Actuadores y dispositivos de maniobra Dispositivos

Ing. Mario R. Modesti
Actuadores y dispositivos de maniobra
Dispositivos electromagnéticos / electromecánicos estáticos
En las aplicaciones relacionadas con automación y control de procesos vinculadas
con electricidad en máquinas, dispositivos eléctricos e instalaciones, existen
distintos tipos de accionamientos que permiten la gestión por medio de lo que se
denomina lógica de contactos.
El automatismo de dispositivos eléctricos es esencial en cualquier tipo de proceso,
donde se debe controlar motores , o máquinas en general, ya sea para maniobras
o protección.
Para poder llevar a cabo el control remoto ( a distancia ) de cualquier máquina es
indispensable además del sistema de gestión, el sistema de potencia que lo
maniobre.
Clasificación de los dispositivos de maniobra: La primera clasificación
responde al uso del dispositivo.
Puede ser un dispositivos de entrada, para lo cual no debe maniobrar grandes
potencias, y su función está dedicada a generar un estado de información hacia el
automatismo.
Puede ser también un dispositivo que maniobre la potencia de una máquina en
cuyo caso sus características operativas están vinculadas al tipo de maniobra que
debe llevar a cabo.
Manuales : Requieren ser accionados por un operador.
Interruptores : son dispositivos con bajo poder de corte, empleados para abrir y/o
cerrar circuitos , requiriendo en cada una de estas operaciones, la acción directa
de un operador.
Pulsadores : dispositivos con bajo poder de corte, se diferencian de los
interruptores , porque actúan en apertura o cierre solamente si actúa sobre ellos
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alguna fuerza exterior, recuperando su posición inicial o de reposo tan pronto
como cesa dicha fuerza.
Podemos considerarlos como dispositivos sin memoria.
Selectores : son dispositivos de maniobra que permiten seleccionar
mecánicamente una posición entre varias disponibles, se utilizan para seleccionar
modos de operación en máquinas donde el automatismo se debe informar por
medio de una acción del operador.
Interruptores de poder : En fase de desconexión de una instalación, se
desconecta primero el interruptor y luego el seccionador.
Los interruptores deben interrumpir una corriente, deben estar dotados de todos
los dispositivos aptos para eliminar rápidamente el arco de interrupción (
dispositivos que no están presentes en el seccionador). Los interruptores
modernos no deben ser capaces solamente de interrumpir la corriente nominal per
la cual está construido , sino la corriente de cortocircuito que es mucho más
elevada
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Seccionadores : dispositivos de maniobra sin poder de corte, y por consiguiente
deben ser accionados únicamente cuando están sin carga ( en vacío ) o con
pequeña carga.
Se usan para aislar toda o parte de la instalación eléctrica en caso de
reparaciones o mantenimiento.
En fase de puesta en funcionamiento de una instalación, se cierra primero el
seccionador y luego el interruptor.
Automáticos : dispositivos proyectados para accionar en circuitos bajo carga, no
requieren acción de un operador .
Son de particular importancia para control y automación, los contactores, por
cuanto en los sistemas modernos están presentes en cantidades importantes para
todo tipo de maniobra.
Clasificación de los dispositivos de protección
Dispositivos destinados a proteger todo o parte del sistema, interrumpiéndolo de
las líneas de alimentación cuando se presentan irregularidades en su
funcionamiento, particularmente por sobrecargas o sobrecorrientes y
cortocircuitos.
Fusibles : Conductores calibrados específicamente para el paso de determinadas
intensidades de corriente. Existen una gran variedad de fusibles de acuerdo a las
prestaciones requeridas.
Dispositivos de protección automática : Construidos para proteger especialmente
contra sobrecargas, aunque algunos protegen también contra cortocircuitos. Los
más utilizados son los relés térmicos, termomagnéticos y electromagnéticos.
Clasificación de dispositivos de señalización
Dispositvos destinados para indicar si el contactor está o no funcionando, por lo
tanto si la carga está o no energizada. Los más utilizados son luminosos y
acústicos.
Contactores
Es un dispositivo eléctrico compuesto por una serie de elementos, una vez
accionado conecta la línea con el dispositivo bajo control , interviene en toda
instalación con motores. Cierra y abre los contactores merced al desplazamiento
mecánico de una pieza que es atraída por el campo magnético creado por una
bobina alimentada con cc ó ac.
El núcleo magnético está constituido por chapas de alta permeabilidad magnética,
aisladas entre sí para reducir al mínimo las pérdidas ocasionadas por las
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corrientes de Foucoult. El núcleo se complementa con la armadura para que el
circuito magnético sea completo. En la pierna central está alojada la bobina y no
llega a tocar a la armadura, cuya finalidad es evitar que debido al magnetismo
remanente después que la bobina es desexitada quede unida la armadura al
núcleo y siga conectado el contactor . De éste modo el pequeño entrehierro obliga
a cortarse al magnetismo remanente.
Para la elección de la maniobra se requieren algunas especificaciones del
dispositivo a controlar y de la instalación , por ejemplo :
- Potencia del dispositivo a controlar.
- Carga máxima.
- Número de conexiones por hora.
- Carga de conexión.
- Par resistente, arranque, inversiones de motores.
Esencialmente se compone de :
- Una bobina de accionamiento, B en el esquema.
- Un juego de contactos eléctricos, tantos como fases a controlar, generalmente
tres , llamados principales ó de trabajo, en el esquema R, S, T.
- Un juego de contactos de permanencia para la realimentación de la bobina, P en
el esquema.
- Uno o varios contactos auxiliares ó de mando, realimentación, etc, los que
pueden ser abiertos, cerrados, en reposo ó en trabajo, 1 y 2 en el esquema.
Los abiertos en reposo son los que trabajan al ser accionado el contactor.
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Los contactos son de cobre con una capa de aleación de Ag - Ni en su punto de
contacto para darle resistencia al arco eléctrico formado al abrir y cerrar.
A continuación un montaje minimal para el accionamiento de un contactor.
M y P son los pulsadores de marcha y parada respectivamente, y el esquema
representa un sistema de autoenclavamiento del contactor a través del contacto
de permanencia p. En el circuito de alimentación de la bobina se colocaron un
relé térmico y un fusible para protección del circuito de alimentación.
Momento de la conexión
La corriente normal de funcionamiento del motor es In mientras que en el
momento de conexión depende del tipo de máquina a controlar, tipo de trabajo a
realizar, par resistente y de arranque, y puede llegar a ser varias veces superior a
la normal y de plena carga.
Esta corriente de conexión ó de arranque debe tenerse en cuenta al seleccionar el
contactor.
Corriente normal de carga
Durante el tiempo de trabajo o de conexión puede suceder que haya sobrecargas
y oscilaciones de carga. Según la frecuencia con que se sucedan, el contactor
deberá elegirse de mayor calibre para hacer frente a éstas irregularidades.
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Corriente de desconexión
Generalmente suele ser igual ó menor que la normal.
Ejs.
Motor de rotor bobinado
Motor de arranque directo en rotores jaula de ardilla
Ia = 2 In
menor de Ia = 6 In
Al elegir un contactor para un motor deben tenerse en cuenta algunos factores
como son la tensión de línea, la potencia de carga / intensidad de carga, tipo de
arranque
Interruptores y seccionadores
Tienen como misión aislar el circuito del resto de la red eléctrica; conviene
diferenciar un seccionador de un interruptor, desde el punto de vista de la
simbología y desde el punto de vista eléctrico propiamente dicho, sobre todo si se
trabaja con intensidades de corriente importantes.
Interruptor
Dispositivo mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir la
corriente del circuito, siendo ésta la normal de servicio estando en carga o,
circunstancialmente, en condiciones específicas de sobreintensidades .
En caso de poder cortar intensidades de cortocircuito, recibiría el nombre de
disyuntor.
Seccionador
Dispositivo mecánico de conexión que, por razones de seguridad, asegura su
posición de abierto, una distancia de seccionamiento que satisface alguna
condición específica.
El seccionador es capaz de soportar intensidades en condiciones normales de
circuito y, durante un tiempo determinado, sobreintensidades anormales y
cortocircuitos, pero solo puede abrir y cerrar el circuito estando éste en vacío.
Interruptor seccionador
Dispositivo de conexión que combina ambas características , pudiendo abrir,
soportar y cerrar el circuito de carga, sobreintensidades anormales y
cortocircuitos, manteniendo en su posición de abierto una distancia de
seccionamiento especificada.
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Todos éstos dispositivos actúan sobre todas las fases y el neutro a la vez.
DISPOSITIVOS DE PROTECCION
Fusibles
Los fusibles representan el dispositivo más simple y económico para a protección
a las sobrecorrientes, se utilizan mucho en instalaciones de baja tensión y pueden
interrumpir corrientes muy elevadas ( 100 [KA] ).
Constiruidos por un hilo de material conductor corto con una sección muy inferior a
la de los conductores del circuito, se conecta en serie.
Su funcionam\amiento tiene fundamento en la ley de Joule, la temperatura
alcanzada por e fusible es proporcional al cuadrado de la corriente circulante, que
una vez superado el valor de calibrado, la temperatura aumenta rapidamente
llevando al fusible a la fusión y provocando la interrupción del circuito
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El material utilizado no siempre es de bajo punto de fusión ( ej. Pb 200 [C] ), los
fusibles de mejor calida se construyen con hilo de Ag que funde a 960 [C], pero
permiten una calibración con más precisión. También puede utilizarse Al que
funde a 658 [C] pero produce gas que facilita el apagado del arco producido.
Relé térmico
El fundamento de su funcionamiento se basa en la deformación sufrida en unas
láminas de diferente material que se dilatan desigualmente por poseer diferente
coeficiente de dilatación y debido al calor producido por la corriente circulante. Las
láminas están soldadas a presión quedando en un bloque, suelen ser de Fe-Ni.
Entre las láminas y la resistencia calefactora se interpone un aislante de mica o
amianto para evitar el contacto eléctrico entre ambos uniéndose los extremos de
la resistencia con la fase correspondiente.
Al curvarse las láminas bimetalicas accionan un sencillo mecanismo de palancas
que accionan desconectando los contactos de trabajo. En tanto circula la corriente
normal del motor el calor producido es limitado , equilibrándose con el que se
disipa; pero cuando la línea sufre un aumento de corriente, elevando la
temperatura, las láminas se curvan y dispara el relé sacando de servicio el motor
que solamente puede volver al funcionamiento rearmando el circuito.
En caso de arranques fuertes, los relés se colocan en cortocircuito mientras dura
el arranque para evitar interrupciones indeseadas. Esto será tenido en cuenta
para motores que accionan máquinas de inercias importantes, pues debido al
prolongado período de arranque produce disparos innecesarios del relé. Es de
notar que regular el relé a una corriente superior no es solución, ya que perdemos
las condiciones protectoras.
El relé es un excelente protector para proteger contra sobrecargas de
determinada duración o moderadas, pero no lo es contra fuertes
sobreintensidades como es el caso de cortocircuitos del devanado del motor, por
eso es necesario proteger relé y motor con fusibles en cada fase.
El relé lleva un sencillo mecanismo de regulación consistente en una ruleta que
ajusta entre los dos límites de regulación, la distancia para el disparo, y una vez
disparado, abiertos los contactos no puede ponerse en marcha solo, es preciso
rearmar el relé.
rango ej : 5 % 6.5 A, y su sigla es Rt.
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Relé electromagnético
Este dispositivo aprovecha el campo magnético inducido por la corriente eléctrica
que circula a través de él, para disparar su contacto asociado.
Puesto que el campo magnético inducido es proporcional a la corriente , es fácil
de calibrar los relés electromagnéticos para que disparen en cuanto circule una
intensidad igual o mayor que la nominal.
Relé magnetotérmico
También existen relés de accionamiento magnetotérmico, lo que nos está
indicando que la fuente de sensado es también de origen magnético. La sigla
identificatoria es RMT.
Están formados por un electroimán y un ancla móvil conectada a un dispositivo
que lleva a cabo la intervención.
El valor mínimo de la corriente necesaria para la intervención puede ser regulado
dentro de determinados límites, o variando el peso de la parte móvil, o variando la
tensión del resorte antagonista, incluso la posición del dispositivo de intervención.
Salvamotores
Los motores deben ser protegidos para evitar que se averíen y destruyan a
consecuencia de sobrecargas ó cortocircuitos por diferentes causas, por ej. roce
entre rotor y estator, conexiones y contactos erróneos, fallas en una fase, baja
tensión, etc.
Existen otros riesgos como son las sobrecargas instantáneas ó sostenidas, par
resistente excesivo. Esta protección puede obtenerse por medio de relés térmicos,
interruptores magnetotérmicos, diferenciales, etc.
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En el esquema :
b: protectores bimetálicos
B: bobinas protectoras de alta intensidad, accionan antes que los bimetales .
b y B actúan ambos sobre la barra larga aislante abriendo los contactos de
maniobra C.
B.min.V actúa con tensión mínima , cuando baja de cierta tensión prefijada, la
bobina deja de atraer la armadura de la barra aislante y abre los contactos de
trabajo.
Esta protección como podemos observar actúa contra sobrecargas con un relé
térmico bimetal, contra sobrecargas fuertes con las bobinas de máxima B y contra
mínima tensión con la bobina Bmin.V.
Todo motor debe protegerse con un relé térmico y un juego de fusibles, el primero
para protegerlo de las sobrecargas y el segundo para los cortocircuitos, y en
general los relés controlan la corriente absorbida por el motor, actuando si la
misma aumenta más de cierto límite, deconectando el motor y conectando una
alarma .
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Relé temporizado ( temporizador)
Existen maniobras que eventualmente deben ser diferidas en el tiempo para
proporcionar el estado de variables necesario para la ejecución de una
determinada maniobra ó secuencia. Para éstas aplicaciones se utilizan relés que
pueden retardar su accionamiento, de cierre o apertura de sus contactos.
Se pueden clasificar en temporizadores al trabajo o a la conexión, cuyos contactos
temporizados actúan después de cierto tiempo de haber sido energizado. En el
momento de energizar, los contactos temporizados que tiene, siguen en la misma
posición de estado de reposo, y solamente cuando haya transcurrido el tiempo
programado, cambien de estado.
Temporizador al reposo o a la desconexión, aquí los contactos temporizados
actúan como tales, después de cierto tiempo de haber sido desenergizados.
Al energizar el temporizador, los contactos del temporizador actúan como
contactos instantáneos, pero cuando se desenergiza, dichos contactos no
retornan inmediatamente a su estado de reposo, sino que lo hacen una vez
transcurrido el tiempo prefijado
ta
tb
S1
L1
B1
T1
A continuación un ejemplo del diagrama de tiempos para ambas modalidades de
funcionamiento, un esquema muy simple de un temporizador que por medio de un
contacto inversor alterna entre lámpara y sirena.
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Los sistemas de retardo son muy variados y han evolucionado de acuerdo a la
aplicación donde se los utiliza.
- Temporizadores mecánicos (reloj)
El conteo se inicia en el momento que se energiza un pequeño motor síncrono de
velocidad cte , que mueve una serie de engranajes a fin de reducir su velocidad.
El último acciona una leva o tope que maniobra los contactos.
El tiempo se ajusta por medio de la regulación de la distancia del tope, acercando
y alejando el tope.
- Temporizadores neumáticos
La temporización se obtiene por medio de la entrada regulada de aire a un fuelle
hasta que se llena y acciona los contactos del temporizador. El tiempo de llenado
es quien regula la temporización, y se regula por medio de la modificación del
orificio de entrada al fuelle.
- Temporizadores electrónicos. (timers)
En la actualidad se impusieron por su alto rendimiento operativo, que sumado al
bajo costo hacen de estos dispositivos una muy buena elección, El principio
operativo consiste de un circuito elecctrónico generalmente basado en algun chip
de aplicación en el control del tiempo ( Circuito monoestable ).
- Temporizadores eléctricos (relé térmico)
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