A continuación se muestra el esquema interno de un arrancador estático:
Respecto a la constitución interna del arrancador estático pueden identificarse dos bloques o módulos fundamentales:
Nota
Los microprocesadores son dispositivos electrónicos capaces de procesar gran cantidad de información en intervalos de tiempo minúsculos. Este dispositivo necesita de otros periféricos externos para funcionar correctamente: memoria RAM, ROM, etc.
Por otro lado, los microcontroladores son dispositivos que integran los elementos de hardware y software necesarios para su correcto funcionamiento. Al contrario que los microprocesadores, los microcontroladores son sistemas “cerrados”, ya que se suelen utilizar únicamente para aquel fin para el que fueron diseñados.
Una vez conectado el circuito de potencia a la red se aplica tensión al circuito de control. Este, al recibirla, aumenta paulatinamente la tensión a la salida del arrancador (donde se conecta el motor) hasta llegar a la de trabajo o nominal de la máquina. De esta manera se consigue un arranque suave.
Respecto al funcionamiento de los tiristores, el ángulo de conducción que presenten dependerá de la información recibida por los sensores de corriente, la cual es enviada al microprocesador o microcontrolador, siendo este un elemento fundamental para que se produzca la regulación del arranque.
Por otro lado, los arrancadores estáticos permiten que se establezca un valor de corriente de arranque concreto. Este valor, introducido por el usuario, es “enviado” al bloque de control que establecerá el disparo de los tiristores en función de dicha consigna.
Normalmente, la precisión de los arrancadores estáticos suele medirse en función de la exactitud que ofrezcan respecto a la corriente de arranque especificada por el usuario y el valor de la intensidad de arranque real.
Arrancador estático
Sabía que…
El valor de la corriente de arranque que puede ajustarse con los arrancadores estáticos puede llegar a limitarse hasta cinco veces el valor de la intensidad nominal del motor (5 In).
Respecto al arranque estático, se pueden distinguir las siguientes funcionalidades que pueden ser ajustadas por el usuario:
A continuación se enumeran algunas de las posibilidades que ofrecen los arrancadores estáticos respecto al frenado de motores:
La conexión del arrancador estático al motor trifásico es muy sencilla. A continuación se muestra el esquema eléctrico de uno de estos sistemas:
El circuito mostrado en la imagen anterior corresponde a un sistema de arranque y parada suave de un motor. Como puede ver, el arrancador se conecta a la red trifásica a través de los terminales L1, L2 y L3 y la protección de los tiristores del arrancador se consigue gracias a la instalación de los fusibles (F1). El motor se conecta al arrancador a través de los terminales U, V y W, los cuales se unirán a la placa de bornes o conexiones del motor.
El sistema es iniciado al pulsar el interruptor S1, momento en el que el dispositivo comenzará a regular el arranque del motor. El modo de arranque dependerá de los parámetros de rampa de aceleración y par de arranque establecidos por el usuario mediante la regulación de los dos potenciómetros de entrada.
La parada del motor se efectúa en el momento de la desconexión de S1, cuyo modo, también dependerá de lo indicado en un potenciómetro de frenado.
Pese a la gran cantidad de ventajas que proporciona el uso de los dispositivos de arranque estático, es necesario tener en cuenta algunos inconvenientes transitorios. Estos son:
Los arrancadores estáticos son dispositivos muy utilizados en la industria en general, abarcando sectores tales como el textil, agro-alimentación, transportes, imprentas, etc.
Respecto a los sistemas donde suelen instalarse, estos también son muy variados. A continuación se enumerarán algunos de ellos:
La velocidad de giro de un motor eléctrico no depende del valor de la tensión que le es proporcionada.
Como se sabe, los parámetros que afectan a dicha velocidad son el número de pares de polos y la frecuencia de la señal de alimentación.
Recuerde
La siguiente expresión permite calcular la velocidad de giro de un motor (n), conociendo la frecuencia de la señal de alimentación (f) y el número de pares de polos (p):
Expresión que permite calcular la velocidad de giro de un motor asíncrono trifásico.
Debido a que el valor de la frecuencia de la red eléctrica es invariable, se podría pensar que la única forma de alterar la velocidad de un motor consistiría en modificar los polos de la máquina.
No obstante, en la actualidad es posible modificar la velocidad de los motores sin necesidad de alterar el número de pares de polos de estas máquinas. Esto es posible gracias a los denominados variadores de velocidad o, también conocidos, convertidores de frecuencia.
Los convertidores de frecuencia son unos dispositivos electrónicos de pequeño tamaño que permiten actuar sobre la frecuencia de alimentación de un motor para modificar su velocidad.
Aplicación práctica
Imagine un motor eléctrico con dos pares de polos (p) que es alimentado directamente a la red (sin variador de frecuencia).
Para aumentar la velocidad de giro de dicho motor, ¿será necesario aumentar o disminuir la frecuencia de la señal de alimentación?
SOLUCIÓN
Sabiendo que la frecuencia de la red (f) es de unos 50 Hz, es fácil calcular la velocidad (n) que podrá alcanzar utilizando la siguiente expresión:
Por lo que:
Suponga ahora que instala un variador de velocidad que modifica la frecuencia de alimentación hasta alcanzar un valor de 120 Hz. En este caso, la velocidad del motor será:
Como ha podido comprobar, el aumento de la frecuencia de la red supone también un incremento en la velocidad de giro del motor, por lo que la respuesta correcta es la b).
Un convertidor de frecuencia trifásico funciona, en primer lugar, rectificando la corriente alterna trifásica que recibe para transformarla en corriente continua. Posteriormente, esta señal rectificada es enviada a un circuito inversor que la vuelve a convertir en alterna trifásica. Para que la frecuencia sea variable, es muy importante que la corriente continua generada sea filtrada por un circuito intermedio.
Es importante tener en cuenta que la relación voltaje-frecuencia debe de permanecer constante (cambios en la misma proporción) para que el motor mantenga su par de fuerza, independientemente de la velocidad.
A continuación, se muestra un diagrama de bloques interno correspondiente a un convertidor de frecuencia trifásico conectado a un motor. Como se puede ver, el variador de velocidad está constituido por un circuito rectificador, otro inversor, el circuito intermedio y el de control:
A continuación se explicará brevemente la funcionalidad de cada uno de de los bloques que constituyen a los variadores de velocidad.
Variador de velocidad
Los variadores de velocidad se suelen clasificar dependiendo del comportamiento que ofrece su sistema de control de velocidad. Los más importantes son:
A continuación, se muestra el esquema eléctrico interno de un convertidor de frecuencia con modulación por amplitud de pulsos y rectificador no controlado. En dicho esquema se especifican las partes del circuito que corresponden a cada uno de los bloques funcionales vistos anteriormente:
Con este sistema convertidor PAM, la tensión y la frecuencia es modificada simultáneamente. El transistor (T) tiene la función de generar una tensión continua variable, ya que el circuito rectificador suministra una corriente continua invariable o fija. El transistor genera esta corriente continua pulsatoria mediante una serie de conexiones y desconexiones alternativas que son filtradas por la bobina (B) y el condensador (C).
La amplitud de los pulsos de tensión de corriente continua dependerá del tiempo durante el que el transistor permita el paso de corriente. Estos intervalos son gobernados por el circuito de control y se establecen a partir de comparaciones de tensión.
Por último, los tiristores reciben señales del circuito de control (por el terminal de puerta) que provoca la conexión y desconexión de los mismos. Esto permite que la frecuencia de la señal entregada al motor varíe.
Nota
Los motores asíncronos trifásicos funcionan como generadores de corriente en el caso de que sea la carga la que mueva el motor.
Respecto a las ventajas que proporciona el convertidor de frecuencia PAM con rectificador no controlado, se destacan las siguientes:
Respecto a las desventajas de este sistema, la más significativa que se puede señalar es la imposibilidad de entregar corriente eléctrica a la red en el caso de que el motor funcione como generador (impulsado por la carga). Esto se debe a que el circuito rectificador actúa como “bloqueador” de dicha corriente y no permite el paso de esta mas allá del circuito intermedio.
Como se puede ver en el siguiente esquema, la estructura interna del convertidor PAM con rectificador controlado es muy similar al no controlado. La diferencia fundamental se localiza en el circuito rectificador que se constituye de elementos semiconductores controlados (tiristores) en lugar de diodos.
Definición
Diodos
Son dispositivos electrónicos no controlados que permiten el paso de la corriente, a través de ellos, en un solo sentido o polaridad.
Otra diferencia importante respecto al dispositivo anterior es la ausencia del transistor de control. Esto se debe a la presencia del rectificador controlado que regula la tensión entregada a su salida.
Con el convertidor PAM con rectificador controlado, la frecuencia se controla de manera independiente respecto a la tensión, lo cual es perfecto en el caso de que las condiciones de funcionamiento sean normales. No obstante, si se rebasara el límite de la corriente de funcionamiento, la tensión entregada disminuiría sin que la frecuencia lo hiciera (no proporcionales). Esto provocaría la parada del motor sin que el inversor detuviese su funcionamiento, por lo que sería necesario arrancar de nuevo la máquina.
Para evitar que este límite de corriente sea alcanzado durante la aceleración del motor, es necesario que la señal de control no actúe a una velocidad mayor a la que el motor sea capaz de seguir. Por este motivo, el tiempo de aceleración debe ser regulado convenientemente.
Los convertidores PAM con regulador controlado proporcionan una serie de ventajas que pueden determinar la elección de este variador frente a otros sistemas convertidores de frecuencia. A continuación se enumeran las más singulares:
No obstante, es importante tener en cuenta las desventajas que puede suponer la utilización de estos variadores:
Los convertidores de frecuencia PWM son actualmente los dispositivos más utilizados para alimentar motores industriales de baja tensión en los que se requiera una variación de velocidad.
Como es habitual, estos convertidores operan como una interfaz entre la red eléctrica y la máquina o motor de inducción.
El proceso a partir del cual se obtendrán la tensión y frecuencia deseadas para provocar la variación de velocidad del motor, consta de tres etapas básicas:
Definición
Transistores IGBT
Son unos dispositivos electrónicos controlados que combinan las ventajas que ofrecen otras tipologías de transistores tales como el BJT y el MOSFET.
A continuación, se muestra un diagrama que representa las tres etapas básicas de las que consta un convertidor PWM:
Estos variadores de velocidad funcionan según el principio de modulación de longitud de impulsos (PWM) que consiste en la segmentación de una señal de tensión continua fija, siendo un circuito de control el encargado de controlar los periodos de activación y desactivación de los transistores según los puntos de intersección que se establezcan entre dos señales: una tensión triangular y otra senoidal.
La frecuencia es controlada aplicando al motor los impulsos negativos y positivos generados como consecuencia de la intersección entre la señal triangular y la senoidal.
Respecto a las ventajas que supone el uso de un convertidor PWM, se pueden destacar las siguientes:
El siguiente esquema muestra, a grandes rasgos, los elementos necesarios que necesitan instalarse para el adecuado funcionamiento de un sistema convertidor de frecuencia:
A continuación se describirá el cometido de cada uno de los elementos instalados entre la red trifásica y el convertidor de frecuencia:
Definición
Generación de armónicos
Armónicos
Componentes perjudiciales de una señal que consisten en frecuencias secundarias que “acompañan” a una frecuencia principal o primaria.
Otros elementos muy importantes que suelen utilizarse en los sistemas variadores de velocidad son las denominadas resistencias de frenado, cuya función es la de disipar la energía que se produce en el frenado de un motor, permitiendo un aprovechamiento energético máximo respecto al par de frenado. El uso de estos elementos es opcional, ya que solo suelen usarse en los casos en los que se necesiten altos pares de frenado.
Aplicación práctica
Como se ha estudiado en este apartado, los convertidores de frecuencia funcionan a partir de una serie de conversiones de la señal que reciben procedente de la red eléctrica.
Observe el siguiente diagrama correspondiente a un convertidor de frecuencia:
Se propone relacionar las siguientes formas de onda (de tensión) con cada una de las fases numeradas en el esquema anterior:
Nota: la numeración del diagrama del convertidor corresponde a las siguientes fases de funcionamiento de dicho dispositivo:
SOLUCIÓN
Estudiando las señales de onda expuestas se puede determinar lo siguiente:
La onda c) corresponde claramente a una señal trifásica (tres señales alternas desfasadas), por lo que pertenece a la señal de entrada del inversor 1).
La onda a) es una señal alterna rectificada, por lo que correspondería a la salida del regulador 2).
Por último, la señal b) corresponde a una señal constituida por pulsos de corriente continua, cuyo conjunto se asemeja a una señal alterna senoidal (semiciclos positivos y negativos). Claramente, esta es la señal de salida 3) del convertidor de frecuencia (y del inversor).
La amplia utilización de los motores asíncronos hace que los variadores de velocidad también sean dispositivos muy utilizados, ya que permiten ejercer un control eficaz y sencillo sobre dichas máquinas.
Respecto los sectores más habituales de utilización de los variadores de velocidad, destacan:
Los controladores programables son dispositivos que constituyen la parte de mando de una instalación automatizada y pueden ser programados o configurados para gobernar el comportamiento de dichas instalaciones.
Recuerde
El elemento de mando constituye el centro del proceso automatizado y debe ser capaz de comunicarse con todos y cada uno de los elementos que constituyen la instalación automatizada.
De todas las tipologías de controladores programables que existen, son los autómatas programables o PLC´s los que gozan de mayor popularidad e importancia.
Los autómatas programables o PLC´s (Programmable Logic Controller) son elementos de control diseñados para ser utilizados en máquinas y procesos industriales que pueden ser programados dependiendo de la aplicación a la que irán destinados.
Básicamente, los PLC´s son computadoras fabricadas según una serie de características y especificaciones que los hace adecuados para el uso industrial.
El software o programa que se implanta en el autómata estará especialmente diseñado para la aplicación o proceso a controlar, de tal forma que, una vez cargada dicha aplicación en el PLC, este ya está preparado para efectuar el control.
PLC
Para su programación, los autómatas programables disponen de unos puertos de comunicación que son empleadas para cargar o descargar el programa de control del PLC. De esta forma, es posible realizar cambios en el programa de control (variaciones en el proceso a automatizar) o bien sustituirlo por otro diferente en el caso de que se desee utilizar el mismo autómata para el control de otro proceso distinto.
Los elementos fundamentales de los que consta un PLC son:
La CPU o Unidad central de proceso del autómata es el “cerebro” del controlador programable ya que, desde aquí, se toman todas las decisiones referentes al control del proceso a automatizar.
La información recibida en los módulos de entrada es enviada a la CPU y procesada según el programa o software de control del autómata. En función de los resultados obtenidos en la gestión programada de estas entradas, el autómata actuará sobre el proceso a través de sus salidas.
Respecto a la alimentación del autómata, este presenta varios módulos de conversión eléctrica que permitirán transformar los altos voltajes de la red eléctrica en pequeñas tensiones aptas para alimentar tanto la CPU como a los módulos de entrada/salida.
Respecto al funcionamiento interno del autómata, este se podría definir como un “ciclo cerrado” de acciones. Dichas acciones se efectúan de forma ordenada y se repiten continuamente en el tiempo. Dependiendo del equipo y tecnología de construcción este proceso se puede efectuar de diversas formas:
a. Lectura, ejecución del programa y posicionamiento de las salidas. El funcionamiento más sencillo que puede presentar un autómata es aquel que lleva a cabo la siguiente secuencia de acciones:
La primera operación que se realiza es la lectura del estado de las entradas. Estos valores “leídos” son enviados a un registro de memoria denominado registro de imagen de las entradas que permanecerá inalterable durante un ciclo de funcionamiento.
Una vez actualizadas las entradas en el registro correspondiente, se procederá a la ejecución del programa. Durante dicha ejecución, se accederá al registro de imagen de las entradas para comprobar el estado de las mismas. Los resultados de la ejecución son “escritos” en el registro de imagen de las salidas.
b. Ejecución simultánea del programa con la lectura de las entradas. Este método consiste en la lectura de las entradas a la vez que se ejecuta el programa, por lo que dicha ejecución se realiza justo al principio del ciclo.
Con este método de funcionamiento, las entradas son “leídas” una a continuación de la otra a medida que se ejecuta el programa, por lo que el registro de imagen de entrada no es necesario.
c. Subdivisión del programa en bloques. Con este método, la ejecución del programa se divide en bloques, los cuales se irán ejecutando uno a continuación del otro. Una vez ejecutado un bloque, las entradas y las salidas son actualizadas (antes de la ejecución del siguiente bloque).
Aplicación práctica
Imagínese que, durante la ejecución del programa del autómata, se activa un sensor que obliga al PLC a actuar inmediatamente en una o varias de sus salidas.
Razone las ventajas que puede ofrecer el método de funcionamiento de ejecución simultánea del programa con la lectura de las salidas respecto al sistema anterior.
SOLUCIÓN
Con el método de lectura, ejecución del programa y actualización de las salidas, el autómata no actuaría hasta que comenzara el siguiente ciclo, es decir, hasta que se efectuara una nueva lectura de las entradas y se “enviara” dicha información al programa. Esto se debe a que, en este método, la lectura de las entradas sólo se efectúa al principio del ciclo y dicha información se mantiene invariable hasta que se realiza una nueva lectura de las mismas (al comienzo del siguiente ciclo). Esto no ocurre con el método de ejecución y lectura simultánea, ya que, un cambio en el estado de alguna de las entradas del autómata es “captada” inmediatamente por el mismo.
Los PLC´s han adquirido gran popularidad en la automatización de procesos industriales, y va aumentando día a día, todo ello gracias a la gran cantidad de ventajas que ofrecen:
Aplicación práctica
Imagine un sistema controlado por un autómata programable, cuya finalidad es el llenado de una serie de cajas o contenedores vacíos. Estos contenedores son transportados por una cinta de distribución hasta un operario que introduce manualmente la mercancía en los mismos. El llenado de los contenedores se efectúa sobre la misma cinta y esta debe detenerse hasta que el operario no ha finalizado el embalaje, es decir, se detiene cada vez que el trabajador recibe un contenedor. En el momento en el que el operario termina con el embalaje de un paquete, lo retira manualmente. Cuando el paquete es retirado, la cinta transportadora debe de volver a ponerse en movimiento hasta que el operario recibe otro contenedor vacío, repitiéndose la operación anterior.
Además de los elementos descritos, la instalación consta de:
Sabiendo esto se propone:
Nota: Todos los elementos del sistema automatizado estarán conectados al autómata y será este el que determine la conexión y desconexión de cada uno de los actuadores.
SOLUCIÓN
Elementos de entrada y salida | ||
Elemento |
Entrada |
Salida |
Contactor (motor) |
X | |
Sensor de presencia |
X |
|
Pulsador de parada |
X |
|
Pulsador de puesta en marcha |
X |
|
Sensor de temperatura |
X |
|
3. El motor se activará siempre y cuando el contactor permita que la máquina reciba corriente. Dicho contactor estará cerrado cuando se cumplan las siguientes condiciones:
En el momento en el que, al menos, unas de estas condiciones no se cumpla, la entrada correspondiente cambiará de estado, el autómata lo detectará y actuará inmediatamente sobre el contactor, provocando su apertura.
Además de los PLC´s, también existen otros dispositivos que pueden ser programados para realizar diversas acciones. Los más importantes son:
Nota
Con el programador electrónico por teclado se pueden programar maniobras tales como:
Este dispositivo está constituido por una serie de módulos y contactos que se abrirán y cerrarán dependiendo de la programación establecida en su interfaz y, el número de maniobras simultáneas que podrá efectuar dependerá de la cantidad de contactos que presente.
Programador electrónico de cuatro contactos
Este dispositivo permite automatizar circuitos eléctricos y asegura, a lo largo de la semana, la parada y puesta en marcha automática de diversos aparatos sin que sea necesaria la presencia de un operario.
La configuración y programación del dispositivo se hace sobre una pantalla táctil que tiene incorporada.
Este dispositivo ofrece control sobre la temperatura ambiente ya que presenta funcionalidades tales como, la hora en la que debe de conectarse la calefacción, tiempo de funcionamiento, temperatura deseada, etc.
Programador con termostato
El interruptor crepuscular mural es un regulador de iluminación que lleva incorporado un captador de luz.
Este dispositivo se utiliza para controlar el alumbrado de una instalación que deba conectarse o desconectarse dependiendo del nivel de iluminación (ajustable) del recinto.
Interruptor crepuscular mural con célula separada
Estos dispositivos pueden controlar la intensidad total absorbida por una instalación y cortan, en caso de exceso de consumo (si se sobrepasa un valor de intensidad ajustable), los circuitos que no son prioritarios a favor de los que sí lo son. Estos relés de prioridad sirven para limitar el consumo de los receptores eléctricos de una instalación.
Relé de prioridad
Como se ha expuesto en este capítulo, los elementos que pueden (y deben) formar parte de una instalación automatizada son muy diversos. Esta variedad también se refleja en la gran cantidad de funcionalidades y ventajas que pueden ofrecer, siempre y cuando la selección de cada uno de los elementos de la instalación sea la adecuada respecto a nuestras necesidades y al buen funcionamiento del sistema.
En este apartado se ha realizado un estudio detallado de las tipologías, principios de operación, ventajas, desventajas y demás factores relacionados con los dispositivos más importantes que pueden formar parte de una instalación automatizada:
Ejercicios de repaso y autoevaluación
1. Complete la siguiente frase.
La _________ se puede definir como “la automatización aplicada a la vivienda”, por lo que engloba las tecnologías y mecanismos aplicados a controlar procesos dentro del hogar.
2. Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.
3. Relacione cada dispositivo con su tipología.
4. Los dispositivos que son capaces de conmutar entre dos o más circuitos de alta potencia se denominan…
5. ¿De qué factores dependerá la velocidad de un motor asíncrono?
6. En el arranque estrella-triángulo, el “cambio” entre ambas configuraciones se puede efectuar con un…
7. Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.
8. Para aumentar la velocidad de un motor, los variadores de velocidad han de ser capaces de…
9. Complete la siguiente frase:
Los arrancadores estáticos o progresivos son dispositivos que incorporan un sistema de arranque de seis ___________, lo cual permitirá controlar el arranque y la parada de los motores asíncronos.
10. Imagine una instalación controlada por una autómata programable. Relacione cada dispositivo con el módulo de conexión al autómata.