PLC y Electroneumática: Automatismos eléctricos e industriales por José Luis Duran Marcombo.pdf
PLC y Electroneumática: Automatismos eléctricos e industriales por José Luis Duran Marcombo.pdf
CFGM Instalaciones eléctricas yautomáticas
Electricidad Electrónica
•
Automatismos
eléctricos eindustriales
marcombo
ediciones técnicas
José Luis Duran Moyano
Herminio Martínez García
Juan Gámiz (aro
Joan Domingo Peña
Antoni Grau Saldes
~·ltamar
Título de la obra:
Automatismos eléctricos eindustriales
Autores:
© José Luis Duran Moyano
© Herminio Martínez Garcia
© Juan Gámiz (aro
© Joan Domingo Peña
© Antoni Grau Saldes
Diseño de cubierta:
Uriol Miró Genovart
Diseño de interiores:
Uriol Miró Genovart
Fotografías:
José Luis Duran, Herminio Martínez, Juan Gámiz, Joan Domingo, Antoni Grau, Shiva
y Fondo Altamar
Ilustraciones interior:
www.eximpre.com
Maquetación:
www.eximpre.com
Impresión:
BIGSA
© Reservados todos los derechos de publicación, reproducción, préstamo y alquiler o cualquier otra
forma de cesión del uso de este ejemplar de la presente edición española por:
ALTAMAR, SA
CI Medes 8/10. 08023 (Barcelona)
MARCOMBO
Gran Via de les Corts Catalanes, 594. 08007 (Barcelona)
Queda prohibida, salvo excepción prevista en la ley, cualquier forma de reproducción, distribución,
comunicación y transformación de esta obra sin contar con autorización de los titulares de la
propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito
contra la propiedad intelectual (arts. 270 y siguientes del Código Penal). El Centro Español de
Derechos Reprográficos (www.cedro.org) vela por el respeto de los citados derechos.
ISBN por Marcombo: 978-84-26715-63-0
ISBN por Altamar: 978-84-96334-68-7
Impreso en España
Printed in Spain
Depósito legal: B-30778-2011
Presentación
El libro que tienes entre las manos desarrolla el currículo del módulo de Automatismos industriales corres-
pondiente al Ciclo Formativo de Grado Medio de Instalaciones eléctricas y automáticas de la familia profesio-
nal de Electricidad y Electrónica.
En la propuesta que presentamos hemos tenido en cuenta la dificultad que en la práctica tenemos los docen-
tes para poder impartir todo el currículo en la horas asignadas, así como las capacidades que tiene el alum-
nado cuando empieza a cursar el ciclo formativo. Así, pues, queremos que sea una propuesta creíble como
libro de texto, es decir, que se pueda impartir en su totalidad.
.Además, hemos desarrollado el currículo de una manera especial: no como un módulo completamente inde-
pendiente de los demás, sino de manera integradora dentro del conjunto de los módulos del ciclo, evitando
posibles reiteraciones y solapamiento de contenidos entre ellos.
El libro se ha estructurado en siete unidades didácticas que podemos agrupar en tres bloques:
Automatismos cableados y programables. Introducimos este primer bloque repasando las magnitudes
básicas y, de una manera muy sencilla, los fundamentos matemáticos de los automatismos, así como tam-
bién su representación y simbología (Unidad 1). Dedicamos toda la Unidad 2 al tratamiento de los auto-
matismos cableados incluyendo -antes de proponer el montaje de los circuitos en el taller o laboratorio,
las principales normas eléctricas para trabajar con seguridad. En la Unidad 3 trataremos los automatismos
programables destacando las principales ventajas respeto de los cableados.
Cableado e instalación de los cuadros eléctricos. Empezamos este bloque presentando las herramien-
tas y operaciones más importantes que un técnico suele realizar, actualmente, en el proceso de instala-
ción y montaje de un cuadro eléctrico. También se indican las precauciones que se deben seguir para tra-
bajar con seguridad con las herramientas y máquinas-herramienta; así como la utilización de los equipos
de protección individual (EPI) para evitar riesgos mecánicos (Unidad 4). En la Unidad 5 presentamos los
cuadros eléctricos y las principales características que hay que considerar para una correcta elección en
función de la aplicación. También se estudian en esta unidad los principales riesgos eléctricos y se relacio-
nan los diferentes tipos de EPI para protegerle.
Análisis, diagnóstico y reparación de averías. En este bloque se explica la metodología que se debe
seguir para diagnosticar la existencia de averías (Unidad 6), y también la manera de actuar para repararlas
(Unidad 7).
Todas las unidades están articuladas en apartados y subapartados en los que se proponen ejemplos resuel-
tos para facilitar la consolidación de los conceptos y procedimientos. Con la misma intención, al final de cada
apartado, se proponen diferentes actividades. Para acabar, cada unidad didáctica se cierra con una autoeva-
luación.
Finalmente, queremos agradecer a Fernando Vázquez y a Enric Sospedra, del EUETIB-UTB, su colaboración
desinteresada en la realización de fotografías, tanto aportando material y herramientas corno para ofrecerse
a salir en ellas.
Los autores
Indice general
índice general
Unidad didáct ica 1
Automatización básica ..... . .........•. •. . ..... . .
1.1. Introducción alos automatismos ..
1.1.1. Automatismos y automatización.
1.1,2. Elementos o dispositivos que forman un automatismo.
1. 1.3. Fases de realización de un automatismo.
1.2. Magnitudes eléctricas tratadas en automatismos.
1.2.1. Intensidad eléctrica.
1.2.2. T
ensión eléctrica.
1.2.3. Resistencia eléctrica.
1.2.4 Energía eléctrica.
'1.2.5 Potencia eléctrica.
1.2.6. Densidad de corriente ..
1J. El lenguaje de los automatismos...................... .
1.3.1. Las señales.
1.3.2. Códigos de representación numéricos.
tE Álgebra de Boole..
1.3.4. Sistemas combinacionales.
1.3.5. Método de Karnaugh para la simplificación
de funciones lógicas.
1.3.6. Sistemas secuenciales.
14. la simbología en los automatismos.
1.4.1. S
imbología electrónica.
1.4.2. S
imbología eléctrica ..
1.5. Descripción de automatismos mediante el GRAFCET .
1.5.1. ¿Qué es el GRAFCE
P .
1.5.2. Estructuras de secuencias del GRAFCET
Autoevaluación .
Unid ad didáctica 2
Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas ..
2.1. Los automatismos cableados..
2.1. 1. El circuito de maniobra
2.2. Dispositivos de mando básicos. . ........... .. . .. .
2.2.1. Elementos de mando manuales.
2.2.2. Detectores automáticos y sensores.......... . .
2.3. los dispositivos de regulación y los actuadores
2.3.1. Reguladores o controladores.
2.3.2. Actuadores. . ......... . .
2.4. Relés y contactores .
2.4.1. Relés electromecánicos
2.4.2. Contactores.
2.5. Identificación de los bornes de conexión.
2.5.1. Marcado de bobinas de mando..
2.5.2. Marcado de contactos principales.
2.5.3. Marcado de contactos auxiliares ..
2.6. Elementos de señalización ..................... . .
2.6.1. Señalización luminosas y ópticas .
2.6.2. Senalizaciones acúslicas.
2.6.3 Simbolos de los elementos señalizadores
y sistema de referencias para bornes.
6
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JI
JI
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2.7. RealizaCión de esquemas de automatismos.
2.7.1. Tipos de esquemas de circuitos.
2.7.2. ElaboraCión desarrollada de esquemas ........ . .
2.8. Automatismos básicos.
2.8.1. Control manual mediante un conmulador
2.8.2. Control al impulso de un contactar (con pulsadores) .
2.8.3. Control al impulso de un contactor desde varios puntos.
2.8.4. Circuitos de mando con temporizadores.
2.8.5. Control de contactares asociado.
2.9 E
lementos de protección.
2.9.1. Fusibles..
2.9.2 Magnetotérmicos o interruptores automáticos.
2.9.3. Relés térmicos..
2.9.4. Interruptores diferenciales.
2.9.5. la alimentaCión y protección de los motores.
2.10 Automatismos para máquinas eléctricas de CA..
2.1 0.1. las tres reglas baSIGlS de laseguridad eléctrica para
trabajar en cirCUitos sin tensión (en baja tensión) .
2.10.2. Arranque de motores de CA.
2.10.3. Arranque directo.
2.10.4. Inversor de giro para motores de CA...
2.10.5 Arranque estrella-triángulo.
2.10.6. Circuitos alternativos de arranque.
2.10.7. Frenado de motores de CA.
Autoevaluación
Unidad didáctica 3
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Aplicaciones con autómatas programables. . . . . . . . . . . . 98
3.1. la apariCión de los autómatas programables. 99
3.1.1. ¿Cómo se automatizaba antes? 99
3.1.2. El primer autómataprogramable . 99
3.1.3. la evolución de los autómatas programables
3.2. la estructura de los autómatas.
3.2.1. la estructura interna .................... . . . .
3.2.2. la estructura externa.
3.2.3. la memoria en los autómatas.
3.2.4. La ejecución de programas y el ciclo de exploración
3.3. las entradas y salidas.
3.3.1. Aspectos generales de las entradas y salidas.
3.3.2. Entradas digitales.
l.E Entradas analógicas. . . . . . . . ..
H 4. Salidas digitales.
3.3.5. Salidas analógicas .... .. . . . .
3.3.6. Módulos especiales.
3.4. Instalación del autómata
3.4.1. Disposición en un cuadro eléctrico.
3.4.2. Montaje y desmontaje de módulos.
3.4.3. Conexión del autómatas............... . .
3.5. Mantenimiento de autómatas.
3.6. la programación de los autómatas.
3.6.1. Instrumentos para laprogramación de autómatas.
3.6.2. L
os lenguajes de programación y la norma lEC 61131-3.
3.7. Para saber más... ejemplos de automatización avanzados..
3.8. Aplicaciones y ventajas e inconvenientes de los autómatas.
Autoevaluación
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Unidad didáctica 4
Me(ánica básica . . . . . . . . . . . . . . •. . . . . . . .•. •. . . . .. 136
4.1. Operaciones de mecanizado
4.2. Materiales para mecanizado y sus propiedades ...... .. . . . .
4.2.1. Los metales férricos.
4.2.2. los metales no férricos.
4.2.3. Plásticos.
4.3. Métodos de representación gráfica
4.3.1. Planos y croqUIs.
4.3.2. Escalas.
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137
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141
4.3.3. Vistas y proyecciones de una pieza. 141
4.3.4. Acotado. 143
4.4. Operaciones de mecanizado. . 144
4.4.1. Operaciones de marcar y trazar. 144
4.4.2. Operaciones de sujeción. . ... . . . .. . . . . ... . . .. . . 145
4.4.3. Operaciones de corte..................... . . 146
4.4.4. Operaciones de desbastado y limado ......... . .
4.4.5. Operaciones de doblado y curvado ........... . .
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149
4:5. Uniones.................................... . . 150
4.5.1 Uniones roscadas. . . . . .. . . . . .. . . . . . . . 150
4.5.2. Uniones roblonadas oremachadas.. 151
4.5.3. Uniones soldadas. 152
4.6. Operaciones con máquinas herramientas...... . .. . .
4.6. 1. Operaciones de taladrado.
4.6.2. Otras operaciones .......................... .
4.7. la seguridad en las operaciones de mecanizado.
4.7.1. Normativa de seguridad laboral.
4.7.2. la responsabilidad de empresas y trabajadores
4.7.3 Origen de los accidentes con herramientas
máquinas-herramienta portátiles..
4.7.4. Riesgos que generan las herramientas y las
máquinas-herramientaportátiles.
4.7.5. Medidas para evitar riesgos en las operaciones
de mecanizado .
4.7.6. Equipos de Protección individual.
4.8. Metrología yoperaciones de medida..
4.8.1. la medición y los errores.
4.8.2. Metros y reglas graduadas.
4.8.3. El pie de rey ocalibrador.
4.8.4. Micrómetro y pálmer .......... . .
Autoevaluación .
Unidad didáctica S
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Cuadros eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 171
5.1. Elección y colocación de cuadros eléctricos.
5.1.1. ¿Qué son yparaque sirven los cuadros eléctricos?
5.1.2. Aspectos relacionados con la protección
de los cuadros eléctricos.
5.1.3. Tipos de cuadros eléctricos
5.1.4. Accesorios auxiliares.
5.2. Cableado de cuadros ..
5.2.1. los conductores eléctricos.
5.2.2. Identificación de elementos en un cuadro eléctrico.
5.3. ubicación de aparatos y medidas de seguridad
en cuadros eléctricos.
5.3.1. Accesibilidad .......................... •. .
532. 5eguridad ..
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173
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180
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188
193
índice general
5.4. EqUipos de protección para la prevención
de 105 riesgos eléctricos. . .......... . .
S.S. Verillcación y prueba del cuadro.
5.5.1. Verificación de la instalación
5.5.2. Pruebas de funcionamiento ........ . .
Autoevaluación .
Unidad didáctica 6
Detección Vdiagnóstico de averías
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200
200
201
203
en automatismos cableados Vprogramados. . . . . . . . . .. 104
6.1. L
as averías ysus tipos. ................. _ . . . 205
6.1.1. tncidencias de las averías
en los sistemas automatizados. 205
6.12. Averías en automatismos cableados. 206
6.13. Averías en automatismos programables. 207
6.2. Métodosde detección yanálisis de averías. 208
6.2.1. Métodos de detección de averías. 208
6.2.2. Documentos para el análisis y evaluación de las averías. 209
63 Efectos observados y sus pOSibles causas. 212
63.1 Síntoma, avería y disfunción. 212
63.2. tdentilicación de las causas de los síntomas observados. 212
633. Formulación del diagnóstico. l15
6.4. Identificación de los elementos averiados. 215
6.4.1. Selección de pruebas y medidas que deben realizarse. 216
6.4.2. Ayudas ala identilicación de averías
por partedel automatismo. 219
6.43. Utilización de sinópticos.. 221
6.4.4. Utilización de códigos de avería 221
6.4.5. Posicionamiento manual de la parte mecánica. 222
AUloevaluación . 22l
Unidad didáctica 7
Reparación de averías en automatismos
cableados V/ oprogramables ..... . ... . ........ . . . . 114
7.1. La reparación osustitución. . 225
7.1 .1. Elementos que hay que reparar osustituir . 225
7.1.2. Determinación del tiempo previsto de trabajo . . 227
7.1.3. Normas de seguridad. 228
7.2. Recambios, instrumentos y materiales necesarios.
7.2.1. los recambios y sus tipos..
7.2.2 Preparación de los recambios.
7.2.3. Selección de herramientas y accesorios..
72.4 Selección de instrumentos de medida.
7.2.5. Selección de la indumentaria.
7.2.6. tnspeCClón previa a lareparación.
7.3. Protocolos de mantenimientoyde reparación.
7.4. Realización de las operaciones de sustitución de
elementos oreparación.
7.4.1. Aspectos de tipo personal . . ............. . . . .
7.4.2. Aspectos relacionados con los materiales.
7.4.3. Aspectos económicos yde optimización ..
7.5. VerificaCión del !uncionamiento del automatismo.
7.5.1. Pruebas paramétricas ypruebas funcionales.
7.5.2. rareas de verificación.
AUloevaluación .
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229
229
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240
Unidad didáctica 1
Automatización básica
¿Qué aprenderemos?
Qué es un automatismo.
La arquitectura y las fases de realización de un automatismo.
Qué variables eléctricas intervienen en los automatismos.
Qué lenguaje utilizan los automatismos.
Para qué sirve el álgebra de Boole.
Qué distingue un automatismo combinacional de otro secuencial.
Cuál es la simbología utilizada en la representación de automatismos.
Cuál es la finalidad del GRAFCET.
Unidad didactlca 1 Automatización basica
Introducción alos automatismos
. ]~ Automatismos yautomatización
¿En qué consiste la automatización?
Desde el inicio de los tiempos, los seres humanos aplicaron su ingenio en la in-
vención y el desarrollo de máquinas que les permitieran mitigar el esfuerzo físico
ocasionado en sus labores diarias. Estas máquinas se componían de un conjunto de
piezas o elementos que permitían, a partir de la aplicación de una cierta energía,
transformarla o restituirla en otra más adecuada o, bien, producir un determinado
trabajo o efecto.
Más tarde tuvieron la necesidad de construir mecanismos capaces de ejecutar ta-
reas repetitivas y de controlar determinadas operaciones sin la intervención de un
operador humano, lo que dio lugar a los llamados automatismos.
La historia industrial reciente está marcada por logros tecnológicos que se desen-
cadenan a partir de importantes aportaciones en el área de los automatismos. Ya
en 1788 el ingeniero escocés James Watt (1736-1819) aplicó sus conocimientos de
mecánica en la construcción del primer regulador centrífugo que permitía vincular
el movimiento, o la velocidad, con la presión en las máquinas de vapor. También es
importante la contribución al desarrollo industrial que se produjo en 1801 cuando el
industrial textil e inventor francés Joseph-Marie Jacquard (1752-1834) revolucionó el
uso del telar automático, lo que permitió programar las puntadas del tejido.
Sin embargo, no sería hasta 1946 cuando surge la
palabra automatización. Se la hemos de atribuir
a D. S. Harder, de la Ford Motor Company, que
la utilizó por primera vez al referirse al sistema de
fabricación en cadena que años atrás, en 1913,
había implantado la compañía Ford en su factoría
de Highland Park.
En un contexto actual debemos entender por
automatización el proceso de diseño, realización
y/o explotación de sistemas que emplean y com-
binan la capacidad de las máquinas para realizar
tareas y controlar secuencias de operaciones sin
la intervención humana.
La automatización combina la aplicación conjunta
de la tecnología eléctrica, electrónica, neumática,
hidráulica y/o mecánica para transformar un gran
número de procesos de fabricación. Su difusión
en el campo de la industria contribuye a disminuir
los costes de producción, elimina el trabajo mo-
nótono y reclama grandes inversiones de capital
que revierten en nuevas instalaciones y en la pre-
paración de técnicos especializados.
Fig.l .l.
Linea de ensamblado del Ford modelo Ten Highland Park
(Michigan, EE.UU
.).
•
Unidad dida(hc, 1 Automatización basica
Aplicaciones de la automatización
La implantación de la automatización no sólo se da en el sector industrial. Actual-
mente se localiza de forma significativa en sectores tan importantes como el de la
agricultura, la domótica, el comercio, etc. Algunos ejemplos los encontramos en:
Industria. Sistemas para el control de producción y fabricación, plantas manufac-
tureras, plantas automatizadas, sistemas de retirada de desechos tóxicos, siste-
mas de control y monitorización de polución, etc.
Agricultura, ganaderia y pesca. Sistemas para el control de invemaderos, sistemas
automáticos de riego, sistemas de clasificación y distribución de productos, con-
trol climático de viveros, control automático para la alimentación de reses y aves,
etc.
Servicios básicos: Sistemas de agua y canalización, estaciones de alimentación
eléctrica, sistemas de monitorización de emergencias y alerta, sistemas de con-
trol de inundaciones y desastres, desecho de residuos, etc.
Comunicaciones: Sistemas y centrales telefónicas, sistemas de televisión por cable,
satélites de comunicaciones y entretenimiento, etc.
Domótica: Sistemas para el control del clima, homos microondas, contestadores
automáticos, sistemas de seguridad, sistemas de iluminación automática, etc.
Comercio: Sistemas de iluminación y alimentación de emergencia, sistemas de
seguridad ambiental, sistemas de calefacción y ventilación, ascensores, platafor-
mas y escaleras mecánicas, etc.
Transporte: Sistemas de control y señalización de tráfico, sistemas de radar, con-
troles iluminación urbana, sistemas y máquinas expendedoras de billetes, etc.
Elementos odispositivos que forman un
automatismo
Aunque en este libro abordamos el estudio de automatismos eléctricos, las pautas
de trabajo que marcamos se pueden extrapolar a automatismos de naturaleza dife-
rente. En general, cualquier automatismo presenta un diagrama de bloques como
el que muestra la figura 1.2.
Alimentación 1
secundaria
F
uente deenergía
1
Alimentación
r
----:lprrmarra ~____--...
Señal
de control
( Operador ) ....
f--i.~
---~
Controlador
oaUlómata
---l.~ A(tuador I •
Sensor J........--
Máquina
oplanta
Fig. 1.2.
Mando y
senalización
Diagrama de bloques de un automatismo.
Medición
y detección
fig. 1.3.
Elementos empleados en
automatización.
•
Unodad dldátllc . 1 Automatización básica
Básicamente, los elementos o dispositivos que constituyen un automatismo son los
siguientes:
Máquina o planta. Es el elemento principal objeto del control automático. Puede
estar constituido por un único aparato (motor eléctrico, bomba hidráulica, com-
presor de aire, máquina herramienta, etc.) o por un conjunto de dispositivos
dispuestos en planta con una finalidad concreta (climatización de zona, sistema
de riego, cinta transportadora, etc.).
Fuente de energía. Es el medio empleado para realizar el control. En un automatis-
mo eléctrico este medio lo constituye la energía eléctrica aplicada en sus distin-
tas formas, como las tensiones continuas o alternas de baja potencia para la ali-
mentación de dispositivos de control y señalización (alimentación secundaria)
y/o aquellas otras de mayor potencia utilizadas para mover las máquinas o ac-
tuar sobre las plantas (alimentación primaria). En automatismos de naturaleza
neumática, hidráulica o mecánica intervienen otras fuentes de energía obteni-
das, respectivamente, a partir de la fuerza del aire, la fuerza de algún líquido o
por la transmisión y transformación de movimientos.
Controlador o autómata. Es el dispositivo o conjunto de dispositivos encargados de
establecer el criterio de control. Partiendo de la señal proporcionada por el de-
tector o sensor enclavado en la máquina o planta, y de acuerdo con las indicacio-
nes del operador o de algún criterio de actuación previamente definido, determi-
na la correspondiente señal de control que debe ser aplicada al actuador para
mantener la máquina o la planta en las condiciones de funcionamiento previstas.
Actuador. Es el dispositivo utilizado para modificar la aportación de energía que se
suministra a la máquina o a la planta. El mayor o menor aporte energético que
provoca el actuador está en consonancia con la señal de control que le suministra
el controlador. Hallamos actuadores típicos en automatismos eléctricos en los relés,
los contactares, las electroválvulas, las válvulas motorizadas, los tiristores, etc.
Sensor. Es el elemento empleado para medir o detectar la magnitud de la varia-
ble que deseamos controlar. Adquiere o detecta el nivel del parámetro objeto
de control y envía la correspondiente señal, habitualmente eléctrica, al dispositi-
vo controlador. Los sensores de uso frecuente en automatismos son: los tacó-
metros, los codificadores digitales, los sensores de proximidad, o las sondas de
temperatura, de presión o de nivel, etc.
Operador. Es el conjunto de elementos de mando y señalización que facilita el in-
tercambio de información entre personas y automatismos para modificar o corre-
gir las condiciones de actuación de la máquina o planta bajo control. Debemos
considerar que la mayoría de los automatismos deben posibilitar que el ser hu-
mano incida de forma directa, y en el instante deseado, sobre el proceso, con el
objetivo de solventar situaciones de avería, de mantenimiento o de emergencia.
Generalmente, el conjunto de dispositivos que forman los bloques sensor y contro-
lador se denomina circuito de control, y el constituido por el actuador y la máquina,
circuito de potencia (también se llama de fuerza o principal). El bloque encargado de
generar las alimentaciones primaria y secundaria recibe el nombre de circuito de ali-
mentación. En el circuito de control se tienen habitualmente señales de baja o media
tensión y de baja potencia, que son fácilmente manipulables, en cambio, en el cir-
cuito de potencia pueden aparecer tensiones e intensidades eléctricas elevadas que
hacen recomendable la desconexión del automatismo ante cualquier intervención.
Además de los bloques básicos señalados, hay que tener en cuenta otros elementos
no menos importantes a la hora de construir cualquier automatismo. Entre otros,
deberemos pensar en incluir los dispositivos de seguridad necesarios, las conduc-
ciones eléctricas de sección adecuada para las líneas de alimentación, el blindaje
oportuno de las señales de control y los armarios y cuadros eléctricos para el aloja-
miento de dispositivos.
Unidad dldactlc I Automatización básica
'J "''' Fases de realización de un automatismo
Las distintas fases o tareas en las que dividimos la confección o realización de cual-
quier automatismo eléctrico pasan por el estudio de:
El diseño y la funcionalidad. Se corresponde con el estudio meticuloso de las funcio-
nes básicas que debe realizar el automatismo. En esta fase deberemos concretar
con precisión el comportamiento del automatismo y clarificar con nitidez todas y
cada una de las operaciones que éste debe solventar, de modo que deben evi-
tarse las ambigüedades y las sofisticaciones superfluas.
El dimensionado de dispositivos. Esta fase debe servirnos para elegir el conjunto de
dispositivos apropiado para realizar el automatismo. Con este propósito, debe-
remos calcular la potencia eléctrica que debe aceptar o proporcionar cada uno
de los elementos del automatismo, dimensionar los cables de alimentación y de
señal, prever la vida útil de los mecanismos utilizados, analizar cuidadosamente
las características de las señales usadas en la interconexión de los diferentes
módulos y prever los necesarios elementos de seguridad y mantenimiento.
El esquema eléctrico. El objetivo principal de esta fase es la confección del esque-
ma eléctrico del automatismo. Debe ser completo y hemos de confeccionarlo
con una notación clara y comprensible en la que estén representados todos los
componentes perfectamente conectados y referenciados.
El cuadro eléctrico. En esta fase debemos abordar la mecanización del cuadro eléc-
trico y la ubicación en su interior de los diferentes elementos que componen el
automatismo. Previamente hemos debido realizar el esquema de cableado que
contempla, entre otras cosas, la identificación, la trayectoria y las diferentes sec-
ciones de los conductores y, también, habremos confeccionado los diferentes
planos de ubicación de componentes y de mecanización del cuadro eléctrico.
El ensayo y la prueba. Una vez realizada la instalación del automatismo se realizará
su ensayo y prueba. En esta fase será conveniente actuar con un plan de trabajo
previamente establecido que contemple la entrada en funcionamiento, progre-
siva y en secuencia, de las diferentes partes del automatismo. Cada parte debe-
rá ser probada de forma aislada, y en las condiciones de trabajo más realistas,
antes de interactuar simultáneamente con el resto. Esta fase debe servir, ade-
más, para corregir las posibles anomalías o realizar los ajustes pertinentes antes
de la entrada en servicio del automatismo.
la puesta en servicio. Sólo si el automatismo funciona de forma satisfactoria en la
fase de prueba, podremos abordar la fase de puesta en servicio. Resulta una te-
meridad trabajar con un automatismo que presente deficiencias de funciona-
miento o en el que no hayan sido probados todos sus componentes. La puesta
en servicio del automatismo debe ir acompañada, siempre, de un manual de
operación que recoja de forma explícita todos aquellos aspectos necesarios para
la explotación del sistema y, también, de otro manual de intervención para los
casos en los que se produzcan averías o debamos realizar el mantenimiento.
Del acierto en abordar la primera fase dependerá, en buena medida, la utilidad y el
buen servicio del automatismo realizado. Estamos ante una fase en la que interviene
fundamentalmente el conocimiento de la técnica, la experiencia y el buen criterio de
la persona o personas que proyectan el automatismo. La temática de este libro se
aparta del trabajo de diseño de sistemas automáticos; de todos modos, trataremos
la resolución de sencillos automatismos combinacionales.
La segunda y tercera fases requieren de unos conocimientos básicos que expon-
dremos más adelante en esta misma unidad. Con este objetivo nos centraremos
en algunos conceptos electrotécnicos, como el de tensión, intensidad, potencia y
energía eléctrica y, también, introduciremos el concepto de señal, proporcionaremos
la simbología eléctrica y electrónica utilizada en la representación de automatismos
y estudiaremos distintas técnicas utilizadas para el diseño basadas en el álgebra de
Boole y el GRAFCET.
A(tividades
Unidad d,dactic . 1 AutomatizaCión basica
Los conocimientos necesarios para abordar la cuarta, quinta y sexta fases se pro-
porcionarán en las unidades siguientes, intentando marcar claramente las pautas
empleadas en la mecanización y el cableado de los cuadros eléctricos, así como los
procedimientos utilizados para el ensayo y la prueba del automatismo.
1. Describe el funcionamiento de tres automatismos eléctricos que se encuentren en tu entomo más próximo.
2. Identifica los principales elementos que intervienen en el automatismo del ascensor de una vivienda e indica a
qué bloque de los mostrados en la figura 1.2 pertenecerían.
l. Describe un automatismo hidráulico propio de tu vivienda habitual y cita los principales elementos que intervie-
nen.
4. Busca información sobre cuatro automatismos mecánicos y explica su funcionamiento.
-J"=-,j Magnitudes eléctri(as tratadas
en automatismos
Voltaje
'12 Vf-- - - - -
OL-_ _ _ -,-
a) T
ensión continua
Voltaje
b) T
ensiónalterna
Fi9· 1.4.
Tipos de tensión eléctrica.
En alguna parte del texto precedente han aparecido las palabras tensión, intensidad,
potencia, etc. Son conceptos que se estudian en el crédito de Electrotecnia, pero que
conviene introducirlos ahora, tratándolos con simplicidad y hasta el nivel requerido
para comprender la repercusión que tienen cuando se trabaja con automatismos.
'J ~ 'J Intensidad eléctrica
La intensidad eléctrica es la cantidad de electrones que circula por un material en un
segundo. La unidad que utilizamos para medirla es el amperio (A).
Realizando un símil hidráulico podríamos comparar la intensidad eléctrica con la
cantidad de agua que circula por un punto de una cañería en un segundo.
La intensidad eléctrica se denomina de forma común corriente eléctrica o, simple-
mente, corriente. Ten en cuenta que para identificar plenamente una cierta intensi-
dad eléctrica se debe conocer su magnitud y su sentido de circulación, es decir, su
valor y su signo.
·L~L~~ Tensión eléctrica
Para que circule una corriente eléctrica a través de un material es necesario que
exista una diferencia de potencial eléctrico entre sus extremos. Esto es semejante al
desnivel que se debe producir en una tubería para que por su interior discurra una
determinada corriente de agua.
La diferencia de potencial eléctrico es conocida habitualmente como tensión eléctrica,
voltaje eléctrico o, simplemente, voltaje. La unidad de tensión es el voltio (V).
Cuando el valor y el signo de unatensión eléctrica permanecen invariables en el tiempo
hablamos de una tensión continua, mientras que si su magnitud y polaridad cambian
con una frecuencia determinada debemos entender que se trata de una tensión alter-
na. Un ejemplo de tensión continua lo tenemos en la diferencia de potencial existente
entre los bomes de una batería de coche (Fig. 1.4a), y otro de tensión altema, el que se
da entre los bomes de una base de enchufe doméstica (Fig. 1.4b).
Unidad dldacll( I 1 Automatización básica
Ejemplo 1.1
Resisten(ia eléctri(a
La resistencia eléctrica es la mayor o menor oposición que presenta un material al paso
de la corriente eléctrica. La unidad de resistencia es el ohmio (Q).
En 1827, el fisico alemán Georg Simon Ohm (1789-1854) definió la resistencia eléc-
trica y propuso la ley que la relacionaba con la tensión y la corriente. Esta relación,
conocida como ley de Ohm, expresa que la corriente eléctrica que fluye por un
conductor es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la
resistencia, es decir:
I =~ R=~ (11)
R I
Donde:
- Res la resistencia eléctrica expresada en ohmios (Q).
- Ies la intensidad en amperios (A).
- Ues la tensión en voltios M.
Ejemplo 1.2
¿Cuál es la resistencia de una estufa eléctrica que funciona
con una tensión de 230 V, si sabemos que por ella circula
una corriente de lOA?
¿Cuál es la intensidad eléctrica que circula por una re-
sistencia de 8 Q si entre sus extremos existe una tensión
de 24 V?
Solución: Solución:
Aplicando la ley de Ohm dada por la expresión (1.1), resul-
ta:
Despejando la intensidad de la expresión (1.1) obtene-
mos:
R=J:L= 230 =23Q
I = J:L = ~ = 3 A (1.2)
I 10
Ejemplo 1.3
¿Qué tensión continua se re-
quiere para hacer circular una
intensidad de 2 A por una resis-
tencia de 12 Q?
Solución:
Un posible circuito eléctrico es
el de la figura adjunta. Despe-
jando la tensión de la expresión
(1.1) resulta:
R~ 12 n
u
R 8
, ] :.. 'l Energía eléctri(a
En 1840, el físico británico James Prescott Joule (1818-1889) afimnó que la energía
eléctrica (T) que transformaba en calor un conductor por el que circulaba corriente
era proporcional al producto de la resistencia del conductor por el cuadrado de la
corriente y por el tiempo durante el cual ésta transitaba.
La expresión que recoge este principio, que se denominó ley de Joule, es la siguiente:
T = R • l' • t (lA)
Donde: Tes la energía eléctrica en julios (J), Res la resistencia eléctrica en ohmios, I
es la intensidad en amperios y t es el tiempo en segundos.
Dado que U = R. I según la expresión (1.3), la igualdad (1.4) también podemos es-
cribirla de la forma siguiente:
T = U • I • t (15)
Aunque en el sistema internacional la unidad de energía se expresa en julios (J), en
instalaciones eléctricas la energía se rnide en kilovatios-hora (kWh) porque el julio es
U = R• I = 12 • 2 = 24 V (1.3) una unidad demasiado pequeña. Entre ambas unidades existe la relación siguiente:
1 kWh = 3,6 . 106
J
Ejemplo 1.4
Unidad didactlCa 1 Automatización básica
'J ~ ?5 Potenda elédri(a
La potencia eléctrica es la energía eléctrica consumida en la unidad de tiempo, La uni-
dad de potencia es el vatio 0N).
La potencia disipada en un conductor o dispositivo eléctrico, dotado de una cierta
resistencia R, podemos deducirla de la expresión (1 .4):
p = 1. = R • l' (1.6)
t
Donde: P es la potencia eléctrica expresada en vatios 0N), T es la energía en julios
(J), t es el tiempo en segundos (s), R es la resistencia en ohmios (Q) e I es la intensi-
dad en amperios (A).
Si utilizamos la notación (1.3) de la tensión, la expresión (1.6) también podemos es-
cribirla de esta forma:
p = U • I (17)
Donde: P es la potencia eléctrica expresada en vatios 0N), Ula tensión en voltios M
e Ila intensidad en amperios (A).
La potencia eléctrica da idea del aguante eléctrico que debe poseer un elemento
sometido a tensión cuando es recorrido por una corriente. Superar el valor máximo
de la potencia que puede aguantar un equipo o dispositivo es condenarlo a su des-
trucción.
Un calefactor de 230 Vy 2.500 W de potencia máxima se conecta por equivocación a una tensión de 380 V. Calcula la potencia
disipada en esta nueva situación.
Solución:
La corriente eléctrica que circula por el calefactor cuando funciona en condiciones normales a 230 V la obtenemos despeján-
dola de la expresión (1 .7):
1= i. = 2.500 - 109 A
U 230 '
A continuación deducimos la resistencia eléctrica del calefactor despejándola de la expresión (1.6):
La nueva corriente que circula por el calefactor cuando se conecta a 380 V viene dada por la expresión (1.2):
U
1=-=
R
380 - 181A
21 '
Finalmente, la potencia eléctrica que debe aguantar el calefactor al conectarlo a 380 V la podemos obtener aplicando la ex-
presión (1.6) en esta nueva situación:
P = R. l' = 21 • 18,l ' ~ 6.880 W
Con toda probabilidad, el calefactor no aguantaría esta nueva situación de trabajo al superar ampliamente sus 2.500 W de
potencia máxima.
Unidad d,daWc," Automatización básica
Ejemplo 1.5
Por un hilo de cobre de resistencia igual a 0,5 Q circula una intensidad constante de 8 A. ¿Qué potencia aguanta el hilo yqué
energía eléctrica se consume en un minuto?
Solución:
La potencia eléctrica que disipa el conductor la obtenemos al aplicar directamente la expresión (1.6):
P =R• l' =0,5 • 8' =32 W
Para obtener la energía eléctrica consumida en un minuto debemos pasar el tiempo a segundos yaplicar la expresión (1 .4):
Ejemplo 1.6
T = R• l' • t = P • t =32 • 60 = 1.920 J
l.:" ~~ Densidad de (orriente
La densidad de corriente es la relación existente entre la cantidad de corriente eléc-
trica que atraviesa un cuerpo y su sección geométrica. Se mide en amperios/ mm'
(Almm' ).
Empleando un símil hidráulico, este concepto es comparable al efecto que produce
el aumento o la disminución de la sección de paso o interior de una cañería cuando
queremos hacer pasar una misma cantidad de agua por segundo.
La densidad de corriente viene dada por la expresión siguiente:
J = ~ (1.8)
S
Donde: J es la densidad de corriente eléctrica expresada en amperios/mm' (Almm'),
I es la intensidad eléctrica en amperios (A) y S es la sección del cuerpo en mm' .
Un conductor de 2,5 mm' de sección ha sido fabricado para aguantar una densidad de corriente máxima de 4 Nmm' . ¿Qué
intensidad máxima puede circular por el conductor?
Solución:
Despejando la intensidad de la expresión (1.8). obtenemos:
1=J • S=4 • 2,5 = 10 A
A(tividades
5. Calcula la intensidad que circula por una estufa eléctrica conectada a 230 V, sabiendo que su resistencia es de
23 ohmios.
6. Calcula la potencia que consume la estufa anterior y qué energía ha gastado después de 10 horas de funciona-
miento.
7. Consultando las placas de características que llevan adosadas, confecciona una lista con las tensiones de fun-
cionamiento y las potencias eléctricas que consumen los principales electrodomésticos de tu vivienda. Calcula
la potencia total consumida y la energía gastada en 10 horas si todos se conectaran simultáneamente a la red.
a. Busca información sobre las secciones mínimas que deben poseer los conductores eléctricos capaces de
aguantar intensidades de 0,1 A, 1 A, 3 A, 5 A Y 10 A.
UnIdad didácttca 1 Automatizacion básica
J ~.L El lenguaje de los automatismos
u(mv) o
c
400 40
lOO la
200 20
100 10
O O
a) Señal analógica
Estado
'"
,..----, r--
, , ,
,
,
b) Señal digital
fig. 1.5.
Tipos de señales.
1 ~'4 .. Las señales
El concepto de señal
Con frecuencia aparece la palabra señal para describir la información que se inter-
cambia entre dispositivos eléctricos. Conviene precisar este término para diferen-
ciarlo de otras magnitudes eléctricas que manejamos al trabajar con automatismos
y cuadros eléctricos.
Por señal se entiende cualquier evento que nos proporcione información útil. Ge-
neralmente, en el área de la Electrotecnia el evento se manifiesta en la forma de
alguna variable eléctrica (tensión, intensidad, resistencia, etc.) y la información po-
demos obtenerla al evaluar alguna de las características de esa variable (magnitud,
frecuencia, fase, etc.).
Así pues, debemos asociar la idea de señal a la de un evento eléctrico de poca po-
tencia y magnitud reducida que, generalmente, es empleado para 'infonmar' del
estado o nivel de una cierta variable física o eléctrica.
No hay que confundir la función y la naturaleza de una señal con la de otras mag-
nitudes eléctricas de mayor potencia utilizadas para mover máquinas o alimentar
equipos y dispositivos. Por ejemplo, si disponemos de una sonda de temperatura
que proporciona 10 mV por cada grado centígrado, diremos que la señal es una
variable en tensión, cuya magnitud es utilizada para determinar el nivel de la tempe-
ratura que deseamos conocer.
Señales analógicas yseñales digitales
Podríamos clasificar las señales en dos grupos bien diferenciados: las señales analó-
gicas y las señales digitales.
Una señal analógica es aquélla cuya magnitud evoluciona de forma
continua en el tiempo, es decir, que su valor varía de forma gradual.
Este tipo de señal es el que presenta la figura 1.Sa.
La señal digital, en cambio, es aquella que puede adquirir únicamente
dos estados; el estado alto 0'1' Yel bajo o 'O' (figura 1.Sb). General-
mente, el estado alto sirve para indicar la presencia de cualquier
evento, es decir, la existencia de una tensión o corriente (con inde-
pendencia de su magnitud), la aparición de una señal de alarma, la
activación de una determinada maniobra, etc. Recíprocamente, el
estado bajo suele ser utilizado para indicar la ausencia de tal evento.
En su entorno, el ser humano se encuentra rodeado de un gran número
de señales de naturaleza analógica (temperatura, luz, humedad, presión,
velocidad, etc.) que debe poder medir y procesar en el desarrollo de
su actividad diaria. Sin embargo, frecuentemente se utilizan equipos y
dispositivos que tratan únicamente señales digitales debido, fundamen-
talmente, a la versatilidad, flexibilidad y potencia de cálculo que éstos
presentan. Consecuentemente, las magnitudes analógicas deben ser
convertidas en valores digitales capaces de ser procesados por estos
equIpos.
Trabajar en el área digital significa, entre otras cosas, disponer de unos sistemas de
conversión y representación numéricos válidos para trabajar con magnitudes bina-
rias, es decir, con valores representados por conjuntos de unos y ceros.
UOIdad d,daCllc 1 Automatización biisica
Ejemplo 1.7
.;)2~ Códigos de representación numéricos
En general, un número N cualquiera podemos representarlo mediante un polinomio
de potencias de la base, es decir:
N (bl ~ an · bn
+ an_, · bn
-' + ... + a, · b' + ao· bO
+ a_, . b-' + ... + a_m· b-m (1.9)
Donde: b es la base del sistema de numeración.
a,es un coeficiente perteneciente al conjunto de números del sistema
Por ejemplo, si queremos representar el número decimal 132 en forma de polino-
mio utilizando la notación (1.9), obtenemos lo siguiente:
132"01 ~ 1 • 102
+ 3 • 10' + 2 • 10°
El sistema de numeración decimal (base ~ 10) es el más popular entre humanos,
mientras que el sistema binario (base = 2) es el más empleado en los sistemas auto-
máticos. Con n cifras se pueden representar 10n
números distintos en decimal y has-
ta 2n
combinaciones de ceros y unos diferentes en binario. El 10 Yel 2 son las bases
del sistema decimal ybinario respectivamente. Por ejemplo, el número de combina-
ciones distintas que podemos realizar con 3 cifras en uno y otro sistema son:
Sistema numérico Combinaciones numéricas diferentes Rango
Decimal lO' • 1000 Desde 0,,,, hasta 999,,,,
Binario 2' " 8 Desde 000,,) hasta 111"1
Si deseamos representar en su forma binaria cualquier número entero decimal, divi-
diremos el número entre 2 y, sucesivamente, volveremos a dividir por 2 los cocien-
tes resultantes. El último cociente y los restos obtenidos forman el número binario
equivalente.
¿Cuál es el número binario correspondiente al número decimal 241?
Solución:
Dividiendo el número y los sucesivos cocien-
tes entre 2 obtenemos su correspondiente
valor binario.
Quizás podríamos necesitar obtener el valor
decimal de un número binario. Para ello, sólo
debe aplicarse el método de representación
explicado al comienzo.
Ejemplo 1.8
241 : 2 ~
120: 2 ~
60: 2 ~
30: 2 ~
15: 2 ~
7 : 2 ~
3: 2 ~
¿Cuál es el valor decimal del número binario 10011100?
Solución:
Utilizando la notación (1.9) para base 2 obtenemos lo siguiente:
1 • 2' + O• 2' + O· 2' + 1 • 2' + 1 • 2' + 1 • 2' + O• 2' + O· 2° ~ 156
o O O
Unidad didáctica 1 Automatización básica
En este ejemplo hemos obtenido un número binario aplicando un criterio de forma-
ción de números derivado de la notación (1.9). El conjunto de números binarios que
obtenemos de esta forma recibe el nombre de código binario natural. Sin embargo,
éste no es el único código binario de representación.
Empleando otras reglas de construcción podemos obtener códigos binarios útiles
para representar, por ejemplo, números enteros negativos (código binario de com-
plemento a dos), números binarios codificados en decimal (código BCD), números
de transición única (código reflejado de Gray), etc. En la tabla 1.1 se muestran los
códigos citados.
Tabla 1.1. Códigos binarios de representación numérica
Decimal Binario natural Complemento ados BCD Reflejado de Gray
-8 10000
-) 10001
-6 10010
-5 10011
-4 10100
-3 10101
-2 10110
-1 10111
O 0000 00000 0000 0000 0000
0001 00001 0000 0001 0001
2 0010 00010 00000010 0011
3 0011 00011 0000 0011 0010
4 0100 00100 00000100 0110
5 0101 00101 0000 0101 0111
6 0110 00110 00000110 0101
7 01 11 00111 00000111 0100
8 1000 01000 0000 1000 1100
9 1001 01001 0000 1001 1101
10 1010 01010 0001 0000 111 1
11 1011 01011 0001 0001 1110
12 1100 01100 0001 0010 1010
13 1101 01101 0001 0011 101 1
14 1110 01110 0001 0100 1001
15 11 11 01111 0001 0101 1000
I
Álgebra de Boole
:J...:!)..
La mayor parte de las señales que se intercambian los dispositivos que constituyen
un automatismo son de naturaleza digital y, consecuentemente, debemos utilizar
métodos para describir y operar de forma sistemática la información que ellos utili-
zan. Ya en 1938 se empezó a trabajar con una herramienta matemática, propuesta
84 años antes por George Boole y denominada álgebra de Boole.
El álgebra de Boole nos proporciona una metodología de cálculo especialmente
concebida para el tratamiento de variables binarias. En este contexto las variables
reciben el nombre de variables booleanas o variables lógicas y los estados binarios
(' l ' Y'O') el de estados lógicos.
En el álgebra de Boole existen únicamente tres tipos de operaciones lógicas: la ne-
gación, la suma y el producto.
La combinación de variables booleanas mediante una o varias de estas operaciones
da lugar a expresiones conocidas con el nombre de funciones lógicas.
Unidad didáctica t Automatización básica
Tabta 1.2. Negación
A A
O
O
p ..,
¡
Tensión B
(ircuilo a)
P B
O O
F
ig. 1.6.
Circuitos eléctricos y tablas de
estado de sus elementos.
Tabla 1.3. Suma
A B
O O
O
O
Fig.1.7.
Operación suma.
S=A+B
O
La negación
Es una operación que provoca el cambio de estado de una variable lógica. Se re-
presenta mediante una barra situada encima de la variable. Por ejemplo, si tenemos
una variable lógica A, su negación la expresamos como A. La operación de nega-
ción, también llamada NO o NOT, la podemos aplicar a una expresión o, como se
muestra en la tabla 1.2, a una única variable.
Tratando de darle un sentido físico a las operaciones que se realizan en álgebra de
Boole, resulta muy útil compararlas con las que podemos realizar con un par de dis-
positivos muy conocidos: el pulsador y la bombilla. El pulsador es un dispositivo que
provoca la conexión, o desconexión, de sus bomes al ser accionado de forma manual,
y la bombilla es un elemento que se ilumina al aplicar una tensión entre sus extremos.
Para explicar la operación de negación presentamos los dos circuitos de la figura 1.6:
En el circuito a) utilizamos un pulsador que al ser accionado establece el contac-
to entre sus bomes.
En el circuito b), en cambio, usamos otro que desconecta sus bornes al pulsarlo.
Q..,
TenSión
(irlUilo b)
Q B
O
O
B
Consecuentemente, en el circuito de la
izquierda la bombilla B estará apagada
(estado 'O') cuando el pulsador Pestá en
reposo (estado 'O') y, en el de la derecha,
la bombilla se ilumina (estado '1 ') con el
pulsador en reposo (estado 'O').
Los estados correspondientes a las ma-
niobras que realizan ambos circuitos se
muestran en las tablas correspondientes.
Recordamos que en el pulsador el esta-
do lógico'l' se produce cuando se "pul-
sa" y el 'O' cuando se "suelta" y, en la
bombilla, el estado '1' se obtiene cuando
ésta se ilumina y el 'O' cuando se apaga.
Si observamos lastablas de estado de ambos accionamientos podemos afirmar que el
estado del pulsadorQ se corresponde con el estado negado del pulsador, P, es decir:
Q = Po, lo que es lo mismo: P = a. Este razonamiento nos conduce a presentar la
igualdad P = P que, en un contexto más general, se corresponde con la regla que
afinma que si una variable se somete a negación un número par de veces el estado
de la variable no cambia.
La suma
Es la operación lógica de adición que puede relacionar dos o más variables boolea-
nas. Aplicada a dos variables se representa como A + B Y adquiere el sentido que
recoge la tabla 1.3. El resultado de la suma es '1' siempre que cualquiera de las varia-
bles tome el estado '1 '. Habitualmente, la operación suma recibe el nombre de OR.
Un circuito eléctrico que puede ayudar a entender el sentido físico de la opera-
ción suma es el que mostramos en la figura 1.7. La bombilla 5 tomará el estado
'1' siempre que el pulsador A o B se accionen (estado '1').
Observando la tabla 1.3 podemos extraer varias conclusiones muy interesan-
tes. La primera es que cuando el estado del pulsador B es 'O', el estado de la
suma coincide con el del pulsador A. En cambio, si el estado del pulsador B es
'1', el estado de la suma es siempre'l' e independiente del estado de A. Por lo
tanto, podemos afirmar que A + O= A y, también, que A + 1 = 1.
F
ig.l.8.
Operación producto.
Regtas
Derivada de la negación
Derivadas de la suma
Derivadas del producto
ley conmutativa
ley asoCIativa
ley distributiva
ley de absorción
Teorema de Morgan
Unidad drdaClrc,l 1 Automatización básica
El producto
Es la operación lógica de multiplicación que puede relacionar dos o más variables
booleanas. Aplicada a dos variables se representa como A . B Y adquiere el signi-
ficado que se muestra en tabla 1.4. El resultado del producto es 'O' siempre que
cualquiera de las variables tome el estado 'O'. Habitualmente, la operación producto
recibe el nombre de ANO.
El circuito eléctrico de la figura 1.8 representa la operación producto. La bombilla P
tomará el estado '1' siempre que los pulsadores A y B estén en estado '1' simultá-
neamente.
De la tabla 1.4 también extraemos dos conclusiones importantes. La primera es que
cuando el estado del pulsador B es '1', el estado del producto coincide con el del
pulsador A. En cambio, si el estado del pulsador B es 'O', el estado del producto es
siempre 'O' e independiente del estado de A. Consecuentemente, podemos afirmar
que A . 1 =A Yque A . O= O.
Tabla 1.4. Producto
A B P=A . B
O O O
A ~ B ~
,-----------
¿
D O Tensión
O O
El trabajo con funciones lógicas en las que intervienen las tres operaciones del álge-
bra de Boole requiere del conocimiento de una serie de leyes y teoremas básicos.
Además de las reglas que indicábamos al explicar estas operaciones, en la tabla 1.5
proporcionamos algunas otras de significativas.
Tabla 1.5. Reglas básicas det álgebra de Boote
Equivalencias
A'O=A
A'¡ =1
A'A=A
A·A= 1
A· O= O
A· 1• A
A· A=A
A· A= O
A• (8 • C) =(A +8) +C• A• 8 • C
A. (8 . C
) =(A B
) C=A. B. C
A·(B.C)=A·B'A·C
A·A·B=A
H=A+B
W=AB
(omentario
El 'O' es el elementoneutro en la suma.
El '1' es el elemento neutro en el producto.
Respecto alasuma
Respecto al producto
Respecto ala suma
Respecto al producto
Ya que, A' A. 8 =A. (1 • B) =A. t =A
Ya que, A· (A +B) =A. A• A· B=A• A. B=A
ConverSión de productoen suma
ConverSión de suma en producto
Unilat didáWc· 1 Automatització basica
Ejemplo 1.9
Demuestra que es cierta la igualdad: A • (A + B) ~ A
Solución:
Haciendo uso de la ley distributiva se tiene que: A • (A + B) ~ A • A + A • B
Como A • A ~ A, la expresión anterior la podemos escribir como: A + A • B
Si sacamos factor común a la última expresión, tenemos: A • (1 + B)
Como una de las reglas de la suma indica que 1 + B ~ 1, tenemos: A • (1 + B) ~ A • 1
Finalmente, una de las reglas derivadas del producto afirma que A • 1 ~ A
Ejemplo 1.1 0
Demuestra que es correcto escribir: A + B • C ~ ;ti. • B• C
Solución:
Si aplicamos el teorema de Morgan al factor negado del primer miembro de la igualdad se tiene: A + B ~;ti. • B
Consecuentemente. completando la expresión queda finalmente: ;ti. • B• C
F
ig. 1.9.
Sistema combinacional.
o
í] j _• Sistemas combinacionales
Cuando la respuesta del sistema (salidas) depende exclusivamente de las distintas
combinaciones que se pueden formar con sus variables de entrada, estos sistemas
reciben el nombre de sistemas combinacionales (figura. 1.9).
1
a X
}
b-
SISTE MA - y SAL IDAS
ENfRADAS
COMB I NAC IONA L
( - - z
La funcionalidad de un sistema combinacional puede ser descrita mediante un
conjunto de funciones lógicas, a partir de las cuales podemos realizar el esquema
eléctrico utilizando la tecnología eléctrica o electrónica más apropiada.
Para comprender todos los aspectos que intervienen en el análisis de un sistema
combinacional obtendremos a continuación las funciones lógicas que rigen la con-
ducta de un automatismo simple, elegido a modo de ejemplo.
La forma canónica de una función
Se dice que una función está en su forma canónica cuando todos los términos de que
consta son términos canónicos, es decir, términos en los que aparecen todas las varia-
bles de entrada, estén negadas o no.
Como hemos constatado, las funciones canónicas las obtenemos directamente al
interpretar estrictamente la notación de la tabla de la verdad.
Un término canónico en el que todas sus variables están relacionadas por la opera-
ción producto recibe el nombre de minterm y, si la operación que las relaciona es la
suma, el término es denominado maxterm.
Unidad didáctica 1 Automatización básica
Ejemplo 1.11
Deseamos obtener las fu nciones lógicas que permiten
controlar el llenado del depósito que muestra la figura
1.10. Para ello, disponemos de las bombas 81 y 82, de los
detectores de nivel A, 8 Ye, yde los indicadores luminosos
de Alarma, Lleno, Medio y Vacío. El funcionamiento del
automatismo debe ser el siguiente:
Cuando se llena el depósito, las bombas 81 Y82 de-
ben funcionar hasta que el agua cubra los detectores A
y 8. Desde este punto, y hasta que el agua cubra el
detector e, sólo debe funcionar la bomba 81.
Para poner en marcha las bombas 81 o 82 tenemos
que proporcionarles una señal en estado '1' y, para
pararlas, el estado de la señal debe ser 'O
'.
( B A
Fig. 1.10.
Automatismo para el llenado de un depósito.
Los detectores A, 8 o eadquieren el estado '1' cuando el agua les cubre y'O' en caso contrario.
® Alarma
® lleno
® Medio
® Vacio
Los indicadores luminosos Va (vacío), Me (medio) y LI (lleno) los utilizamos para señalizar los distintos niveles de agua del
depósito, yAl (alanma) para indicar cualquier situación anómala.
Solución:
En primer lugar, confeccionamos la denominada tabla de la verdad que rige el automatismo (tabla 1.6). La tabla de la
verdad es un modo de representación gráfico en el que, formando columnas, se anotan en orden creciente las 2' combinacio-
nes posibles que se pueden formar con las n variables de entrada (en este caso: 23
~ 8) y, también, los estados que adquiere
cada una de las salidas ante cada una de las combinaciones de entrada.
Tabla 1.6.Tabla de la verdad del automatismo propuesto
Situación del depósito
E"lIadas detectores Salidas para los indicadores y las bombas
( B A At LI M. V. Bl B
l
Depósito totalmente vacío O O O O O O 1 1
Depósito vacío (sólo cubre el sensor A) O O 1 O O O 1 1
Anomalía de funcionamiento O O O O O O
Depósito medio (cubre sensores Ay B) O 1 1 O O 1 O O
Anomalía de funcionamiento O O O O O O
Anomatía de funcionamiento O O O O O
Anomalíade funcionamiento O 1 O O O O O
D
epósito lleno (cubre sensores A
, BYC) O O O O O
Después de rellenar la parte izquierda de la tabla con las ocho posibles combinaciones de entrada (desde el número
binario 000 all 11). completamos la parte derecha con los estados que deben adquirir las salidas en interpretación de las
directrices del enunciado. Por ejemplo, fijándonos en la primera fila, escribiremos un '1' en las casillas 81, 82 y Va para
indicar que si el agua no cubre ningún detector (A ~ 'O', B ~ 'O
' y C ~ 'O') las dos bombas deben ponerse en marcha y el
indicador de depósito vacío debe activarse.
Una peculiaridad al rellenar la tabla se da en los estados que consideraremos como una situación de alarma. Fijémonos,
por ejemplo, en la fila tercera de la tabla; la salida de alarma decidimos activarla si el detector 8 está cubierto por el agua
y el A no. Sin duda, nos encontramos ante una situación ilógica que sólo tiene sentido si el detector A está averiado o
alguno de sus cables de conexión está roto o cruzado.
Completada la tabla, centremos nuestra atención, por ejemplo, en la columna correspondiente a la bomba 81. Obser-
vamos que esta salida toma el estado '1' en tres ocasiones distintas: la primera es cuando A, 8 yeson 'O', la segunda
cuando e y 8 es 'O' y A es '1' y, finalmente, cuando e es 'O' y A y 8 son '1'. Esto lo podemos representar mediante la
función siguiente:
- - -
Bl~C ' B ' A+C ' B ' A+C ' B ' A (1.10)
La expresión lógica anterior se lee de la siguiente manera: 81 se activa cuando no e y no 8 y no A, o cuando no e y no 8
y A, o cuando no e y 8 y A. Es por ello que la operación de negación también se denomina NO (NOT en inglés). el pro-
docto recibe el nombre de operación Y (ANO en inglés) y la suma se llama operación O (OR en inglés).
Unidad did.jclic,' 1 Automatización basica
Fíjate en que en la función canónica (1.1 0) todos sus términos canónicos son minterm y, por ello, la función se dice que
está representada en forma de suma de productos.
La función (1.10) se puede simplificar aplicando las reglas de la tabla 1.5 junto con las del álgebra convencional. Así, a
partir de la ley distributiva obtenemos lo siguiente:
Como A . (B + B) = A . 1 = A, podemos escribir la expresión anterior de esta forma:
Bl = C o ( S oA+A) (1.11)
Aunque no resulte tan evidente, podríamos simplificar todavía más la función (1. 11). Más adelante emplearemos un mé-
todo de simplificación, como el de Karnaugh, que permitirá minimizar fácilmente las funciones lógicas representadas en
su forma canónica. No obstante, ahora, para continuar con la simplificación de la función, seguiremos empleando algunas
variantes de las reglas del álgebra de Boole expuestas anteriormente.
Sabemos que una_de las reglas derivadas de la suma lógica indica que B+ 1 = 1, consecuentemente, también es cierta la
igualdad A = A . (B + 1) porque A = A . 1. Por lo tanto, la función (1.11) la podemos escribir ahora de la forma siguiente:
Aplicando la ley distributiva, obtenemos:
Dado que B.A+ A . B= B.(A + Al = By que A . 1 = A, finalmente, podemos escribir lo siguiente:
Bl = eo (S + A) (1.12)
En la tabla 1.7 mostramos todas las fu nciones lógicas correspondientes a las salidas del automatismo propuesto. Presen-
tamos las funciones originales en su forma canónica y, también, las funciones finales simplificadas. Para obtenerlas hemos
operado de la misma manera que para la salida 81.
Es interesante que el lector trate de ejercitarse en la simplificación de las funciones originales, sobre todo, porque puede
obtener un resultado final de aspecto distinto, aunque su efecto sea equivalente al de la función simplificada que figura
en la tabla.
N
'
2
J
4
5
6
Tabla 1.7. Funcione, lógíca, de la, ,alida, delautomati,mo
Fundón original
- -- -- -
B1 =( . B. A' (. B. A • ( . B. A
- - - - -
B2 =(-B·A·(-B· A
- - - --
Va = ( . B. A+ ( . B. A
Al ::: (". B. A.. C- B· A+ ( . ir·A+ ( . B. A
Función simplificada
Regla, utilizada,
en la simplificación
ley distributiva y reglas deriva·
das de la suma
B2 =( .B ley distributiva
Va =( . B ley distributiva
Me =( . B. A Ninguna
LI • ( . B. A Ninguna
Al • ( . B+ B. A ley distributiva
Debemos remarcar que el estado de cada una de las funciones obtenidas depende, exclusivamente, de la combinación
de las variables de entrada involucradas y de los respectivos estados que éstas adquieren. Por esta razón, 105 circuitos
eléctricos o electrónicos que más tarde utilizamos para implementar estas funciones reciben el nombre de circuitos de
lógica combinacional.
fig. l.l1.
T
abladel mapa de Karnaugh.
BA
C
código reflejado de Gray
00 01 11
O
1
Tabla de la verdad Bl
Entradas Salida
e B A Bl
O
. O O
O O 1
O O O
O 1 1 1
O O o
O 1 O
O O
O
B
l BA
c 00 01 11
O ( 1 11 1 )
1 o o o
fig. 1.12.
Mapa deKarnaugh.
Unodad didactica 1 Aulomalizatión básica
Método de Karnaugh para la
simplificación de funciones lógicas
Simplificar O minimizar una función lógica descrita en su forma canónica es obtener
una función equivalente que involucre la minima cantidad de operaciones y varia-
bles, es decir, conseguir la mínima expresión de la función.
En 1953, el ingeniero en telecomunicaciones Maurice Karnaugh ideó un método
que permitía minimizar funciones lógicas mediante la confección de tablas o mapas
de estados de sus variables.
El método de simplificación de Karnaugh que explicaremos resulta cómodo utilizar-
lo para sistemas con un número de variables comprendido entre 2 y 5. Se aplica una
vez construida la tabla de la verdad del automatismo o una vez obtenida la función
canónica equivalente escrita en forma de suma de productos (suma de minterm).
Para explicar en qué consiste un mapa de Karnaugh y el procedimiento que hay
que seguir para minimizar una función, trabajaremos a partir de la función canónica
siguiente:
,
10
Para ello, dibujaremos una tabla (figura 1.11) que contenga tantas ca-
sillas como 2", donde n es el número de variables de la función (en el
caso que nos ocupa: 23
= 8). El número de casillas de cada lado de la
tabla debe ser un múltiplo de 2 y debemos procurar que la tabla sea lo
más cuadrada posible.
A continuación colocamos, por ejemplo, las variables B y A encima de
la línea del vértice superior izquierdo de la tabla y la variable edebajo
de la línea. También, identificamos cada una de las filas y columnas
de la tabla colocando un número binario en código reflejado de Gray
(puede observarse la columna de la derecha de la tabla 1.1).
En la parte superior de la tabla, el número se corresponde con cada una de las com-
binaciones que pueden formarse con los estados de las variables A y B, y en el late-
ral izquierdo las filas se identifican mediante los dos estados que la variable epuede
adquirir. De este modo, cualquiera de las casillas de la tabla queda perfectamente
definida por una única combinación de estados de las variables A, By C.
A continuación rellenaremos el mapa de Karnaugh. Para hacerlo podemos utilizar
indistintamente la tabla de la verdad de la salida B1o la función canónica de B1. Si
partimos de la tabla de la verdad colocaremos un '1' en la casilla del mapa de Karn-
augh dada por las combinaciones de la tabla de la verdad que hacen '1' la salida B1.
10
o
o
Si partimos de la función canónica anotaremos un '1' en la casilla que
se corresponde con cada término canónico de la función. En el resto de
las casillas del mapa anotamos un 'O'.
El paso siguiente consiste en agrupar el mayor número de "unos" con-
tiguos posibles, teniendo en cuenta que en cada agrupación haya 2"
"unos", es decir, con n que valga 0, 1,2,3,4... se tendría un número de
"unos" igual a l , 2, 4, 8,16..., etc.
Como mostramos en la figura 1.12, no importa que uno o varios "unos"
pertenezcan a varias agrupaciones, siempre y cuando las agrupaciones
se realicen en vertical o en horizontal y nunca en oblicuo. La función
simplificada tendrá, finalmente, tantos términos como agrupaciones
hayamos sido capaces de realizar:
Bl = C oS+C o A
Bl = C o (8+A)
Unidad dida<llca 1 Automatización básica
Fig. l .13.
Agrupación de términos.
xv
vz 00 01 11
,---,
00 1 O 1
01 O O 1
11 O O 1
10 ( 1 1 1
En el mapa de Karnaugh de la figura 1.12 hemos realizado dos agrupaciones y,
consecuentemente, la función final simplificada tendrá dos términos. Además, po-
demos observar que, en la agrupación de la derecha, la variable esiempre es 'O', la
variable A siempre es '1' y la variable B adquiere el estado 'O' y '1'. Esto último sig-
nifica que el estado de la variable Bno influye y, por lo tanto, puede ser descartado
de este primer término. Así pues, tenemos:
Bl (lI =C o A
En la agrupación de la izquierda, la variable esiempre es 'O', la variable Bsiempre es
'O' y la variable A adquiere el estado 'O' y '1'. Ahora es la variable A la que descarta-
mos de este segundo término. Así, nos queda:
Bl ~) =C . S
Finalmente, la función simplificada es: Bl = Bl (2) + Bl (1) = C· B+ e.A que, de
acuerdo con la ley distributiva, podemos escribirla de la forma siguiente:
B1 = eo (B + A) (11 3)
Se corresponde exactamente con la función (1.12) que obteníamos aplicando las
reglas del álgebra de Boole.
Profundizaremos algo más en las agrupaciones de "unos" que se permiten hacer
sobre el mapa de Karnaugh. Debemos hacer notar que cuantas menos agrupacio-
nes incluyan la totalidad de los "unos" del mapa, menos términos tendrá la función
simplificada. Esto significa que cada agrupación debe incorporar el mayor número
posible de "unos", respetando siempre que tal número sea una potencia de dos (2°,
2',2',23
,2',..,2").
10
1
O
O
1
El mapa de Karnaugh es contiguo por sus costados, es decir,
debemos considerar que su lado superior está literalmente unido
a su lado inferior y que su lado izquierdo está unido a su lado
derecho. En consecuencia, podemos realizar agrupaciones de
"unos" que estén en un lado del mapa con "unos" situados en el
lado opuesto.
Un ejemplo de posibles agrupaciones lo observamos en la figura
1.13. La función de simplificada poseerá tres términos, dado que la
totalidad de "unos" del mapa son recogidos en tres agrupaciones.
El primer término es consecuencia de la agrupación de los cuatro
"unos" verticales, el segundo término surge de la agrupación de
los cuatro "unos" horizontales y, finalmente, el tercer término es
consecuencia de la agrupación que se hace con los cuatro "unos"
de las esquinas (contiguos por los lados). La función simplificada
será la siguiente:
Ejemplo 1.12
Simplificar la función canónica B2 =e.B.A+(. B . A, aplicando el método de Kamaugh.
Solución:
Situamos un '1' en la casilla correspondiente a e = 0, B = °yA = 0, otro '1' en la casilla
identificada con e= 0, B = °yA = 1, Yrealizamos una agrupación con los dos "unos" . La
función simplificada resulta:
Bl BA
(
O
1
00
II
O
01 1) )0
1
) O O
B2 = e o B
O O O
Unidad dldaCllca 1 Automatización basica
Ejemplo 1.13
)eseamos simplificar, por el método de Kamaugh, la función lógica de la salida Al,
1ue se muestra en la tabla de la verdad adjunta.
Solución:
Interpretando exactamente la información de la tabla de la verdad, colocamos los
'1 ' Y'O' de la salida A1 en las casillas identikadas por las correspondientes combi-
naciones binarias de entrada.
A continuación realizamos las dos agrupaciones posibles:
La de la izquierda con C = 1, B = OYeliminando la variable A que cambia de
estado.
La de la derecha con B= 1, A = OYeliminando C que toma los estados 1 yO(fi-
gura adjunta). La función simplificada resulta:
A
l BA
e
O
00
o
01
o
11 10
r--
o 1
e
O
O
O
O
- -
Al =C . B+ B . A
1 (1 1) o -2..
Ejemplo 1.14
Encontrar la función simplificada de la salida Fque muestra la tabla adjunta.
Solución:
Observando la tabla notamos que existen dos estados de F que, marcados con x,
pretenden indicar que es indiferente el estado '1' o 'O' que tome la salida frente a
una combinación de entrada en particular.
Representando los estados en el mapa de Kamaugh podemos actuar de dos for-
mas distintas.
La primera considera las x como 'O' y, dada la imposibilidad de agrupar
"unos" en diagonal, la función presentará los dos términos correspondientes
a los '1' aislados del mapa. Así, la función que obtenemos es la siguiente:
Z
O
O
O
O
T
abla de la verdad A
l
Entladas Salida
B A Al
O O O
O O
O
1 O
O O
O 1
O
O
T
abla de la verdad de F
Entradas Salida
X y F
O O O
O 1 1
O O
1 X
O O O
O 1 X
O O
La segunda forma considera las x como '1' y posibilita una única agrupación de los cuatro "unos" del mapa. La función
así obtenida presenta un único término que, en este caso, es el siguiente:
F XV
Z 00 01 11 10
O O CD X O
F=Y
1 O X CD O
Unidad didac!ica 1 Automatización básica
x,
ENTRADAS
Fig. 1.14.
Sistema secuencial
J.~~ t ") Sistemas secuenciales
Los sistemas secuenciales son aquéllos en los que, a diferencia de los combinacionales,
sus salidas no sólo dependen del estado de las variables de entrada en un determi-
nado instante, sino que, además, dependen de los estados anteriores que haya ad-
quirido el sistema. Por lo tanto, un sistema secuencial se dice que tiene memoria.
Un sistema combinacional no tiene en cuenta la variable tiempo, ya que en todo
momento las salidas sólo dependen del estado de las variables de entrada. En un
sistema secuencial como el que mostramos en la figura 1.14, en cambio, sus salidas
en un instante (Z¡, Z2,..,ZJ dependen del estado de las variables de entrada en ese
momento (x¡,...,x") y de los estados internos (Y¡I,-1),...,Yml'- ¡~ que, a su vez, son conse-
cuencia de secuencias de entradas anteriores.
Para funcionar de esta manera, el sistema secuencial debe ser capaz de memorizar
el estado de las entradas y convertirlo en un estado interno del mismo sistema.
SISTEMA SECUENCIAL
Z
o
BLOQUE
COMBINACIONAL SAL I DAS
,.. Z
,
Estados internos
~ MEMORIA l~
Ym(H) Ymit)
Un sistema secuencial reacciona ante secuencias de estados de entrada de una
forma automática concreta que depende de su arquitectura. Recibe el nombre de
autómata finito porque tiene un número limitado de estados internos.
Todo sistema secuencial posee:
Un conjunto de 2" estados de entrada, donde n es el número de variables de
entrada: X II x2, o •• Xn.
Un conjunto de 2m
estados internos, donde m es el número de variables internas
de estado: y¡, Y2' ... Ym
'
O Un conjunto de 2P estados posibles de salida, donde p =m +n es el número de
variables de salida: Z¡, Z2' .. . zp'
Una particularidad que identifica los sistemas secuenciales es la distinta reacción
que pueden presentar a su salida, frente a combinaciones idénticas aplicadas a su
entrada.
Las potentes herramientas utilizadas actualmente por los técnicos en el desarrollo
de sistemas secuenciales son especificas de la tecnología (eléctrica o electrónica)
con la que, finalmente, se construye el automatismo. Así, una implementación con
tecnología eléctrica requerirá el conocimiento de algún método de descripción
funcional de automatismos, como por ejemplo el GRAFCET, y de algún lenguaje de
programación de autómatas.
Unidad didáctic.< 1 Automatización básica
A(tividades
9. Monta en el laboratorio el circuito eléctrico de la figura 1.15, com-
prueba su funcionamiento y determina la función lógica por la que
se rige el encendido de la bombilla B.
La tensión U puede ser de naturaleza alterna o continua y la tensión
nominal de la bombilla debe ser de 12 V. Observa que la denomi-
nación de circuito combinacional adquiere sentido, ya que, el esta-
do de la bombilla, depende exclusivamente de la combinación de
estados que adquieren los interruptores X, YYZ.
10. Monta en el laboratorio el circuito eléctrico de tipo secuencial de la
figura 1.16. Utiliza una fuente de alimentación que proporcione una
tensión continua de 12 V, una bombilla B de 12 V, un pulsador x con
un contacto normalmente abierto, un pulsador zcon un contacto
normalmente cerrado y, finalmente, un relé de tensión continua de
12 V (P) con un contacto normalmente abierto (p).
u· 12 V
Fig.1.16.
x
u~ 12 V
z
B
Fig.1 .15.
Circuito eléctrico de tipo combinacional.
Circuito eléctrico de tipo secuencial.
A continuación verifica el diagrama secuencia-tiempo del automatismo que se muestra en la figura 1.17, com-
probando el estado que adquiere la bombilla al abrir y cerrar los contactos 'x y 'z' en la forma que describimos
seguidamente:
a) Al aplicar por primera vez tensión al circuito, con 'x' abierto 'O' y 'Z' cerrado '1', observarás que la bombilla
está apagada y el relé desactivado. tste es el estado inicial de reposo
b) Pulsa y mantén oprimido el pulsador 'x. Observarás que la bombilla B se ilumina y el relé P se activa.
c) Suelta el pulsador 'x. Podrás ver que la bombilla B continua encendida y el relé activado.
d) Pulsa y mantén oprimido el pulsador 'z'. Observarás que la bombilla B se apaga y el relé Pse desactiva.
e) Suelta el pulsador 'z'. Verás que la bombilla B continua apagada y el relé desactivado.
Si has actuado de manera correcta, el comporta-
miento del automatismo debe ser el descrito en ',.
el diagrama de secuencia adjunto. , 'O' 'o' 'o' 'o'
Observa que en las fases 2 y 4 de este diagrama
',. ',. '1' '1'
el estado de los contactos 'x y 'Z' es idéntico y,
en cambio, la bombilla está iluminada en la fase z 'o'
2 y apagada en la fase 4. Este importante efecto
'1' ',.
es el que diferencia un automatismo secuencial
de otro de naturaleza combinacional, en el que B
'O' 'o' 'o'
el estado de la bombilla sería exclusivamente
Reposo Pulsa ',' : Suelta ',' Pulsa 'z : Suelta 'Z : 1
función del estado de los contactos 'x y 'Z',
CD CD 0 0
Fig.1.17. Secuenciade comprobación
Diagrama de secuencia·tiempo.
Unidad didactica 1 Automatización básica
11. Halla el número binario correspondiente al número decimal 427 y calcula el valor decimal del número binario
10101111.
12. Utilizando las reglas del álgebra de Boole, demuestra que la expresión F ~ e.(A + B . C) da como resultado
cero.
13. Utilizando las reglas del álgebra de Boole, demuestra que la expresión F ~ e.(B + B . A) da como resultado
F~C(B+A)
BA
14. Obtén las funciones lógicas que verifiquen la tabla de Karnaugh O
C 00 01 11 10
que muestra la figura. Considera primero las 'x' como '1 ', Ydes- 00 1 x 1 1
pués como 'O'.
O O 1 O
15. Explica con claridad la diferencia entre un sistema combinacional
y otro de secuencial, e ilústralo con un ejemplo de cada tipo.
01
II O x 1 O
16. Busca información sobre relés, finales de carrera, pulsadores e in-
terruptores eléctricos, y describe brevemente su funcionamiento. 10 1 1 1
-1 ~L La simbología en los automatismos
x
Hasta el momento hemos explicado los parámetros eléctricos que intervienen en
el dimensionado de los distintos dispositivos de que constan los automatismos. Era
fundamental introducir conceptos eléctricos como intensidad, tensión, potencia,
etc., para entender la naturaleza de las variables eléctricas que interviene en un sis-
tema automático y las expresiones que las relacionan.
Más adelante presentábamos el lenguaje binario (álgebra de Boole) que interpre-
tan los automatismos y, también, los métodos clásicos utilizados para obtener las
funciones lógicas que rigen el comportamiento de los sistemas combinacionales y
secuenciales. De esta manera, hemos podido describir la conducta de un automa-
tismo mediante un conjunto de funciones lógicas que, posteriormente, deberá ser
implementado con la tecnología más apropiada. Ahora es el momento de tratar los
símbolos normalizados de los diferentes elementos que forman un automatismo.
"J -.:1 1. Simbología electróni(a
A partir del conjunto de funciones lógicas que determinan la funcionalidad de un
automatismo confeccionaremos su esquema eléctrico empleando la simbología
apropiada a la tecnología que utilizamos para implementarlo. Dado que buena par-
te del circuito de control de un automatismo eléctrico se realiza con tecnología elec-
trónica, proporcionaremos a continuación la simbología electrónica más habitual.
En este libro utilizaremos, indistintamente, los símbolos tradicionales empleados du-
rante muchos años en el área de la electrónica digital y los más recientes recogidos
en la norma ANSI/IEEE 91-1984. Los primeros utilizan un símbolo diferente para re-
presentar cada elemento, mientras que los últimos emplean símbolos rectangulares
para representar cualquier dispositivo.
La tabla 1.8 recoge los símbolos más habituales usados en la representación de es-
quemas de sistemas combinacionales y secuenciales. Los símbolos electrónicos que
mostramos para realizar las operaciones básicas de los sistemas combinacionales re-
ciben el nombre de puertas lógicas, y los que indicamos para sistemas secuenciales
son denominados biestables o básculas.
Símbolo clásico
Unidad dldacllca 1 Automatización básica
En la tabla proporcionamos, también, la función lógica que generan estas puertas
lógicas, la tabla de la verdad que verifican y una breve descripción de la operación
que realizan. Aunque mayoritariamente los símbolos de lógica combinacional inclu-
yen únicamente dos entradas, el mismo símbolo puede admitir un número superior
de entradas.
Tabla 1.8. Simbologia de eleclrónica combinacional y secuencial
Sistemas combinacionales
Simbolo ANSI Función lógica Tabla de la verdad Descripción
a{>o-s aDs NOT
a
O
S
1
O
Operación negación, La salida adquiere el eSlado
opueslo al de la enlrada.
a b S
:=[)-s:E-s OR O O O Operación suma, La salida adquiere el eslado '1' siem·
O I I
Soa • b 1 O I
pre que cualquiera de las enlradas eSlé en '1'.
I 1 I
a b S
: =[)o- S :B-s NOR O O 1
Operación suma negada, La salida adquiere el eslado
O 1 O
Soa• b I O O 'o' siempre que cualquiera de las enlradas eSlé en '1'.
1 I O
a b S
:=D-s:ÜS
ANO O O O
Operación produclo, La salida adquiere el eslado 'O'
O 1 O
Soa b 1 O O siempre que cualquiera de las enlradas eslé en 'O'.
1 1 I
a b S
:D-s:=E}S
NANO O O Operación produclo negado, La salida adquiere el
O 1 eslado '1' siempre que cualquiera de las enlradas eslé
Sq·b I O 1 en 'O'.
O
XOR a b S
:=jD-s :Ds O O O Operación semisuma, La salida adquiere el eslado
So¡J. b .. ·b O 1 1 'O' siempre que ladas las enlradas eslén en el mismo
1 O 1 eslado.
SoaIII b 1 1 O
NXOR a b S
:~[>O-S :B-s O O 1 Operación semisuma negada, La salida adqUiere el
Soa·b .. · b O 1 O eslado '1' siempre que ladas las enlradas eSlén en el
O O mismo estado.
SoaIII b 1 1
Sistemas secuenciales
Simbolo dásico Simbolo ANSI Tabla de la verdad Descripción
S R Q
. O
. Bieslable SR sensible por nive" La salida Q adquiere
SD~ Ü~
O O Q
n-l Q
n-I
O 1 O 1
el eslado '1' cuando So '1' y el eSlado 'O' cuando Ro
R Q R Q 1 O 1 O
'1'. La combinación So Ro 'O' no provoca cambio en la
1 1 No se usa salida y la SoRo'1' eslaprohibida.
S R e Q. O
. Biestable SR sensible por flanco de subida, La salida
snQ
=EJ=Q
O O J Q~-, QI)--I Q adquiere el eslado '1' cuando So'1' y Clk pasa de 'O'
Clk _ Clk _ O 1 S O 1 a'1'. L
a salida Qadquiere el eslado 'O' cuando Ro'1' y
R Q R Q 1 O S 1 O Clk pasa de 'O' a'1'. La combinación SoRo'O' no pro'
1 1 - No se usa vaca cambio en la salida y la SoR
o'1' eslá prohibida.
UOIdad dldac!tca 1. Automatización básica
Para mostrar el aspecto que presentan los eSQuemas electrónicos de dos automatis-
mos concretos, proporcionamos a continuación la solución de las funciones lógicas
que describíamos en la tabla 1.6 y, también, la del circuito eléctrico de la figura 1.16.
Ejemplo 1.15
Confecciona el esquema electrónico del automatismo combinacional
que cumple con las funciones lógicas siguientes:
81 = e (B + Al; 82 = c· B; Va = c· B; Me = c· 8 A; LI = C- 8· A
YAl = C- B + 8 . A
Solución:
En primer lugar, hay que indicar que existen varias soluciones posibles
para resolver las funciones que recoge el enunciado. Dependiendo del
número de entradas y de la naturaleza de las puertas lógicas empleadas,
podemos obtener diferentes esquemas, aunque todos ellos válidos. La
solución que aportamos con simbología tradicional en la figura 1.18 es
un fiel reflejo de la lectura que podemos hacer de las funciones que nos
proporcionan.
Ejemplo 1.16
A B e
Fig.l,18,
B
A
B·e
Me - e·B·A
t;==::::[A: Vao B.('
B20 jj . ('
Bl· ( (8 <A)
Realiza el esquema electrónico del automatismo secuencial, de modo que la función de su variable de estado interno sea
p = x + Z . P y la ecuación de su salida 8 = p.
Solución:
En la figura 1.19a mostramos el esquema solicitado empleando
la simbología tradicional y en la figura 1.19b utilizando la simbo-
logía ANSI/IEEE. En un sistema secuencial, el estado de alguna
puerta de salida es realimentado nuevamente a su entrada en
forma directa o a través de alguna otra puerta, como sucede
con la puerta OR del esquema, cuya salida P es aplicada, a tra-
vés de la puerta AND, nuevamente a su entrada. Esto da lugar a
la posibilidad de memorizar estados lógicos, tal y como recoge
la figura 1.19c.
Efectivamente, cuando la variable x adquiere el estado '1', la
salida 8 lo memoriza (8 ='1 ') aunque x vuelva a estado 'O'.
La salida 8 mantiene este estado hasta que la variable z pasa a
'1', momento en el que la salida 8 memoriza el estado 'O'.
La figura 1.19d recoge una realización alternativa utilizando un
biestable del tipo S-R, en el que las señales x y z se aplicarían a
los terminales S y R respectivamen~e, la señal 8 se obtendría del
terminal de salida Q y el terminal Q no se conectaría (n.c.).
e) d)
X---FQl- B
a)
~I
x~Bo,.(l.P)
P
b) Esquema clásico
,--, Plr;l-; p I
: ~: G + B.X'(l.P)
Esquema ANSI/IEEE
Fig. l.19.
a) Esquemaselectrónicosdel automatismo. b) Efecto de
memorización de estados lógicos.
J=r z ~ n.c.
Función memoria Realización con biestables
Unidad didáctica 1 Automatilación básica
En la Tabla 1.9 mostramos algunos dispositivos utilizados para implementar los es-
quemas electrónicos de sistemas combinacionales y secuenciales. De forma común
reciben el nombre de circuitos integrados. Se montan sobre circuito impreso, de
modo que forman parte de los circuitos electrónicos de control. Suelen alimentarse
con tensiones continuas de 5 voltios y a su salida entregan señales de corriente muy
débil (en torno al mAl que, posteriormente, tienen que ser arnplificadas convenien-
temente.
Tabla 1.9. Dispositivos electrónicos usados en sistemas combinacionales ysecuenciales
Patillaje
I 2 , • s •
Función lógica
NOT
Función lógica
a
OR
b
Encapsulado
14
14
16
Oescripción
Circuito integrado SN74lS00, Posee 4 puertas
NANO. Alimentación V« " '5 Vrespecto de Gnd.
El estado ',' (tensión entre 3,5 VY5 V) da 0,4 mA
máximo, yel estado 'O' (tensión entre OVY0,8 V)
da 8 mA.
CirlUito integrado SN74lS01, Posee 4 puertas
NOR. Alimentación V« • '5 Vrespecto de Gnd. El
estado '1' (tensión entre 3,5 VY5 V) da 0,4 mA
máximo, y el estado 'O' (tensión entre OVY0,8 V)
da 8 mA.
Circuito integrado (040430 Posee 4 biestables SR.
Alimentación V
dd de '2 Va'18 Vrespectode Vss.
Corriente de salida 1 mA. Estado '1' a nivel V
dd y
estado 'O' a nivel Vss. la tabla de la verdad es,
S R E Q
X X O OC'
O O 1 NC"
1 O 1 1
O 1 1 O
1 1 1 .1
Nota, • Salida en circuito abierto, • Salida no
cambia yfl entrada no permlllda
Cualquier función lógica que describa la funcionalidad de un sistema digital puede
ser representada únicamente mediante puertas NANO o NOR. En la tabla 1.10 mos-
tramos algunas realizaciones básicas a partir del uso exclusivo de puertas NANO o
puertas NOR.
Tabla 1.10. Realizaciones básicas apartir de puertas NANO y NOR
Realización Función lógica Realización
a
ANO
b
-V-"b b
Realización Biestable Realización
R
SR
><=~
S
Unidad dldactlca t Automatización básica
Tensiones ytomas de tierra
1enslón continua
Tensión alterna
'j .!.L~. Simbología eléctrica
En la actualidad existen varias normas para representar los símbolos de los dispo-
sitivos utilizados en los esquemas de automatismos e instalaciones eléctricas. En
esta publicación utilizaremos mayoritariamente la simbología de la norma UNE EN
60617, armonizada con la norma europea EN 60617 de 1997 y basada en la norma
internacional lEC 60617.
Los principales comités de normalización implicados en estas normas son los si-
guientes:
CEI o lEC (International Electrotechnical Commission o Comité Internacional Elec-
trotécnico). Se constituyó en 1906 para elaborar las normas intemacionales CEI
con el objetivo, entre otros, de promover la compatibilidad de materiales, pro-
ductos y sistemas eléctricos y electrónicos.
O CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica). Creado en 1959 para
el desarrollo de las normas europeas EN en el ámbito electrotécnico europeo.
Está compuesto por los organismos de normalización de los Estados miembros
de la Unión Europea.
AENOR (Asociación Española de Normalización y Certificación). Organismo de
normalización responsable de adoptar como normas UNE (Normas Españolas)
todas las normas europeas que se elaboran en el seno del CENELEC.
En las tablas siguientes se agrupan los dispositivos más habituales empleados en la
confección de esquemas eléctricos. Comenzaremos presentando en las tablas 1.11
y 1.12 la simbología normalizada usada para designar las características de las ten-
siones, las tomas de tierra y los conductores eléctricos.
En la tabla 1.13 mostramos los símbolos más habituales utilizados para representar
los contactos eléctricos y, en la tabla 1.14, los pulsadores con sus distintos mandos
y accionamientos. La simbología de estos dispositivos está basada en la representa-
ción combinada de la simbología de los contactos eléctricos con la de los mandos
y accionamientos.
Asimismo, los simbolos más usuales para la representación de los interruptores, los
relés, las máquinas eléctricas y otros componentes de uso común los recogemos,
respectivamente, en las tablas 1.15, 1.16, 1.17 Y 1.18.
T
abla1.11. Simbología detensiones ytomas de tierra
Simbolo Comentario
El valor de tensión puede indicarse a la derecha
del símbolo,
- - - 24V
El valor de tensión yIrecuenoa pueden indicarse ala
derecha del simbolo. El número de lases y lapresen·
cia de neutro pueden indicarse a la izquierda del
símbolo,
l/N 220 VSO Hz ~
Tensión rechficada con componente alterna Marcado de tensión continua no filtrada.
Polaridad pOSItiva + Marcado de polaridad en continua.
Polafldad negahva Marcado de polaridad en continua.
Neutro N Marcado de línea de neutro.
Toma de tierra Marcado de toma de tierra.
Tensiones y tomas de tierra
Toma de tierra con protección
Toma de masa o chasis
(onductores y tomas de tensión
Conductor prinCipal o auxiliar
Grupo de conductores en lormato implícito
Grupo de conductores en lormato explícito
Conexión flexible
Conductor apantallado
Conductores trenzados
(onexión de conductores
Conexión doble de conductores
Regleta de conexión
Contactos
Contacto normalmente abierto (NA)
Contacto normalmente cerrado (NC)
Contacto conmutado
Contacto conmutado con posición de corte
Contacto inversor antes de apertura
Contacto de cierre adelantado respecto del con-
junto
Unidad didactica 1 Automatización básica
(Tabla 1.11. Simbología de tensiones ytomas de tierra)
Simbolo Comentario
Marcado de toma de tierra con protección.
Marcado de toma de masa o chasis.
lablal.ll. (ondu,tores y tomas de tensión
Símbolo Comentario
II 3N - 380V 50Hz
"~g§~g
Ll
N 3(1 X120) • 1 no
7
;;
e
7
1 I
~+
I I I I I I
Se representa por un trazo único, con tantos trazos oblicuos
como cables contenga el grupo o con un trazo oblicuo y un
número de conductores.
Se puede indicar la denominación de la linea, la naturaleza
de la tensión y la sección de los conductores. En el ejemplo
se trata de una linea trifásica de 380 V, 50 H
z con hilos de
120 mm' y una linea de neutro de seCCIón 70 mm'.
Tres conductores.
(onexión en Ty conexión con el símbolo de unión.
Unión doble con y Sin símbolo de unión.
Regleta con terminales de conexión. Pueden añadirse marcas
para identificar los terminales.
lablal.n. Símbología de ,ontactos elé,tricos
Símbolo Comentario
Contacto de cierre. Puede ser empleado como
interruptor general
Contacto de apertura.
Se produce primero la apertura del contacto NC y
después el cierre del contacto NA.
Contactos NA-NA con posición intermedia de
corte.
Se produce primero el Cierre del contacto NA y
después la apertura del contacto NC.
En un conjunto de contactos, éste se cierra antes.
Unidad dld¡j(llcd 1 A
utomatización básica
(Tabla 1.13. simbología de contactos eléctricos)
(onlactos
(onlaclo con cielle retrasado respeclo del con-
Junio
(onlaclo de apellura reirasada respecIo del con-
junto
(onlaclo de apertura adelanlada respeclo del
con)unlo
(onlaclo de cielle relardado respeclo del disposi-
tivo accionador
(onlaclo de aperlura relardada respeclo del dis-
positivo accionado
(onlaclo de delle y apertura relardada respeclo
del disposilivo accionador
Base de conexión
(lavija de conexión
Base y clavija de conexión
Conector a presión
Símbolo
-(
-<
-----
Comentario
E
n un conjunlo de conlaclos, éSle se Clella des-
pués.
En un conJunlo de conlaclos, ésle se abre des-
pués.
En un conjunlo de conlacIos, ésle se abre anles.
El conlaclo se ciella con relraso respecloa la acli-
vaClón del disposilivo que lo controla.
El contaclo se abre con reiraso respecio a la acli·
vación del disposilivo que lo conlrola.
E
l conlaclo se ciella y abre con retraso respeclo
a la aClivación y desaclivación del dispositivo que
lo conlrola.
(onlaclo hembra.
(onlaclo macho.
(ontaclo hembra y macho.
Tabla 1.14. Simbología de pulsadores, mandos yaccionamientos eléctricos
Pulsadores
(onlaclo de cielle con mando ma-
nual
Pulsador de cielle manual y relorno
aulomálico.
Tirador con contacto al cierre y retor·
no aulomálico
Símbolo
I
f--
1
I
E--
1
I
}--1
Mandos yaccionamientos
Mando de Iransmisión mecanlCa, h"
dráulica, magnélica, elc
Mando de acción relardada
Mando de acción adelanlada.
Relorno aulomalico
Relorno no aulomalico
Accionamientomecánico manual
Mando rOlalorio.
Mando de lirador
Mando de puJsador
Mando de emergencia
Mando por acción lérmica
Símbolo
€=
==(
----<]---
---V-- --
f .---
J ----
} ----
E
----
(j- ---
?--_.
Unidad dldactica 1. Automatización básica
(Tabla 1.14. Simbología de pulsadores, mandos yaccionamientos eléctricos)
Pulsadoles
Pulsador rotativo con contacto al Cie-
rre y retorno automático
Pulsadol de emergencia con enclava,
miento no automático
Interruptores
Interruptor
Interruptor Ilnal de carrera
Contactor
Interruptor guardamotor
Interruptor automático
Seccionador
Seccionador conmutado
Interruptor seccionador
Interruptor seccionador con apertura automática
Simbolo
I
OV
1
Mandos yaccionamientos
Mando por acción electromagnética
Mando por electo magnético
Mando por energia hidráulica o neu'
mática
Mando por reloj eléctrico
Mando por motor eléctrico
Simbolo
~---
9---'
---
[D---
(9----
@l----
Tabla 1.15. Simbologia de interruptores eléctricos
Simbolo Comentario
I
o-~
Símbolo general de interruptor.
ACCionado mecánicamente.
Accionado por el campo magnético creado por
una bobina.
Interruptor de apertura automática protegido con·
tra lallos de tensión y/o corriente anormalmente
elevada.
También llamado disyuntor, provoca la desco'
nexión automática al paso de corrientes anormal-
mente elevadas.
Cerrado admite el paso de corriente nominal y
abierto garantíza el corte sin la lormación de arcos
eléctricos.
Deriva la corriente hacia una línea u otra. Posee
una posición de corte intermedia.
Permite la apertura y cierre de circuitos baJO ten'
sión. No admite cortocircuitos.
Seccionador protegido contra corrientes anormal-
mente elevadas.
Unidad dldactl(l 1 Automatización básica
(Tabla 1.15. Simbología de interruptores eléctricos)
Interruptores Símbolo
Seccionador con lusible
lnierruplor con fusible
Tabla 1.16. Simbología de relé, eléctrico,
Relé, Símbolo
Disposilivo de mando electromagnético
Relécon dos devanados separados
Relé de conexión lenta
Relé de desconexión lenia
Relé de acción térmica
Relé de acción electromagnética
Relé de intensidad máxima
Relé de tensión máxima
Relé de intensidad diferencial
Comentario
Seccionador protegido contra corrientes anormal·
mente elevadas.
Interruptor protegido contra corrientes anormal·
mente elevadas.
Comentario
Simbolo general de un dispositivo de mando, por
ejemplo, relé térmico.
Se puede emplear indistintamente cualquiera de
los símbolos indicados.
Dispositivo de mando de un relé de conexión
retardada.
Dispositivo de mando de un relé de desconexión
retardada.
Dispositivo de mando de un relé térmiCO.
Dispositivo de mando de un relé aclivado por
acción electromagnética.
Relé activado por sobrecornente.
Relé activado por sobretensión.
Relé activado por diferencia de corriente.
Relé de enclavamiento mecánico.
Relés
Relé de enclavamiento mecánico
Electroválvula
Máquinas eléctricas
Devanado trifásico en triángulo
Devanado trifásico en estrella
Devanado trifásico en estrella con
toma de neutro
Motor de corriente continua, de ¡man
permanente, con dos conductores y
excitación serie
Motor de corriente alterna, con coleco
tor, con dos conductores yexcitación
serie
Motor de corriente alterna, con colec·
tor, trifásico y excrtación serie
Motor de inducción, trifásico de jaula
Motor de inducción, trifásico de rotor
bobinado.
Generador sin(fono trifásico de imán
permanente
Unidad drdactlca 1 Automatización básica
(Tabla 1.16. Simbología de relés eléctricostario)
Simbolo (omen
Relé con reposición manual o eléctrica.
Válvulacon mando eléctrico de apertura y cierre.
Tabla 1.17. Simbologia de máquinas elóctricas
Simbolo
y
l@
l@
kbJ
~
~
®
L.....J
Máquinas eléctricas
Convertidor continua·continua (OC/
OC).
Convertidor alterna·continua (AC/OC).
Rectificador.
Convertidor continua·alterna (OC/AC).
Ondulador, inversor.
Arrancador de motor.
Arrancador estrella·trrángulo.
Arrancador regulador por tiristores.
Convertidor de frecuencia. Variador
de velocidad.
Transformador de tensión monofásico
(representación unifilar).
Transformador de tensión monofásico
(representación multililar).
Transformador de tensión trifásico,
conexión estrella·triángulo (represen·
tación unifilar).
51mbolo
F7I
lLd
[ZJ
[J
m
~
$
~
(""""'1
~
Unidad did~ctlc I I Automatización b~sica
Máquinas eléctricas
Generador sincrono trilásico con indu-
cido en estrelta y neutro accesible
Componentes de uso general
Amperimetro
Voltímetro
Válvula
Fusible
Dispositivo luminoso. lámpara
Dispositivo luminoso intermitente
Bocina
Sirena
Timbre
Zumbador
Pila, baterla oacumulador
(Tabla 1.17. Simbología de máquinas elédricas)
Simbolo Máquinas eléctricas
Translormador de tensión trilásico,
conexión estrella-triángulo (represen-
tación multifilar).
Tabla 1.18. Simbologia de otros componentes eléctricos de uso común
Simbolo Componentes de uso general
Diodo rectificador.
Puenterectificador.
Tiristor (SCR).
EJ Fotodiodo. Diodo sensible ala luz.
Inductancia. Cualquiera de las dos
representaciones es válida.
@ JL Resistencia.
~ Resistencia shunt.
~ Potenciómetro.
~ Fotorresistencia (LDR).
~ Condensador.
-L
T
Transformador de intensidad.
Simboto
w
mm
Simbolo
",,,,
*
-[TI--
JYY.......
",,,,
--c::::J-
-L
¡-
U'lldad didact'c , Automatización básica
Ejemplo 1.17
Confecciona el esquema eléctrico del automatismo combinacional que desarrollábamos en el ejemplo 1.11, Yque cumple con
las funciones lógicas siguientes:
MBl =e (B + A); MB2 =c·B; Va =c·B; Me =c· B . A; LI =e B . Ay Al =e B+ B . A.
Solución:
Empleando la simbología eléctrica que hemos visto podemos presentar el esquema que muestra la figura 1.20. En él hemos
dispuesto los detectores de nivel A, By C que accionan, respectivamente, los relés RA, RB YRe. Cada uno de estos relés incluye
un conjunto de contactos normalmente abiertos (NA) y normalmente cerrados (NC) que sirven para implementar la correspon-
diente función lógica. Así, para realizar la función lógica MBl = e.(8 + A), utilizamos los contactos normalmente cerrados Cl y
BT accionados respectivamente por los relés RC y RB, Yel contacto normalmente abierto Al accionado por el relé RA.
Podemos ver que, en esta función, los contactos se disponen en paralelo para realizar la operación suma y, en cambio, para
implementar la operación producto los contactos se conectan en serie. tosta es la regla básica que nos permite confeccionar el
resto del esquema.
Dado que las funciones lógicas MB2 y Va son idénticas, hemos utilizado el circuito único formado por los contactos C2 y B2 ~a
activar MB2 y Va. Notemos que MB2 y Va se activarán sólo si los detectores C y B están abiertos, es decir, si los contactos C2 y
62 están cerrados.
Fig. 1.20.
Esquema eléctrico que cumple con las funciones lógicas proporcionadas.
Actividades
17. Utilizando sólo puertas NA N D de dos entradas, confecciona un esquema electrónico que verifique la función
lógica F = C. B + A.
18. Utilizando una lámpara L y los internuptores A, By C, confecciona un esquema eléctrico que verifique la función
lógica L = C. B + A.
19. Realiza un esquema eléctrico que sirva para controlar el arranque y la detención de un motor a partir de los
pulsadores de marcha (M) y paro (P) correspondientes. El motor se debe poner en marcha al pulsar M y pararse
al pulsar P.
20. Confecciona un esquema electrónico que realice la función de la actividad anterior e indica si el automatismo es
de tipo combinacional o secuencial.
21. Recopila información sobre algunos de los elementos recogidos en la tabla 1.18 y describe su funcionamiento.
Unidad d,dacll( I 1 Automatización b¡jsica
Descripción de automatismos
mediante el 6RAFCET
'J 5.;1, ¿Qué es el GRAFCET?
El GRAFCET (gráfico funcional de control de etapas y transiciones) es una herra-
mienta que permite describir de manera gráfica la secuencia de operaciones que
realiza un automatismo.
Se trata de un lenguaje organizacional que facilita la estructuración y descomposi-
ción de un problema de control en partes de menor complejidad fácilmente abor-
dables. Tuvo su origen en Francia en 1977 y fue el fruto del trabajo de la AFCET
(Asociación Francesa de Cibernética Económica y Técnica) en su tarea de diseñar
una herramienta útil para la descripción de procedimientos. Inicialmente fue adop-
tado por la agencia francesa de normalización (AFNOR) y, en 1988, la lEC lo declaró
norma intemacional con el número lEC 848.
Elementos del GRAFCET
Los elementos gráficos utilizados para representar las funciones de control de un
automatismo en el GRAFCET son las siguientes:
Las etapas. Describen estados o situaciones particulares del automatismo en el
que se llevan a cabo operaciones concretas. Todas las etapas se representan
con cuadrados que contienen en su interior el número de orden de la etapa
dentro del GRAFCET, excepto la primera etapa (etapa iniciaO que se indica con
dos cuadrados concéntricos y acostumbra a llevar el número Oen su interior.
Las acciones. Describen el conjunto de operaciones que se realizan cuando se ac-
tiva una etapa en particular. Se representan en el interior de un rectángulo colo-
cado a la derecha de cada etapa y se asocia a ésta mediante una linea de unión.
Las transiciones. Son condiciones que deben cumplirse para que el control pase
de una etapa a la siguiente. Se representan mediante una línea horizontal situa-
da sobre la linea de unión de dos etapas y el correspondiente conjunto de pro-
posiciones lógicas.
En cualquier instante, una etapa puede estar activa o inactiva. La situación de etapa
activa se representa con un punto en el interior del cuadrado que la identifica e
implica la ejecución de todas sus acciones asociadas. La forma de enlazar las etapas
y las condiciones de transición que se dan entre ellas nos servirán para describir la
secuencia de las operaciones que determinan la evolución del automatismo.
Reglasdel GRAFCET
El GRAFCET tiene unas normas sintácticas muy claras y sencillas que le permiten
describir secuencias lineales, alternativas, iterativas, concurrentes, saltos, etc. Estas
reglas se pueden resumir de la siguiente fonma:
Una etapa se activa cuando la condición lógica correspondiente a la transición
que la precede es verdadera y la etapa previa está activada.
Cuando una etapa se activa, la primera acción que emprende es desactivar la
etapa previa y, con ella, las acciones que tuviera asociadas.
Entre dos etapas consecutivas solamente debe haber una transición.
Una etapa que no tiene acciones asociadas es denominada"etapa muerta", y
nonmalmente se utiliza para evitar errores sintácticos dentro del mismo GRAF-
CET y para definir claramente algún paso de una secuencia.
El GRAFCET siempre debe estar cerrado, es decir, siempre debe haber alguna
forma de proseguir con la secuencia por algún sitio.
Acción A
Acción B
a)
Fig. 1.21.
Activación de etapas
en el GRAF
CET
.
b)
UnIdad dldactica 1 Automatización básica
En la figura 1.21 mostramos una secuencia de activa-
ción de etapas consecutivas. Para pasar de la etapa 6 a
la 7 es preciso que la etapa 6 esté activada y que, por
ejemplo, se verifique la condición de transición T = 1.
Mientras Tsea igual a O, la etapa 6 y su correspondien-
te acción A permanecerán activas (figura 1.21al.
En el instante en que Tadquiere el estado 1, verificán-
dose la condición de transición, la etapa 7 y su acción
B se activan (figura 1.21 b) Yse desactivan la etapa 6 y
su acción A.
...2'),,1.. Estructuras de secuencias
del GRAFCET
La forma de enlazar las etapas y las condiciones de transición que se establecen
entre ellas nos permiten describir la secuencia de ejecución de las operaciones que
determinan la evolución del automatismo. En este sentido, las estructuras que el
GRAFCET permite son múltiples y dan lugar a secuencias de ejecución lineal, alter-
nativa, iterativa, concurrente y de saltos.
Estructuralineal
La estructura de secuencialineal es una estructura en la cual una etapa se activa después
de la anterior en el instante en el que la condición que la precede es verdadera.
El GRAFCET de la figura 1.22 describe una secuencia que comienza cuando se
cumple la condición de transición M. En ese instante la etapa inicial Ose activa y se
emprenden las acciones A, By C, a la vez que se evalúa la condición de transición
lógica 51 · 52. La condición 51 ·52 se cumplirá cuando 51='1' y 52='1', es decir,
cuando el producto lógico de 51 y 52 de cómo resultado un '1'. Cuando la condi-
ción se cumple, se activa la etapa '1' e, inmediatamente, se desactiva la etapa Oy
todas sus acciones asociadas, se emprende la acción D y se evalúa la condición 53.
De la misma manera, la etapa 2 se activará en el momento en el que se verifique
la condición 53, y la etapa 3 en el instante en el que la condición de la suma lógica
54 + SS tome el estado 1. Es importante recordar que la activación de cualquier
etapa requiere que la etapa anterior esté activada y que se cumpla la condición de
transición que la precede.
Con la etapa 3 activa, si se cumple la condición de transición 51 ·52, nuevamente se
activa la etapa 1 y la secuencia vuele a repetirse.
Fig. 1.22.
E
structura lineal
del G
RAF
C
ET.
Acción A, B, (
Acción O
Acción E
Acción E
Acción F
Unidad dldaclic' I Automatización básica
Acción E
Acción f
Estructura de divergencia en Y(AND)
La estructura de divergencia en y es aquella que nos permite arrancar simultáneamente
dos o más secuencias lineales después de que se verifique una cierta condición.
Acción O
Acción H
Acción M
En la figura 1.23 las etapas 4 y 5 se activarán simultánea-
mente cuando se cumpla la condición de transición 54,
estando activada la etapa 3. Al entrar, ambas desactivan
la etapa 3.
Observa que, para que se produzca la desactivación de
la etapa 3, es necesario que tanto la 4 como la 5 se hayan
activado. Para representar la bifurcación se usa una doble
barra paralela indicando que, a partir de este punto, se
desencadenan secuencias de procesos en paralelo.
Fig. 1.23.
Estructura de divergencia en y del GRAfCET.
Estructura de convergencia en Y
La estructura de convergencia en Ynos permite reconducir en una única secuencia lineal
un conjunto de procesos que se ejecutan en paralelo.
Acción J
Acción W
Acción Z
En la figura 1.24 observamos que la convergencia se
representa también con dos barras paralelas para indicar
la conjunción de los procesos que se desarrollan en pa-
ralelo. En este caso, para que la etapa 9 se active es ne-
cesario que se cumpla la condición 5 y que estén activas,
a la vez, todas las etapas que confluyen en ella, es decir,
las etapas 7 y 8. La activación de la etapa 9 provocará la
desactivación de todas las etapas convergentes.
Fig. 1.24.
Estructura de convergencia en Ydel GRAFCET.
Estructura de divergencia en O
La estructura de ejecución alternativa,denominada de divergencia en 0, nos permite recon-
ducir la ejecución del proceso por alguno de los caminos posibles. Dichos caminos
deben ser mutuamente excluyentes, es decir, solamente debe verificarse una de las
condiciones que encabezan cada uno de los caminos.
Acción o
Acción f
En la figura 1.25, presentamos una estructura de diver-
gencia en O en la que existen dos alternativas posibles
una vez activada la etapa 3: tomar el camino de la etapa
4 si se cumple la condición de transición 54 y no la 55,
o ir hacia la etapa 5 si se cumple 55 y no 54. Debemos
señalar que las condiciones 54 y 55 deben ser distintas y,
en ningún caso, verificarse al mismo tiempo.
Fig. 1.25.
E
structura de divergencia en Odel GRAFCET.
Fig. 1.26.
Acción X
Acción Y
Estructura de convergencia en O
del GRAFCET.
Unidad didáctlc, 1 Automatización básica
Estructura de convergencia en O
La estructura de (onvergencia en Oes utilizada habitualmente para cerrar estructuras de
ejecución alternativas.
Acción J
A[(ión W
Acción Z
En la figura 1.26, después de cumplirse la condición 579
con la etapa 7 activa, o la condición 589 con la etapa 8
activa, se activará la etapa 9 y se ejecutará su correspon-
diente acción J. Al activarse la etapa 9 se desactivan las
posibles etapas activas que la han precedido.
Cuando una estructura de convergencia en O cierra to-
talmente otra de divergencia en O el control solamente
puede proceder de uno de los caminos posibles. No
obstante, es posible recoger en una estructura de
convergencia en O diferentes caminos procedentes de
puntos distintos.
En la figura 1.27 observamos una situación de convergencia segmentada, en la que
el camino formado por las etapas 3, 4 Y5, Y los distintos caminos de la divergencia
en O, se cierran en diferentes puntos con estructuras de convergencia en O.
Si estando activada la etapa 5, por ejemplo, se activa la etapa 22 y se verifica la
condición 5226, la etapa 6 se activará y se desactivarán las etapas 5 y 22. Pero si
en lugar de activarse la 22 es la 33 o la 44, la etapa 7 u 8 deben poder desactivar
también la etapa 5.
Por otra parte, debe tenerse en cuenta que las condiciones 56 y 5226 deben ser ex-
cluyentes, así como las 57 y 5337, y las 58 y 5448, porque, de no ser así, se incumpli-
rían las reglas del GRAFCET a la vez que se incurriría en serios riesgos de operación.
Unidad dldac!lca 1 Automatización básica
5a
Fig. 1.28.
Estrudura de salto ha(ia delante
Acción A
Acción B
Acción O
Acción E
La estructura del salto hacia delante permite saltarse una o varias etapas
siempre que se cumpla una determinada condición de transición.
La figura 1.28 muestra una estructura de salto hacia delante que per-
mite activar la etapa 9, saltándose la 7 y la 8, siempre que, estando
activa la etapa 6, se verifique la condición Sa antes que lo haga la 57.
Es importante notar que las condiciones 5a y 57 deben ser exclu-
yentes porque, en caso contrario, se activarían al mismo tiempo va-
rias etapas consecutivas dentro de una misma estructura lineal, por
ejemplo la 7 y la 9: debe evitarse que esto suceda en el GRAFCET.
E
structura de salto hacia delante del GRAFCET.
Asimismo, las reglas del GRAFCET impiden que se den dos con-
diciones de transición seguidas y, por lo tanto, no seria posible
entender un camino entre la etapa 8 y la 7 (hacia atrás) porque ha-
bría tres transiciones seguidas. Esto obliga, claramente, a una única
interpretación de la secuencia que describe la figura 1.28, aunque,
en ocasiones, como es el caso, el sentido del salto se indica con una
flecha situada sobre la linea de flujo.
5a
Ejemplo 1.18
Estrudura de salto hada atrás
Acción A
Acción B
Acción O
Acción E
La estructura del salto hacia at rás permite efectuar un salto condicional
hacia etapas anteriores.
En la figura 1.29 mostramos una estructura que posibilita volver a
activar la etapa 7 antes de activar la 9 siempre que, estando activa la
etapa 8, la condición de transición 5a se cumpla antes que la 59.
Esta estructura permite repetir la activación de algunas etapas antes
de que se cumplan unas determinadas condiciones. En el caso del
ejemplo, las etapas 7 y 8 se repiten mientras se cumpla la condición
5a y no la 59. El proceso iterativo acaba con la activación de la etapa
9 en el momento en el que se cumple la condición 59 y no la 5a.
Fig. l.29.
Estructura de salto hacia atrás del GR
AFCET.
Confecciona el GRAFCET del automatismo para el control de llenado de un depósito que desarrollábamos en el ejemplo 1.11
y que cumple con las funciones lógicas siguientes:
MBl = c·(B' + A); MB2 = c.B; Va = c.B; Me = c.B • A; LI = C · B • Ay Al = C · B+ B • A
Solución:
En la figura 1.30 siguiente mostramos unade las soluciones GRAFCET posibles. Básicamente se trata de una estructura de diver-
gencia en O con saltos condicionales entre etapas.
A partir de la puesta en marcha del sistema (condición Marcha) se inicializa el sistema en la etapa Oy se salta a la etapa 1, 2 o 3,
en función del estado de los detectores de nivel. Así, la etapa 1 se activa cuando, independientemente del estado del detector
A, los detectores B y C están en estado 'O'. En esta situación las motobombas MBl y MB2 se ponen en marcha y se ilumina el
piloto de vacío Va. Desde la etapa 1 se saltará a la etapa 2 cuando los estados de los detectores A y B sean '1' Yel del detector
C sea 'O
', o a la etapa 4 cuando se produzca una situación de avena. Puede hacerse un mismo razonamiento para explicar el
funcionamiento del resto de las etapas del GRAFCET de la figura.
UnIdad dldactlca 1 Automatización básica
Hacemos notar que la motobomba MBl se pone en marcha al activar la etapa 1 o la etapa 2, es decir, cuando se cumple la
condición e.El o la condición A· B.C. Este hecho responde exactamente a la expresión MBl = El· e+ A . B.eque, como ya
habíamos demostrado, es exactamente MBl = e.(El + A).
Sí estando activa la etapa 1, 2 o 3 se cumple la condición de alarma Al = e .El + B . A se activará la etapa de avería 4 y debere-
mos reparar la anomalía. Una vez arreglada, se verificará la condición de reparación y el sistema volverá a la etapa inicial O.
Martha -1-
@-[ IniClallzatlón
I
( -- -!- A' B· ( A·B·( -
-
MBl • 1
l} -
MBl ' l
0-
Va = 1
-1-
8 (
M
e· O (
LI • O A· B
A
l· O
, 
( .¡¡ + B. A
cp-
Fig.1.30.
GRAfCET del automatismo de llenado de un depósito.
Actividades
22. Describe la estructura del GRAFCET que muestra
la figura siguiente y explica en qué condiciones se
activará la etapa 5.
$ A- 1
I $ B· 1
~ Acción J
2]. Confecciona un GRAFCET que describa el funcio-
namiento del automatismo utilizado para controlar
el arranque y la detención de un motor a partir de
los pulsadores de marcha (M) y paro (P) corres-
pondientes. El motor se debe poner en marcha al
pulsar M y pararse al pulsar P.
-
MBl • 1
l'
M
B
l • O
MBl · O
Q-
M
Bl· O
Va = O A·B·(
-
V
a· O
Me = 1 Me =O
LI · O
A·B·( LI • 1
A
l · O A
l · O
,
AI · l
MBl - MBl · O Reparación f-
Va - M
e- Ll ·O
24. Describe la estructura del GRAFCET que muestra
la figura y explica en qué condiciones se activará la
etapa 9.
Z- 1
("
y - 1
x- 1
25. Haciendo uso de Intemet, busca información sobre
varios diagramas GRAFCET empleados en auto-
matismos y describe su funcionamiento.
26. Describe el funcionamiento de la cisterna del lava-
bo de tu casa mediante un d iagrama GRAFCET.
Unidad dida<tlc, 1 Automatización básica
Autoevaluadón
1. ¿Qué es una automatización?
2. Cita cuatro sectores de actividad en los que se localice de forma significativa la automatización.
3. ¿Qué función cumple el controlador o autómata dentro del diagrama de bloques de un automatismo?
4. ¿En qué consiste la fase de dimensionado de dispositivos al realizar un automatismo?
5. Señala la diferencia entre intensidad eléctrica y tensión eléctrica.
6. ¿Qué potencia eléctrica disipa una resistencia de 10 Q por la que pasa una corriente de 8 A.
7. Cita la diferencia entre una tensión alterna y otra de continua.
8. Cita la diferencia entre una señal analógica y otra de digital.
9. Representa en binario el número decimal 135.
10. El número binario 10111 000 es equivalente al número decimal:
a) 148
b) 216
e) 184
d) 162
11. Obtén la función lógica de F a partir de la tabla de la verdad siguiente:
b a f
o o
o o
o O
12. Obtén la función lógica de F por el método de Karnaugh a partir de la tabla anterior.
13. ¿En un automatismo combinacional interviene la variable tiempo? ¿Por qué?
14. Confecciona un esquema electrónico que verifique la función lógica F = a . b .e+ a . b .c.
15. Simplifica la función anterior y confecciona su correspondiente esquema eléctrico considerando que las varia-
bles a, by c son interruptores yque Fes una bombilla.
Unidad dlda(tl(.1 1 Automatización básica
16. Indica qué expresión es una solución simplificada de la función F = a.b . c + a . b . c + a . b .c.
a) F = c . (b + a)
b) F = c . (5 + a)
c) F = c . (b + al
d¡F=c·(b+a)
17. Explica qué es una etapa, una transición y una acción en el GRAFCET.
18. Para que se active una etapa de una estructura lineal del GRAFCET, debe cumplirse:
a) Que la etapa anterior esté desactivada y se cumpla la condición de transición.
b) Que la etapa anterior esté activada y se cumpla la condición de transición.
cl Que la etapa anterior esté activada y no se cumpla la condición de transición.
d¡ Que la etapa anterior esté desactivada y no se cumpla la condición de transición.
19. Para que se active la primera etapa de una estructura de convergencia en Y en el GRAFCET, debe cumplirse:
al Que todas las etapas convergentes estén activadas y se cumpla la condición de transición.
bl Que algunas de las etapas convergentes estén activadas y se cumpla la condición de transición.
cl Que ninguna de las etapas convergentes estén activadas y se cumpla la condición de transición.
d¡ Que solamente una de las etapas convergentes esté activada y se cumpla la condición de transición.
20. Para que se active la primera etapa de una estructura de convergencia en O en el GRAFCET, debe cumplirse:
al Que todas las etapas convergentes estén activadas y se cumplan sus respectivas condiciones de transi-
ción.
bl Que algunas de las etapas convergentes estén activadas y se cumplan sus respectivas condiciones de tran-
sición.
cl Que ninguna de las etapas convergentes estén activadas y se cumpla alguna de las condiciones de transi-
ción.
d¡ Que solamente una de las etapas convergentes esté activada y se cumpla su correspondiente condición de
transición.
21. Indica qué aspecto de los siguientes incumple alguna de las reglas del GRAFCET:
al Se pueden realizar saltos hacia atrás.
bl Pueden existir varias estructuras lineales en el diagrama.
cl En cualquiera de los caminos del diagrama puede existir más de una condición de transición seguidas.
d¡ En un diagrama en particular puede haber más de dos etapas activas simultáneamente.
Unidad didáctica 2
Mando, regulación ymaniobras
en máquinas eléctricas
¿Qué aprenderemos?
o Qué circuitos forman un automatismo cableado.
Cuáles son los principales dispositivos de mando.
Qué es un dispositivo de regulación.
O Qué es un actuador y cuáles son los principales actuadores.
..
Qué son los relés y los contactares.
Qué son los elementos de señalización.
Cómo hay que dibujar e interpretar esquemas eléctricos de automatismos
cableados.
o Cuáles son los principales elementos de protección en instalaciones eléctri-
cas.
O Cuáles son los principales sistemas de arranque, cambio de sentido de giro
y frenado para motores de CA.
UOIdad dldacllca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Los automatismos (ableados
Hemos visto que los automatismos, también llamados circuitos de maniobra, son
los que permiten el mando y la regulación de las máquinas eléctricas.
En función de la tecnología empleada para la implementación de un sistema de
control podemos distinguir entre automatismos cableados, que estudiaremos a
continuación, y automatismos programados, que veremos en la unidad didác-
tica siguiente.
Los automatismos cableados son aquellos que se implementan por medio de unio-
nes físicas entre los elementos que forman el sistema de control.
2,:J L El circuito de maniobra
El circuito de maniobra o automatismo eléctrico está formado por un conjunto de
aparatos, componentes y elementos eléctricos que nos permiten la conexión, des-
conexión o regulación de la energía eléctrica procedente de la red eléctrica hacia
los receptores (motores eléctricos, lámparas, baterías de condensadores, etc.).
Las características principales que debe poseer un circuito de maniobra son las si-
guientes:
Efectuar un mando manual o automático a distancia con la ayuda de conducto-
res de pequeña sección, utilizando algún elemento de mando.
O Permitir el paso o interrumpir corrientes elevadas, tanto en el instante del cierre
como en la apertura del receptor eléctrico.
O Poder realizar un elevado número de maniobras, idealmente infinito.
O Poder retardar una acción sobre el receptor.
En el circuito de maniobra podemos distinguir entre circuito de potencia y circuito
de control:
o
_
A_
d_
iv
_i_
d_
ad
_e
_
s~~
El circuito de potencia o actuador. Es el encargado de conectar o desconectar un
receptor a partir de la acción realizada por el circuito de mando. El elemento
fundamental en cualquier circuito de potencia es el contactar, cuyo funciona-
miento veremos más adelante en esta misma unidad didáctica.
1. Explica las funciones
del circuito de mando
y del circuito de poten-
cia. ¿Cuáles son los ele-
mentos fundamentales
de cada uno?
F
ig.2.1.
Diagrama de bloques básico de un
circuito de maniobra.
O El circuito de mando o circuito de control. Es el encargado de realizar las acciones
de activación y desactivación a distancia del circuito de potencia, además de
temporizar o retardar dichas acciones. Los elementos básicos de cualquier cir-
cuito de mando son: los relés de mando, los temporizadores, los auxiliares de
mando y los autómatas programables (PLC). El funcionamiento de estos últimos
lo veremos en la unidad didáctica 3.
Ó
rdenes
de usuario
Energia de la red eléctrica
(230/400 V)
...-.------------.------------------------------------------------0 ----
Acción de
control sobre
el circurto I I
Circuito de mando, Circuito
circuito de control
de potencia
de potencra
I
"1
ocontrolador o actuador
! Receptor
~ ocarga eléctrica
~Il (motores, lámparas,
, etc)
CircUito de maniobra
Unidad d dacllca Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas
1J;¡ Dispositivos de mando básicos
a) I
- 51 [---~
fig.2.2.
b)
- 51 [---
Aspecto de pulsadores y su
simbologia. (a) Normalmente
abierto (NA), (b) Normalmente
cerrado (NC).
Los elementos o dispositivos de mando son componentes que permiten al operario
ordenar la ejecución de operaciones diversas, tales como el arranque, la parada, el
cambio de velocidad, etc., de d iferentes máquinas eléctricas, como por ejemplo los
motores.
Aunque los dispositivos de mando son variados y de muy diferente naturaleza, ac-
tualmente podemos dividirlos en dos grandes bloques:
Elementos de mando manuales.
Detectores automáticos y sensores.
:...~~ ]. Elementos de mando manuales
Los elementos de mando manuales son aquellos que el operario acciona para conec-
tar, desconectar y, en general, gobernar, las instalaciones eléctricas.
Los más importantes son pulsadores, interruptores, conmutadores y selectores. Vea-
mos cada uno de ellos:
Puls
adores
Los pulsadores son elementos que conectan y desconectan instalaciones y máquinas
eléctricas rnediante una simple pulsación sobre los mismos. Vuelven a su posición
inicial mediante un rnuelle o resorte interno.
Son los elementos de mando más utilizados en las instalaciones con contactores.
Existen multitud de tipos, aunque los dos más importantes son:
Pulsadores normalmente abiertos (NA). Cuando los pulsamos se efectúa la co-
nexión interna de sus dos terminales. En reposo los contactos estarán abiertos
(es decir, sin conexión eléctrica entre ellos). Se utilizan generalmente para la
puesta en marcha o el arranque de máquinas e instalaciones eléctricas.
Pulsadores normalmente cerrados (Ne). Cuando los pulsamos se efectúa la desco-
nexión de sus dos terminales. En reposo los contactos estarán cerrados (con
conexión eléctrica entre ellos). Se utilizan generalmente para el paro de máqui-
nas e instalaciones eléctricas.
Un tipo de pulsador muy utilizado en la industria es el
llamado pulsador de paro de emergencia, denomina-
do comúnmente seta, debido a su aspecto externo.
La cabeza de estos pulsadores es bastante más ancha
que en los normales y de color rojo, sobre fondo
amarillo. Perrnite la parada inrnediata de la instalación
eléctrica cuando ocurre un accidente.
Estos pulsadores llevan un dispositivo interno de en-
clavamiento de manera que, una vez pulsado, no se
puede reanudar el funcionarniento de la instalación
hasta que se desenclave, por ejernplo, rnediante un
giro de la cabeza o una llave auxiliar.
F
ig. 2.3.
Pulsador de paro de emergencia, llamado seta, ysu simbolo
• (NC con enclavamiento).
Fig. 2.4.
Aspecto de un interruptor y
simbología. a) interruptor, b)
conmutador.
Ejemplo 2.1
Unidad didactica 2. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Interruptores y(onmutadores
Los interruptores y conmutadores son elementos que conectan o desconectan ins-
talaciones y máquinas eléctricas mediante el posicionado de una palanca. A diferen-
cia de los pulsadores, al ser accionados, se mantienen en la posición seleccionada
hasta que se actúa de nuevo sobre ellos.
Seledores
Los selectores son similares a los interrup-
tores y conmutadores en cuanto a funcio-
namiento, aunque para su actuación suelen
llevar un botón, palanca o llave giratoria
(que puede ser extraíble) Son típicos, por
ejemplo, los selectores que llevan la mayoría
de polímetros que podemos encontrar en el
mercado (figura 2.5).
Todos estos elementos de mando manual
se alojan, por regla general, en cajas de plás-
tico o metálicas, que pueden contener más
de un elemento. Por ejemplo, son típicas
aquellas cajas que contienen un pulsador
NA para la marcha, y otro pulsador NC para
el paro de un motor eléctrico. Fig.2.5.
<>- VIRS pos 1 AMIR
O 'l/S1 POS I AMlS
vllR POS 3 ~
Aspecto de un selector y simbología.
Busca en la tabla de pulsadores, mandos yaccionamientos eléctricos de la Unidad 1 cómo debe ser el símbolo de un interruptor
que tiene dos posiciones (marcha/paro) con mando giratorio.
Solución:
Además del contacto de un interruptor, deberemos dibujar el sistema de mando mecáni-
co que actúa sobre éste. Así, necesitamos el símbolo de mando giratorio yel de retomo
no automático o enclavamiento.
.2~ ~ ~. Detectores automáticos ysensores
Los detectores automáticos y sensores permiten la conexión, desconexión y mando
en general de instalaciones eléctricas sin intervención directa de un operario.
Estos elementos de mando deben ser seguros y fiables, pues en general nadie se
encarga de supervisar continuamente su funcionamiento. Hoy en día podemos
encontrar en el mercado multitud de elementos detectores y sensores para la detec-
ción y medida de gran número de variables físicas, pero nos centraremos en los más
utilizados. Son los siguientes: finales de carrera, detectores de temperatura, células
fotoeléctricas, detectores de presión, detectores de nivel de líquidos y detectores
de presencia.
Finales de carrera o interruptores de posición. Permiten controlar la posición de
piezas, brazos u órganos móviles de máquinas, y establecen el límite hasta don-
de dichas piezas pueden llegar. Internamente están formados por pulsadores
que son accionados mecánicamente a través de una palanca por la pieza móvil
que hay que controlar. Permiten la puesta en marcha, parada, cambio de veloci-
dad, etc. de máquinas diversas. Pueden ser pulsadores NA o NC.
Unidad dldacllCa.' Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
F
ig. 2.6.
Fotos y símbolos de diferentes
detectores.
F
inal decaflera
. S1
I
0
Final de caflera con 1NA • 1NC
o Detectores de temperatura. Son dispositivos que permiten medir la temperatura
de un recinto, depósito, etc., o detectar si ésta excede un cierto valor, denomi-
nado umbral. Generalmente, se utilizan en sistemas de control que permiten
realizar una regulación de dicha temperatura.
Detectores fotoeléctricos océlulas fotoeléctricas. Son elementos que nos permiten detec-
tar la existencia o la ausencia de luz en un determinado recinto. Además, se utilizan
también para detectar la presencia o el movimiento de objetos o personas al cortar
un haz luminoso. Por ello, hoy en día son muy utilizados en sistemas de seguridad y
alarmas, apertura y cierre automáticos de puertas de garajes, comercios, etc.
Detectores de presión opreostatos: Se utilizan para detectar las alteraciones de la
presión en un depósito, una tubería, etc., por encima o por debajo de un cierto
nivel de referencia. Se incluyen en sistemas de control de presión para circuitos
hidráulicos y en neumáticos.
O Detectores de nivel de líquidos. Detectan si el nivel de líquidos en depósitos, pis-
cinas, etc., está por debajo de un nivel de referencia mínimo o por encima de un
nivel de referencia máximo. De esta forma, se utilizan en el mando automático
de estaciones de bombero, para comprobar la altura máxima y mínima dellíqui-
do cuyo nivel se pretende controlar.
O Detectores de presencia. Los sensores de presencia tienen como finalidad deter-
minar la existencia de un objeto en un intervalo de distancia especificado. Se
suelen basar en el cambio provocado en alguna característica del sensor debido
a la proximidad del objeto. Básicamente son inductivos, de efecto Hall, ultrasó-
nicos u ópticos.
Los símbolos utilizados para los detectores corresponden al tipo de contactos que incor-
poran, más el indicativo del tipo de mando mecánico u órgano de medida que los hace
actuar. En la figura 2.6 puedes observar diferentes tipos de detectores y sus símbolos.
Observa que todos los símbolos de mandos mecánicos (intemuptoresde mando, fina-
les de carrera, selectores, etc.) que se han introducido hasta ahora van acompañados
de una letra de la clase de elemento (-5) y un número de orden (1,2,3...).
Los elementos que incorporan convertidores (convierten magnitudes eléctricas en no
eléctricas) o transductores (convierten magnitudes no eléctricas en eléctricas) se indi-
can con la letra -B.
D
etector de temperatura
-52 0--
Detector por nivel de fluido con
contacto NC
Célula fotoeléctlica
Detector de presión con
contacto NA
D
etector inductivo de proximidad
- S1 ~---
Detector de presencia por
proximidad con contactoconmutado
Unidad dldactlca ~ Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas
Actividades
2. Busca un par de referencias comerciales de pulsadores, interruptores y selectores.
3. Dibuja el símbolo que corresponde a un pulsador con dos contactos, uno NA y otro NC.
4. Dibuja el símbolo de un contacto que se cierre mediante un tirador y que tenga el retorno automático.
5. Busca tres ejemplos de detectores de posición (finales de carrera) de la marca Telemecanique. Indica las partes
de que se componen y el tipo de contacto que incorporan.
6. Busca un ejemplo de presostato, de detector de nivel de líquidos y de detector de proximidad inductivo. Indica
el tipo de contacto que incorporan.
Los dispositivos de regulación
ylos actuadores
Reguladores ocontroladores
Los reguladores, también conocidos como controladores, son elementos que per-
miten que la variable o magnitud física que se desea controlar (velocidad de una
máquina eléctrica, posición del eje de un motor, temperatura de un recinto, etc.)
permanezca siempre entre ciertos valores admisibles. sin intervención directa de un
.. • _ _ _ _ A
(. operador humano.
I!!
Fig. 2.7.
Termostato doméstico para el
control de temperatura.
Fig.2.8.
Planta (o proceso) controlada
mediante un sistema en lazo
cerrado.
Por tanto, un regulador sustituye en muchísimas ocasiones a una persona en tareas
complejas de control y regulación de instalaciones y máquinas industriales y domés-
ticas. Hoy en día, prácticamente cualquier aparato electrónico lleva un regulador
para alguna de sus funciones (vídeo y DVD, termostatos para el control de tempera-
tura, sistemas de control en vehículos, ascensores, etc.).
Un controlador electrónico es un dispositivo (analógico o digital) que calcula la acción
de control necesaria a partir de una cierta ley de control (o algoritmo de control) de-
terminada previamente. Para ello, utiliza las señales de entrada (la consigna y el valor
de la variable de salida de la planta).
Salida deseada
para la planla
(consigna)
----+<+
ft
de error
_ Controlador
Acción de
control sobre
la planta
MediCión
de la
salida
Variable
Circuito Planta o proceso de salida
de potencia --+ (sistemaa
oactuador controlar)
Aunque podemos realizar una clasificación más detallada, los reguladores electróni-
cos pueden dividirse básicamente en los siguientes tipos:
O Controladores de temperatura todo/ nada_También llamados ON/OFF, permiten
el control de variables de variación lenta, como es la temperatura.
u1.dad d.dact Cd Mando, reguladon y maniobras en máquinas eléctricas
fig. 2.9.
Modelocomercial de controlador
de procesos industriales de
propósito general.
Controladores de procesos de propósito general. Permiten el control de forma más
precisa que los anteriores. Los controladores de este tipo más conocidos son los
llamados controladores PID (Proporcional Integral Derivativo).
Controladores de velocidad de máquinas eléctricas. Como su nombre indica, per-
miten el control de la velocidad de giro y la posición de los ejes para motores
eléctricos, tanto de CC como de CA.
Controladores secuenciales. En este grupo se incluyen aquellos reguladores de
propósito general, utilizados normalmente en procesos industriales, y que están
basados en autómatas programables y sistemas eléctricos diversos como con-
tactores, relés y temporizadores.
1 ~ :... Actuadores
Normalmente, las acciones de control que debe suministrar el controlador a la plan-
ta o proceso para obtener el valor adecuado de la variable de salida deben ser de
una potencia considerable, especialmente en ambientes industriales.
Pensemos, por ejemplo, que si la planta es un motor de CC, las tensiones y la corriente
con las que trabaja suelen ser de valores considerables. En estos casos, el controlador,
que es en esencia un circuito electrónico de baja potencia, no puede proporcionar esos
niveles tan grandes de tensión o corriente. Por lo tanto, en la mayoría de aplicaciones,
entre el controlador y la planta suele existir lo que conocemos como actuador.
En otras ocasiones, el actuador permite transformar una magnitud eléctrica en otra
magnitud física, como fuerza, movimiento, etc. toste es el caso de plantas donde
la acción de control no debe ser una magnitud eléctrica, sino una magnitud de
distinta naturaleza. Por ejemplo, una válvula electroneumática es un dispositivo que
permite transformar una tensión eléctrica en un giro (de cierre o de abertura) de
la misma. En ocasiones, a los actuadores se los conoce también por el nombre de
elementos de control final.
Un actuador es, por tanto, un dispositivo que permite transformar una magnitud
eléctrica en otra no eléctrica (por ejemplo, mecánica) o bien permite la amplilicación
de un mismo tipo de energía.
Al igual que sucede con los detectores y dispositivos sensores, el número de actua-
dores es inmenso y sólo trataremos los más conocidos:
Relés y contactores. Por su importancia, serán estudiados detalladamente en el
apartado siguiente.
Fig.2.10.
Cilindros neumáticos:
a) Estructura interna.
b) Aspecto externo.
A(tividades
Unidad didacllca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
o Solenoides o electroimanes. Son dispositivos basados en una bobina que, me-
diante la generación de un campo magnético, permiten transformar energía
eléctrica en energía mecánica. Se utilizan para efectuar pequeños movimientos
o desplazamientos, giros de piezas, etc. (por ejemplo, en porteros electrónicos
para la abertura automática de puertas).
a)
(
Electroválvulas. Una electroválvula es un elemento que incorpora un conjunto de
un electroimán y una válvula mecánica. Dicho conjunto, que se acciona median-
te un controlador eléctrico o electrónico, permite o impide el paso de un fluido
o un árido. Son, en consecuencia, elementos del máximo interés en la automati-
zación industrial.
Actuadores electrohidráulicos. Ofrecen en su salida acciones mecánicas (fuerza,
par, posición, velocidad, etc.) a partir de una tensión o corriente eléctrica. Em-
plean un fluido (aceite o agua, generalmente) para proporcionar la acción de
control, obteniendo fuerzas y pares de fuerza de gran potencia.
Actuadores electroneumáticos. Parecidos a los actuadores electrohidráulicos, utili-
zan el aire a presión como fluido para proporcionar la acción de control. Tanto
los actuadores electroneumáticos como los electrohidráulicos se utilizan amplia-
mente en la industria como base para válvulas de control de líquidos y gases
(válvulas electrohidráulicas y válvulas electroneumáticas) y para cilindros neumá-
ticos.
b)
O
::(0 ()
O
Ejemplo 2.2
En una instalación doméstica de aire acondicionado por bomba de calor, indica dónde
podemos encontrar el regulador y cuál puede ser el actuador sobre el que realiza la acción
de control.
Solución:
De forma muy simplificada, suele incorporarse un termostato que permite al usuario fijar una
temperatura de la estancia (consigna) y que incorpora un circuito electrónico con un sensor
de temperatura. Este termostato está conectado con la placa electrónica de la unidad ex·
terna (compresor) donde está el regulador electrónico. Las salidas del regulador activan o
desactivan los contactores que ponen en marcha el compresor, el ventilador, etc.
7. En una instalación de calefacción doméstica por radiadores y caldera mixta a gas, indica dónde puede estar el
regulador y qué tipos de actuadores incorporan. Para poder realizar esta actividad será necesario que consultes
webs de fabricantes de calderas para calefacción, como Junkers, Ferroli, Roca, etc.
Unidad dldaW(a) Mando, regulación y maniobras en máquinas elé(tri(as
----~---l
-' ~t Relés ycontadores
Los contactares y los re-
lés, aparte de los símbolos
gráficos de sus bobinas de
mando y de los contactos,
se acompañarán de la le-
yenda -KMx para los con-
tactares principales y -KAx
para los contactores auxilia~
res y demás relés conven-
cionales. En estas leyendas
la x indica el número de
orden.
Tanto los relés como los contactores son elementos básicos que aparecen en cual-
quier sistema de automatización. Están formados por una bobina (denominada
circuito de controlo circuito de mando) y unos contactos metálicos (circuito de po-
tencia) formados por unas láminas ferromagnéticas.
El funcionamiento de estos elementos es muy simple: al aplicar una tensión continua
a la bobina de mando, circula a través de ella una corriente que crea un campo mag-
nético en su interior. Este campo atrae una armadura metálica hacia el núcleo de la
bobina. Puesto que esta armadura está unida mecánicamente a los contactos de
maniobra, cuando se desplaza hacia el núcleo de la bobina se produce la apertura o
cierre de los contactos de maniobra.
La posición de conexión se mantendrá mientras haya corriente circulando por la
bobina. Cuando esta tensión desaparezca, la armadura volverá a su posición inicial
a causa de la fuerza antagónica ejercida por un muelle. Por lo tanto, básicamente,
tanto en un relé como en un contactor se conectan o desconectan láminas metálicas
en función de si la bobina de mando está o no conectada a tensión. Las diferencias
fundamentales entre ambos elementos son:
Los relés electromagnéticos son elementos que suelen operar con cargas meno-
res a 1 kW, mientras que los contactares se conectan con cargas que pueden
sobrepasar en gran medida esta potencia.
Mientras que la bobina de mando en los relés se suele alimentar con CC, en los
contactares casi siempre se alimenta con CA.
Los contactares disponen de dos tipos de contactos: contactos principales y
contactos auxiliares. Los primeros están destinados a abrir y cerrar el circuito de
potencia; lo segundos se disponen para abrir y cerrar circuitos de mando, de
menor corriente eléctrica que los de potencia. Los relés disponen únicamente
de contactos de un solo tipo.
~,,~.L· " Relés electrome(áni(os
También conocidos como relés de mando, relés de automatismos o simplemente
relés, a pesar de ser elementos que aparecieron hace ya muchas décadas, siguen
siendo fundamentales hoy en dia.
Su evolución tecnológica los ha situado en un plano que los convierte en un ele-
mento simple y económico con muchas posibilidades en el mundo de la automati-
zación.
Podemos considerar el relé como un elemento que posibilita el gobiemo de poten-
cias superiores a las que necesita para su propio funcionamiento.
En la práctica, un relé tiene que satisfacer, entre otros aspectos, diferentes exigencias:
Bajo o nulo mantenimiento.
Frecuencia de conmutación elevada.
Conexión para pequeñas tensiones y para pequeñas corrientes.
Elevado número de maniobras sin pérdida de prestaciones.
Bajo consumo de la bobina de mando.
Unidad dldactlca 2 Mando, regulación y maniobras en maquinas eléctricas
Juego Juego
Los rasgos más relevantes de un relé electromecánico
son los siguientes:
Aislamiento galvánico (no existe contacto eléctrico)
entre la entrada (circuito de mando) y la salida (circui-
to de maniobra).
Bobina
de mando de contactos de contactos
del IlpO NA del tipo NC
Fácil control.
Parlede baja potencia Parte de alta pOlencia
Bajo coste para la mayoría de aplicaciones.
(WCUlto de control) (CIrcuito de potencia)
a)
.----------------------------~
O Presencia de "rebotes" de sus contactos, sobre
todo en la conexión.
b) , ,
Bobma
de mando
,
,
Juego :
de contactos :
Fig. 2.11.
,
,
(a) Simbolode un relé
ele(tromagnéti(o (ompuesto por
dos (onta(tos del tipo NA y dos
del tipo NC. (b) Aspe(to externo
de un relé conven(ional.
Fig.2.12.
Aspe(to externo de los relés
leed.
En el mercado podemos encontrar un elevado número
de tipos de relés con diversas características. A continua-
ción veremos los más importantes.
Relés convencionales
Un relé convencional de aplicación general está consti-
tuido por una bobina y uno o dos contactos. Cuando se
acciona la bobina con CC el núcleo es de hierro dulce
macizo, mientras que si se acciona por CA el núcleo es
de chapas magnéticas laminares.
Debemos tener en cuenta que un relé construido para operar en CC no puede ope-
rar en CA, puesto que, en tal caso, se producirían pérdidas muy elevadas a causa de
las corrientes de Foucault (estudiarás estas pérdidas en el módulo de Electrotecnia)
y la bobina no suministraría la fuerza magnética suficiente para mover las láminas de
los contactos de maniobra.
En cambio, un relé construido para poder operar en CA sí puede trabajar perfec-
tamente en CC si se añade una resistencia en serie a la bobina. Dicha resistencia
suple la reactancia propia que la bobina presentaría a la frecuencia de trabajo para
la cual fue diseñado (recuerda que en Europa la frecuencia de la red eléctrica es de
50 Hz).
Relés polarizados
En esencia son relés electromecánicos que incorporan un imán permanente. La pre-
sencia de este imán hace que la fuerza de atracción aumente considerablemente,
con lo que el tamaño del relé puede ser inferior.
Hay dos tipos de relés polarizados: los de un solo estado estable, que mantienen los
contactos cerrados únicamente cuando se excita la bobina, y los de enclave (engan-
che), que mantienen los contactos cerrados cuando se deja de excitar la bobina. En
este caso la desconexión de los contactos se realiza aplicando una tensión inversa a
una segunda bobina.
Relés reed
Estos relés están formados por una ampolla de vidrio herméticamente cerrada en el
interior de la cual se encuentra un conjunto de contactos, o únicamente uno, según
la capacidad de alojamiento y tipo de relé.
La ampolla está rodeada por una bobina que, cuando circula corriente por ella,
provoca que los contactos ferromagnéticos se cierren (si son NA) o se abran (si son
NC). La gran ventaja que presentan es que son de muy pequeño tamaño, aunque
pueden conmutar únicamente cargas de pequeña potencia y bajo amperaje.
Unidad didáctica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
- - - - - --1
Fig.2.13.
Modelo comercial de relé de
estado sólido.
Fig. 2.14.
Modelo comercial de
temporizador.
Fig. 2.15.
Símbolos para relés temporizadores:
(a) a la conexión,
(b) a la desconexión y
(c) a la conexión y desconexión.
Relés de estado sólido
Estos relés se basan en materiales semiconductores y presentan aislamiento óptico
entre la entrada (parte de mando) y la salida (parte de maniobra). No tienen bobinas,
ni contactos metálicos, ni elementos mecánicos, sino que las funciones respectivas
las realizan exclusivamente componentes electrónicos. También se conocen como
relés estáticos. En general, los relés de estado sólido presentan las mismas caracte-
rísticas que los electromecánicos, pero además tienen ventajas importantes:
O Al carecer de elementos mecánicos, no producen ningún ruido acústico en el
momento de la conmutación .
O Poseen un número de maniobras prácticamente infinito, ya que no existe des-
gaste de piezas por movimientos mecánicos.
O Se controlan con bajas corrientes y tensiones.
:) No presentan "rebotes".
O Poseen gran resistencia mecánica.
Tienen reducidas dimensiones, lo que los hace muy útiles en aplicaciones elec-
trónicas donde el espacio es un aspecto importante.
Existen también relés híbridos, los cuales combinan la tecnología de los semicon-
ductores con la de los relés electromecánicos polarizados. El circuito de entrada del
relé híbrido está formado por dispositivos semiconductores que controlan la excita-
ción de la bobina del relé. El acoplamiento con la salida es magnético, igual que en
los relés electromecánicos. Al excitar la bobina se produce el cierre o apertura de los
contactos de maniobra.
Relés temporizadores
También conocidos simplemente como temporizadores, son relés que permiten
ajustar los tiempos de conexión y desconexión del mismo. Son, por tanto, elemen·
tos retardados en la puesta en marcha. La temporización puede ajustarse entre
algunos milisegundos y algunas horas. Existen básicamente dos tipos de relés temo
porizadores:
Temporizadores electrónicos. Son los modelos más modernos y se ejecutan me-
diante relés híbridos. Éstos llevan dentro un pequeño circuito electrónico que
controla la conexión y desconexión de la bobina y permite la programación,
generalmente mediante un botón giratorio (potenciómetro). del tiempo de re·
tardo de conexión o desconexión.
Temporizadores neumáticos. Son elementos más antiguos que los electrónicos, y
constan de un sistema neumático, formado por una cámara de aire y una memo
brana que permite la ternporización mediante un sistema mecánico de giro.
Los relés temporizadores son de mucho interés en instalaciones automáticas, por-
que permiten una gran flexibilidad en los automatismos frente a los relés conven·
cionales.
a) b) c)
Unidad d,dacI ca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas electricas
Un conlaclor es un dispositivo similar a un relé electromagnético convencional, utili-
zado para el control de cargas de elevada potencia.
La bobina del contactar conecta o desconecta una serie de con-
tactos formados internamente por láminas que pueden soportar
grandes corrientes. Dicha bobina, en la mayoría de modelos
comerciales, se alimenta con tensión de red (230 V-50 Hz). a
diferencia de los relés electromagnéticos, que suelen funcionar
con corriente continua y tensiones inferiores.
:-ª-----rt1-tt}-f:
-KM1 i ---~------ - i
-- -----l-~-~-!_~ --~
Aunque el número de contactos puede variar de un modelo a
otro, la estructura de un contactar típico está compuesta por: la
bobina de mando o control; una serie de contactos principales
(del tipo NA, aunque pueden encontrarse también del tipo NC)
y otra serie de contactos auxiliares (ya sean NA o NC), todos
ellos controlados por la misma bobina. La figura 2.16 muestra
como ejemplo el símbolo de un contactor típico con tres con-
tactos principales del tipo NA, y cuatro contactos auxiliares, dos
NAy dos NC.
La diferencia esencial entre los contactos principales y los
auxiliares de un contactor estriba en que los primeros pueden
soportar el paso de una corriente eléctrica mucho mayor que los
segundos. Los contactos principales soportan las corrientes del
circuito de potencia y los auxiliares las corrientes del circuito de
control.
Bobina (onlactos de (ontactos aU~I!iafes
de marido potencia 1 NA t 1 N(
~ ~
Circullo de control (ileullo de (irCUlto de control
ode mando polenoa ode mando
F
ig.2.16.
(ontactor electromagnético.
(a) Aspecto exterior.
(b) Estructura compuesta por tres
contactos principales del tipo NA,
ycuatro contactosauxiliares, dos
NA ydos NC.
En cuanto a la longevidad, un contactar correctamente seleccionado puede efec-
tuar, según una norma internacional llamada CEI 947-4, un mínimo de un millón de
maniobras sin destruirse.
Recuerda que se entiende por maniobra la apertura más el cierre de un contacto.
Criterios para la elección de un contactor
La elección del calibre adecuado para un contactar depende directamente de las
características de su aplicación concreta. Aunque el parámetro característico de un
contactar es la potencia o la corriente efectiva de servicio que deben soportar los
contactos principales, deberemos considerar otros aspectos:
Las características del circuito o carga que se debe controlar: tensión de trabajo,
transitorios a la puesta en tensión y tipo de corriente (CC O CA).
Las condiciones de trabajo: número de maniobras por hora, cortes en vacío o en
carga, temperatura ambiente, etc.
Así, las aplicaciones indicadas para un contactar dependen de la denominada cate-
goría de operación o categoría de servicio que tenga el mismo.
Esta categoría viene indicada en la carcasa del dispositivo y especifica para qué
tipo de cargas es adecuado el contactar. Las cuatro categorías existentes son las
siguientes:
ACl (condiciones de servicio ligeras). Contactares indicados para el control de
cargas no inductivas o con poco efecto inductivo (excluidos los motores), como
lámparas de incandescencia, calefacciones eléctricas, etc.
• I Unidad dldac!ica 2. Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas
Ejemplo 2.3
Indica qué categoría es la más
adecuada para un contactar
que debe conectar una resis-
tencia eléctrica de refuerzo en
la puesta en marcha de un siste-
ma de climatización cuando la
temperatura exterior es dema-
siado baja. La resistencia eléc-
trica es de 5 kW y se conecta
a 230 V.
Solución:
Esta aplicación necesita muy
pocas maniobras ya que sólo se
conectará cuando se conecte
el sistema de climatización y,
además, la temperatura sea su-
ficientemente baja como para
necesitar el refuerzo de calor.
Por otro lado, por tratarse de
una carga resistiva, su factor de
potencia será prácticamente la
unidad. Así, necesítaremos un
contactor de categoría AC1.
Para escoger una referencia
concreta deberemos consultar
las tablas de elección de los
fabricantes de contactares.
o AC2 (condiciones de servicio normales). Indicados para usos en corriente alterna y
para el arranque e inversión de marcha de motores de anillos, así como en apli-
caciones como centrifugadoras, por ejemplo.
AO (condiciones de servicio difíciles). Indicados para arranques largos o a plena
carga de motores asincronos de jaula de ardilla (compresores, grandes ventila-
dores, aires acondicionados, etc.) y frenados por contracorriente.
A(4 (condiciones de servicio extremas), Contactares indicados en motores asín-
cronos para grúas, ascensores, etc., y maniobras por impulsos, frenado por con-
tracorriente e inversión de marcha. Por maniobras por impulsos debemos enten-
der aquellas que consisten en uno O varios cierres cortos y frecuentes del circuito
del motor y mediante los cuales se obtienen pequeños desplazamientos.
Los contactares con indicación de categoría DC-1, DC-2, DC-3, DC-4 y DC-S están
destinados al accionamiento de cargas en corriente continua. DC-1 corresponde al
uso con cargas no inductivas o poco inductivas, DC-2 y DC-3 al accionamiento de
motores shunt y DC-4 y DC-S al accionamiento de motores serie.';
Ejemplo 2.4
Para resolver un determinado problema de automatización se necesita un contactar que
realice la conexión de fase y neutro (sólo necesitamos dos polos) a una carga monofásica de
tipo resistivo de consumo 32 A. Se han pensado dos posibles soluciones:
Utilizar un contactar de categoria AC1, referencia LC1-D32 (marca Telemecanique) de 3
polos y una corriente efectiva de 44 A (temperatura s 55°C).
Utilizar un contactar AC1, de referencia LC1-D12 (marca Telemecanique) de 4 polos y
una corriente efectiva de 20 A (temperatura s 55°C).
Es evidente que la primera posibilidad es correcta pero, ¿lo es también la segunda? ¿Cómo
deberíamos realizar la conexión para esta posible conexión?
Solución:
L1
N
2-S0Hz 230 V
~, ~--- - - -~
Receptor
monofásIco
230 y / 32 A
L1
N
2- S0Hz 230 V
- KAl ~___________ _
Receptol
monofásIco
230 y / 32 A
A la izquierda, conexión de una carga monofásica con un contactor tripolar. A la derecha,
forma de conectarla con un contactar con cuatro polos de menor calibre.
Puedes ver la forma de conectar los contactos principales del contactar. Al ser del calibre
adecuado, sólo necesitamos utilizar dos de los tres contactos disponibles.
Unidad didacllca 2 Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas
Cuando tengamos que conectar cargas monofásicas, es posible hacerlo con contactores de
cuatro polos, conectando sus contactos principales en paralelo (dos a dos). Lo puedes ob-
servar en el esquema de la figura de la derecha. De esta forma podemos disminuir el calibre
de los contactores, sin embargo, ten en cuenta lo siguiente:
La corriente efectiva que puede aguantar un contactor con contactos en
paralelo no es proporcional al número de contactos en paralelo ya que se
puede producir un reparto desigual de la corriente total entre los polos.
Para decidir qué calibre es el adecuado cuando se conectan contactos en paralelo, se debe
multiplicar la corriente efectiva del contactor por un coeficiente que varía en función del nú-
mero de contactos en paralelo. Por ejemplo, la guía de elección de contactores de la marca
Telemecanique nos indica:
T.bl.2.1.
Aumenlo de l. corrienle efecliv. de servicio oempleo por l. conexión en p.r.lelo de los polos
N.' de polos en paralelo 2 3 4
F
actor de multiplicación 1,6 2,25 2,8
Por tanto, consultando esta tabla podemos comprobar que la segunda opción propuesta
(el contactor de cuatro polos y corriente efectiva de 20 A), al poner en paralelo dos polos,
aumenta la corriente de servició en un factor 1,6. Con lo cual,
1
_ = 1,6 • 20 A = 32 A (a temp. de 55°C).
Por tanto, el hecho de poner los polos en paralelo nos permite disminuir el calibre del con-
tactor utilizado.
Ejemplo 2.5
Una cinta transportadora está funcionando de manera continua en una cadena de produc-
ción. Esta cinta la mueve un motor asíncrono trifásico con una potencia de 10 kW. ¿Podemos
utilizar un contactor de categoría AC1 para la conexión de este motor?
Solución:
No. La categoría AC1 es adecuada para cargas no inductivas o poco inductivas. Nunca para
motores. Podríamos utilizar, considerando que no tendrá un uso por impulsos ni requerirá
maniobras de inversión de giro, un contactor de categoría AC3. El calibre lo deberemos
considerar a partir de la intensidad de arranque y la intensidad de corriente de servicio.
Número (ara(terísti(o
A los contactores se les asigna un número característico que nos indica el número de
contactos auxiliares de apertura (NC) y de cierre (NA) de que disponen.
Si no tiene contactos conmutados tiene dos cifras: las decenas indican el núme-
ro de contactos de cierre (contactos NA) y las unidades indican el número de
contactos de apertura (contactos NC).
Si tiene contactos conmutados, el número característico tiene tres cifras. Las
unidades indican en este caso el número de contactos conmutados.
El número característico también sirve para los contactores auxiliares, relés y auxilia-
res de mando. En este caso hace referencia a todos sus contactos (no tienen contac-
tos principales de potencia).
Unidad dldactlca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Actividades
-------------------------
Ejemplo 2.6
Indica el número de contactos principales yauxiliares de cada uno de los siguientes contac-
tares: a) un contactar bipolar de número característico 20; b) un contactar tripolar de núme-
ro característico 22 y e) un contactor tetrapolar de número característico 53.
Solución
a) Al ser bipolar dispone de dos contactos principales. El número característico 20 indica
que dispone de dos contactos de cierre (NA) y ninguno de apertura (NC).
b) Al ser tripolar dispone de tres contactos principales. El número característico 22 indica
que dispone de dos contactos de cierre (NA) y dos de apertura (NC), como en la figura
2.16.
e) Al ser tetrapolar dispone de cuatro contactos principales. El número característico 53 indi-
ca que dispone de cinco contactos de cierre (NA) ytres de apertura (NC).
Ejemplo 2.7
Indica el número característico de un pulsador NA, un conmutador y un pulsador marcha-
paro (tiene dos contactos, 1 NA + 1 NC) Yde un contactar auxiliar con cuatro contactos
NA
Solución:
Un pulsador NA tiene un número característico: 10.
Un conmutador tiene un número característíco: 001.
" Un pulsador marcha-paro tiene un número característico: 11 .
Un contactor auxiliar de 4 contactos NA tiene un número característíco: 40.
8. ¿Qué tipo de categoría deberá tener el contactor que actúa sobre un motor asíncrono (rotor en cortocircuito)
de una grúa?
9. ¿Qué tipo de categoría ha de tener un contactor que debe conectar un calentador eléctrico trifásico de 3 kW a
la red eléctrica (230 V-50 Hz)?
10. Indica el número de contactos principales y auxiliares de cada uno de los siguientes contactores: a) un contactor
tripolar de número característico 41, b) un contactor auxiliar de número característico 32 y e) un contactor de
cuatro polos de número característico 41.
11. Indica el número característico de los siguientes elementos: a) un final de carrera con dos contactos, 1 NA + 1
NC; b) un contactor auxiliar con seis contactos (4 NA + 2 NC); e) un auxiliar de mando con un contacto conmu-
tado.
Unidad dldactica 1 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
....~~ Identifi(ación de los bornes de (onexión
Fig.2.17.
Marcado de contactos
principales.
Hasta ahora hemos visto diferentes elementos de mando y hemos indicado en cada
caso su símbolo. Mediante este símbolo podremos interpretar, en los esquemas, de
qué elemento se trata y la función que realiza. Pero para poder montar correctamen-
te el automatismo debemos, además, conocer la forma en que se hace referencia
a sus bornes de conexión. La norma lEC 61082 contempla, entre otros temas, el
marcado de los contactos principales de potencia, de los contactos auxiliares y de
las bobinas de mando.
~L:'J.;L Marcado de bobinas de mando
Los bornes de las bobinas de mando se marcan con una letra (A o 8) seguida de un
número de bome. Los bornes de aparatos con un único devanado se marcan como
A1YA2. Aquellos que incorporan dos devanados, como A1YA2 para el primero y
81 Y82 para el segundo (tabla 2.2).
Bobinas de mando
electromagnético
Tabla 2.2.
Identificación de los terminales de mandos electromagnéticos
Un devanado
,l;
~
Dos devanados
~
~
l:':)..::¿. Marcado de contactos principales
A~'
A~2
Para marcar los bornes de los contactos principales, incluidos los de los relés térmi-
cos, utilizamos una única cifra de 1 a 4 en equipos bipolares, de 1 a 6 en aparatos
tripolares o de 1 a 8 en tetrapolares. El borne de entrada se marca con un número
impar y el de salida con el número par inmediatamente superior.
a) B
ipolar b) T
ripolar e) ¡etrapolar
L:'J.~" Marcado de contactos auxiliares
Los contactos auxiliares de los contactores y los contactos de los auxiliares de man-
do (pulsadores, relés, interruptores, finales de carrera, etc.) se marcan con dos cifras
que indican:
la cifra de unidades, llamada cifra de función. Indica la función del contacto: 1 y 2
designan un contacto normalmente cerrado (NC), 3 Y4, uno normalmente abier-
to (NA), 5 Y 6 un contacto de apertura temporizada, 7 y 8 un contacto de cierre
temporizado. El número 9 y, si es necesario el O, se reservan para los contactos
auxiliares de los relés térmicos.
Unidad didactica 2. Mando, regulación Vmaniobras en maquinas eléctricas
Actividades
o La cifra de decenas indica el orden de numeración de los contactos en el con-
tactor.
rabia 2.3.
Idenlificación del estado Vla función de un contacto auxiliar
(ifra unidades Función Ejemplo
del contacto (Las decenas indican el orden del contacto en el aparato)
~ ~ ~---~
1
1-2 De aperlura (NC) E
--
12 42 52 62
~
j"",,"(~(
113 431 531 631
3-4
E-
1 ~ ~--:~
14 44
+
¿11 Jll ¿21
1-2-4 Conmulado
E-;2 114 12 114 22 124
I De apertura especial
f ~
5-6 (Iemporizado, dISparo de
lérmico...) 16 16
De cierre especial (tem- 1
17
1
17
7-8 porizado, disparo de tér·
118 ~18
mico...)
Conmutado especial (tem-
7115 (.25
5-6-8 pomada, disparo de tér-
mico...)
16 118 26 128
Los contactos auxiliares de los relés de protección contra sobrecargas (térmicos y
guardamotores) se indican de forma especial: para la cifra de las decenas (en este
caso no indica el orden) se utiliza el 9 (y el O si es necesario) seguido de la cifra de
función de contactos especiales, 5 y 6 o 7 Y8.
Fig. 2.18.
Identificación debornes
de contactos auxiliares de
relés térmicos.
- Fl
12. Dibuja el símbolo e indica la clase y la referencia de los polos de todos elementos relacionados en las activida-
des 10y 11.
Unidad didac!tca 2 Mando, regulación V maniobras en máquinas eléctricas
Elementos de señalización
Fig. 2.19.
E
lemento deseñalización
luminosa empleadoen la
industria.
Fig. 2.20.
Aspectode diodos LEO y
el simbolo utilizado en
los esquemas eléctricos y
electrónicos.
Los elementos de señalización se utilizan para indicar a los operarios el estado en
que se encuentran los elementos de mando y control de una instalación o máquina
eléctrica.
De esta forma, podemos saber si un contactor, motor, etc. está o no en funciona-
miento, si una alarma ha saltado, etc. Aunque su aspecto externo admita multitud
de formas y tamaños, los elementos de señalización empleados pueden ser clasifi-
cados en señalizaciones luminosas, acústicas y ópticas.
~ 0; J Señalizadones luminosas yópticas
Entenderemos por señalización luminosa el alumbrado suministrado por lámparas
de incandescencia o de gas de pequeña potencia. Las más conocidas son las lám-
paras piloto, colocadas en los paneles frontales de armarios y cuadros eléctricos.
Emiten una luz cuyo color cambia en función de la información
que deban dar:
El color verde nos informa sobre el correcto o "normal" fun-
cionamiento de la máquina.
El color rojo o anaranjado indica condiciones anormales en el
funcionamiento de máquinas, instalaciones, alarmas, emer-
gencias, paradas de instalaciones, disparo de térmicos por
sobreintensidades, etc.
El color blanco (o transparente) indica la conexión de la má-
quina o circuitos a la tensión nominal de selVicio.
Los diodos electroluminiscentes o diodos LEO (los verás en el
módulo de electrotecnia) son una alternativa a las lámparas de
incandescencia. Se trata de pequeños pilotos de color rojo,
verde o amarillo, con diferentes posibilidades de señalización.
Se utilizan en multitud de instalaciones (tanto eléctricas como
electrónicas) debido a su bajo consumo y a sus reducidas di-
mensiones.
A la hora de decidir qué tipo de señalizador debemos utilizar, conviene tener en
cuenta los siguientes consejos:
Aunque nos ahorremos un contacto, no es conveniente colocar las lámparas
señalizadoras en paralelo con las bobinas de mando, ya que, debido a su natu-
raleza inductiva, pueden producirse sobretensiones transitorias que estropeen
dichas lámparas. Si se decide conectarlas en paralelo, es aconsejable emplear
un transformador o bien utilizar lámparas de neón.
Es recomendable conectar las lámparas señalizadoras utilizando contactos auxi-
liares de los contactores o relés y, si es posible, con un transformador de mando
que reduzca la tensión de alimentación de estas lámparas.
Las señalizaciones ópticas son simplemente etiquetas, placas plásticas o metálicas y
adhesivos con diferentes colores (generalmente chillones).
Suelen colocarse alrededor o encima de elementos de mando (pulsadores de mar-
cha y paro, interruptores, selectores, etc.) para indicar al operario su función.
Unidad d,daCllCa Mando, regulación y maniobras en maquinas eléctricas
Fig.2.21.
Diferentes ejemplos de
señalizadores luminosos y acústicos:
a) bombilla o neón, b) avisador
acústico y e) timbre.
Actividades
------......J
1..ú..L Señalizaciones acústicas
Las señalizaciones acústicas son dispositivos tales como timbres, sirenas, bocinas,
zumbadores, etc., que indican generalmente situaciones de funcionamiento peli-
grosas, emergencias, alarmas, etc.
Símbolos de los elementos señalizadores
ysistema de referencias para bornes
Si observas la figura 2.21, verás que todos los elementos de señalización están iden-
tificados con un símbolo y con la letra -H, seguida del número de orden. Los bornes
de los elementos señalizadores luminosos (bombillas y neones) van acompañados
de las referencias X1 y X2, mientras que los acústicos lo hacen de 1 y 2.
13. Busca información de tres tipos de señalizadores luminosos e indica su tensión de alimentación y su consumo.
'~L1 Realización de esquemas de automatismos
Mediante la correcta conexión de los elementos que has visto hasta ahora, podemos
realizar algunos automatismos simples. No obstante, antes veremos cómo se repre-
sentan esquemáticamente los circuitos de los automatismos, así como la utilización
de diagramas de secuencia-tiempo y algún gráfico GRAFCET en los ejemplos.
1..1 '1.. Tipos de esquemas de circuitos
Un esquema representa, mediante un dibujo a escala, cómo se relacionan (inter-
conectan) eléctrica y mecánicamente todos los elementos o componentes de una
instalación eléctrica o de parte de ella.
Clasificamos los esquemas de circuitos de automatismos en función de la forma de
representación (teniendo en cuenta dos criterios básicos):
El número de elementos representados por un único símbolo: representación
unifilar y multifilar.
La situación relativa entre los símbolos de un mismo elemento: representación
conjunta, parcialmente desarrollada y desarrollada.
Representación unifilar
Se representan dos o más conductores con un único trazo. Se segmenta este trazo
tantas veces como conductores haya realmente. La segmentación se aplica también
a los símbolos de los elementos para indicar que hay más de uno.
L1
L2 ~~-r--­
L3
N"'"
F
ig.2.22.
M
3-
II
L2
L3
Unidad dldá(tI(a! Mando, regulación y maniobras en máquinas elé(tri(as
M
- KMl
N
"
M
- Fl
N
"
:::> >
~
'"
~
'"
;;:
M
3-
-----
Representación multifilar
En este caso se dibujan o representan tantas líneas
como conductores haya y tantos símbolos de
aparatos o elementos como aparatos o elementos
tenga el circuito.
Representación conjunta
Representación unifilar (izquierda) yrepresentación multifilar (derecha)
del mismo circuito.
En la representación conjunta se utiliza un único
esquema para representar el circuito de potencia
y el circuito de control, los cuales se distinguen
solamente por el grueso de las líneas del dibujo.
Los elementos que componen un mismo dispo-
sitivo o aparato se dibujan juntos en un mismo
símbolo. Por ejemplo, en el caso de un contactor,
se representará su símbolo indicando todos sus
elementos: bobina de mando, contactos principa-
les y auxiliares. Así, se facilita la lectura de las fun-
ciones que desempeñan las distintas partes de un
mismo elemento. Sin embargo, la representación
conjunta tiene un gran inconveniente: complica
excesivamente el seguimiento del cableado del
circuito y dificulta, también, la comprensión del
funcionamiento eléctrico de dicho circuito.
Representación parcialmente desarrollada
Los símbolos de los diferentes elementos de los aparatos o dispositivos de una
misma instalación están separados en función de los circuitos de potencia y control.
No obstante, están suficientemente cerca los unos de los otros para poder trazar
con una línea discontinua las uniones mecánicas entre los diferentes elementos que
trabajan unidos (figura 2.23, derecha). Fíjate en la traza que une el contacto NC del
relé térmico - Fl y el relé térmico en sí, y la traza que une el contactor -KM 1 Y su
contacto de autoenclavamiento.
La representación parcialmente desarrollada facilita la compresión tanto de las
funciones que desempeñan las distintas partes de un mismo elemento (un contac-
tar, por ejemplo) como del funcionamiento global del circuito. Sin embargo, este
esquema también presenta un gran inconveniente que no hace recomendable su
uso: la representación semidesarrollada de automatismos complicados es más difícil
de dibujar debido a las trazas de los elementos solidarios mecánicamente. Además,
dificulta la interpretación de los circuitos cuando éstos se complican.
Este tipo de representación también recibe el nombre de esquema de conexiones
o esquema de realización.
Representación desarrollada
Consiste en representar por separado dos esquemas en un mismo dibujo. Por un
lado, se dibuja el esquema del circuito principal o de potencia y, por el otro, el cir-
cuito de mando o control (incluidos los elementos de señalización si los hubiera).
Esta forma de representación de los circuitos de los automatismos es la más utiliza-
da y la más recomendable. Permite seguir fácilmente la conexión de los circuitos y
facilita, así mismo, la comprensión de su funcionamiento.
En la figura 2.24 puedes observar la representación desarrollada del mismo auto-
matismo de la figura 2.23. En el siguiente apartado veremos con detalle cómo se
representan esquemas de fomna desarrollada.
Unidad dldawca 2 Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas
L1 3N-SOHz 400V
L2
L3
N
-F2 W
-
] r
~
'"
]
-F3
r-
;:;
-51 E-
N
N
~ ~
~
L1 3N - so Hz 400V
L2
L3
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- F3 [
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- KM1 - --- -- ---=-, -52 E--~
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C0
-KM1~_
Y
M
'<;
3-
Fig. 2.23.
E
squemaconjunto V
semidesarrolladodel arranque
y la protección térmica deun
motor de inducción.
Fig. 2.24.
Esquemadesarrolladodel
arranquey laprotección deun
motor deinducción.
2.
:J 2c.. Elaboración desarrollada de esquemas
En este tipo de representación, los símbolos de los diferentes elementos de un
mismo dispositivo o aparato se dibujan por separado. Por ejemplo, en el caso de
un contactor principal, los contactos básicos estarán situados en el circuito principal
o de potencia, mientras que los auxiliares y la bobina de mando, en el circuito de
mando o control.
L1
3N-SOHz 400V
L2
L3 - F3 1N-SOHz 230V
N L1
'"
'"
- F2
- F1
~
'"
- KM1
N .. '"
'" '" ;": ;":
- F1
:;:
N
-KM1
::>
N
- 52
,
__1_4~;"_1_3__
Fig. 2.25.
Modo de indicar las referencias
delos elementos y el marcado de
bornes en los esquemas.
Unidad didactica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Esquema de potencia
El esquema principal o de potencia se acostumbra a dibujar de forma multifilar (si
es un circuito muy sencillo podemos utilizar el esquema unifilar). En él deberemos
detallar todos los elementos del circuito, desde la alimentación hasta el receptor,
incluidas las protecciones (fusibles, magnetotérmicos, etc.).
En la figura 2.24 se indica lo siguiente:
Los conductores de alimentación (L1, L2, etc.) y la tensión de alimentación
(50 Hz, 400 V).
La clase de los elementos (el tipo más su número de orden): -Fl o -KM1 , por
ejemplo.
Las referencias de los polos del circuito. Para el contactor tripolar, por ejemplo,
la referencia sería 1-2, 3-4, 5-6. Para el motor, U, V, W.
Aunque este ejemplo no lo contemple, es conveniente indicar también las caracterís-
ticas de los hilos (sección) y las protecciones (calibre). Esto puede hacerse en el mismo
esquema o bien en el documento de infonmación técnica que acompaña el esquema.
El trazo de las líneas del dibujo es más grueso que el utilizado en el esquema de
mando.
Esquema de mando yde señalimión
Suele ubicarse a la derecha del de potencia. En este esquema se representan todos
los símbolos de los mandos de control de los contactores, relés y demás aparatos
que componen el circuito, en un orden establecido en función de su alimentación
(si es posible). Como en el caso de los circuitos de potencia, debe indicarse la clase
(tipo y número de orden) de cada elemento. Observa que ahora, a diferencia de lo
que sucedía en los esquemas conjunto y semidesarrolfado, para indicar el contacto
auxiliar del contactor -KMl deberemos añadir aliado del contacto la referencia del
contactor (figura 2.24).
Dos líneas horizontales representan los conductores de alimentación. Las bobinas de
mando y los diferentes receptores, lámparas, relojes, etc. se conectan directamente
a la línea inferior (en la figura 2.24, el conductor del neutro). Los demás elementos
de control (contactos auxiliares, auxiliares de mando y bomes de conexión) los re-
presentaremos sobre el órgano controlado (bobinas o elementos de señalización).
Sea cual sea la función que realicen, terminan por conectar con el otro conductor (en
la figura 2.24, el conductor de la fase L1).
Para indicar en el esquema de mando los aparatos externos, podemos enmarcarlos
con una línea discontinua, de forma que el instalador pueda determinar el número
de conductores necesarios para su conexión.
Referencias de los elementos ymarcado de bornes en el esquema
Deberemos escribir las referencias de los diferentes elementos que aparecen en los
esquemas de potencia y de mando a la izquierda del elemento, si está en posición
vertical, o bien sobre el elemento, si está en posición horizontal. En el caso del
marcado de bornes, también habrá que indicarlos a la izquierda del componente
y en lectura ascendente, si el elemento está posicionado verticalmente, y sobre el
cornponente, si está en horizontal.
Referencias cruzadas
Facilitan el seguimiento de los circuitos de mando y señalización cuando éstos son
complicados, ya que ello nos permite localizar rápidamente todos los elementos
relacionados entre sí.
-KTl
F
ig.2.26.
UOIdad dld (!ica. Mando, regulación Vmaniobras en máquinas electri(as
2 3 4 5
-KTl Q -KA3
.,. ------- ~ -------~-
.- r- N "'
....
-KT2
-Hl
N
X
-H2
N
X
Cada línea vertical de contactos tiene un número
de orden en la parte superior. En la parte inferior
de cada órgano de mando se indican el número
de contactos auxiliares sobre los que actúa, espe-
cificando si son NC o bien NA, y la línea vertical
de contactos donde se encuentran. En el ejemplo
de la figura 2.26 se indica que el contactar auxiliar
KA3 cuenta con dos contactos NA (indicado bajo
la "A") en las columnas 3 y 4 del esquema. En la
columna 5, KA3 dispone de un contacto NC (indi-
cado bajo la "(").
Aparte de los contactares y los relés, las referen-
cias cruzadas pueden indicarse para todos los ele-
mentos que tengan contactos asociados. Nosotros
sólo indicaremos referencias cruzadas cuando ne-
cesitemos entender bien el esquema de mando.
Para circuitos sencillos no resulta necesario.
Referencias cruzadas en un
esquemade control.
Añadiremos también que hay otra forma de indicar referencias cruzadas: situando
bajo las bobinas de mando el dibujo de los diferentes contactos auxiliares de que
dispone.
Actividades
14. Realiza el esquema de potencia de dos motores conectados a una red trifásica (400 V) con neutro mediante la
protección de fusibles y la protección térmica, con dos contactares que se encarguen de conectarlos a tensión.
15. En el esquema siguiente, indica la referencia de los contactos y atribuye a cada elemento la clase y el número
de orden. Señala las referencias cruzadas de forma gráfica. Para que puedas hacerlo correctamente fíjate en la
siguiente información:
Las bobinas de mando de las columnas 2, 3 Y9 son de contactares auxiliares. El resto de las bobinas corres-
ponden a contactares principales que controlan motores.
El contacto térmico de las columnas 4 y 8 corresponden a la misma protección térmica. Lo mismo sucede
con los contactos de las columnas 5 y 9 por un lado, y 6 Y 10 por otro.
El contacto temporizado de la columna 3 corresponde a la bobina de la columna 2. El contacto auxiliar de la
columna 3 corresponde a la bobina de mando de la columna 6.
El contacto tempori-
zado de la columna
5 corresponde a la
bobina de mando
de la columna 3.
El contacto auxiliar
de la columna 7 per-
tenece a la bobina
de mando de la co-
lumna 2.
Los contactos auxi-
liares de las colum-
nas 8 y 9 correspon-
den a la bobina de
la columna 9.
2 3 4 s 6 7 8 9 10 11
¡..
~I
I·~/·...
Unidad didactlca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Automatismos básicos
1 Paro
2 Marcha
-KM1
Fig.2.17.
Control mediante un conmutador.
-51 [ ...
~
- 52 [ ...
Fig.2.28.
:;:
- KM1
N
«
-KM1
Esquema de mando de un control
a
l impulso de un contactar.
Ac!. -------
51
Desac!. ___---'
Ac!.
52 Desee!.----'
Ac!.
KM
1
Desacl.l------l
Vamos a ver diferentes esquemas básicos de mando sobre contactores que, más
adelante, nos permitirán realizar diversas operaciones de control sobre motores.
Para cada circuito vamos a representar el GRAFCET o el gráfico secuencia-tiempo,
que describen su comportamiento.
~a..] Control manual mediante un (onmutador
El conmutador tiene dos posiciones en las que puede quedar enclavado. La po-
sición 1 (línea continua) corresponde a la posición de reposo o paro del contacto
(NA). En esta posición la bobina de mando de KM1 está desexcitada. El contactor
KM1 se activa poniendo S1 en posición de "marcha".
No es muy aconsejable la utilización de este control, a menos que sea sobre má-
quinas no peligrosas que puedan funcionar sin vigilancia. Si se produjera un corte
de corriente estando S1 en "marcha", al volver la alimentación la bobina de mando
de KM1 quedaría excitada y la máquina o motor sobre el que actúa se pondría en
marcha.
. Control al impulso de un (ontador
((Onpulsadores)
Disponemos ahora de dos pulsadores: uno de paro (S1) y otro de marcha (S2), éste
en paralelo con un contacto auxiliar del contactor KM1 (contacto de enclavamiento
o de autoalimentación).
Al estar S1 normalmente cerrado, cuando pulsamos S2 se activa la bobina del con-
tactor KM1 y se cierra su contacto auxiliar (NA). Aunque liberemos S2, el contactor
sigue alimentado (enclavado) a través de S1 y su propio contacto auxiliar. Para des-
activar el contactor KM1 sólo debemos pulsar S1.
Un automatismo en el que se utiliza el contacto de enclavamiento para garantizar la
alimentación de la bobina de mando cuando se libera el pulsador que excita dicha
bobina, recibe el nombre de circuito con realimentación o con memoria.
Se trata, por tanto, de un circuito secuencial en el que, para la misma entrada,
hallamos diferentes salidas, en función del estado anterior. Para explicar el funcio-
namiento de los circuitos secuenciales se utiliza, además del GRAFCET, el gráfico
secuencia-tiempo.
Un gráfico secuencia-tiempo representa el estado (activado o desactivado) de los
diferentes elementos del automatismo a lo largo del tiempo.
En la figura 2.29 incluimos el gráfico secuencia-
tiempo, el GRAFCET y las ecuaciones lógicas de
este sencillo automatismo. Este control soluciona el
inconveniente del control manual con conmutador.
Si se produjera un corte en la corriente, el contactor
se desactivaría y su contacto auxiliar se abriría. Al
volver la corriente, continuaría desactivado, lo que
evitaría que la máquina o motor sobre el que se ac-
túa pudiera ponerse en marcha accidentalmente.
la bobina de KM1 continua activada
aunque se libere 52 gracias asu contacto
de enclavamiento
KMl ~ (52 , KM1)¡51
Fig. 2.29.
D
iagramas secuencia-tiempo, GRAFCET y ecuaciones lógicas
que explican el funcionamiento de un circuito de marcha-paro
al impulso.
Unidad didactlca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Fig.2.30.
Esquema de un circuito de marcha-
paro al impulso, con paro ymarcha
desde diferentes pulsadores.
Fig.2.31.
Ejemplo de temporización ala
conexión para unaseñalización
retardada.
Control al impulso de un contador
desde varios puntos
En el caso de querer realizar un control a distancia desde varios puntos, podríamos
añadir al esquema anterior los pulsadores de marcha (en paralelo) o de paro (en se-
rie) necesarios. En la figura 2.30 se muestra el esquema de mando del contactor.
::
-51 E
···
~
-53 [:..'1
~
::' ::'
....
1-54 ti
".
- 52 E
:;:
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-ss E···
;':
::'
- KMl
;':
KM1 OFF
(paro)
KM10N
(marcha)
- KM1§f
KM1 ~ (52 + 54 + SS + KM1) -¡51 -¡53
Circuitos de mando
con temporizadores
En muchísimos automatismos es necesario introducir retardos entre las diferentes
maniobras que se pueden realizar. Vamos a ver algunos circuitos de control que
utilizan temporizadores.
Temporizador ala conexión
En la figura 2.31 puedes ver el esquema de un relé con un contacto de cierre inme-
diato (23-24) y otro temporizado a la conexión o excitación (17-18).
Al accionar el pulsador de marcha 52 se excita la bobina del relé KT1 y se cierra su
contacto de enclavamiento. El cierre del contacto garantiza que, tras liberarse 52,
KT1 continúe activado.
Una vez activado KT1, su contacto temporizado se activa (se cierra, puesto que es
NA) pasado un tiempo de retardo t. Tras ello se ilumina la bombilla H1. Ésta perma-
nece así hasta que se desactiva KT1 mediante el pulsador de paro 51.
-
- C:
- 51 [ u - KTI
~ ~
Acl.
51
Oesacl.
Act.
::' M
N
52
Desac!.
-52 E u - KTI
;': ".
N
Acl.
KI1
Desac!.
Ac!.
:;:
X
-KTl
Hl
Oesac!.
Relardo en el encendido
-Hl
N de H1
« N
x
Unidad didacllca 2 Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas
Temporizador a la desconexión
Cuando se acciona el interruptor 51 , la bobina del relé KT1 queda excitada y su con-
tacto temporizado (17-18) se cierra inmediatamente. Tras ello, se ilumina de nuevo
el señalizador H1.
Esta situación se prolonga hasta que desenclavamos 51, hecho que desexcita la
bobina de KT1. Pero su contacto no se abre entonces: al ser temporizado a la des-
conexión, el señalizador H1 permanece iluminado hasta que, pasado un tiempo t, se
abre el contacto temporizado.
Fig.2.32.
Ejemplo de temporización a
ladesconexión: señalización
instantánea y durante un tiempo t
después delaconexión.
Ejemplo 2.8
~ I
- SI [ .......
- KTI
N
«
- KTI
~ I
-Hl
N
X
51
KT1
H1
En el circuito de la figura adjunta puedes ver un temporizador a la conexión (KT1)
que controla la lámpara H1 y la sirena H2. El circuito se activa o desactiva median-
te el interruptor 51. Explica el funcionamiento del circuito y realiza el diagrama
secuencia-tiempo.
Solución:
En el estado inicial (estado 1) los actuadores están en reposo. KA1 está desacti-
vado y sus contactos en posición de reposo. La lámpara H1 está encendida y la
sirena H2, apagada.
Cuando conectamos el interruptor 51 (estado 2) activamos la bobina del tempo-
rizador. Al ser temporizado a la conexión, sus contactos asociados se mantienen
en posición de reposo, lo que deja la lámpara y la sirena igual que en el estado
inicial.
Transcurrido el tiempo que hemos programado con el temporiza-
dor, y siempre que permanezca alimentada la bobina de mando,
los contactos asociados conmutan. El contacto 15-16 se abre y el
15-18 se cierra. La lámpara H1 se apaga y la sirena H2 se activa
(estado 3).
Si no actuamos sobre el circuito, el temporizador mantiene activada
la sirena. Para desconectarla debemos abrir el interruptor 51 (esta-
do 4), hecho que desactiva la bobina del temporizador. Entonces
los contactos asociados vuelven inmediatamente a la posición de
reposo y el circuito a su estado inicial (1).
Diagrama
secuencia'tiempo.
51
KT1
HI
H
2
Acl.
oesilct. f-_--'
Acl.
Oesac!. I-_--'
Ac!. r---'---,
OeSi!ct. t:===--,-....:.:."..~===_
Retardo en el apagado
de H1
M
[-
~
-51 " ". :'
:':
- KTl
:;¡
x
- KTl
-Hl -H2
N
N
« x
E
stat inicial: temporitzador K
T1 desactiva!.
[Q JD n 0
Acl.
Desac!.
A(!
Oesilcl. ..--.'
Ac!.
Unrdad dldactl(a _ Mando, reguladón y maniobras en maquinas eléctricas
F
ig. 2.33.
Control de contactares
asociados.
Control de contadores asociados
En muchos de los automatismos que controlan procesos es necesario controlar con-
tactares que trabajan de forma asociada. Por tanto, es un requisito imprescindible
que un contactor esté activado para que funcionen otros, o bien que esté desactiva-
do para que puedan activarse otros. t stas son las normas básicas de trabajo:
Cuando queramos que un contactar (KM2) se active solamente si ya está activa-
do otro (KM1), colocaremos contactos NA de KM1 en serie con la bobina de
mando de KM2.
o Cuando queramos que un contactar (KM2) se active solamente si no está activa-
do otro (KM1), colocaremos contactos NC de KM 1 en serie con la bobina de
mando de KM2.
::
~ :;( :
~KM2~. .:
• N •
.. oC( :
KMl =(S2 , KM1) /SI
Solo puede entrar
en funCionamiento KM2
si NO lo ha hecho KM 1
-
-51 [ ...'1'
- 52 [ ...
'"
- KM1§(
. '" .
~KM2§( :
· .
• N •
· '" .
· ,
KMl = (S2 , KMI) /SI
Actividades
16. Monta en el taller de automatismos un circuito de control al impulso de un contactar. Utiliza un pulsador NA
para la marcha y uno NC para el paro. Puedes colocar un bombilla señalizadora del estado del contactar aproo
vechando un contacto auxiliar (NA) de éste. Comprueba que se verifica el GRAFCET de funcionamiento de la
figura 2.29.
17. Modifica el circuito anterior de forma que sea posible ponerlo en marcha desde dos sitios diferentes y pararlo
desde tres puntos diferentes.
18. En el circuito del ejemplo 2.8 sustituimos el temporizador a la conexión KT1 por un temporizador a la desconexión.
Dibuja el esquema de mando resultante, teniendo en cuenta que el contacto conmutado de KT1 está temporizado
a la desconexión. Dibuja también el diagrama secuencia-tiempo y explica el funcionamiento del circuito.
19. Monta en el taller el circuito resultante de la actividad anterior y comprueba que se verifica su gráfico de
secuencia-tiempo.
20. En el esquema de mando de la figura adjunta puedes observar
un circuito con dos relés temporizados (uno a la conexión y el
otro a la desconexión) y un contactor auxiliar. Explica el funcio-
namiento del circuito y realiza el diagrama de secuencia-tiempo
donde aparezca el estado de: S1, las bobinas de mando KT1 y
KT2, los contactos temporizados, KA3 y el señalizador H1.
21. En un detenminado automatismo debemos controlar tres moto-
res. El primero lo controlaremos mediante pulsadores (marcha-
paro). Los motores segundo y tercero deben controlarse con
conmutadores de marcha-paro, de forma que el segundo no se
pueda poner en marcha si no lo está el primero y, a su vez, el
tercero no pueda entrar en funcionamiento si no lo ha hecho el
segundo. Realiza el esquema del circuito de mando.
~I ~I ~I
-51[-.../ -KTlYK
A3.
• 00 "
" .. ..
~
- KT2
- KTI
~I
- Hl
N
X
Unidad dldactica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Elementos de protección
fig. 2.34.
Dispositivos de seguridad y
protección deunainstalación
eléctrica doméstica.
Hasta este apartado no hemos profundizado en los elementos de protección de los
automatismos. Sólo se ha citado en cierto esquema de potencia o de control algún
fusible de protección. A partir de ahora todos los esquemas que realices deben in-
cluir sus elementos de protección.
En general, en el mundo industrial y doméstico, los receptores eléctricos pueden ser
el origen de multitud de averías de tipo mecánico o eléctrico. Es necesario prote-
gerlos para evitar que dichas averías deterioren o destruyan los propios receptores
y las líneas eléctricas (y los elementos de conexión entre ambos), así como los auto-
matismos eléctricos o los circuitos de maniobra que los gobiernan.
Más aún, una avería puede suponer un peligro para las personas que trabajan con
dichas cargas. El ejemplo más claro es el de la pérdida de aislamiento en máquinas
eléctricas, que puede provocar fuertes descargas a los operarios encargados de
manejarlas.
Un dispositivo de protección es un elemento encargado de detectar y/o eliminar las
posibles averías o incidentes que se puedan producir en las instalaciones eléctricas
yen sus automatismos eléctricos o circuitos de maniobra.
Los cuatro tipos de incidentes más típicos que pueden causar problemas en una
instalación son los siguientes:
Sobreintensidades(sobrecorrientes) osobrecargas, Son aque-
llas corrientes eléctricas excepcionalmente altas que se
prolongan durante un tiempo indefinido. Se producen
por un consumo excesivo de las cargas conectadas al
elemento generador, debido a fallos de aislamiento (co-
rrientes de fuga) en las cargas, o por conexión de un ele-
vado número de las mismas a un generador. Las sobrein-
tensidades de corta duración (arranque de motores,
conexión de instalaciones de alumbrado, etc.) se conside-
ran admisibles, por lo que no es necesaria su eliminación.
Cortocircuitos. Es la conexión franca (directa) de los dos polos de un circuito ge-
nerador. Generalmente se producen por accidentes o descuidos. Sucede cuan-
do dos terminales del generador (por ejemplo, la fase y el neutro de una toma
de enchufe de la red de 230 V o dos fases de la red trifásica de 400 V) quedan
conectados limpiamente entre sí a través de un conductor sin resistencia. Pue-
den producir graves daños en los generadores, así como arcos y chispazos que,
del mismo modo que las sobreintensidades, pueden provocar incendios.
Defecto de aislamiento. Es la unión entre partes conductoras no activas o masas
(carcasas o cajas de aparatos eléctricos, armarios y cuadros eléctricos, etc.) con
partes conductoras activas (cables o conexiones) sometidas a tensiones nomina-
les. Es necesario tomar las medidas de protección y de seguridad oportunas en
los circuitos para evitar que se produzcan daños importantes en las instalaciones
eléctricas, especialmente cuando hay operarios involucrados.
Sobretensiones. Son producidas también por fallos, concretamente en el genera-
dor, el cual proporciona un voltaje superior a su valor nominal, lo que puede
perjudicar gravemente las cargas conectadas al mismo. Otra causa de sobreten-
siones en las líneas de distribución eléctrica son las descargas atmosféricas ge-
neradas durante las tormentas.
Para evitar o minimizar los efectos de estos cuatro problemas, las actuales insta-
laciones eléctricas están provistas de los elementos de seguridad y protección
adecuados. Los más utilizados son los fusibles, los interruptores magnetotérmicos o
automáticos, los relés térmicos, los interruptores diferenciales y los varistores.
Untdad didac!lcJ 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
fig. 2.35.
Dispositivos de protección
relacionados con las averias o
incidentes quedetectan oeliminan.
fusible
unipolar
fig. 2.36.
fusible
tripolar
Fusible
bipolar
Simbolos eléctricosutilizados para
los fusibles.
fig.2.37.
Aspectodeun fusible.
- - - - - - --1
La figura 2.35 muestra los dispositivos de protección en relación con las averías o
incidentes que detectan o eliminan. A continuación, estudiaremos detalladamente
cada uno de estos dispositivos.
Fusibles
Dispositivos de protección
Inlerruptores Relés térmicos Interruptores Varistores
automáticos diferenciales
/ /
Cortocircuitos Sobrecorrientes Defecto de
aislamiento
Sobretensiones
Averias O incidentes en instalaciones eléctricas
. J) Fusibles
Los fusibles son dispositivos que tienen la función de cortar (detectar y efimrnar) so·
breintensidades no admisibles y cortocircuitos.
Constan de hilos o láminas de cobre o plomo que suelen ir protegidos en cápsulas
aislantes de vidrio, plástico o cerámica. Se funden (abriendo el circuito) por efecto
de una sobreintensidad no admisible o un cortocircuito. Los símbolos eléctricos
utilizados para los fusibles se muestran en la figura 2.36. En los esquemas eléctricos,
suelen identificarse con la letra Fseguida de un número de orden.
calibre de un fusible
El calibre de un fusible es igual a la corriente nominal que puede circular por el
mismo. El fabricante suele grabar el valor del calibre (medido en amperios, Al en el
cuerpo del componente.
Tiposconstructivos de fusibles
Los tipos de fusibles se distinguen por su forma constructiva. En general (indepen-
dientemente del tamaño que tengan), podemos hablar de las siguientes formas
básicas:
Fusibles de miniatura. Utilizados en multitud de equipos electrónicos.
Fusibles para automóviles. Constan de un hilo de plomo introducido en una cáp·
sula de plástico. El color de dicha cápsula determina el amperaje máximo sopor·
tado por el fusible.
O Fusibles de rosca. Son aquellos fusibles que, para su co·
nexión al circuito, necesitan ser enroscados a una base
portafusible. Son los más utilizados en instalaciones eléc-
tricas (su calibre no supera los 100 A).
Fusibles de cuchilla o fusibles NH. Es un sistema de fusibles
normalizado, compuesto de la base de fusible, un cartu·
cho intercambiable y un accesorio para el cambio de di·
cho cartucho. Este tipo de fusibles, además, puede llevar
indicadores de fusión y dispositivos de seguridad adicio-
nales. El intercambio de cartuchos, al realizarse con ten-
sión, debe efectuarlo personal experto. Su calibre puede
ser incluso superior a 1.000 A.
Ejemplo 2.9
Indica la categoría de fusible y
el calibre necesarios para pro-
teger un motor trifásico que ya
está protegido contra sobrecar-
gas por un térmico que tiene un
valor límite de corriente de 18
amperios.
Solución:
Necesitamos tres fusibles de
acompañamiento al térmico del
motor. Por lo tanto, de catego-
ría aMo El calibre debe ser el
valor inmediatamente superior
al de la corriente del térmico,
que en este caso es 20 A.
Fig.2.38.
Simbolo de un magnetotérmico de
cuatro polos.
Unidad didáctICa 2. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Categorías y clases de fusíbles
Además de los tipos constructivos, es importante conocer la categoría y la clase del
fusible. La categoría hace referencía a las características del propio fusible, mientras
que la clase de servicio queda determinada en función del receptor que debe pro-
teger.
En la práctica, la categoría y la clase de servicio de un fusible se unen en un único
código de dos letras. Así pues, las dos categorías de empleo de fusibles más utiliza-
das son las siguientes:
O Fusibles gL o gG (de propósito general, rápidos). Evitan cortocircuitos y sobrecar-
gas y están pensados para receptores que no produzcan picos elevados de co-
rriente (por ejemplo, los de tipo resistivo).
Fusibles aM (de acompañamiento, lentos). Evitan cortocircuitos en circuitos con
receptores que producen picos elevados de corriente. Sin embargo, no prote-
gen contra sobrecargas y, por tanto, se complementan con un relé térmico.
Para la elección de un fusible, debemos seguir básicamente dos pasos:
Elegir el tipo yla clase de fusible más adecuados.
O Elegir el calibre o corriente nominal que debe soportar el fusible. El valor debe
ser igual a la corriente de servicio para casos de categoría 'g' (propósito gene-
ral). Si el fusible es de categoría 'a' (de acompañamiento) y está asociado a un
relé térmico, su calibre deberá ser el valor inmediatamente superior al de la co-
rriente del térmico elegido.
Los calibres de fusible más usuales son los siguientes (en amperios): 0,5 -1 - 2 - 4 - 6
- 8 - 10 -12 - 16 - 20 - 25 - 32 - 40 - 50 - 63 - 80 - 100 - 125...
2J~J~J Magnetotérmi(os Ointerruptores
automáticos
Los magnetotérmicos también son dispositivos de protección que tienen la misión
de cortar (detectary eliminar) sobreintensidades no admisibles ycortocircuitos en la
instalación eléctrica.
Dos de los parámetros característicos de cualquier magnetotérmico son:
Corriente nominal o calibre (IN
): es la corriente máxima que circula por el interrup-
tor automático sin producir la apertura del mismo.
Corriente de magnético (1M
): es la corriente mínima que circula por el interruptor
automático que produce su apertura inmediata. Esta corriente es siempre supe-
rior a la sobreintensidad admisible de la instalación. Nomnalmente, se expresa
en x número de veces la corriente nominal.
Estos dispositivos constan básicamente de dos circuitos complementarios (figura
2.39a): un circuito térmico y un circuito magnético. El circuito térmico posee una lá-
mina bimetálica (formada por dos metales con diferentes coeficientes de dilatación).
Cuando una corriente importante, superior a la corriente nominal del magnetotér-
mico (IN" circula por el aparato, curva ligeramente la lámina bimetálica y corta la
corriente eléctrica al cabo de un tiempo, que depende del valor de la corriente.
Por otro lado, el circuito magnético está formado por una inductancia por la que
circula la corriente de la instalación. Si en dicha instalación se produce un cortocir-
cuito y la corriente que circula por el magnetotérmico es superior a la corriente de
magnético (1
M
), automáticamente este circuito cortará el suministro de corriente.
Unidad dldactlCa. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Fig. 2.39.
a) Estructura interna básica de un
magnetotérmico.
Fig. 2.40.
b) Curva de disparo de un
magnetotérmico típico.
Aspecto interno de un
magnetotérmico.
Ejemplo 2.10
Indica el tipo y el calibre de
magnetotérmico adecuados
para proteger una instalación
con varios motores, con una
corriente máxima de trabajo
permanente de 33 A
Solución:
Al ser una instalación con me·
tores, pueden producirse pun-
tas de corriente elevadas en
el momento en que arrancan.
Por lo tanto, escogeremos
un magnetotérmico de curva
D. Su calibre deberá ser de
35 A Este magnetotérmico ad-
mite una sobrecarga de hasta
38,5 A.
Estos dos modos de funcionamiento dan lugar a la curva del magnetotérmico co-
nocida como curva de disparo (figura 2.39b), proporcionada por el fabricante. Si lla-
mamos I a la corriente que pasa por la instalación que protege el magnetotérmico,
tenemos tres zonas claramente diferenciadas:
a)
• F
Térmico
:
,
,
.- ....
b)
2 s ·..····!···
Desconexión
térmica con
sobrecargas
"7Desconexión
magnética con
cortocircuitos
5 ms ..,.....,.._
.•......
I
Si 1< 'Nestamos en la zona de trabajo normal. No hay disparo.
Si 'N < I <1
M
, pasado un cierto tiempo (que dependerá del valor de la corriente
de la instalación) se producirá el disparo del magnetotérmico gracias a su circui-
to térmico. Es la zona de tiempo inverso: cuanta más sobreintensidad, menor
tiempo de apertura. Se produce así el disparo térmico.
Si 1> 1
M
, existe una corriente muy elevada (seguramente por un cortocircuito) y,
por lo tanto, el interruptor automático se abrirá casi instantáneamente (en pocos
milisegundos) gracias a su circuito electromagnético.
Las curvas reales que proporcionan los fabricantes tienen una determinada toleran-
cia en el tíempo de actuación (figura del ejemplo 2.1 1).
Los interruptores se fabrican también en función del número de polos que cortan
cuando se produce su apertura, del número de polos sobre los que realiza la pro-
tección magnetoténmica y del tipo de curva de disparo. Las curvas más utilizadas en
los automatismos se muestran en la tabla 2.4 (normas UNE-EN 60.898 y UNE-EN
609472).
Curva
B
C
D
MA
z
Tabla 2.4. Tipos de ,"rvas para interruptores magnetotérmicos
Disparo termico
Entre 1,1 " Y1,4 1
,
Entre 1,13 " Y1,45 "
Entre 1,1 " Y1,4 "
Entre 1,1 " Y1,4 "
Disparo magnético
Entre3 " Y5 "
Entre 5" Y10 "
Entre 10 " Y14 "
Aplicaciones
Indicado para instalaciones de líneas y gene·
radoles con distancias de líneas superiores al
uso de C.
En las instalaciones de lineas·receptores, en
aplicaciones generales. Cuadros de mando y
protección de viviendas, por ejemplo.
Instalaciones que alimentan receptores con
fuertes puntas de corriente de arranque.
Sólo plotección magnética para motores.
E
ntre 2,4" Y3,6" Instalaciones con receptores elect rónicos.
Los calibres más usuales para los interruptores magnetotérmicos son los siguientes:
1,5 - 3 - 3,5 - S - 7,5 - 10- 15- 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45 - SO Y63 A
Unidad dldactlc1) Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Ejemplo 2.11
Utilizando los datos del ejemplo anterior y consultando la curva de la
figura adjunta, indica el intervalo de tiempo en el que podria disparar
el térmico si la corriente que estuviera soportando fuera de 70 A.
Solución:
Deberemos calcular la sobrecarga en tanto por uno, (lIIN
=701 35 =2)
Ymarcarla sobre la gráfica (línea roja). De donde corte con las curvas
D, obtendremos el tiempo mínimo en el que disparará (20 segundos)
yel tiempo máximo en el que podrá disparar (aproximadamente 150
segundos).
fig. 2.41.
Aspectodeun relé térmico.
Curva D. En azul, lazona de
tolerancia en el disparo. Por
encima, lazona de disparo
seguro. Por debajo, lazona de
no desconexión.
Reléstérmicos
Un relé térmico o térmico es un dispositivo de protección que detecta las sobrein-
tensidades no admisibles en una instalación eléctrica. No interviene cuando ésta es
admisible (por ejemplo, cuando se dan puntas normales de corriente en el arranque
de motores).
Es importante destacar que este elemento, por sí solo, no desconecta la instalación
eléctrica, sino que necesita otro elemento (generalmente un contactor) que realice
esta función. Su aplicación principal es la protección de motores de CA (en el guar-
damotor).
Los relés térmicos constan básicamente de una serie de bobinas (una por cada
fase) enrolladas alrededor de un bimetal. En caso de sobreintensidad, las bobinas
calientan las láminas bimetálicas hasta que se produce la activación de sus contactos
auxiliares. Estos contactos auxiliares son generalmente dos, uno NC y otro NA. El
contacto NC interrumpe la corriente de la bobina del contactor asociado al térmico,
con lo que desconecta la alimentación de la instalación. El contacto NA suele activar
un elemento de señalización (luminoso o acústico) que indica la incidencia.
fig. 2.42.
,
I-F2
,
,
.------
,
,
,
,
: - F2
,
,
,
····~ i
, '" ,
.-----0> F=--,
-51 [ . . - K
M'
- KM1
Detalle de un térmico ysu contactor
asociado para abrir el circuito de potencia.
P
uedes apreciar lareferenciadelos bornes
deun relé térmico.
Láminas
blmetálicas
Contactos
auxiliares
· , Unidad didaclica 1 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
fig.2.43.
Curva de un térmico.
2 h
10 mm
4 mio
2 min
20 s
ID s
4 s
2s
1,5 Ir
1,2 Ir
N
T~''' ~'''~''EFJ
N 2
fig.2.44.
Simbolo de un interruptor
diferencial monofásico.
Los térmicos se clasifican en:
Tripolares. Se utilizan para proteger cargas trifásicas, monofásicas o bifásicas.
Son los más utilizados en motores eléctricos.
Tripolares diferenciales. Se utilizan para proteger receptores trifásicos y para de-
tectar cuándo ha fallado una de las fases de alimentación. Son, por lo tanto,
térmicos muy eficaces en la protección de motores trifásicos.
O Tripolares compensados. Además de proteger contra sobreintensidades, son in-
sensibles a posibles variaciones de la temperatura ambiente a la que estén ex-
puestos.
Parámetros de los relés térmicos
A la hora de escoger un relé térmico (tabla 2.5). debemos fijamos en dos de sus
parámetros importantes:
7,2 Ir
clase 30
clase 10
SobrecO/nenle
Corriente del térmico (1,) o calibre. Es el valor de la corrien-
te de la instalación eléctrica donde está el relé térmico, a
partir del cual las láminas bimetálicas del relé empiezan a
calentarse. Mediante un pequeño potenciómetro girato-
rio en la parte frontal del aparato, podemos ajustar esta
corriente en un intervalo determinado.
Tabla 2.S.
Tiempode disparo del relé térmico enfunciónde la sobreintensidadque soporta
Clase 1,2 1
, 1,5 1
, 7,21
,
10 A < 2 h < 2 min 2 - 10 s
10 < 2 h < 4 mm 4 - 10 s
20 < 2 h < 8 m
in 6 - 20 s
30 < 2 h < 12 min 9 - 30 s
clase de disparo. Determina el tiempo máximo de intervención del relé térmico
en función de la corriente que circula por él (figura 2.43). Existen diferentes cIa-
ses de térmicos, como por ejemplo 10 A, 10, 20 Y 30 (estas cifras indican el nú-
mero de segundos que puede durar como máximo la punta de corriente de
arranque). Es decir, la clase 30 es para aplicaciones donde la corriente de arran-
que no dura más de 30 segundos. En caso contrario, el térmico dispararía.
Las dos clases más utilizadas son la 10 A Y la 20. Los térmicos también permiten el
reglaje de la corriente límite de disparo entre 1,05 y 1,20 veces la indicada y dispo-
nen de modos de rearme que pueden ser manuales o automáticos, en función de
la aplicación.
_..¡l..'1 Interruptores diferenciales
Los interruptores diferenciales o diferenciales son dispositivos de protección con capa-
cidad de cortar la corriente de la instalación cuando detectan poSibles corrientes de
fuga a tierra en instalaciones eléctricas (denominadas también comentes de defecto).
Estas corrientes de fuga pueden ser ocasionadas por:
Defectos de aislamiento en los elementos (generalmente, carcasas) de aparatos
eléctricos, debido al envejecimiento, el calor, etc.
Personas que tocan partes metálicas puestas a tensión.
Contactos fortuitos de piezas móviles puestas a tensión y tierra.
Errores de conexión al operar en una instalación eléctrica.
Fig.2.45.
Estructura interna básica de un
interruptor diferencial.
. 'II . ' . ~ . ,
,- ------
-
J' I
.,
. • l. ,l. 1
. '
-' --... -
fig.2.46.
Modelo comercial de diferencial
para una instalación trifásica.
Unidad didáctica 2. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
El diferencial para una instalación monofásica consta básicamente de tres bobinas
(figura 2.45) enrolladas en un núcleo magnético (denominado toro o toroide). Por
dos de ellas circula la corriente entrante y saliente de la instalación. Si no existen co-
rrientes de fuga en la instalación, estas dos bobinas originan en el toro campos mag-
néticos idénticos pero de signos opuestos, de forma que se contrarrestan entre sí.
En estas condiciones sobre la tercera bobina no se genera tensión inducida alguna.
Red de 230 V
Interruptor Dílerencial
Contactos NC
I entrante
Toroide
I saliente
I residual
Cargas oreceptores
de la
InSlalaClón electflca
filtro contra
transitOriOS
en lared
eléctrICa
1
+
_ 1
Ahora bien, en caso de tener corrientes de fuga, la corriente entrante será algo
mayor que la saliente (siendo la diferencia igual a las corrientes de fuga derivadas a
tierra). Esto da origen a un campo magnético en el núcleo que, a su vez, origina una
fuerza electromotriz (f.e.m.) en la tercera bobina. Dicha fuerza activa el dispositivo de
apertura del diferencial y se produce el corte de la corriente eléctrica.
El filtro contra transitorios del aparato se coloca para evitar que transitorios o per-
turbaciones de la línea eléctrica hagan saltar el diferencial sin que haya corriente de
defecto alguna.
Un parámetro importante del diferencial es la sensibilidad, definida como el valor de
corriente de defecto a partir del cual el aparato debe cortar la corriente en la instala-
ción en el menor tiempo posible (medido en milisegundos).
Los valores típicos de sensibilidades en los diferenciales comerciales son 10 mA, 30
mA, 100 mA, 300 mA, 500 mA, 650 mA y 1 A.
En instalaciones domésticas (viviendas, comercios, etc.). el valor de sensibilidad es
de 30 mA (diferencial de alta sensibilidad).
En instalaciones industriales, se opta por diferenciales de 300 mA (sensibilidad
media) o de 500 mA (sensibilidad baja) de tipo "superinmunizado", para que no
produzcan disparos debido a los transitorios producidos, por ejemplo, en el arran-
que de motores.
También existen diferentes clases de diferenciales en función de la corriente de
fuga, tanto si es alterna (CA) como si es continua (CC) o pulsante.
Unidad dldacllca Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
----------------~
a) Seccionador con fusibles
b) Seccionador
c) Interruptor
d) Interruptor'seccionador
Fig. 2.47.
Símbolos de diferentes elementos
de protección: (a) seccionamiento,
más protección de cortocircuitos;
(b) sóloseccionamiento;
(c) sólo interrupción (no garantiza
distancia de seccionamiento);
(d) combina interrupción y
seccionamiento.
_1 '"1"'1
- Ql Ff8" ......
1>1> 1>
~..V..j La alimentación
yprotección de los motores
En el circuito de potencia, entre la conexión a la red eléctrica y el motor o receptor
de consumo elevado, encontraremos (además de los elementos de conmutación
-relés y contactores-) diferentes elementos con las siguientes funciones:
Elseccionamiento permite aislar la instalación del motor de la red de alimenta-
ción. Para operar sobre la instalación del motor se debe proceder al secciona-
miento de manera que podamos trabajar de forma segura (sus contactos abier-
tos deben garantizar la distancia de seccionamiento). El seccionamiento de las
instalaciones siempre se realiza cuando no están en carga. Esta función se lleva
a cabo utilizando los seccionadores, que deben soportar las corrientes de traba-
jo pero no pueden soportar las conexiones o desconexiones en carga.
La conexión o desconexión manual de la instalación, en carga. Esta función la rea-
lizan los interruptores: elementos mecánicos de conexión capaces de estable-
cer, soportar e interrumpir las corrientes normales y sobreintensidades admisi-
bles de la instalación.
Protección contra cortocircuitos y sobreintensidades. En el apartado anterior ya
hemos estudiado estas protecciones. Los elementos utilizados son fusibles e in-
terruptores automáticos, magnéticos y térmicos.
Protección contra fugas de corriente. La proporcionan, como ya hemos visto, los
interruptores diferenciales.
Actualmente, la mayoría de los fabricantes ofrecen múltiples soluciones (desde la
utilización de un elemento para cada función --<:ada vez menos frecuente- hasta
elementos que integran todas las funciones, como los arrancadores de motores). A
continuación, veremos algunos casos.
El disyuntor magnetotérmico
El disyuntor magnetotérmico es el resultado de la combinación de un relé magneto-
térmico con un interruptor en un mismo dispositivo.
Proporciona protección contra cortocircuitos y sobrecargas. También puede ofrecer
protección diferencial, en función del tipo de distribución de la red. Además, nos
permite conectar y desconectar en carga. Cuando el disyuntor abre o cierra, sea
cual sea la causa, el corte o la conexión es omnipo/ar (es decir, corta todos los polos
simultáneamente).
Funciona principalmente como guardamotor en la protección de motores de poca
potencia.
Dos de las características principales de un disyuntor son:
El poder de corte: valor máximo de corriente de cortocircuito que puede
interrumpir el disyuntor a una determinada tensión y en unas determinadas con-
diciones de trabajo. Se expresa en kA.
El poder de cierre: valor máximo de corriente de cortocircuito que puede
establecer el disyuntor a una detemninada tensión y en unas determinadas con-
diciones de trabajo. El poder de cierre es k veces superior al poder de corte,
siendo el valor de k entre 1,5 Y 2,2 veces el poder de corte. Evidentemente,
también se expresa en kA.
Fig.2.48.
Símbolo de un disyuntor magnetotérmico.
Unidad didactica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Actividades
22. Observa el cuadro general de mando y protección de tu vivienda. Identifica los diferentes tipos de protecciones
con que cuentas en tu instalación, e indica:
a) Para la protección magnetotérmica, el tipo de curva y el calibre. Fíjate también en el símbolo para saber si
la detección se produce en todas las fases y si la desconexión es omnipolar.
b) Para la protección diferencial, fíjate en algún símbolo que indique si el diferencial es para corriente alterna;
su sensibilidad y la corriente máxima que puede cortar en caso de disparo.
23. Busca tres ejemplos de fusibles cilíndricos de rosca y tres de cuchilla. Indica la referencia del fabricante, sus
calibres y su categoría.
24. Un relé térmico debe proteger un motor de arranque lento, de manera que el pico de corriente de arranque se
alargue poco más de 20 segundos. ¿Qué clases de térmico pondrías?
25. Busca un ejemplo de disyuntor magnetotérmico e indica su referencia y principales características.
26. Realiza una tabla que indique, para un seccionador, un interruptor y un interruptor-seccionador, la posibilidad
de apertura o conexión en carga y si garantiza o no la distancia de seccionamiento.
27. Busca un modelo comercial de térmico para motores y explica sus principales características.
:2 "
Jr '"' Automatismos para máquinas eléctricas
de CA
En este apartado estudiaremos los circuitos de los automatismos que permiten el
arranque, cambio de sentido de giro y frenado de máquinas eléctrica en CA. En las
actividades, más adelante, te propondremos montar cada uno de estos automatis-
mos y comprobar su funcionamiento en el laboratorio o taller de automatismos. Pero
antes de entrar en materia vamos a ver de forma resumida las reglas básicas de se-
guridad que deberás seguir en el laboratorio para trabajar en circuitos sin tensión .
Te avanzamos que en este libro aprenderás mucho más sobre la seguridad en el
trabajo en la UNIDAD DIDÁCTICA 4 (Mecánica básica), sobre los riesgos de utilización de
las herramientas y máquinas herramientas; y en la UNIDAD DIDÁCTICA S (Cuadros eléctri-
cos) sobre los riesgos eléctricos y los equipos de protección contra éstos que pue-
den utilizar los operarios.
2-,.'J
11 LLas tres reglas bási(as de la seguridad
elédri(a para trabajar en (irtuitos sin
tensión (en baja tensión)
Antes de enunciar estas tres reglas, cabe destacar que, para cada puesto de trabajo
o tablero de trabajo, el taller o laboratorio debe contar con protección magnetotér-
mica y diferencial adecuada. La instalación debe cumplir con todas las exigencias
que detalla el REBT (Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión).
El montaje de los circuitos lo debes hacer sin tensión. Sólo las comprobaciones de funciona-
miento y medidas tomadas con el multímetro las debes realizar en tensión.
Unidad didactica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
¡Importante!
Cuando tengas que tomar
medidas en tensión, procura
coger las puntas de prueba
del multímetro por la zona
aislante destinada a tal efec-
to, evitando cualquier con-
tacto con la punta metálica.
Exceptuando los bornes o
puntos de los circuitos don-
de sea necesario realizar las
comprobaciones, el resto de
partes activas (a tensión nor-
malmente) deben estar con-
venientemente aisladas.
Para minimizar el riesgo, tam-
bién puedes tomar las medi-
das con el circuito funcionan-
do a tensión, utilizando el
Equipo de Protección Indivi-
dual (EPI) adecuado. En este
caso bastaría con unos guan-
tes aislantes, (tendrás toda la
información sobre los EPI
para riesgos eléctricos en la
UNIDAD DIDÁcnCA 5).
Las tres reglas básicas que describen el procedimiento de trabajo son:
Primera. Abrir con corte visible todas las fuentes de tensión (interruptores y sec-
cionadores).
En el caso del laboratorio, deberás abrir el interruptor automático correspon-
diente, de forma que dejes sin tensión tanto el circuito de mando como el de
potencia. El corte será visible pues podrás ver la posición de la palanca del inte-
rruptor y la leyenda (OFF o O)
Segunda. Enclavar o bloquear (cerraduras, candados, bloqueos eléctricos o neu-
máticos) los aparatos de corte para evitar errores humanos. Imagina que trabajáis
en grupo y que tu compañero se distrae y cierra el interruptor mientras tú mani-
pulas el circuito.
En el caso de un laboratorio, no se suele disponer de candados ni cerraduras,
pero puedes colocar algún adhesivo o cartulina de aviso sobre los interruptores
magnetotérmicos.
Tercera. Reconocimiento de la ausencia de tensión. Utiliza el multímetro, en modo
voltímetro, para comprobar que no hay tensión. El reconocimiento lo debes
efectuar con el mismo cuidado que tendrías si la instalación estuviera en ten-
sión.
~L'J D.1~ Arranque de motores de CA
Podemos definir el arranque de un motor eléctrico como el proceso por el que, al ser
conectado al generador que lo alimenta, comienza a girar hasta llegar a una veloci-
dad final, partiendo de una situación inicial de reposo.
La velocidad de giro del eje de un motor aumenta progresivamente durante el
arranque hasta estabilizarse en un determinado valor. En este momento, el par mo-
tor que genera la máquina se iguala al par resistente que ofrece la carga accionada
por el mismo, de modo que se alcanza un punto de funcionamiento estable del
motor (denominado régimen en estado estacionario).
Recuerda el concepto de par: es el producto de la fuerza que puede realizar (par
motor) o que debe vencer (par resistente) por la distancia al eje de giro.
El tiempo que pasa desde que el motor es conectado al generador hasta que todos
sus parámetros (velocidad, par motor y corriente) llegan a un régimen estacionario
se llama período de arranque del motor o régimen transitorio de la máquina. Exis-
ten dos magnitudes importantes en el proceso de arranque de un motor:
Par de arranque (M,). Es el valor del par en el eje del motor en el instante de la
conexión a la corriente, cuando todavía no ha empezado a girar.
Par de aceleración (M). Es el valor del par que incrementa progresivamente la
velocidad de la máquina. Su valor viene dado por la diferencia entre el par mo-
tor (MJ y el par resistente (M.l en cada instante del período de arranque:
Si el par motor (Mm
) es mayor que el par ofrecido por la carga (M,), tenemos que
M,,>O, y el motor podrá arrancar sin problemas arrastrando la carga que acciona.
Por el contrario, si el par resistente es mayor que el par motor (Mm
<M), entonces
M" <O, y el motor no podrá arrancar convenientemente. La figura 2.49 muestra las
curvas típicas de arranque de dos motores: podemos observar el par motor y el par
resistente en función de la velocidad de la máquina, n. En la figura 2.49.a se apre-
cian las curvas para un motor que puede arrancar sin problemas. En la figura 2.49.b
tenemos el caso de una máquina que no podría arrancar. noom y Moom son, respecti-
vamente, la velocidad y el par nominales en régimen estacionario.
Fig. 1.49.
C
urvas típicas de arranque de dos
motores, donde se muestra el par
motor (Mm) yel par resistente (Mr)
en función de la velocidad n de la
máquina.
a) Curvas para un motor que puede
arrancar sin problemas, Mac > O
b) C
urvas para una máquina que no
podría arrancar, Mac < O.
Umdad dIdáctica 1 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Así pues, podemos afirmar que para que un motor eléctrico pueda arrancar, es con·
dición necesaria que el par de aceleración (M,) sea positivo hasta que alcance sus
valores nominales (n,om y M,om)'
Pares M Pares M
M.
M~
Velocidad Velocidad
-+______.....---'L-.. de giro n +_______~~+
de giro n
a) b)
II ~ J3 Arranque diredo
Los únicos motores que admiten, de forma sencilla, conectarlos directamente a la
red son los motores asíncronos de inducción con el rotor en cortocircuito (como los
de jaula de ardilla). En ellos únicamente deben conectarse a la red los extremos de
las bobinas del estator.
Estos motores se caracterizan por un par de arranque que varía entre 0,8 y 2 veces
el nominal y por un consumo en el arranque que puede estar entre 4 y 8 veces la
corriente nominal del motor. Por lo tanto, podemos afirmar lo siguiente:
El arranque directo de motores de jaula sólo es recomendable para motores de
poca potencia (menos de 1 CV), siempre que sea necesario un par importante en el
arranque y cuando la línea que alimenta el motor no se vea afectada por el elevado
pico de corriente de arranque.
Si todas las condiciones anteriores se confirman, el arranque directo resulta la mane-
ra más simple y económica de arrancar un motor de jaula. En caso contrario, debe-
remos utilizar otras técnicas para reducir el pico de corriente en el arranque (también
se reducirá notablemente el par motor). Estas técnicas consistirán de una u otra
forma en reducir la tensión de alimentación del motor en el arranque. Hablaremos
de ello en los siguientes apartados.
Automatismo para el arranque directo de motores de indu((ión
En la figura 2.50 puedes apreciar el automatismo básico de puesta en marcha y paro
de un motor de CA de inducción. Puedes observar tanto el circuito de potencia para
un motor trifásico como para el monofásico.
Circuito de potencia. Se ha utilizado un contactor (KM 1) Yla respectiva protección
mediante un relé térmico (F1) Y un seccionador con fusibles.
Circuito de mando. En el circuito de mando se ha intercalado en serie el contacto
95-96 del relé térmico que abre el circuito en caso de sobrecarga prolongada. El
funcionamiento del circuito de mando es el siguiente:
Si el circuito no sufre sobrecarga, al pulsar S2 se activa la bobina de KM1 y
cierra sus contactos principales, con lo que se alimenta el motor. La bobina
queda autoalimentada por el contacto auxiliar NA de KM1, el paro del mo-
tor se produce al activar el pulsador de paro S1.
Unidad dldachc.l 1 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Si hay sobrecarga, el relé térmico abre el contacto 95-96, de modo que cor-
ta la alimentación a la bobina de KM1 y los contactos se abren. Esto hace
que el motor se pare.
11
-1 ~I~I
l2 11
-1~l~1
l3 - F2
N N 11
~'~-~1
- KM1
-F1
M
3-
Fig. 2.50.
Automatismo básico de puesta
en marcha yparo de un motor de
inducción al impulso.
Ala izquierda, circuitos de
potenciasi el motor es trilásico
o si el motor es monofásico. Ala
derecha, circuitode mando.
~'~-~-
- F1
'"
- KMl
-52['"
- F1
N
; :;
M
KM1 • (52 + KM1) /51 / F1
1-
El gráfico de secuencia-tiempo y el GRAFCET de funcionamiento corresponden al
de la figura 2.29. Sólo se añade al esquema de control el contacto auxiliar del tér-
mico (F1).
Inversor de giro para motores
de CA
Los motores de CA pueden proporcionar potencia mecánica en ambos sentidos
de giro. Para modificar el sentido de giro de un motor trifásico de inducción es ne-
cesario invertir dos de las tres fases de la tensión aplicada al estator (figura 2.51 .b).
Observa que si intercambiáramos las tres fases, el motor giraría en el mismo sentido
en el que lo hacía inicialmente (figura 2.51.c).
11 l2 L3 L1 l2 l 3 L1 l2 L3
U1 V1 W1
a) c)
Fig. 2.51.
Inversión de giro de motores trifásicos: a) giro a derechas o directo; b) giro a izquierdas o inverso;
c) giro a derechas.
L1
3N -50 Hz 4QOV
J
L2
J ~l
LJ
N
- Ql
N V
'"
M ~
11 o Paro motor
Unidad did¡jc!ica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Automatismo inversor de giro
En aplicaciones industriales, este intercambio de dos de las tres fases del motor trifá-
sico se realiza mediante un par de contactares, tal como muestra la figura 2.52.
- F2 2 3 4 s 6
L1
~
'" ....~
- Fl
'"
'"
- - KMl - KM2
-
- 51 [ ...
C:'
- 52 [ "
- KM2
-Hl - H2
N N
X X
N _______L____________L-__________~_____L___
¡Ii ~I¡
12 o Marcha derecha
13 o Marcha IZquierda
KM1 0(12' KM1) /KM2 /11 /f1
KM2 o (53 , KM2) ¡KM1 /11/F1
H
1 o KM1
H2 o KM2
Fig.2.52.
Automatismo para inversión de
giro de un motor trifásico de
inducción pasando por paro.
Circuito de potencia. 5e ha utilizado un contactor (KM 1) para el giro a derechas y
un contactar (KM2) para el giro a izquierdas. El motor, independientemente del
sentido de giro, está protegido contra sobrecargas y cortocircuitos por el relé
térmico (F1) y los fusibles (seccionador con fusibles Q1).
Los contactos cruzados, normalmente cerrados, de KM 1 Y KM2 se encargan de
evitar que puedan estar conectados los dos contactares a la vez.
En la tabla 2.6 se indican las fases que se conectan a los bornes del motor en
función de KM1 o de KM2. Fíjate bien en que cuando entra KM2 se permutan
las fases L2 y L3.
Tabla 2.6. (onexión tases·bornes del motor
KM1 (derecha)
U1 o II
V1 o l2
W1 o l3
KM2 (izquierda)
U1 o 11
V1 o l3
W
1 o l2
C
ircuito de mando. 5i pulsamos 52, entra KM1, que queda realimentado a través
de su contacto NA, y se produce el giro del motor a derechas. Al entrar KM 1
abre su contacto auxiliar Ne, que está en serie con la bobina de mando de KM2.
Impide así que pueda entrar KM2 aunque se accione su pulsador de marcha.
Para poder cambiar el sentido de giro necesitamos parar el motor. El pulsador de
paro 51 es común a los dos sentidos de giro. De esta manera, podemos imponer
las mismas condiciones de paro a los dos sentidos de giro a la vez y eliminamos el
peligro de tener un pulsador de paro para cada sentido de giro: en caso de emer-
gencia no hay tiempo de comprobar en qué sentido está girando el motor.
UnIdad dldactlca 1 Mando, regulación y maniobras en m~quinas eléctricas
- F2 2 3
---------------------
También se producirá el paro por disparo del térmico F1.
Partiendo del motor parado, si pulsamos 53, entra KM2, que queda realimen-
tado a través de su contacto NA, y se produce el giro del motor a izquierdas.
Al entrar KM2 abre su contacto auxiliar NC que está en serie con la bobina de
mando de KM1. Impide así que pueda entrar KM1 aunque se accione su pulsa-
dor de marcha.
Hemos añadido las lámparas de señalización H1 y H2 para saber en todo momento
en qué sentido está girando el motor. Recuerda que debes señalizar las maniobras
importantes de tu automatismo para evitar que el operario tenga que adivinar qué
está pasando en el circuito. Así se obtiene una mayor seguridad en su diseño.
Mejoras de circuito
Con objeto de impedir que pueda producirse un cortocircuito entre fases, el blo-
queo eléctrico entre contactores (mediante contactos NC de un contactor en serie
con la bobina del otro) puede mejorarse de distintas maneras:
4
Podemos utilizar pulsadores marcha-paro con dos contactos 1 NC + 1 NA (figu-
ra 2.53). Cada pulsador (52 o 53), antes de cerrar su contacto de marcha en un
sentido, desactiva, abriendo su contacto NC, la marcha en el sentido contrario.
Con este mando no es necesario pasar por el paro para efectuar el cambio de
sentido, pero lo realiza bruscamente. Por esta razón, este circuito de mando
sólo será válido para motores de poca potencia y con poca inercia. Así mismo,
cuantas menos maniobras se realicen más durará el motor.
También pueden usarse enclavamientos mecánicos entre contactores (figura
2.54). 5e venden como contactores inversores de giro. Vienen montados de
forma que mecánicamente se impide la entrada conjunta de los dos contacto-
res. 5u símbolo se expone en la figura 2.54 marcado en rojo.
s 6
L1 ~==r--'---------------------r-----'--
- F2 2 3 4 5 6
11~=r--~--~----~--------r----T--
-F1 ·~
- KM2
N
N
N
;::¡
..
:' - KMl
N
N
..
..
;::¡
..
- $2 .....
N
- KM2 «
M M
M M
- KM 1 - KM2
'" '"
M M
x X
- H1 - H2
N
X
N____~~------~~------L---~---
Fig.2.S3.
Mando para el cambio de giroconpulsador de doble
contacto (1 NA + NC).
- F1
- $3 [-... - KM2
::: ~ :!
- KM1
N
N
, - ..,.j(M2<
....1··V·L ...
'-'
M M
M M
- KM1 - KM2
x X
-Hl -H2
N
X
N ______~________-L________~_____L__
Fig. 2.54.
ttf
c
1 3
S 1tf
c
4 1
6
Mando parael cambiode giro con contactares con enclavamiento
mecánico.
Recuerda: en cuestión de seguridad, ypor mucho que nos cueste admitirlo, la mecáni-
ca es siempre más segura que la electricidad y que la electrónica.
a) Ll L2 L3
Ul
~
U2 V2 W2
Unidad dldaCllca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
r ,,' ~ Arranque estrella-triángulo
Es, sin duda, el procedimiento más conocido entre los técnicos relacionados con el
mundo de la automatización y el control de motores. Puede aplicarse en motores
asíncronos de inducción cuyas bobinas del estator puedan ser conectadas en estre-
lla o en triángulo mediante conexiones externas.
A partir de una cierta potencia, los motores trifásicos de inducción permiten conec-
tar las bobinas de su estator, ya sea en estrella o en triángulo, externamente (figura
2.55). Para ello, la carcasa de la máquina posee unos bornes de conexión (en con-
creto, seis) que permiten una de las dos configuraciones (figura 2.56). Estos motores
que permiten el acceso a los bornes de sus bobinas estatóricas desde el exterior
también son denominados motores de 6 bornes.
a) Ul VI Wl b)
111
Ul VI Wl
O O O
O O O
W2 U2 V2
U2 V2 W2
Fig.2.55.
a) Bobinas del circuitoestatórico de un motor trifásico de inducción.
b) Bornes de conexión respectivos en la carcasa de la máquina.
Los terminales de las tres bobinas se designan por uno de sus extremos con U1 , V1
y W1 (antiguamente: U, V y W), y por el otro lado con U2, V2 y W2 (antiguamente:
X, YyZj.
La misma carcasa tiene la /Jamada placa de características del motor, que propor-
ciona los datos nominales de corriente cuando el motor se conecta en estrella yen
triángulo. Además, en dicha placa el fabricante facilita otros datos de interés para el
personal de montaje y mantenimiento, como el modelo de la máquina, la potencia
nominal, su frecuencia de trabajo, cos j, etc.
b) L1 L2 L3
Ll L2 L3
UI VI Wl ~
C·.,
W2 U2 V2
Fig.1.56.
Bobinas del circuito estatórico de un motor trifásico de inducción: a) conectadas en estrella; b) conec-
tadas en triángulo.
Ventajas del arranque estrella-triángulo
Las ventajas de comenzar el arranque con los bobinados en estrella se debe al me-
nor consumo que tiene el motor conectado de esta forma:
Con la conexión en estrella, la corriente de línea que absorbe el motor es un tercio
de la que absorbe conectando sus bobinados en triángulo.
Así, pa ra cualquiera delos3 conductoresde línea se cumpleque l.m • lI•
Itnangulo
3
•I UnIdad didactica 2 Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas
F
ig. 2.57.
Corriente y par motor en función
de la velocidad de giro según esté
conectado en estrella o en triángulo.
Evolución de un arranque estrella-
triángulo.
Fíjate en la gráfica de corriente de la figura 2.57. Suponiendo que la corriente de
arranque en conexión en triángulo es 6 veces la nominal, al conectar el motor en
estrella baja a 2 veces la corriente nominal. Eso sí, el par que desarrolla el motor
en estrella también se ve reducido en un tercio, aunque este hecho no importará
mientras sea capaz de vencer el par resistente (observa las curvas de par de la figura
2.57). Una vez el motor ha comenzado a girar y se aproxima al 80% de su velocidad
nominal debe cambiarse a la conexión definitiva de sus bobinados: conexión en
triángulo.
IlIn
71n
61n
Sin
41n
31
n
21n
In
o
corrilnte abso~bida
'~~...... en triángulo
.........
.
" "
"o
,
Corriente absorbida

en estrella
1-
-...... 
" .
025 0,50 0,7S
M(Par)
2,5Mn
2Mn
1,5 Mn
1Mn
O,SMn
Par en triángulo
,/'....

~--- '
/
Par en estrella K o
"
~ . 1
-ror ./
I
n/ns
° 0,25 0,50 0 ,75 1
n/ns
El arranque estrella-triángulo es económico, sencillo y tiene una buena relación parl
corriente. De todos modos, también presenta inconvenientes: requiere un motor
de seis bornes, aplicaciones con poco par de arranque (ventiladores, por ejemplo) y
muestra fenómenos transitorios importantes en el arranque,
Al interrumpir de golpe la corriente por los bobinados en el cambio del tipo de
conexión, se produce un pico de corriente de muy corta duración pero de valor ele-
vado. Esto puede reducirse con resistencias limitadoras e incrementando las etapas
en el arranque, pero en la actualidad, pudiendo disponer de arrancadores estáticos
muy económicos, no tiene sentido complicar la maniobra de esta forma,
Automatismo para realizar un arranque estrella-triángulo
El arranque debe realizarse de fonma automática, iniciándose en estrella y pasando
luego a triángulo, Para ello, se necesitarán tres contactores y un temporizador, tal como
puedes observar en los esquemas de potencia y mando en las figuras 2.58 y 2.59.
(ircuito de potencia, El motor está protegido contra sobrecargas y cortocircuitos por
el relé térmico (F1) y los fusibles (seccionador con fusibles Q1),
El contactorde línea KM1 se encarga de la conexión de los bobinados a la red, Con-
cretamente, conecta U1 con L1, V1 con L2 y V2 con L3, Está siempre activado para
que funcione el motor,
El contactor KM2 realiza completamente la conexión en estrella conectando los tres
extremos libres de los bobinados del motor: U2 con V2 y W2,
El contactor KM3 efectúa la conexión en triángulo conectando U1 con W2, V1 con
U2 y W1 con V2,
Como puedes ver, KM2 y KM3 no pueden entrar en funcionamiento a la vez porque
se produciría un cortocircuito entre fases, Para evitarlo, además del enclavamiento
eléctrico realizado en el circuito de mando, es recomendable utilizar el enclavamien-
to mecánico (indicado en rojo en la figura 2.58),
Unidad d,daW(a 7 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléClricas
Fig. 2.58.
E
squema de potencia para un
arrancador estrella·triángulo.
- Fl
N
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M
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KM2
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;:
Circuito de mando. Partiendo del circuito en reposo activamos el pulsador de marcha
52. Éste conecta el contactar de línea (KM1). que quedará enclavado a través de su
contacto de enclavamiento. Por estar en paralelo, también se activa el circuito de
temporización (bobina de KT1). Puesto que los contactos de KT1 están temporiza-
dos a la conexión entrará también el contactar KM2, y así se completará la conexión
en estrella. El contactar KM3 no podrá funcionar por tener el contacto cruzado en
serie de KM2 (21-22).
Unidad didáctica 2. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Fig.2.60.
Devanados de un motor con
bobinados partidos.
Al transcurrir el intervalo de temporización, los contactos de KT1 conmutarán.
En consecuencia, se desactiva KM2 y se activa KM3 (y tiene lugar la conexión en
triángulo). Los contactos asociados a KM3 desactivan, a su vez, el temporizador e
impiden que pueda entrar KM2. Esta conexión será la que quedará de forma per-
manente pasado el arranque.
Al pulsar Sl el circuito vuelve a su estado de reposo. También se producirá el paro si
dispara el térmico F1 del motor gracias a su contacto auxiliar (95-96).
Mejoras del circuito
Existen diferentes variantes para la realización del circuito de control, pero lo
realmente importante es garantizar que haya un retardo entre la desactivación del
contactor de estrella y la activación del contactor de triángulo. Los fabricantes cons-
truyen relés temporizados especiales para este tipo de arranque.
¡Recuerda! Entre la conexión en estrella y la nueva conexión en triángulo es necesario
esperar algunos milisegundos (de 40 ms a 100 ms) para asegurarnos de la completa
apertura del contactar de conexión en estrella antes del cierre del contactar de conexión
en triángulo. Con ello se evitan posibles cortocircuitos entre fases.
·~"JfLD.. Circuitos alternativos de arranque
Existen diversos métodos eléctricos alternativos para el arranque y el control de mo-
tores de CA asíncronos. Los citamos a continuación:
Arranque de motores con devanados partidos. Es un arranque muy poco utilizado
en Europa. Requiere un motor especial con doble devanado. En el arranque se
conecta directamente a la red un juego de devanados (medio motor). Una vez
está acabando el arranque, se conecta en paralelo el otro juego de devanados.
El par de arranque no se reduce tanto como en el arrancador estrella-triángulo y
tampoco tiene problemas de puntas de corriente elevadas.
Arranque por resistores estatóricos y rotóricos. Quizá sea el método más antiguo
para minimizar las corrientes de arranque en motores de CA. Consiste en añadir
en el circuito estatórico, o bien en el circuito rotórico, resistores externos al mo-
tor para aumentar así la resistencia eléctrica del motor cuando se conecta a la
línea eléctrica.
Arranque mediante autotransformador. Consiste en alimentar el motor a una ten-
sión reducida utilizando un autotransformador. La alimentación del motor se va
incrementando progresivamente hasta la desconexión del autotransformador
del circuito del motor una vez finalizado el arranque. La necesidad de incorporar
el autotransformador hace que este sistema sea caro y voluminoso.
Arrancadores eledrónicos (estáticos)
Estos arrancadores permiten la subida progresiva de la tensión de alimentación del
motor, lo que evita puntas de corriente elevadas y brusquedad en el arranque. Cada
día se utilizan más, sobre todo en el arranque de motores de CA de jaula, pues pre-
sentan muchas ventajas:
O Coste y espacio requerido reducidos. Los avances en la electrónica permiten una
reducción de costes y una miniaturización muy importante (reducción en más
del 50%). El mismo conjunto (a veces, de forma modular) incorpora el circuito de
potencia y el de control.
l ig. 2.61.
Modelo comercial de arrancador.
Unidad didactica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Reducción muy importante del cableado y del tiempo de montaje. Permiten aco-
piar módulos que se interconectan sin necesidad de cableado externo (por
ejemplo, el módulo para inversión de giro).
Algunos modelos incorporan las funciones de protección del motor. Seccionamien-
to, interruptor, protección térmica y magnética.
Permiten diferentes niveles de regulación térmica y ajustes del proceso de arran-
que. En los modelos más avanzados algunos ajustes pueden ser parametrizados
y memorizados.
Los más avanzados incorporan módulos de comunicación. Un ejemplo de este tipo
son los que se conectan a autómatas programables.
Convertidores de frecuencia
Aunque la principal aplicación de los convertidores de frecuencia consiste en la
regulación de la velocidad de los motores asíncronos, también se utilizan en el
arranque progresivo de dichos motores. Además, los convertidores de frecuencia
incorporan las protecciones contra cortocircuitos y sobrecargas del motor.
La regulación de la velocidad del motor
La velocidad de giro del campo electromagnético en un motor trifásico de CA (velo-
cidad de sincronismo) es proporcional a la frecuencia de la red que lo alimenta m
e
inversamente proporcional al número de pares de polos (p) que tiene el motor:
f
n =60 0 - (2.1)
, P
Como estudiarás con detalle en el módulo de Electrotecnia, la velocidad de giro del
motor es ligeramente inferior a la velocidad del campo o de sincronismo. Así pues,
se nos plantean básicamente dos estrategias a la hora de regular la velocidad de un
motor trifásico de CA:
La realización del motor, en su construcción, de forma específica para poder
variar la velocidad mediante la posibilidad de combinar diferentes juegos de
bobinados en el estator que permita considerar diferente número de polos.
La construcción de un motor de jaula"estándar" con un número fijo de pares de
polos y la utilización de un sistema externo que permita variar la frecuencia de la
alimentación del motor.
Lo más habitual actualmente, debido al gran avance de la electrónica de potencia,
es utilizar la segunda estrategia, es decir, los convertidores de frecuencia.
lig.2.62.
L1
L2
L3
N
Recli!icadof
trifásico
ce Ondulador
oinversor
Diagrama de bloques de un convertidor de frecuencia.
U ' Ul
l2' Vl
l3' Wl
M
3-
Unidad didáctica ¡ Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Ejemplo 2.12
Funcionamiento de un (onvertidor ovariador de frewencia
Un convertidor o variador de frecuencia se basa en dos bloques convertidores:
Un rectificador trifásico más condensadores de filtro. Realizan la conversión de la
corriente alterna de la red a corriente continua.
Un inversor u ondulador. Efectúa la función inversa, de modo que pasa la co-
rriente continua a corriente altema, aunque, eso sí, con una frecuencia y valor
eficaz variables. Si bien estas magnitudes pueden variar, la relación tensión/fre-
cuencia debe ser constante.
Los conversores de frecuencia permiten el fácil ajuste de los parámetros de control
por el operador y su visualización mediante pantallas o visualizadores de LED. Tam-
bién pueden incorporar la electrónica que permite la comunicación con ordenado-
res o autómatas.
Ventajas de los (onvertidores de fre(uencia
Los convertidores de frecuencia han representado en los últimos años la solución
"ideal" para la regulación de velocidad, arranque, frenado y cambio de sentido de
giro de los motores asíncronos (de jaula).
Su utilización es muy simple y funcionan bien incluso con pares resistentes elevados.
En cuanto a la regulación de la velocidad, permiten obtener velocidades de giro
desde motor parado hasta velocidades por encima de la nominal (si la mecánica del
motor lo admite).
Ejemplo 2.13
Un motor asíncrono trifásico de 2
pares de polos gira a 1.490 r.p.m. cuan-
do conecta a una red trifásica de 400
V-50 Hz. Determina su velocidad de
sincronismo.
Necesitamos regular la velocidad del motor del ejemplo anterior utilizando un
variador de frecuencia. Indica qué frecuencia nos tendrá que proporcionar el
variador a la salida para que la velocidad de sincronismo sea de 750 r.p.m. ¿Qué
valor deberá tener la tensión de alimentación del motor?
Solución:
Solución: Despejando de la expresión 2.1 la frecuencia, resulta que el motor deberá estar
alimentado ahora a una frecuencia de 25 Hz:
Substituyendo los datos del motor en la
expresión 2.1, tenemos que:
f ~ n, · p ~ 750 · 2 25 Hz
60 60
f 50
n ~60 . _ ~ 60 . _~ 1.500 rpm
, p 2
Para que la relación tensión-frecuencia se mantenga constante la nueva tensión
de alimentación deberá ser de 200 V entre fases.
2)-JU
)}, frenado de motores de CA
Los motores de CA pueden ser frenados tanto de forma mecánica como eléctrica.
En este apartado, nos centramos en el frenado eléctrico, por ser éste el que se está
imponiendo en los últimos años.
Frenado por (ontra(orriente
El frenado por contracorriente consiste en efectuar la desconexión del motor para
conectarlo de nuevo de forma inversa. Se han de introducir los detectores adecua-
dos para realizar la desconexión del motor cuando éste está parado. Si no, el motor
iniciará la marcha en sentido contrario.
Este sistema, aunque muy efectivo, supone un frenado muy brusco, con problemas
de fuertes puntas de corriente y elevada disipación térmica. No todos los motores
están preparados para estos esfuerzos mecánicos, por lo que este sistema sólo se
utiliza para motores de pequeña potencia.
Unidad didacl!ca Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Frenado por inyección de (orriente (ontinua ofrenado dinámico
Este tipo de frenado consiste en desconectar el motor asíncrono de la red eléctrica
y aplicar en su lugar una fuente de CC conectada en dos de sus fases. La corriente
continua necesaria se obtiene, generalmente, por rectificación de la CA trifásica de
la red, mediante diodos o tiristores.
Al aplicar esta tensión de CC en las bobinas del estator, el flujo magnético de di-
cho estator deja de girar, y permanece constante. En consecuencia, el rotor, que
en todo momento sigue el flujo magnético variable giratorio cuando el motor está
conectado a la CA, es frenado rápidamente. Estudiarás los fundamentos del funcio-
namiento de los motores de CC y de CA en el módulo de Electrotecnia, lo que te
permitirá entender el principio de funcionamiento del frenado dinámico.
Este método de frenado proporciona una detención especialmente rápida de la
máquina, aunque adolece de dos problemas importantes:
La enérgica acción de frenado da lugar a esfuerzos mecánicos excesivamente
perjudiciales para la máquina, que puede acabar deteriorándose si no es sufi-
cientemente robusta.
El motor soporta efectos térmicos importantes.
Este sistema es bastante utilizado en los motores de jaula y los motores de anillos.
Automatismo de puesta en marcha
y frenado de un motor asíncrono trifásico
En la figura 2.63 tienes un ejemplo de automatismo que realiza el arranque directo
e incorpora el frenado dinámico del motor.
Fig.2.63.
Esquema de potencia y mando 11 3N - 50 Hz 400 V f
parael frenadode unmotor por [§ t
inyección de corriente continua. N ~1M í~
- F2
11
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N ~ >O
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- KM1 - KMl
;!
N
N
:;(
- KM2
Circuito de potencia. Para poder realizar el frenado por inyección de CC, el circui-
to de potencia ha de incorporar un circuito rectificador que a partir de la señal
de alimentación (después del seccionador) proporcione una tensión continua.
Además, se necesitará un contactar para el frenado (KM2l, de forma que sólo
pueda entrar en servicio si está desactivado el contactar de línea del motor
(KM 1). Este segundo contactar es el encargado de aplicar la CC entre dos de las
fases del motor durante el frenado. El circuito de rectificación para el frenado
incorpora sus propias protecciones.
Unidad didáctica 2. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas
Actividades
o C
ircuito de control. El pulsador S2 activa la bobina del contactor KM 1, así como
su enclavamiento, lo que da corriente al motor para su funcionamiento normal.
Mientras, el contactor KM2 no está activado porque se mantiene abierto el
contacto normalmente cerrado 21-22. Cuando se pulsa S1, el pulsador de
paro, entonces KM1 se desactiva y el motor deja de recibir corriente; en conse-
cuencia, KM2 se activa gracias al contacto temporizado al reposo 57-58 de
KM 1. Entonces se alimenta el devanado del estator con corriente continua y se
da lugar al frenado del motor, que se mantiene durante toda la temporización
del contacto 57-58 de KM 1. Pasado este tiempo, se desactiva KM2 y se llega al
estado de reposo.
28. Monta, en el taller de automatismos, el automatismo de arranque directo de un motor de alterna (figura 2.501.
Puedes hacerlo con un motor monofásico o trifásico. Realiza la correcta selección del cableado y las proteccio-
nes en función de la potencia del motor.
29. Verifica el GRAFCET de funcionamiento y el diagrama secuencia-tiempo de la figura 2.29 con los resultados
experimentales de la actividad anterior:
Explica detalladamente qué sucede en la puesta en marcha del sistema .
Explica detalladamente qué sucede en el paro del sistema.
Explica detalladamente qué sucede cuando se produce una sobrecarga del motor.
Explica detalladamente qué sucede si se produce un cortocircuito accidental en los bornes del motor.
30. Monta, en el taller de automatismos, el automatismo de cambio del sentido de giro de un motor asíncrono
trifásico de la figura 2.52.
31. Realiza el GRAFCET de funcionamiento y el diagrama secuencia-tiempo del automatismo de la actividad ante-
rior. Verifícalos con los resultados experimentales de la misma.
32. Monta y comprueba el funcionamiento de la mejora del automatismo anterior correspondiente a la figura 2.53.
33. Monta, en el taller de automatismos, el automatismo de arranque estrella-triángulo correspondiente a las figu-
ras 2.58 y 2.59.
34. Realiza el GRAFCET de funcionamiento y el diagrama secuencia-tiempo del automatismo de la actividad ante-
rior. Verifícalos con los resultados experimentales de la misma. ¿Por qué es necesario el temporizador? ¿De qué
depende el tiempo que debe ajustarse en el temporizador?
35. Realiza el esquema eléctrico, tanto de la parte de potencia como del circuito de mando que lo gobierna, del
arranque temporizado de una máquina de CA trifásica. El sistema se activa con un pulsador de marcha (MI de
tipo NA, y el motor se pone en funcionamiento 20 segundos después de haberlo pulsado. El sistema debe pa-
rarse al pulsar un pulsador de paro (PI. de tipo NC. Enumera adecuadamente todos los terminales de los relés
temporizadores y contactores que utilices.
36. A continuación realiza el esquema eléctrico, tanto de la parte de potencia como del circuito de mando que lo
gobierna, del paro temporizado de una máquina de CA trifásica. El sistema se activa con un pulsador de mar-
cha (MI de tipo NA. El motor debe pararse 20 segundos después de haber pulsado un pulsador de paro (PI. de
tipo NC. Enumera adecuadamente todos los terminales de los relés temporizadores y contactores que utilices.
37. Realiza el esquema eléctrico, tanto de la parte de potencia como del circuito de mando que lo gobierna, del
arranque y paro temporizados de una máquina de CA trifásica. El sistema se activa con un pulsador de marcha
(MI de tipo NA, y el motor se pone en funcionamiento 20 segundos después de haberlo pulsado. Por otro lado,
el motor debe pararse 20 segundos después de haber pulsado un pulsador de paro (PI. en este caso de tipo
NC. Enumera adecuadamente todos los terminales de los relés temporizadores y contactores que utilices.
38. Busca tres modelos comerciales diferentes de arrancadores para motores de alterna trifásicos. Indica sus princi-
pales características y los esquemas de conexión para el arranque de un motor.
39. Busca tres modelos comerciales de variadores de frecuencia y relaciona las principales funciones que pueden
efectuar.
Unidad dida(ti(a 2. Mando, regula(ión y maniobras en máquinas elé(tri(as
Autoevaluadón
1. Dibuja el símbolo para un pulsador, un pulsador con dos contactos (1 NC + 1 NA) Yun final de carrera con con-
tacto NA.
2. Indica 4 tipos diferentes de sensores o detectores y dibuja su símbolo eléctrico.
3. Explica las diferencias entre un relé y un contactar.
4. ¿Cómo se señalan los contactos principales y auxiliares en un contactar?
5. ¿Qué indica el número característico de un contactar?
6. ¿Cuáles son las categorías de contactares que realizan los fabricantes? ¿Las categorías son las mismas para
contactares de CC y CA?
7. ¿Un relé fabricado para trabajar en CC puede funcionar en CA? ¿Por qué?
B. ¿Un relé fabricado para trabajar en CA puede funcionar en CC? Si la respuesta es afirmativa, indica qué precau-
ción debemos tener en cuenta al efectuar la conexión.
9. Indica algunos tipos de relés que podemos encontrar en el mercado,
10. ¿Qué es un fusible? Cita las clases más importantes,
11. ¿Qué es un magnetotérmico? ¿Para qué se utiliza?
12. ¿Qué es un relé térmico? ¿Para qué se utiliza?
13. ¿Qué es un diferencial? ¿Para qué se utiliza?
14. ¿Qué es un disyuntor magnetotérmico? ¿Qué funciones integra?
15. Indica qué tipos de esquemas eléctricos se emplean en función del número de hilos que se dibujan y del núme-
ro de elementos que se representan para cada dispositivo.
16. Indica qué tipos de esquemas eléctricos se utilizan para describir los circuitos de los automatismos en función
de cómo se dibujan los circuitos de mando y potencia, ¿Qué tipo es el recomendable? ¿Por qué?
17. ¿Qué estrategia se sigue para evitar de forma eléctrica que un contactar pueda activarse mientras funciona
otro?
18. ¿Qué estrategia se sigue para permitir de forma eléctrica que un contactar sólo pueda activarse cuando esté
activado otro?
19. ¿Cómo se garantiza mecánicamente el enclavamiento para evitar que dos contactares puedan activarse a la
vez? ¿Cómo se indica en un esquema eléctrico?
20. ¿Cuál es el motivo de realizar el arranque estrella-triángulo? ¿Qué precauciones deben seguirse?
21. ¿Cómo se realiza la inversión de giro en un motor de inducción trifásico?
22. ¿Por qué la corriente de arranque siempre es mayor que la corriente nominal de un motor eléctrico?
2). ¿Cómo puede invertirse el sentido de giro de un motor de CC?
24. ¿Qué diferencia existe entre los arrancadores y los variadores de velocidad electrónicos para motores de CA?
25. ¿Qué tipos de protecciones deben incluir siempre las instalaciones con motores?
Unidad didáctica 3
Apli(a(iones (on autómatas
programables
¿Qué aprenderemos?
o Qué es un autómata programable y cuál es su constitución intema.
Qué tipo de elementos se pueden conectar a él y qué tipo de proce-
sos puede controlar.
Cuáles son los lenguajes de programación más habituales.
Cómo se ejecuta un programa en un autómata.
Cómo deben escribirse los programas para controlar aplicaciones
sencillas.
Cuáles son los aspectos básicos de su instalación y mantenimiento.
Un idad didáctica 3. Aplicaciones con autómatas programables
La aparidón de los autómatas
programables
¿Cómo se automatizaba antes?
Antes de la aparición del primer autómata, todos los automatismos estaban cons-
truidos con relés electromagnéticos y con cableados fijos entre ellos que definían la
acción de control que realizaban. Esta forma de realizar los automatismos se sigue
utilizando para aplicaciones sencillas que no precisan modificaciones.
Cuando había que automatizar procesos industriales de media y alta complejidad,
esta forma de resolver los automatismos resultaba costosa en tiempo y dinero tanto
en el momento del diseño y la puesta en marcha como en los costes de reparación
o modificación. Concretando, estos inconvenientes eran los siguientes:
O Poca flexibilidad: cualquier cambio suponía una variación importante en el ca-
bleado.
O Coste de mantenimiento elevado: al estar limitada la vida útil de los relés a un
determinado número de maniobras, debía tenerse un detallado plan de mante-
nimiento preventivo. Además, el coste de reparación también era elevado por-
que se necesitaba mucho tiempo para determinar las averías, con las correspon-
dientes pérdidas de horas de funcionamiento de las máquinas y, por tanto, de
producción.
• :.:.10 El primer autómata programable
En 1968, el fabricante de automóviles norteamericano General Motors consideró
que sería muy interesante disponer de un equipo electrónico programable o con-
figurable con la misma robustez que los relés, pero más fiable y versátil que éstos.
Este equipo debería permitir establecer cualquier automatismo y tener, así, una
alternativa a los sistemas de relés cableados.
Como respuesta a este reto de General Motors, la empresa
Bedford Associates propuso un controlador digital modular (el
MODICON, de "MOdular Digital CONtroler"). El MODICON-
084 es el primer autómata digital programable que se comer-
cializó a escala mundial. Con un procesador muy básico, era
capaz de controlar procesos secuenciales con unas buenas
características de robustez, coste, maniobrabilidad, etc.
La forma de establecer (programar) las "conexiones intemas"
era muy intuitiva para el personal, que estaba acostumbrado
a trabajar con relés y con esquemas eléctricos, y dio lugar a lo
que hoy se conoce como diagramas de contactos. Como en el
interior de los autómatas no había relés físicos (aunque se com-
portaban como tales), los cambios en las conexiones internas
eran muy sencillos y rápidos.
'-.-'1
' ••• ;;;;. ""
,-,-t'"••••-;;-••• , •
1
,. ti .~•••••
; ti tI ~~ ••••
............
La aparición de los autómatas o controladores programables
(más conocidos por su nombre inglés: PLC, programmable 10-
gic controllerj supuso una verdadera revolución tecnológica e
industrial que permitió redefinir el sector de la automatización.
- -' --
_____••••••• Fig. 3.1.
El OEC POP-8, uno de los primeros autómatas comerciales.
l
II Unidad d,daCl,ca 3 Aplicaciones con autómatas programables
D
écadade los 70
Década de los 80
Década de los 90
En laactualidad
La evolución de los autómatas
programables
En la tabla 3.1 puedes observar, resumidos por décadas, los hechos más relevantes
que marcan la evolución de los autómatas programables:
.-_____
Ta_
bla 3.1. Evolución de los autómatas programables ~
o L
os microprocesadores que van apareciendo en estadécada se van utilizando también en los autó,~~~~~,_, I
Cada fabricante dota a sus autómatas de posibilidad de comunicación entre autómatas o con ordenadores.
Modicon estableció el sistema Modbus; Allen'Bradley, su sistema Data H
ighway; O
mron, su sistema Sysway,
etc. Estos sistemas de comunicación eran incompatibles entre sí.
Son capaces de procesar senales analógicas (ya sean de tensión o corriente) además de las digitales.
Los autómatas reducen sus dimensiones conforme aumenta la capacidad de integración de los circuitos elec'
trónicos.
o Aparece la programación simbólica a través del ordenador. H
asta ese momento la programación sólo se
realizaba mediante consolas especificas de programación para cada modelo y fabricante. L
a programación
simbólica supone un gran avance hacia la estandarización en la programación de los autómatas.
Los fabricantes incorporan alos autómatas los estándaresde programación, de modo que prácticamente to· 1
dos utilizan el estándar lEC 61131.
o T
ambién se les comienzan a incorporar, de forma progresiva, estándares de comunicación que posibilitan
sistemasindustriales abiertos en los que es posible lacomunicación con autómatas de otras marcas.
Se producen numerosas fusiones y absorciones entre empresas fabricantes de PLe que, en muchos casos,
pasan a formar parte de grupos internacionales de empresas. Esto mejora los precios, las prestaciones y la
transportabilidad de las aplicaciones de unos autómatas aotros.
L
os P
L
Cde los diferentes fabricantesse parecen mucho losunos a los otros y es dificil hallar diferencias no·
tables dentrode una mismagama decalidady prestaciones.
Cada dia se avanza más en el camino de la conectividad mediante Internet, de modo que desde cualquier
puntose pueda acceder al autómata y disponer de toda lainformación que contenga. Actualmente es común
encontrar en las empresas redes de autómatas controladas por uno omás ordenadores.
El avance hasta la fecha ha sido tan importante que se ha producido un cambio
importante en la forma de organizar la producción. Si pocos años atrás los proce-
sos de producción estaban condicionados por las prestaciones de los autómatas o
controladores, hoy en día las formas de producción imponen cómo deben ser los
controladores.
Cada vez quedan menos barreras tecnológicas por vencer y la tecnología actual
permite dar cumplimiento a cualquier estrategia de fábrica, de organización de la
producción o de la producción misma de cada máquina.
Actividades
1. Busca información sobre el primer autómata, el MODICON-084.
2. Busca en Internet fabricantes de autómatas. Confecciona una lista con 15 de ellos intentando ordenarlos en
función de su importancia.
l. Busca una definición de protocolo de comunicaciones. Apúntala y, a continuación, explica con tus propias pa-
labras qué es.
Unidad didactica 3. Aplicaciones con autómatas programables
La estructura de los autómatas
Fig. 3.2.
E
lementos que forman la
estructura interna de un autómata.
i Fuente de
alimentación Memoria
J I
Microprocesador
I .1
I I
Los autómatas programables poseen una estructura interna muy similar entre ellos
y, aunque su aspecto externo pueda ser diferente, podemos decir que son bastante
parecidos. Los podemos agrupar en dos grandes grupos: PLC compactos y PLC
modulares.
Existen, así mismo, algunos modelos compactos muy pequeños y con unas cuantas
funciones básicas que se conocen como microautómatas, microPLC o, a veces, tam-
bién como relés programables.
La estrudura interna
Aunque el autómata puede verse como una "caja negra" con entradas y salidas
para interaccionar con el mundo exterior, conviene acercarnos a su estructura inter-
na, lo que nos permitirá entender mejor sus prestaciones para controlar procesos y
máquinas.
Todos los autómatas llevan en su interior los siguientes bloques funcionales que
están interconectados a través del microprocesador (figura 3.2):
O Un microprocesador (o más). Constituye el cerebro del autómata. t.ste lee y eje-
cuta las secuencias del programa que reside en la memoria, de forma que, en
función de los valores de las entradas, calcula los valores de salida. Además,
permite operaciones adicionales, como la actualización continua de temporiza-
dores y contadores intemos, el autodiagnóstico de todo el sistema para detec-
tar posibles fallos de funcionamiento, etc.
{}---i}-
Entrada/Salida
J
I
O La memoria. Está formada por distintos componentes
que constituyen un único bloque; nos permite alma-
cenar el programa de usuario mediante algún siste-
ma de programación (por ejemplo, mediante una
consola de programación o un ordenador personal).
Desde el punto de vista de retención de los datos
grabados, la memoria puede ser volátil o no volátil.
La primera pierde la información en ausencia de ten-
sión de alimentación, mientras que la segunda, no.
I Comunicaciones
PLC
Control de
expansión O El bloque de comunicaciones. Permite comunicar al au-
tómata con el mundo exterior para programarlo, para
acceder a sus datos internos (valores en memoria,
valores de contadores y temporizadores, etc.) o bien
para intercomunicar diferentes autómatas entre sí.
~
~
, ~
~
,
O La entrada-salida. La forman el conjunto de elementos que permiten al autómata
conectarse con el proceso que hay que controlar. Existen diferentes tipos de
entradas-salidas, como verás más adelante, pero siempre con aislamiento ópti-
co. Este tipo de aislamiento es necesario porque nos permite proteger la elec-
trónica interior del autómata del proceso al que debe conectarse.
El control de expansión. Permite la conexión del autómata con otros módulos
para ampliar sus prestaciones. Es el interlocutor entre el autómata y el módulo o
módulos añadidos. Los microautómatas y algunos autómatas compactos pe-
queños no disponen de control de expansión.
Aparte de estos bloques, todo autómata necesitará una fuente de alimentación que
suministre la energía para su funcionamiento, adecuando la tensión de red a las con-
diciones de tensión (normalmente 24 voltios de CC) y corriente necesarias.
Unidad drdac!tcd l Aplicaciones con autómatas programables
fi9· 3.3.
Autómata compacto CPM1A de
Omron.
fig. 3.4.
Autómata modular CQMl de
Omron, con estructura europea.
fi9·3.5.
Autómata modular TSX Premium
de Modicon-Telemecanique de
estructura europea.
----------------------~
La estructura externa
Como hemos dicho, los autómatas se pueden clasificar en dos grupos: los compac-
tos y los modulares. Para los modulares se utilizan dos formas constructivas diferen-
tes: la europea y la americana.
Autómatas compactos
Los autómatas compactos son aquéllos en que todos los elementos de su estructura
interna están alojados en único habitáculo o caja.
Los autómatas compactos corresponden a las gamas bajas de los distintos fabrican-
tes y se caracterizan por:
O Un coste relativamente económico.
O La mayoría de los modelos compactos disponen únicamen-
te de entradas y salidas digitales en un número no superior
a 16 entradas y 16 salidas. Excepcionalmente, algunos mo-
delos pueden tener una o dos entradas analógicas.
O Disponen de la fuente de alimentación integrada, lo que
permite conectarlos directamente a la red eléctrica.
O Así mismo, disponen de un conjunto suficiente de instruc-
ciones, temporizadores y contadores intemos, que permiten
la programación del autómata para el control de instalacio-
nes y/o máquinas de poca complejidad.
Los autómatas compactos a veces se pueden expandir aumentando sus prestaciones.
Autómatas modulares
Los autómatas modulares son aquéllos en que todos los elementos de su estructura
interna están distribuidos en diferentes habitáculos o cajas, llamados módulos.
Los autómatas modulares corresponden a las gamas medias y altas de los distintos
fabricantes y aportan una mayor flexibilidad en el control de procesos, máquinas e
instalaciones, ya que son configurables tanto en tamaño como en prestaciones. Se
caracterizan por los siguientes aspectos:
Son más caros y voluminosos que los compactos.
Permiten adaptarse al tamaño de la instalación o al proceso que controlan me-
diante el acoplamiento de más módulos de entradas y salidas. Esto facilita posi-
bles ampliaciones o modificaciones de las instalaciones.
Nos permiten disponer de un gran número de entradas y salidas digitales y ana-
lógicas, si son necesarias.
Los módulos se interconectan unos con otros y forman un sistema conjunto que
se sustenta sobre un carril DIN normalizado. La conexión entre módulos puede
ser módulo a módulo o sobre un bastidor común (denominado rack).
En función de la forma constructiva los podernos clasificar así:
O De estructura europea. La fuente de alimentación constituye un
módulo independiente. El procesador, la memoria y los contro-
les básicos para la programación (comunicaciones con consolas
o PC) constituyen otro módulo, que se acostumbra a llamar
CPU (siglas, en inglés, de "Unidad de Control de Procesos").
Las entradas y salidas digitales y analógicas constituyen módu-
los independientes, de forma que podemos disponer sólo de
entradas digitales o de salidas digitales, o de entradas analógi-
cas, etc. Son de estructura europea los autómatas de las figuras
3.4 y 3.5.
- - -----
Unidad dldatllc 3 Aplicaciones con autómatas programables
o De estructura americana. Esta forma constructiva es la que emplean también al-
gunos fabricantes japoneses, y se caracteriza por separar las entradas y las sali-
das (en módulos independientes) del módulo principal que contiene la fuente
de alimentación y la CPU (procesador, memoria y comunicaciones). Puedes ob-
servar un autómata con esta estructura en la figura 3.6.
ftnJnr ~ II+"""~+~....~________
Unidad didáctica 3. Aplicaciones con autómatas programables
¡Importante!
Tipos de memoria para almacenar el programa de usuario
Debe ser una memoria que permita la reescritura de forma que podamos borrarla y
volverla a grabar en función de modificaciones del proceso que haya que controlar
o para solucionar posibles errores.
Las soluciones más habituales en los PLC comerciales son las siguientes:
O Circuitos integrados de tipo RAM. Permiten la escritura, la lectura y el borrado sin pro-
blema tantas veces como se desee. No obstante, en ausencia de la alimentación
se pierde toda la información. Por este motivo siempre se acompaña de una bate-
ría tampón que permite salvaguardar la información cuando se produce una des-
conexión o fallo de la alimentación. Es una solución cada día menos utilizada.
O Circuitos integrados de tipo FLASH. Es la solución que cada vez se implementa con
más frecuencia, puesto que permite un elevado número de ciclos de reescritura
y se trata de una tecnología muy modema y madura. No se pierde la informa-
ción en ausencia de la alimentación.
Compartimentación de la memoria para datos del proceso
La memoria interna queda dividida en distintas áreas o zonas (figura 3.8), donde se
almacenan datos de diferentes tipos. Las zonas de memoria destinadas a almacenar
datos del proceso son las siguientes:
O Zonas de almacenamiento de variables internas oseñales de un solo bit. tstas son,
principalmente:
o Los relés internos comunes. Por ejemplo, disponibles para marcas de progra-
ma (variables internas de un solo bit).
Los relés internos especiales yauxiliares. Disponibles para, entre otras funcio-
nes, marcas intemas que conservan su valor incluso con falta de alimentación
del PLC, enclavamientos, básculas, etc.
o Los indicadores (denominados en inglés flags). Señalizan situaciones internas,
bases de tiempo, bits de acarreo, etc., o algún posible error o alarma en el
funcionamiento del autómata.
Aunque realmente en memoria se trata con bits, en el argot se sigue hablando de relé o de contacto. Así pues, puedes aso-
ciar que un bit a "1 " indica un relé excitado o un contacto cerrado, o que un bit a "0" indica un relé desactivado o un contacto
abierto, en lógica positiva. En lógica negativa, un "1" señala relé desactivado o un contacto abierto, mientras que un "0" se
refiere a un relé activado o un contacto cerrado.
O Zonas de almacenamiento de datos de varios bits (8 omás bits). Esta información
corresponde principalmente a:
o Temporizadores y/ ocontadores.
~ Registros de uso general. Por ejemplo, para almacenar en ellos operandos y
resultados en operaciones aritméticas y lógicas de varios bits, así como para
almacenar señales de entrada analógicas que han sido digitalizadas por los
convertidores analógico-digitales (AlO), etc.
O Memoria con las tablas de imagen de las entradas ylas salidas. Las señales que provie-
nen del proceso se introducen al autómata por las entradas físicas (bornes de
conexión) y se guardan en una zona de la memoria imagen de entrada-salida; la
CPU puede acceder a los valores lógicos de las entradas y salidas mediante es-
tas tablas.
De la misma forma, las acciones de control que la CPU genera también se alma-
cenan en la memoria imagen antes de que sean aplicadas a los bomes de salida.
Este proceso de lectura y escritura de la memoria imagen por parte de la CPU
para acceder a las entradas y salidas se efectúa cada vez que el programa de
usuario se ejecuta.
Copia en los bomes
de salida de
los valores de la
tabla de salida
Escritura
en la tabla imagen
de salida
Actividades
Unidad dldactica 3. Aplicaciones con autómatas programables
La ejecución de programas
yel ciclo de exploración
El programa de usuario se ejecuta dentro de lo que se denomina cido de exploración
o cido de sean . El tiempo de ejecución del programa de usuario no puede exceder
del tiempo del ciclo de scan.
El ciclo de exploración del autómata consiste en:
O La ejecución de procesos comunes: el autómata comprueba que las tensiones in-
ternas sean correctas, verifica que no se exceda del tiempo máximo de ejecu-
ción, comprueba la integridad de las memorias y de su contenido, etc.
O La lectura de las variables físícas de entrada: se leen las variables físicas presentes
en los bornes de entrada del autómata y se guarda su estado en la memoria
imagen de entrada.
Procesos
comunes
Ejecución del
programa
de usuario
lectura
de los bomes
de entrada
Escritura
en la tabla imagen
de entrada
O La ejecución del programa de usuario: se atiende al
valor de contadores, marcas internas, temporiza-
dores, registros, etc., así como a las instrucciones
almacenadas correspondientes al programa de
usuario. La ejecución es secuencial.
O La escrítura de las varíabies del programa de usuarío
en las salídas: se escriben las variables de salida en
la tabla imagen de salida que se reflejan en los
bornes de salida del autómata.
El tiempo que un autómata tarda en realizar dicho ciclo
completo es variable y depende, en gran parte, de las
dimensiones del programa de usuario, del número de
entradas y salidas que se utilicen yde su naturaleza. En
cualquier caso, existen autómatas relativamente lentos
que tienen un tiempo máximo de ciclo de 100 milise-
gundos. Otros autómatas, sin embargo, resuelven este
ciclo en tiempos del orden de microsegundos.
Fig. 3.9.
E
lementos que intervienen en el ciclo de sean o de exploración.
4. Busca en Internet fabricantes de microautómatas. Puede que los encuentres también con la denominación de
relés programables. Elabora una lista con 10 de ellos y compara su cantidad de entradas y salidas.
5. Investiga qué son las memorias de tipo ROM yde tipo RAM. Para las diferentes variantes de cada tipo, prepara
una tabla en la que se comparen las características siguientes: posibilidad de escritura y lectura, posibilidad de
borrado, permanencia de los datos.
6. Busca en Internet información sobre la familia de autómatas de 5iemens 57-200 y responde a las siguientes
preguntas: ¿es un autómata compacto o modular?, ¿se puede expandir? Indica las diferentes CPU disponibles
y, para cada una de ellas, la capacidad de memoria y el tiempo del ciclo de exploración.
7. Busca en Internet información sobre la familia de autómatas de 5iemens 57-300. ¿Es un autómata compacto o
modular?
8. Indica las principales características del autómata que tengas disponible en tu instituto.
l. Unidad dldatllc~ l Aplicaciones con autómatas programables
----------------------~
Las entradas ysalidas
Autómata
Entradas Salidas
F
ig.3.10.
Maquina o proceso
controlado
las entradas ylas salidas permiten
laconexión del autómata con el
mundo exterior.
F
ig. 3.11.
los módulos de entradas ysalidas
son similares y consisten en una
regleta de bornes Que permite
conectar el autómata con el
mundo exterior.
Aspectos generales de las entradas
ysalidas
El autómata se comunica con el mundo exterior mediante las entradas y las salidas.
Estas entradas y salidas tienen unos bornes para la conexión de los cables que trans-
portan la información procedente del sistema controlado y para el transporte de la
infonmación hacia el mismo.
Tanto las entradas como las salidas se consideran interfaces del autómata (enlaces
entre el interior y el exterior) encargadas de varias funciones:
Adaptan los niveles de tensión o corriente de la señal de entrada, procedente de
los captadores, a los niveles internos de trabajo del autómata. Esta adaptación
incluye el filtrado del posible ruido eléctrico que puedan contener las señales.
O Codifican esta señal para que la CPU la pueda procesar correctamente.
De fonma similar, las interfaces de salida se encargan de:
Decodificar la información que proviene de la memoria imagen de salida.
O Adaptar los niveles de tensión o corriente de dicha señal.
Número de entradas ysalidas
La cantidad de entradas y salidas que tiene un autómata es relativamente pequeña
en el caso de los modelos compactos y puede llegar a ser muy elevada en los mo-
dulares.
Para que te hagas una idea, en función de si el autómata es de garna:
Baja, hasta 128 entradas y salidas.
O Media, entre 128 y 512 entradas y salidas.
O Alta, a partir de 512 entradas y salidas.
Tipos de señales ode información en las entradas olas salidas
La información presente en las entradas y salidas del autómata puede ser:
Digital. Solamente puede tomar dos valores, que corresponden a presencia o
ausencia: no hay tensión o sí que la hay, no corriente o corriente, está cerrado o
abierto, etc. Normalmente, se presenta al autómata o sale de él en fonma de una
tensión de OVo de 24 Vque puede representar, respectivamente, presencia o
ausencia, o viceversa, según si se opera con lógica positiva o negativa.
O Analógica. Está comprendida entre un valor mínimo y uno máximo; representa la
cantidad de una determinada magnitud, como puede ser la temperatura, la hu-
medad, lo cerca o lo lejos que se tiene un elemento, la posición de algo, etc.
Normalmente, se presenta a las entradas del autómata o sale por sus salidas en
forma de una tensión comprendida entre OVY5 Vde CC, o una corriente de O
a 20 mA o de 4 a 20 mA (en este último caso se puede diferenciar si se ha roto
el cable o si realmente la magnitud es nula).
O Especial. Se trata de señales pulsantes de elevada frecuencia que elautómata no
podría procesar por sus entradas convencionales porque el ciclo de scan es de-
masiado largo, o bien información procedente de codificadores y que es entre-
gada al autómata o que éste genera en forma de códigos de varios bits en for-
matos, velocidades o códigos especiales.
Fig.3.12.
los módulos de entradas son
todos parecidos, con un filtro
yunaseparación óptica de
protección.
UOlda~ didactica 3 Aplicaciones con autómatas programables
Entradas digitales
Las entradas digitales son aquéllas por las que el autómata se conecta al mundo ex-
terior para recoger información digital. Su estado se refleja, a cada ciclo de sean, en
la tabla de imagen de las entradas.
En la figura 3.12 puede observarse la estructura intema de una entrada digital. To-
das disponen habitualmente de los siguientes bloques (los componentes electróni-
cos que aparecen los estudiarás en el crédito de electrotecnia):
o Protecciones: un diodo, por ejemplo.
Filtros: eliminan el ruido eléctrico que la se-
Filtro pasa-bajar' __
O:,
pto~ac::o:!:pt~ad~o~r-t!;=J-O ñal conectada a la entrada pueda contener.
Indicador de estado de la entrada: un LED nos
permite visualizar el estado de la entrada.
~ I
I
Bomes del I
autómata Señal lógica
interna
-----...... I
t-l::±:J-i:==±:!i~~~
O Optoacopladores: se traspasa la información
o señal de forma óptica mediante el conjun-
to emisor (LED) y receptor (fototransistor). Al
otro lado del optoacoplador, el fototransis-
tor entrega la señal lógica a la parte intema
del autómata para que sea almacenada en
F
ig.3.13.
I Protecciones
LEO indicador
del estado
1 ______ - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
la tabla de imagen de las entradas.
Existen diferentes tipos de entrada digitales en función de si la señal de entrada es
alterna o bien continua. En cualquier caso, si se trata de entradas digitales, siempre
son entradas de tensión.
Comercialmente, los modelos modulares tienen módulos con 8, 16 Yhasta 32 entra-
das. En el caso de 8 y 16 entradas se conectan directamente con terminales de tipo
Faston. Este tipo de conexión es el que acostumbran a utilizar todos los módulos de
los autómatas, ya sean analógicos, digitales o especiales.
Cuando se trata de módulos de 32 entradas, no es posible utilizar este tipo de co-
nexiones y se usan conectores multiterminales planos y dobles, tal como se puede
ver en la figura 3.14.
MODE
Fig. 3.14.
laconexión con los módulos delos autómatas se suele efectuar
m
ediante terminales de tipo faston.
laconexión con los módulos demas de 16 entradas se realiza
mediante conectores multiterminal.
, : Unidad dldactica 3 Aplicaciones con autómatas programables
El
{
E2
{
E3
{
E4
{
Fig. 3.15.
Entradas analógicas
Se denominan entradas analógicas aquéllas por las que el autómata se conecta al mun-
do exterior para recoger información analógica. Su valor debe convertirse en una
palabra binaria para que el autómata lo pueda procesar.
Un convertidor analógico-digital sirve para expresar en código binario (normalmente
de 12 bits) un valor de tensión analógica en un tiempo de conversión relativamente
rápido.
+Entrada de tensión
+Entrada de coriente
-Entrada
+Entrada de tensión
+Entrada de coriente
-Entrada
+Entrada de tensión
+Entrada de coriente
-Entrada
+Entrada de tensión
Las entradas analógicas son más propias de los autómatas modulares que de los
compactos, de modo que existen módulos dedicados a dichas magnitudes que
incorporan, normalmente, dos o cuatro entradas analógicas en forma de tensión o
corriente con diferentes rangos: en tensión continua es habitual poder operar en los
rangos de OV a 5 V, de OVa l OV o de -5 V a +5 V, mientras que en corriente se
acostumbra a operar entre Oy 20 mA o 4 y 20 mA.
En la figura 3.15 puede observarse la constitución interna de un módulo de entra-
das analógicas. Las entradas analógicas disponen habitualmente de los siguientes
bloques:
O Un multiplexor, que es un componente que conmuta las diferentes entradas a
este único convertidor analógico-digital. Esta conmutación es muy rápida, de
manera que en un ciclo de sean todas pueden pasar al convertidor.
O Un amplificador que permite adecuar los niveles analógicos de entrada al fondo
de escala del convertidor.
Un convertidor analógico-digital.
O Optoacopladores. Observa que existe una separación óptica entre todos los ele-
mentos internos del autómata y los que hacen referencia al exterior del mismo.
O Una CPU propia que gestiona todo el proceso de adquisición de las señales para
entregar a la CPU del autómata los códigos binarios de las conversiones.
Finalmente, la alimentación de estos módulos puede ser externa o estar incorpora-
da en el módulo.
Multi-
C--C:::r--I plexor
Rack-Bus
[>
Selección de
rango
Alimentación
analógica
Opto-
acopladores
Interface al bus
+Entrada de coriente
-Entrada
Diagrama de bloques del interior de un módulo de 4 entradas analógicas, el CQM1-AD041 de Omron.
Fig. 3.16.
Módulo de salida con salidas
arelé con contactos libres de
tensión, que pueden conectarse
acualquier carga polarizando por
fuera del autómata.
Unidad didáctica 3. Aplicaciones con autómatas programables l'
Salidas digitales
Las salidas digitales son aquéllas por las que el autómata se conecta al mundo exte-
rior para entregar información digital. Su estado se refleja en los terminales de salida
en cada ciclo de sean y es una copia de la tabla imagen de las salidas.
En los modelos compactos acostumbran a ser las que están conectadas a los bornes
externos del autómata y las que permiten conectarlo al mundo exterior. Las salidas
digitales pueden estar construidas mediante:
O Relés electromagnéticos.
O Transistores.
O Relés de estado sólido (tiristores o triacs).
Salidasa relé electromagnéti(o
Bornes de conexión de salidas
Salidas con Salidas
Si se trata de salidas a relé, acostumbran a ser contactos libres de ten-
sión con una corriente nominal máxima de 1 A Y250 V de tensión alter-
na. Las cargas que se pueden conectar a estas salidas son de cualquier
tipo (con el límite de potencia que corresponda) y su alimentación es
externa al autómata en cualquier caso.
Fig.3.17.
Electrónica habitual asociada a
una salida a relé.
Es posible que varios contactos compartan un punto común o que sean
completamente independientes (figura 3.16).
En los modelos compactos se pueden tener desde 6 salidas, en el caso
de los microautómatas, hasta 16 o 24, en el caso de los mayores. Si se
trata de autómatas modulares, se dispone de módulos de 8, 12 o 16
salidas. En muchos modelos los bornes o terminales de salida son de
tipo Faston. La figura 3.17 muestra los bloques de una salida a relé.
Indicador óptico
de la salida
.--f==:;--¡ Circuito driver
para relé
señalló:g~iCa~~=t-~!f:~~h-1!
I
Relé de salida I
I
interna ::: ........DI~-+h
Optoacopla-
do,
Salidas analógicas
~ Bomes
conexión
______ salida
Las salidas analógicas son aquéllas por las que el autómata se conecta al mundo ex-
terior para entregar información analógica. En cada ciclo de sean, esta información,
que está almacenada en la memoria de la tabla de imagen de las salidas en forma
de número binario, se convierte en analógica y se aplica a los bornes o terminales
correspondientes.
De esta conversión se encarga un convertidor digital-analógico. tste, para cada
código binario de salida (acostumbra a ser de 12 bits), nos proporciona un nivel
equivalente de tensión o corriente, empleando para ello muy poco tiempo (es casi
inmediato). Así pues, es habitual poder operar en rangos de tensión continua de O
Va 5 V, de OV a 10 Vade -5 V a +5 V, mientras que en corriente se acostumbra a
operar entre Oy 20 mA o bien 4 y 20 mA.
Unidad didactlCa 3. Aplicaciones con autómatas programables
Fig. 3.18.
Diagrama de bloques del
interior de un módulo de 2
salidas analógicas, el CQM1-
DA021 de Omron.
Interface al bus
Los valores analógicos que los autómatas presentan a sus salidas suelen ser con-
signas para reguladores externos, tensiones o corrientes para controlar válvulas
motorizadas, etc.
Las salidas analógicas son más propias de los autómatas modulares que de los com-
pactos; de hecho, existen módulos dedicados a estas magnitudes que incorporan,
normalmente, dos o cuatro salidas digitales en forma de tensión, de corriente o de
ambas, según se configure el módulo en cuestión.
La figura 3.18 presenta el diagrama de bloques de un módulo de dos salidas ana-
lógicas. Observa que tiene un convertidor digital-analógico para cada salida y, tam-
bién, que hay una separación óptica entre el interior del autómata y las salidas físicas
que se conectan al mundo exterior.
Rack-Bus
Optoacopladores Selectores
Optoacopladores
Memoria
Selección de rango
Optoacopladores Memoria
DClDC Alimentación analógica
Módulos especiales
1[9+ Salida 1
~ diferencial
f[>b
: Salida 2
~ diferencial
Son módulos que gestionan entradas y/o salidas especiales que no se pueden con-
siderar digitales por ser de más de un bit o por ser códigos, o para dar o recibir, en
general, información especial. Hay muchos tipos diferentes, pero a modo de ejem-
plo tenemos los siguientes:
O Módulos de visualización.
O Generadores o salidas de pulsos.
O Controladores especiales de temperatura.
O Reguladores PID.
O Detectores/comparadores de umbral analógico.
O Interfaces adaptadoras de señales.
O Entradas de frecuencímetros.
Entradas para teclados.
O Entradas para módulos de operador (interfaces humano-máquina, HMI).
Unidad didac!icJ 3. Aplicaciones con autómatas programables
Ejemplo 3.1.
¿Qué tipo de módulo de entrada utilizarías para conectar un final de
carrera?, ¿puedes hacer un esquema eléctrico representando cómo lo
conectarlas?
.. ---
0.0
PLC
0.1 0.2
... ---;'
.'--
0.3 Com
24 V
+
Solución: 00
Un final de carrera es un simple contacto libre de tensión y, por tanto,
puede utilizarse con cualquier tipo de módulo de entrada, ya sea de con-
tinua o de altema. No obstante, esun elemento que permite el paso de la
corriente o lo impide según esté accionado (cerrado) o no (abierto) y, en
consecuencia, dicho módulo de entrada debería ser digital.
Final
de carrera
Fig, 3.19,
C
onexióndeun final decarrera alas entradas de un P
L
C
Con respecto a cómo hay que conectar un final de carrera a un módulo de entrada digital, fijate en el esquema de la figura 3.19.
Se ha utilizado, para el ejemplo, un módulo con 4 entradas digitales de corriente continua a 24 V. Estos autómatas acostumbran
a incorporar una pequeña fuente auxiliar para alimentar a este tipo de sensores pasivos.
Actividades
9. Elabora una lista con elementos de tu casa que podrías conectar como entradas de un autómata, como por
ejemplo el interruptor de la luz del comedor o el termostato de la calefacción. Indica, en cada caso, si se trata
de una magnitud analógica o digital.
10. Repite la actividad anterior, pero ahora con elementos que podrías conectar como salidas de un autómata,
como por ejemplo un secador de pelo o el televisor. Se trata de que identifiques entradas y salidas, no de que
pienses en conectar o desconectar nada físicamente, aunque tengas un autómata.
11. Indica el número y el tipo de entradas y salidas del autómata que tengas en tu centro. Así mismo, di si es posi-
ble ampliarlas con módulos de expansión.
12. En cuanto al autómata de Siemens 57-200 con CPU 214, indica el número y el tipo de entradas y salidas de que
dispone.
Instalación del autómata
¡Importante!
Aparte de estas normas
generales, los fabricantes
especifican toda una serie
de valores máximos para el
autómata que deben res-
petarse. Por ejemplo, el ni-
vel máximo de vibraciones,
su aceleración máxima, la
resistencia mecánica a gol-
pes, etc., todo ello para el
correcto funcionamiento
del autómata. El técnico
que lo instala en el cuadro
debe considerar esta infor-
mación por si pudiera con-
dicionar la ubicación en el
armario eléctrico.
Los autómatas, tanto los modulares como los compactos, se instalan en el interior
de armarios o en cuadros eléctricos, ya sea sobre carriles DIN o bien directamente
sobre los armarios mediante soportes atornillados.
Disposición en un cuadroeléctrico
No hay una situación preferente del autómata dentro del cuadro eléctrico y ello de-
pende, entre otras cosas, de los demás automatismos y elementos que compartan
con él dicho cuadro. Como normas generales podemos indicar lo siguiente:
O Si hay elementos que disipan calor, es interesante tenerlos por encima del autó-
mata para que la temperatura que generan (el aire caliente asciende) no lo ca-
liente por encima de su temperatura de trabajo (normalmente comprendida
entre los OO
C y los 55 O
C).
O El cuadro donde se ubica el autómata no debe condensar la humedad y ésta
debe estar comprendida entre el 30 y el 95%.
O Es interesante que el autómata, puesto que de él salen una notable cantidad de
conexiones, esté cerca de las regletas de bornes que le van a comunicar con el
exterior del armario y tenga próxima la fuente de alimentación para que los ca-
bles no deban ser innecesariamente largos.
Unidad didactlca 3. Aplicaciones con autómatas programables
Fig. 3.20.
C
arril D
IN.
Montaje ydesmontaje de módulos
Los módulos del autómata pueden montarse en carriles de tipo DfN estándar de 35
x 7,5 mm conforme a la norma EN 50022 (véase la figura 3.20) o sobre bastidores
específicos del mismo fabricante del autómata.
Tanto los carriles DIN como los bastidores deben fijarse (normalmente mediante
tomillos) a los paneles de los cuadros eléctricos. En cualquier caso, siempre se insta-
larán de forma horizontal.
Montaje sobre (arril DIN
Los autómatas que vienen preparados para su montaje en carriles DIN llevan una
pestaña en su parte superior o inferior para poder abrir el elemento que lo va a
sujetar sobre el carril. Esta pestaña puede ser con muelle o a presión y, en cualquier
caso, se debe asegurar que la sujeción sea firme. Con la ayuda de un destomillador,
debe accionarse la pestaña por la ranura que acostumbra a incorporar. En la figura
3.21 pueden observarse los distintos pasos de esta operación.
Fig. 3.21.
P
asos en el montaje sobre carril D
IN: a) b) e) d)
a) localizar lapestaña desujeción.
b) Accionar lapestañacon laayuda
deun destornillador paraabrirla
y liberar lazonaposterior de
fijación.
Destomillador
c) F
ijar lapartesuperior del módulo
al carril DIN.
-
-
'-
,
d) Fijar laparte inferior del módulo
y soltar el destornillador o
ajustar la pestaña paraasegurar
la fijación.
Pestaña
' - panel
Módulo 1 Módulo 2
Fig.3.22.
Interconexión lateral demódulos.
Para evitar que el autómata se desplace lateralmente sobre el carril DIN deben co-
locarse topes laterales.
En el caso de autómatas modulares, cada módulo se monta encima del carril DIN al
lado del módulo anterior hasta completar todos los módulos. Las conexiones entre
módulo y módulo, dependiendo del fabricante, pueden ser mediante un cable que los
enlaza unos con otros o mediante un conector lateral, tal como muestra la figura 3.22.
Montaje sobre bastidor orack
Otros autómatas vienen preparados para su instalación en un bastidor de fondo,
que se acostumbra a denominar rack y que contiene el bus que comparten los
diferentes módulos. En este caso, los módulos utilizan un conector posterior que
permite su fijación al bastidor.
Para ampliar el número de módulos se emplean varios bastidores, que se conectan
unos a otros mediante cables de conexión.
Observa en la figura 3.23 el aspecto de dos autómatas modulares, uno fijado sobre
carril DIN y con conexiones entre módulos utilizando conectores laterales, y otro
fijado sobre bastidores y con conexiones sobre este mismo bastidor.
Precauciones en el montaje
Cuando los autómatas se montan en cuadros eléctricos, deben seguirse las normas
básicas y distancias mínimas de montaje que cada fabricante recomienda en su
manual.
Bastidor o rack bus
fig. 3.23.
En la parte superior, un autómata
modular fijado a un carril O
IN,
En la parte inferior, un autómata
modular fijado a un bastidor,
Puede apreciarse cómo se
utiliza la ampliación con varios
bastidores.
Tierra
23QV Fase
Neutro
,
:
-
CarrilD1N
Conexión entre
bastidores
Posición
(slot) libre
Unidad didactica 3. Aplicaciones con autómatas programables
En los modelos compactos es habitual dejar entre 2 y 4 cm
alrededor de los laterales del autómata y entre 4 y 10 cm en
la parte superior e inferior, puesto que es donde normalmente
están los bornes de conexión de la alimentación, de las entra-
das y de las salidas.
Es importante dejar esta distancia en relación con las canaletas
de cableado para garantizar la cómoda conexión de los terrnina-
les. La distancia con respecto a la tapa del armario que aloje al
autómata acostumbra a ser de entre 5 y 10 cm como mínimo.
En los autómatas modulares, dado que las regletas de bornes
acostumbran a ser verticales, las distancias de seguridad son
parecidas a las de los compactos, pero teniendo en cuenta
que necesitan muchos más conductores para las señales de
entrada y de salida.
Finalmente, debemos señalar la importancia de disponer de
un espacio suficiente alrededor de todo el autómata que per-
mita una circulación natural de aire y, por lo tanto, su ventila-
ción, ya sea natural o forzada.
Conexión del autómata
En este apartado vamos ver cómo debe conectarse el autómata a los elementos del
exterior del mismo, concretamente, cómo se conecta a la alimentación, a las entra-
das y a las salidas,
Para poderse conectar al exterior, los autómatas disponen de regletas de bornes
con tornillos que permiten operar tanto con destornilladores planos como con des-
tornilladores de estrella del calibre adecuado, Los cables finalizan con un terminal de
tipo Faston para encajarse en los bornes del autómata y, si bien es posible hacer las
conexiones sin estos terminales, no es aconsejable,
Es importante, en cualquier caso, que los cables que accedan a los módulos del
autómata no le creen esfuerzos mecánicos que puedan deteriorarlo. Además, los
bornes de los módulos de entradas y salidas son extraíbles del propio módulo a
efectos de poder sustituir este último en caso de mal funcionamiento sin tener que
reconectar por entero el cableado. Por ello, la disposición de los cables de acceso
debe permitir separar la bornera del módulo con comodidad, dejando cierta hol-
gura en el cableado,
Conexión ala alimentación
La conexión de la alimentación del autómata depende de si es un modelo que se conec-
ta directamente a 230 V de corriente alterna o si se alimenta a 24 V de corriente directa.
I
- -
AC- DC
+ -
La figura 3.24 muestra cómo se conecta a la alimentación un autó-
mata que se alimenta a 24 V. En ese caso, debe disponerse de una
fuente de alimentación externa que permita obtener la tensión de
continua necesaria para poder alimentar al autómata, La normativa
especifica que la fuente de alimentación externa ha de proporcionar
una tensión de continua comprendida entre 24 V menos un 15% y
24 V más el 20%,
~
+ ----.J Así mismo, es interesante poner a tierra la fuente de alimentación y
el autómata mediante un cable de sección no inferior a 1 mm' . Es
recomendable que dicha tierra sea única para el autómata o autó-
matas que intervienen en la instalación y que no sea la misma, en la
medida de lo posible, que la que utilicen motores y otros sistemas
de potencia controlados por el autómata. En cualquier caso, es ne-
cesario asegurarse de que la toma de tierra sea de buena calidad.
~
PLC
24V
-
F
ig. 3.24.
(anexión de un autómata alimentado en continua.
UOIdad dldattl(' l Apli(aciones con autómatas programables
----------------~
Fig_3.25.
(onexión de un autómata
alimentado alared.
En el supuesto de que se tenga que conectar un autómata que se alimente a la ten-
sión de red (véase la figura 3.25), es muy recomendable hacerlo mediante un trans-
formador separador con relación de transformación 1:1 (esto es, 230 V en primario
y 230 V en secundario) que sea de una potencia algo superior a la que consume el
autómata y que tenga un blindaje (una cubierta metálica que cubre los bobinados)
que permita ponerlo a tierra para que no genere interferencias electromagnéticas
(debidas al fiujo de dispersión, como podrás ver en el crédito de electrotecnia).
Tierra
Neutro
230 V/230 V :
L
PLC
N f------'
Normalmente, la tensión de red nominal que admiten los autómatas a su entrada
oscila entre los 100 y los 260 V de altema, de modo que son relativamente insen-
sibles a las variaciones de tensión, puesto que en su interior incorporan una fuente
que admite dichas variaciones de entrada sin afectar al rango de tensiones que
internamente genera para el autómata.
El cable que se utilice para estas conexiones no debe ser inferior a 1 mm' de sec-
ción tanto en los autómatas alimentados en continua como en los alimentados en
altema. Debe prestarse especial atención en que dichos cables sean lo más cortos
posible.
Ejemplo 3.2
¿Qué márgenes de alimentación en alterna admite el autómata de la figura 3.25 (el Modicon
de la izquierda)?
Solución:
Si te fijas bien en el dibujo, debajo de los terminales L(linea) y N (neutro) puedes ver la leyen-
da 100/240 YAC. Es decir, podemos alimentar en alterna entre los 100 YAC Ylos 240 YAC.
(onexión de las entradas
La mayoría de los módulos de entrada de los autómatas modulares, y también de
algunos compactos, disponen de regletas de conexión enchufabies. En estos su-
puestos, en caso de estropearse el módulo se desconecta la regleta de bornes del
módulo, se sustituye éste y se vuelve a conectar la regleta al nuevo módulo.
En relación con los cables, se recomienda que no superen los 3 metros entre la toma
de la señal y el autómata para no tener problemas con caídas de tensión.
La sección de los cables para las entradas digitales no debería ser inferior a 0,5 mm' .
Para las entradas analógicas debería operarse con cable apantallado siempre que
fuera posible para evitar interferencias electromagnéticas (señales eléctricas genera-
das por otros circuitos ajenos y que pueden afectar a las de interés).
Tierra
Neutro
Fig. 3.26.
Unidad didactlca 3 Aplicaciones con autómatas programables
Conexión de entradas en continua
Normalmente, las entradas de los autómatas están preparadas para recibir señales
de 24 V de continua.
Los elementos sensores deberán polarizarse, en algunos casos porque necesiten es-
tar alimentados y en otros porque deban suministrar tensión o asegurar ausencia de
tensión a las entradas. Así, es imprescindible tomar la tensión continua de la única
fuente disponible, que es la de alimentación. En tal caso, se deberá dimensionar la
potencia de esta fuente para poder alimentar no solamente al autómata, sino tam-
bién a estos elementos conectados a las entradas.
AC/DC
+
Fig.3.27.
Neutro
PLC
Entradas
- - AC/DC
+
L I-+-I----'CJ--- --
230 V /230 V
N
+
(onexiónde las entradas de un autómata alimentado en
continua.
(onexión en continuade las entradas de un autómata alimentado en
alterna.
Por otra parte, todas las entradas del autómata comparten, normalmente, un punto
común, que deberá conectarse al borne negativo de la fuente y será, por lo tanto, la
referencia de tensión que cornpartan todas las entradas (en los esquernas indicados
con la letra C).
En la figura 3.27 puede observarse un autórnata alirnentado en alterna que tiene sus
entradas preparadas para continua. En ese caso, necesitaremos una fuente adicional
para alimentarlas, que tenga la potencia que los elementos conectados a las entra-
das precisen. No debe conectarse nunca ningún elemento (y menos esta fuente) al
secundario del transformador separador.
Conexión de entradas en alterna
La figura 3.28 muestra un autómata alimentado con alterna
que tiene sus entradas preparadas también para 230 V de
corriente alterna. En ese caso, se conectará el común de las
entradas del autómata a una fase de la red y el común de los
elementos sensores que se conecten a las entradas lo hará
al neutro.
Con ello se consigue que, si un operario desemborna la
regleta de bornes de la entrada del autómata o bien ésta
se desconecta, disminuya notablemente el riesgo de elec-
trocución. No debe conectarse nunca ningún elemento al
secundario del transformador separador.
Fig.3.28.
(onexión en alterna delas entradas de un autómata
alimentado en alterna.
Unidad didáctica 3. Aplicaciones con autómatas programables
----------------~
Tierra
Fase
1
Neutro
C
Salidas
i i i
.1 C
- -
AC/DC
+ -
Conexión de las salidas
La conexión de las salidas sigue unas pautas similares a la conexión de
las entradas, con algunas salvedades mínimas: si las entradas son todas
iguales en cuanto a alimentarse en continua o en alterna, las salidas
pueden alimentarse a tensiones diferentes, sobre todo en el caso de
que sean salidas a relé.
+r--
Para las salidas de continua de un autómata que se alimenta en ce la
conexión debe ser en la misma fuente de alimentación (u otra distinta,
pero que comparta el borne negativo), por lo que debe dimensionarse
adecuadamente considerando no solamente la carga del autómata,
sino la suma de cargas que se deban alimentar a las salidas. En la figura
3.29 puede verse esta situación.
~
(¡) PLC
-
Fig. 3.29.
C
onexión en continuaV
/oen
alterna delas salidas deun
autómata alimentadoen continua.
Tierra
PLC
L
Las salidas que se deban conectar a alterna toman como punto común
de la red la fase, mientras que el punto común de los actuadores toma
el neutro para ayudar a la seguridad de los operarios que eventualmente trabajen
en las salidas o los elementos a ellas conectados, puesto que el neutro no está so-
metido a tensión. Las salidas que se deseen alimentar en continua se conectarán
igual, pero tomando la tensión de una fuente de alimentación de ce.
La figura 3.30 muestra la conexión de las sa-
lidas de un autómata alimentado en altema.
Debe tenerse especial precaución en no co-
nectar los elementos de salida al secundario
del transformador separador, puesto que su
función es aislar al autómata y no dar tensión
a los actuadores. Además, ello revertiría ne-
gativamente en la potencia del mismo.
N ~--------------~
Fig. 3.30.
Conexión en continuaV/o enalterna delassalidas de
un autómataalimentado en alterna.
Ejemplo 3.3
Dibuja el esquema de conexionado de un detector óptico a un autómata con entradas digi-
tales a 24 V de continua.
Solución:
Un detector óptico es un dispositivo electrónico que requiere una alimentación (normalmen-
te de 24 V de continua) yque posee una salida en relación con la alimentación o con la masa
en función de si se trata de una salida a colector abierto de un transistor PNP o NPN. En la
figura 3.31 puedes observar la conexión de un detector de este tipo, simbolizado como una
simple cajita con tres conductores.
. . ....::-
PLC 0 __ "
24 V
0.0 0.1 0.2 0.3 Com +
00
Fig. 3.31.
Conexión de undetector óptico a
unaentrada de un PlC.
Unidad didáctica 3. Aplicaciones con autómatas programables
Ejemplo 3.4
Dibuja el esquema de conexionado de un zumbador a un autómata con salidas a relé.
Solución:
Puesto que se trata de salidas a relé, se tiene libertad de elección de la tensión y la corriente que circule por los contactos de
dichos relés mientras no se superen los limites de tensión y corriente máxima, que acostumbran a tener un valor de unos 250 V
de alterna y 1 A.
Podemos suponer que el zumbador es el típico avisador acústico que opera a 230 V Yque tiene un consumo relativamente
bajo.
La figura 3.32 muestra la conexión de este zumbador a una salida de un PLC. Se ha considerado un PLC con cuatro salidas que
comparten un punto común, como puede verse en la parte de la conexión interior del autómata, a la que no tenemos acceso
pero que debemos conocer para poder hacer la conexión. Saber cómo están dispuestos internamente los contactos de las sali-
das es imprescindible para poder realizar el conexionado exterior de forma correcta.
Attividades
Fig. 3.32.
(onexión deun zumbador auna
salidadeunPLC.
13. Considera que tienes un autómata y que debes conectar a sus entradas un final de carrera conmutado, un
pulsador normalmente abierto, un pulsador normalmente cerrado y un detector inductivo. Dibuja el esquema
de estas conexiones para un autómata que se alimente con continua de 24 V Y en el que sus entradas sean,
también, de esta tensión.
14. Supón que debes conectar a las salidas (todas a relé libre de tensión y disponibles los dos extremos del contac-
to de cada salida) del mismo autómata de la actividad anterior la bobina de un contactor de 230 V de alterna
que acciona un motor trifásico conectado a 400 V. Conéctale, también, la bobina de una electroválvula que
opera a 24 V de continua.
Mantenimiento de autómatas
Los autómatas que instale una empresa pueden ser, lógicamente, de cualquier fabri-
cante, pero es interesante que sean todos de la misma marca (aunque posiblemente
de distintos modelos). ya que ello ofrece las ventajas de un mejor conocimiento del
tipo de equipo por parte del personal técnico y una mejor capacidad de manteni-
miento. Si tenemos, por ejemplo, módulos de salida a relé de dos marcas distintas,
deberemos disponer de dos tipos de repuestos de dos proveedores diferentes,
mientras que si son de la misma marca, esto no sucede. Esta otra ventaja es clara: la
reducción en piezas distintas de recambio almacenadas en stock.
Los autómatas no requieren especiales ni grandes mantenimientos y solamente
deben efectuarse unas cuantas operaciones básicas que, en muchos casos, pasan
por una inspección visual para verificar que no haya·ningún elemento que, de forma
evidente, esté en malas condiciones.
Unidad didacllcd J. Aplicaciones con autómatas programables
Fig.3.33.
Aspecto de una batería de
autómata.
/
•
Deberemos prestar, no obstante, atención a algunos elementos que describimos a
continuación:
O Limpieza exterior e interior. Es importante mantener limpio el cuadro eléctrico y
su armario, aunque ésta es una función de mantenimiento global de la instala-
ción más que de mantenimiento específico del autómata. Para limpiarlo lo me-
jor es utilizar aire comprimido sin demasiada presión en lugar de líquídos o
trapos húmedos.
O Programa. Algunas máquinas incorporan una posibilidad de test, de modo que
pueden hacerse varias secuencias de prueba fuera de lo que se considera la
producción normal del autómata. El resultado de estas pruebas debe quedar
documentado.
O Baterías. Normalmente, es la salvaguarda del programa de usuario y las varia-
bles internas, los parámetros específicos y las tablas de la imagen del estado de
las entradas y salidas ante la pérdida de alimentación del autómata.
El consumo es muy bajo y la vida de las baterías muy larga, aunque los sucesi-
vos ciclos de carga y descarga, así como el envejecimiento progresivo, hacen
que, al cabo de un tiempo, deban sustituirse para poder garantizar la integri-
dad del programa. En este caso, buscaremos el modelo que especifique el
fabricante y realizaremos el cambio con el autómata conectado para evitar la
pérdida de información.
Los autómatas nos pueden avisar del estado de la batería mediante un bit
interno que cambia de estado cuando la batería está baja, o en otros casos
mediante algún indicador visual o sonoro.
Una vez substituida la batería, debe destinarse la vieja al reciclaje oportuno y
debe pasar a formar parte del programa que la empresa tenga de reutilización,
reciclaje, etc., dentro de su plan medioambiental.
Elementos internos. En el interior del PLC no acostumbra a haber elementos con
partes móviles a excepción de que incluyan relés electromecánicos. En este
caso, en función del número de maniobras útiles que el fabricante del autómata
especifique y de las maniobras que cada relé deberá realizar según el proceso
que controle, podremos determinar cuándo hay que acceder a los relés inter-
nos y sustituirlos por otros nuevos.
Antes de abrir el autómata, deben tenerse los repuestos originales a punto o
aquellos que el fabricante indique como los más adecuados. También hay que
tener en cuenta que ésta es una operación a máquina parada y que, por lo
tanto, debe formar parte de un plan de orden superior de paro en la empresa
(durante el cambio de turno, vacaciones, fines de semana, etc.).
Conexiones. Debemos asegurarnos de que las conexiones no se aflojan con el
tiempo, por lo que es interesante, aproximadamente cada seis meses, volver a
apretar todos los bomes de conexión. También podemos aprovechar la oca-
sión para comprobar el estado de los cables (rigidez, flexibilidad, temperatura,
color, tensión mecánica, ajuste a los terminales, posibles fallos de aislamiento,
etc.) y, en su caso, realizar una posible sustitución de alguno o parte de ellos.
Sustitución. Llegado el caso de una avería o el fin del ciclo de
vida de un autómata, tenemos la posibilidad de retirarlo defini-
tivamente. La documentación debe indicar en qué casos el au-
tómata debe darse de baja, cuál será el procedimiento para
desmontarlo y, opcionalmente, sustituirlo y, si es preciso, cómo
y dónde debe reciclarse o depositarse.
Fig. 3.34.
Aspecto de un autómata fijado con bastidor.
Actividades
Unidad didacti(' J Aplicaciones con autómatas programables
o Documentación. Debe disponerse de una carpeta de mantenimiento del armario
que aloja al autómata o autómatas que contenga las hojas que detallen la perio-
dicidad y el tipo de mantenimiento que debe llevarse a cabo para cada autóma-
ta. También deberán indicar las inspecciones realizadas. Dicha documentación
viene a ser el historial del equipo, algo imprescindible para poder tomar decisio-
nes de empresa cuando sea necesario, así como una evidencia de las tareas
realizadas sobre el mismo.
O Personal. Es evidente que las tareas de mantenimiento deben ir a cargo de per-
sonal especializado que la empresa haya formado o que tenga los conocimien-
tos necesarios para poder llevar a cabo las tareas que la documentación de cada
equipo indique. Así pues, no es razonable esperar, por ejemplo, que alguien
cambie los relés del autómata si no lo ha hecho con anterioridad alguna vez, al
menos en su período de aprendizaje, aunque es perfectamente posible que
cualquier persona pueda reajustar la presión de los tomillos de los bornes de
conexión habiendo recibido unas indicaciones mínimas.
El personal que se destine a mantenimiento ha de tener, además de la docu-
mentación, un período de adiestramiento en las tareas que la documentación
indique que se deban realizar. La formación del personal es responsabilidad
tanto de la empresa, que debe poner los medios, como del operario, que tiene
que poner todo su interés y empeño.
15. Busca información en las páginas web de los fabricantes de autómatas (Omron, Siemens, Modicon-Telemeca-
nique, etc.) sobre el mantenimiento aconsejado por el fabricante.
La programación de los autómatas
Fig. 3.35.
Aspecto de un terminal
de programación de un autómata.
Un mismo autómata puede realizar diferentes funciones según se le programe.
La programación del autómata no es algo que se realice de manera frecuente,
salvo en la fase de diseño del control que deba realizar. Una vez está ajustado el
control de un proceso, el programa que ejecuta el autómata no se modifica si no es
estrictamente necesario (modificaciones en el proceso, detección de algún tipo de
problema, etc.). Por lo tanto, el autómata es un elemento que no posee pantallas
ni teclados integrados porque para operar no le hacen ninguna falta. Quien utiliza
el autómata es una máquina o proceso, y la forma de dialogar con él es mediante
sus entradas y salidas. Dotarlo de estos elementos encarecería el autómata sin jus-
tificación.
En los autómatas es bastante común disponer de dos o tres formas diferentes de
trabajo, como por ejemplo las siguientes:
O Modo "RUN" o de ejecución del programa. Es el modo normal de trabajo, que
permite acceder a la memoria de la CPU, pero sólo para lectura.
O Modo "STOP" o "PROG". Es el modo de programación del autómata. No ejecuta
el programa de usuario y tiene las salidas desconectadas.
Además de estas dos formas de trabajo, los autómatas tienen, en función de los di-
ferentes modelos y fabricantes, modos de trabajo que representan variantes de los
anteriores: modo de paro ("STOP") pero limpiando la memoria, modos de trabajo
("RUN") que permiten modificar el programa o algún tipo de monitorización espe-
cial, etc. Los nombres de estos modos de trabajo varían según el fabricante.
Unidad d,d3lti(a J Apliu(iones (on autómatas programables
~------------------~
¡Importante!
A pesar de toda esta nor-
malización, el programa-
dor de PLC necesita una
seria familiarización con
la forma de escribir pro-
gramas para modelos de
diferentes fabricantes,
puesto que cada uno aca-
ba utilizando dialectos del
lenguaje de raíz común,
que es el que especifica la
norma.
Instrumentos para
la programa(ión de autómatas
Básicamente necesitamos dos tipos de instrumentos: un lenguaje de programación
(en inglés, software) y un equipo para la programación (en inglés, hardware).
Para que el técnico programador pueda dialogar con el autómata en el período de
programación, reparación, depuración de programas, cambio de programas, etc.,
se requiere una consola o un terminal que permita al usuario introducir órdenes (ge-
neralmente mediante un teclado), acceder a la memoria del autómata y/o compro-
bar el efecto del programa que escribe o de los parámetros que introduce.
Al principio, estos terminales de programación, como el de la figura 3.35, eran es-
peciales, complejos de operar, y cada autómata o familia de autómatas tenía una
consola de programación propia y específica de cada fabricante y su precio podía
superar con mucho el del propio autómata.
En la actualidad, cada día se utiliza más un ordenador de tipo pe al que se ha carga-
do un programa que proporciona el fabricante del autómata a un precio asequible,
y que nos pemnite programar a uno O más autómatas de la misma familia y del mis-
mo fabricante.
La conexión más habitual entre el autómata y el pe es mediante el puerto RS-232
serie del pe. En el futuro, es de suponer que los autómatas incorporarán puertos
USB y una entrada para red Ethernet que pemnita acceder a él mediante Internet.
Los programas que proporcionan los fabricantes de autómatas tienen más utilida-
des que la simple descarga y grabación del programa de usuario en la memoria del
autómata. Permiten, además, leer el programa del autómata y grabarlo en el pe,
monitorizar la ejecución del programa en el autómata, configurarlo, establecer pará-
metros internos, cambiar el modo de trabajo del autómata, etc.
Los lenguajes de programatión
yla norma lEC 61131-3
Al principio, cada fabricante de autómatas estableció sus propios lenguajes de pro-
gramación. Esto representaba una dificultad para el usuario al tener que familiarizar-
se con distintas marcas, diferentes equipos de programación, diferentes lenguajes,
y, como consecuencia, tenía un coste muy elevado.
En la actualidad ha habido una fuerte estandarización, de modo que el usuario pue-
de conectar a un mismo pe diferentes autómatas y programarlos, cada uno con su
software, pero de una forma muy similar entre sí.
Este esfuerzo normalizador que han realizado los fabricantes ha sido consecuencia
de la presión de los usuarios y se ha formalizado mediante la organización intema-
cional Plcopen, cuya página web puedes consultar en http://www.plcopen.org.Su
resultado es la norma lEC 6113 1.
La norma UNE-EN 61131 (es la norma española equivalente ala lEC 61131) en su apartado 3
define cuatro lenguajes de programación:
Dos textuales:
Lista de instrucciones
P
rogramación estructurada
D
os gráficos:
Diagramas de contactos
Diagramas de bloques funcionales
fig. 3.36.
formade hacer referenciaa
entradasy salidas.
Unidad dldactlC,l 3 Aplicacione! con autómata! programable!
Forma de hacerreferencia alas entradas ylassalidas
Según la norma UNE-EN 611 31 las entradas físicas (en bornes de entrada) se indican
con el siguiente formato:
I 0.1
Indica que es / t
una entrada
Indica el canal,
grupo o módulo
~ Número de entrada
del canal
De forma análoga, las salidas físicas (en bornes) se indican con la letra Q.
También podemos utilizar variables internas como si fuesen salidas o entradas inter-
medias (no corresponden a salidas o entradas físicas, es decir, no están disponibles
en los bornes o terminales de entrada o salida). Estas variables, denominadas mar-
E
jemplo 3.5 cas, están ubicadas en la memoria interna de la CPU del autómata.
-'---'-------
Indica cómo deberemos refe-
rirnos a las siguientes entradas,
salidas y marcas, a la hora de
programar un autómata:
Salida número 4 del canal 8
de salidas
Salida número Odel canal 3
de salidas
Entrada número 1 del canal
Ode entradas
Entrada número 2 del canal
1 de entradas
S
olución:
Las salidas se indicarán como
Q 8.4 Y Q 3.0. Las entradas se
designarán como I 0.1 e I 1.2.
En realidad, cada fabricante tiene su forma específica de direccionar (referirse o indi-
car) las entradas y las salidas. Por ejemplo, los modelos SS de Siemens siguen el mis-
mo formato, pero en lugar de llamar I y Q a las entradas y salidas, respectivamente,
las denomina Ey A. En el caso de algunos modelos de Omron, las entradas y las
salidas se indican mediante un código numérico para referirse tanto al módulo o
canal como al número de entrada o salida. Los programas de muchos fabricantes de
autómatas permiten decidir al programador si utilizarán el estándar 61131 o bien si
programarán usando su propia variante.
Los diagramas de contactos oladder diagram
Consisten en la representación gráfica de la lógica de relés y de los diseños de au-
tomatismos por relevo de relés. Este lenguaje (también llamado, en escalera) es el
más extendido, ya que facilitó el paso a los autómatas de los técnicos en automati-
zación cableada con relés.
El/adder utiliza un conjunto de símbolos estandarizados (según la normativa ameri-
cana NEMA) que permiten la representación de ecuaciones lógicas y de acciones.
En la tabla 3.2 se representan algunos de los símbolos más utilizados.
Tabla 3.2. Alguno! de lo!!ímbolo! má! utilizado! para programar
en lenguaje de contacto! o ladder
Símbolos Demipción Símbolo! Demipción
--1 ~
Contacto normalmente
-0 Salida de bobina inver'
abierto (NA) sa
Contacto normalmente
---( S) 80bina
----fr- de enclavamiento
cerrado (NC)
(con memoria)
-( )
Salida directa (también
-(R)
Bobina
llamada bobina de sao de desenclavamiento
lida) (con memoria)
Los diagramas de contactos se dibujan de izquierda a derecha, en secuencias de
contactos. tostas representan condiciones o ecuaciones que acaban a la derecha en
salidas, variables internas o bloques funcionales, y las deberemos dibujar entre líneas
verticales, aunque en muchas ocasiones se omite la linea vertical de la derecha.
UnIdad dldactJe,l 3 Aplicaciones con autómatas programables
Ejemplo 3.6
Mediante los símbolos de la tabla 3.2 realiza un diagrama de contactos para programar un sistema con tres entradas (marcha,
paro yrearme) ydos salidas (lámpara 1 y lámpara 2) que debe realizar lo siguiente:
o Si están activadas las entradas marcha y paro debe iluminarse la lámpara 1.
o Si está activada la entrada marcha y no activada la entrada rearme debe
iluminarse la lámpara 2.
Solución:
Lo primero que debemos realizar es asignar cuáles son las entradas y las sali-
das del autómata que vamos autilizar. Hemos escogido como entradas la 11 .0,
la 11.1 y la 11.2 para la marcha, el paro y el rearme, respectivamente; como
salidas, la 01.5 para la lámpara 1y la 0 1.6 para la lámpara 2.
1 1.0
Fig. 3.37.
I 1. 1 Q 1.5
I 1.2 Q 1.6
)
A continuación dibujamos la línea vertical de la izquierda y comenzamos a
dibujar la secuencia de contactos que verifica las condiciones. L
enguaje gráfico de programación normalizado de
diagrama de contactos.
1 0.7 T 32
1jL~N-,-T_l'_O_N---,
T 32 Q 0.0
Otras funciones más complejas, como la temporización, el contar/descontar, etc.,
vienen representadas por bloques que tienen como símbolo un rectángulo en cuyo
interior se indica la función. En la figura 3.38 puedes observar un ejemplo de tem-
porizador en lenguaje KOP (es el nombre que recibe el lenguaje de contactos en los
autómatas de Siemens).
I--IH) Si te fijas en la figura, este temporizador estará habilitado siempre que su entrada de
habilitación (IN) esté a 1. De esto se encarga el contacto de entrada 10.7.
Fig. 3.38.
T
emporizador con retardo a la
conexión, en lenguaje KOPpara
autómatas 57 de 5iemens.
Una vez habilitada la entrada, comienza a contar hasta que iguala el valor preselec-
cionado de retardo (PT), que en este caso es 120; cuando esto sucede, su salida se
activa (contacto T32), lo que activa, a su vez, la bobina de salida 00.0.
Ejemplo 3.7
En un depósito, como el de la figura 3.39, con dos sondas en su interior, una indica el
nivel mínimo (Sm) y la otra el nivel máximo (SM). Cuando el nivel de líquido alcance un va-
lor mínimo dado por la profundidad de la sonda Sm, debe abrirse una electroválvula EV,
y cuando el nivel aumente hasta un valor máximo dado por la posición de la sonda SM,
debe cerrarse la válvula. Escribe en lenguaje de diagrama de contactos el programa que
debería contener la memoria de usuario del autómata que controla el sistema.
Solución:
El cableado de las entradas (sondas sensoras de nivel) se ha conectado a las entradas O
y 1 del primer grupo de entradas: SM conectada a 11.0 y Sm conectada a 1
1.1. La única
salida va a la electroválvula desde la salida O del grupo 1 de salidas del autómata: EV
conectada a0 1.0.
El diagrama de contactos que soluciona el problema implementa un sistema secuencial.
Observa que la salida también la tenemos como entrada:
J 1. 1
1,1'
"'
,---
~~
1 1.0
1.1' ,,)QIO
"' ---Si no hay señal de máximo yno hay señal de mínimo
indica que el tanque está vacío y, por tanto, se activa la
electroválvula (deja pasar agua).
Si está activada la electroválvula (está entrando agua)
y no hay señal de máximo sigue activada la electroválvula.
EV
..
Q 1.0
PLC
11 .0 11 .1
Sm
F
ig. 3.39.
Automatización del llenadode
un depósito.
Ejemplo 3.8
Unidad didactica J Aplicaciones (on autómatas programables
La lista de instru((iones
La lista de instrucciones (en inglés, instruction list o IL) también la podemos encon-
trar como lenguaje AWL en los autómatas de Siemens (del alemán Anweisungliste).
Es un lenguaje textual de bajo nivel (próximo al ensamblador de los microprocesa-
dores) utilizado desde los primeros controladores programables, ya que éstos no
disponían de posibilidades gráficas. Es útil para aplicaciones relativamente sencillas
o para optimizar pequeños tramos de un programa.
Únicamente se permite una sola operación o instrucción por linea de texto. Cada
instrucción está formada por un mnemónico. Un mnemónico es una cadena de tex-
to que ayuda a recordar el tipo de instrucción. Por ejemplo (tabla 3.3). LO se refiere
a la instrucción de carga (en inglés, LOAD). Después del mnemónico la mayoría de
las instrucciones presentan una variable (por ejemplo, un contacto de entrada, una
bobina de salida, una marca, etc.).
Tabla 3.3 Lista de instrucciones booleanas para los autómatas Sysma( de Omron
lD
lD-NOT
AND
AND-NOT
OR
OR-NOT
OUT
OUT-NOT
AND-lD
OR-lD
END
lee o carga una variable inicial no negada.
lee o carga una variable inicial negada.
Realiza el producto lógico.
Realiza el producto lógico entre una primera variable y una segunda variable
negada.
Realiza la suma lógica.
Realiza la función de suma lógica entre una primera variable y una segunda
variable negada.
Envia el resultado a una salida.
Envía el resultado a una salida negada (una bobina, por ejemplo).
Conecta dos bloques en serie.
Conecta dos bloques en paralelo.
Indica el lin de la listade instrucciones (programa).
Comenta el programa de la figura 3.40. Ten en cuenta que para los autómatas Sysmac
de Omron las entradas se indican así: xxyy, donde xx es el número del canal o grupo de
entradas e yy es el número de entrada. De fomna análoga, las salidas las indicamos del
siguiente modo: zztt, donde zz es el número del canal o módulo de salidas y tt es el nú-
mero de salida.
LO
AND
OR
0010
001 1
0100
0004
0101
Solución:
Identificación de las entradasy las salidas:
Entradas físicas(bomes):
0004 ~ entrada 4 del canal O
0011 ~ entrada 11 del canal O
001O~ entrada 10 del canal O
Salidas físicas (bornes):
01 01 ~ salida 1del canal 1
01 00 ~ salida Odel canal 1
Fig. 3.40.
AND NOT
OUT
Programación con lista de
instrucciones.
Entradas lógicas: la 4, la 10 y la 11 del canal Oy el estado de la salida Odel canal 1(0004,0010,0011 Y0100).
Salida lógica: la salida 1del canal 1. Este programa define que la salida 0101 se activará cuando las entradas 0010 Y0011 estén
activadas y no lo esté la 0004, o bien cuando lo esté la 0100 y no lo esté la0004 (utilizamos como entrada el estado de lasalida
0100). Ll ecuación que verifica el programa es la siguiente:
0101 =((0010·0011) + 0100) -/ 0004, donde la barra (1) significa "negado"_
Unidad d,dact,ca 3. Aplicaciones con autómatas programables
bl
b2
b3
b4
-
-----<
Fig. 3.41.
+
c-- > =
- <
L
enguaje grálico de programación
normalizado de diagrama de
bloques funcionales.
Fig. 3.42.
Un mismo programa escrito en
los cuatro lenguajes de la norma
lE
C1131-3.
Diagrama de contactos
bS
r-- &
f-- b6
El texto estructurado
Los diagramas de bloques fun(ionales (FBD)
Los diagramas de bloques funcionales constituyen un len-
guaje de tipo gráfico muy común en aplicaciones que im-
plican flujo de información o datos entre diferentes compo-
nentes de un mismo control, como pueden ser autómatas,
reguladores, secuenciadores u ordenadores.
Cada uno de estos elementos se considera un bloque que
recibe y entrega información al resto de componentes del
sistema. Se acostumbra a emplear con sistemas de control
complejos y es bastante utilizado, sobre todo en Europa. Su
uso queda fuera de los objetivos de este módulo.
El lenguaje de t exto estructurado es un lenguaje de alto nivel con orígenes en los
lenguajes Ada, Pascal y C. Puede utilizarse para codificar expresiones complejas e
instrucciones anidadas y, en general, aquellas estructuras que sean difíciles de ex-
presar con los lenguajes gráficos.
Esta forma de programar autómatas acostumbran a utilizarla programadores expe-
rimentados y formados como programadores más que como automatistas clásicos.
Su estudio queda fuera de los objetivos de este módulo formativo.
¿Qué lenguaje debemos escoger?
Escoger un lenguaje de programación depende de varios factores, entre otros:
O El nivel de conocimientos del programador.
Los lenguajes que nos proporcione el fabricante del autómata.
O La complejidad de los problemas de automatización que haya que resolver.
O El detalle en la descripción del proceso.
O La estructura del sistema de control.
O La coordinación con otras personas o departamentos.
O Lo que demanda el cliente.
O Etc.
Los cuatro lenguajes de programación que hemos visto están interrelacionados y
posibilitan resolver conjuntamente un problema común en función de la experiencia
del programador.
En la figura 3.42 se describen cuatro programas muy sencillos que realizan la misma
acción: la salida que tiene asignada la variable ese activa (pasa a 1 lógico) cuando
esté activada (es decir, a 1 lógico) la entrada que tiene asignada la variable A y esté
desactivada (O lógico) la entrada que tiene asignada la variable B.
Lista de instrucciones
LD A
AND NOT B
OUT e
Texto estructurado
C~AANDNOTB
Diagrama de bloques
funcionales
1:=0-,
Unidad dldacllca 3. Aplicaciones con autómatas programables
¡jemplo 3.9
on la figura 3.43 puedes ver el esquema de cableado del circuito de control para
'ealizar una operación marcha-paro. Permite efectuar el paro desde dos pulsadores
;1 y 52 Yponerlo en marcha desde 3 puntos diferentes, 53, 54 Y55. En paralelo
con éstos, se ha dispuesto el contacto de automantenimiento para que el contactar
1uede enclavado.
~ealiza el programa para un autómata en diagrama de contactos y en lista de ins-
trucciones que realice lo mismo que el esquema de la figura. Utiliza, para ello, las
tablas de lista de instrucciones y de diagramas de contactos.
Solución:
SI [...1
@ParoSI,S2 S2[..
CD Marcha S3, 54, SS
KMI
Puedes observar las variables que hemos escogido en la tabla 3.4. La solución pue-
Jes consultarla en la figura 3.44.
KMli
0002 0000 0001 0100
I
) lO 0002
I
OR 0003
0?03
OR 0004
I
OR 0100
0?04
AND NOT 0000
Fig_ 3.43_
Esquema marcha-paro.
Tabla 3.4. Asignación de variables
P
ulsador 51 0000
I
AND NOT 0001
0100 Pulsador 52 0001
OUT 0100
I Pulsador 53 0002
Pulsador 54 0003
fig.3_44,
Resolución del problema mediante diagrama de contactos (izquierda) y mediante lista de
nstrucciones (paraSysmac de Omron).
Pulsador SS
Salida
0004
0100
E
jemplo 3.10
.a figura 3.45 muestra el esquema de cableado del circuito de control
)ara abrir una puerta corredera de un parking. Disponemos de los si-
~uientes elementos:
> Un pulsador accionado por llave, 51 (contacto NA).
> Un final de carrera activado cuando la puerta está cerrada (FCC),
que dispone de dos contactos: 1NA + 1NC.
> Un final de carrera activado cuando la puerta está abierta (FCA), que
dispone de tres contactos: 2NA + 1NC.
) Dos contactares: uno para la apertura y otro para el cierre (KM1 Y
KM2).
¡ Un temporizador con retardo a la conexión (Tl).
:1 funcionamiento es el siguiente:
3) Situación inicial: La puerta está cerrada (por lo tanto, el contacto NA
del final de carrera de FCC estará cerrado). El final de carrera FCA
no está activado, de modo que su contacto NC permanece cerrado,
lo que permite la activación con llave. Por otro lado, sus dos contac-
tos NA impiden que entren Tl y KM2.
S1 h
'1 KM1
FCC
FCA
FCA KM2 FCC
KMI T1 KM2
Fig. 3_
45.
Esquema de control paraabrir/cerrar lapuertade un
parking.
)) Al accionar la llave se alimenta KMl (queda enclavado por su contacto de automantenimiento) y la puerta se abre hasta que
FCA actúa; entonces, su contacto NC abre y desconecta KM 1. Los otros dos contactos NA de FCA cierran y permiten la
activación de Tl.
e) Cuando el temporizador Tl acaba su retardo activa su contacto NA, lo que excita KM2 para cerrar la puerta. tsta seguirá ce-
rrándose gracias al contacto de automantenimiento de KM2 hasta que active el FCC. La puerta queda cerrada y la maniobra
preparada de nuevo para reiniciar el ciclo.
naliza con detenimiento el funcionamiento del esquema cableado de la figura 3.45 y realiza el programa para un autómata en
~iagrama de contactos yen lista de instrucciones que efectúe lo mismo que el esquema de la figura . Utiliza, para ello, las tablas
Se lista de instrucciones yde diagramas de contactos.
UOIdad d.dácr.ca J. Aplicaciones con autómatas programables
Solución:
El programa para un PLC podría ser el siguiente,
escogiendo, por ejemplo, las variables de la ta-
bla 3.5:
Tabla 3.5. Asignación de entradas ysalidas
(onexión de elementos al autómata
Pulsador llave S
1 0000
fCC final de carrera (NA) 0001
fCA final de carrera (NA) 0002
0100
LO 0000
ANO 0001
OR 0100
ANO NOT 0002
ANO NOT 0101
OUT 0100
LO 0002
TIM 1
#0150
LO 0002
ANO TIMl
OR 0101
ANO NOT 0001
ANO NOT 0100
OUT 0101
ENO
Fig. 3.46.
0000 0001 0002 0101 0100
f--------11 ;Ir ;lr--()
0100
I
0002
TIMl
I #0150
0002 TlM 1 0001 0100 0101
f------1 1 I;Ir ;Ir e)
0101
I
Abrir puerta (salida) KM1
Cerrar puerta (salida) KM2 0101
Resolucióndel problemamediante diagramade contactos (izquierda) y
mediantelistadeinstrucciones (paraun PLC delaserie Sysmac deOmron).
Considera que el #0150 que aparece en el temporizador TIM 1 corresponde a 15 segundos, puesto que estos elementos
trabajan con una base de tiempo de 100 ms.
Actividades
16. Entra a Intemet y accede a la página http://www.plcopen.org. En ella encontrarás información detallada sobre
los diferentes modos de programar un autómata. Elabora una lista con estas distintas formas de programación
y apunta al lado de cada una si son gráficas o de texto.
17. Indica cómo debemos referimos o direccionar las entradas y salidas de un autómata según la norma lEC 61 131,
los lenguajes de Siemens y los de Omron. Considera que las entradas utilizadas son la 1,2, 3, 4 del canal Oy las
salidas son la O, 4 Y7 del canal 1.
18. Explica qué es una marca interna y para qué puede utilizarse.
19. Resuelve el ejemplo 3.7 de control del llenado de un depósito mediante el lenguaje de contactos. Puedes indi-
car las entradas y salidas según el lenguaje de Omron, por ejemplo.
20. Resuelve el ejemplo 3.7 de control del llenado de un depósito mediante lista de instrucciones. Puedes indicar
las entradas y salidas según el lenguaje de Omron, por ejemplo.
21. Modifica el esquema de control del marcha-paro de la figura 3.43 para que pueda ponerse en marcha y pararse
desde dos puntos más y además incluya un señalizador de marcha y otro de paro. Dibuja cómo conectarías
estos elementos a un autómata y realiza el programa en lista de instrucciones o en diagrama de contactos.
22. Modifica el esquema de control del marcha-paro de la figura 3.43 introduciendo en serie con los pulsadores de
paro un contacto auxiliar del guardamotor (abertura automática por sobrecarga y rearme manual). Dibuja cómo
conectarías estos elementos a un autómata y realiza el programa en lista de instrucciones o en diagrama de
contactos.
23. Realiza el programa para poner en marcha un motor de forma que la puesta en marcha esté retrasada un deter-
minado tiempo (establece el retardo que quieras). Fíjate en el ejemplo 3. 10 y utiliza el mismo símbolo y forma
de activar el temporizador.
24. Con respecto al ejemplo 3.10, ¿cómo instalarías un control de apertura para poder abrir la puerta del parking
desde dentro? Observa que ahora sólo se puede abrir desde fuera. Supón que mientras se cierra la puerta,
una persona (u otro vehículo) pasa por la zona de dicha puerta, con lo que hay peligro de sufrir un accidente.
¿Cómo protegerías a la persona (o vehículo) de esta situación?
UOIdad dldactlca J Aplicaciones con autómatas programables
7 Para saber más... ejemplos de
automatización avanzados
¡Im p ortante !
El GRAFCET, en realidad,
no es un lenguaje de pro-
gramación (la norma UNE·
EN 611 31 no lo admite
como tal), aunque existen
compiladores para algunos
autómatas que son capaces
de traducir un GRAFCET
que esté lo suficientemente
detallado en un programa
para un autómata en con-
creto.
E
jemplo 3.11
En este apartado vamos a plantear diferentes ejemplos de automatización para
los que presentaremos su solución utilizando como herramienta el GRAFCET, que
desarrollaremos después en diagrama de contactos. El objetivo de estos ejemplos
es que seas capaz de entender, con la ayuda del profesor, los GRAFCET y los pro-
gramas que los desarrollan. Si eres capaz de interpretar cada etapa, sus acciones
asociadas y las transiciones entre etapas, podrás realizar la comprobación de los
automatismos e incluso sugerir algún cambio o modificación.
El GRAFCET es una herramienta para la descripción gráfica de la secuencia que
debe seguir un programa de control. En la unidad 1 se han definido sus elementos
gráficos, sus normas sintácticas y los diferentes tipos de secuencias (lineales, alterna-
tivas, iterativas, concurrentes, saltos, etc.).
El GRAFCET define en forma de bloques las acciones que deben realizarse y las
condiciones de transición entre estos bloques. Los otros cuatro lenguajes se utilizan
para escribir el programa que hay dentro de cada uno de estos bloques y que el
autómata debe seguir para realizar las acciones asociadas, a la vista de las condicio-
nes que se den y del punto de la secuencia de que se trate. Solamente cuando los
bloques del GRAFCET están suficientemente detallados, podemos asimilarlos a una
forma de programar en sí mismo.
El GRAFeET estnuctura la organización interna de un programa y ayuda a descompo-
ner un problema de control en partes más manejables, con lo que se mantiene una
visión de conjunto.
Un carro móvil eaccionado por un motor de corriente continua, M, circula
por un carril de una determinada máquina. El carro se pone en marcha al
accionar un pulsador 5. Cuando el carro llegue al extremo de este carril se
debe detener.
Realiza:
Fig. 3.47.
a) Las etapas de un GRAFCET que solucione este sistema.
b) El esquema de conexión eléctrica entre los distintos elementos que forman el sistema descrito con un autómata alimentado
a continua.
e) El programa en lenguaje de diagrama de contactos.
Solución:
a) El GRAFCET que soluciona este sistema lo pue-
des ver en la figura 3.48. Consiste en una estruc-
tura lineal que define 3 etapas.
Comenzamos por una etapa diferente de 0, pues
estamos realizando el programa de una parte del
automatismo de la máquina.
La etapa 5 define el estado de reposo (OFF) del
motor del móvil M. Cuando se pulse 5 (5 = 1
lógico) se pasará a activar la etapa 6, con lo que
la 5 ysus acciones asociadas se desactivarán yel
motor del móvil se pondrá en marcha (ON).
Como consecuencia de dicha marcha, el mó-
vil alcanzará el extremo del carril en el que se
Fig. 3.48.
El motor del móvil se pone en marcha al pulsar Sy se detiene al Quedar
accionado el final decarrera Tpor el propio móvil.
encuentra T, un final de carrera que, al accionarse (paso a 1), accionará la etapa 7, de modo que se desactivará la 6 y sus
acciones asociadas ydetendrá el motor, lo que impedirá que el móvil salga del carril.
Unidad didáctICa 3 Aplicaciones con autómatas programables
b) Deben formar parte de la conexión los elementos declarados, esto es,
el autómata, el pulsador $, el final de carrera T y el motor del móvil M,
asi como los elementos no declarados, como por ejemplo una fuente de
alimentación para alimentar al autómata y al motor y poder polarizar los
elementos de entrada $ y T.
La figura 3.49 muestra la conexión de los diferentes elementos. Observa
que en las entradas del autómata se conectan lo que van a ser las transi-
ciones del GRAFCET, mientras que en las salidas se conectan los elemen-
tos que posibilitan las acciones asociadas a las etapas. Ten en cuenta que
las etapas en sí no tienen conexión física y son elementos virtuales que
representan un estado posible del sistema. Fíjate en que es posible repre-
sentar un mismo estado con más de una etapa.
Al realizar las conexiones, debe garantizarse que la corriente que va a
circular por el motor es soportada por el contacto intemo del autómata,
y que la fuente de alimentación está dimensionada correctamente para
poder dar servicio a todas las cargas.
e) En la figura 3.50 puedes ver la solución a este ejemplo escrita en lengua-
je de diagrama de contactos, según el GRAFCET de la figura 3.48. La
asignación de variables realizada la tienes en la tabla 3.6. A continuación
explicaremos con detalle el diagrama de contactos.
Primera secuencia de contactos. La etapa 5 está activada y, por tanto,
para activar la etapa 6 solamente debe pulsarse el pulsador $.
Desde el punto de vista de la memoria del autómata, la etapa 5 está
representada por un bit intemo, lo que se denomina una marca; con-
cretamente, se ha tomado la marca 5 de la palabra O, que se represen-
ta mediante MO.S. El bit de salida que representará que la etapa 6 se
ha activado corresponderá al de la marca MO.6 y quedará enclavado
(memorizado), de ahí que la salida contenga la palabra Set, que, al
igual que en las básculas de los circuitos digitales, corresponde al en-
clavamiento.
Segunda secuencia de contactos. La primera consecuencia de haberse
enclavado la marca MO.6 (activada etapa 6) es desenclavar la marca
MO.5 (desactivada etapa 5)mediante una salida de tipo Reset. Al acti-
varse la etapa 6, también debe realizarse la otra acción asociada a esta
etapa: conectar el motor, que se ha decidido que se haga mediante la
activación de 00.0. Después de esta acción, el móvil se va a poner en
marcha.
, Tercera secuencia de contactos.Con el motor en marcha (etapa 6), el
móvil se desplazará hasta topar con el final de carrera T. Si T hubiera
actuado (por el motivo que fuera) mientras la etapa 6 estaba desactiva-
da, no habría tenido ninguna consecuencia.
Cuando T actúe con la etapa 6 activada, se activará la etapa 7 (que
equivale a poner a 1 el bit interno MO.7), con lo que, inmediatamente,
se desactiva la etapa 6 (MO.6 pasa a O).
Cuarta secuencia de contactos.Como consecuencia de haber activado
la etapa 7, se realizan las acciones de control asociadas: el motor se
detiene poniendo a Ola salida 00.0. ¿Lo ves? Observa la segunda se-
cuencia, en la que habíamos escrito que la salida 00.0 sólo podía estar
activada si lo estaba la marca MO.6 (etapa 6).
En este punto, es importante que recuerdes que el programa se ejecu-
ta cíclicamente como se describió en la figura 3.9, yque, por lo tanto,
se puede considerar que se ejecuta muchas veces (se producen mu-
chos ciclos de sean) antes de que se pase de una etapa a otra. Precisa-
mente en este hecho se basa el control en tiempo real: el controlador
debe ser mucho más rápido que el elemento más rápido de entre los
controlados.
TIerra
:
Fase :
Neutro
- -
,6'
A
C- DC
+ -
QO.o COM
.:r
+ ---<
- kf> PLC
-
C
i~),SI)OI
I
O·· l··
I .l.
Fig. 3.49.
(onexión eléctrica de los elementos del
ejemplo 3.11.
Elafa 5 S Etapa 6
f---
M
-I
. '_0f-
1
.
5
- -l1f-I---feSet )
10.1 M 0.6
Etapa 6 Etapa 5
1----1:f---..---lReset)
M 0.6 M 0.5
Motor
)
Q 0.0
Etapa 7
I-----i( Set )
M 0.7
Etapa 6
f----II-----I(Rese0
M 0.6
Fig. 3.50.
Programaen lenguaje dediagrama de contactos
del GRAFCET de la figura 3.48.
Tabla 3.6. Asignación de variables
del ejemplo 3.11
Pulsador marcha S I0.1
Final de carrera T 10.0
Salida al motor Motor Q0.0
Marca deetapaS M0.5
Marca de etapa 6 M0.6
Marca de etapa 7 M0.7
UnIdad didatllca 3. Aplicaciones con autómatas programables
Ejemplo 3.12
Un autómata debe controlar una taladradora como la de la figura 3.51 . Esta taladradora se
pone en marcha cuando el autómata recibe una señal T. La taladradora consta de un motor
de giro'Ml, y otro M2 que acciona una leva excéntrica que da una vuelta entera y lleva con-
sigo la taladradora. Con ello, se consigue el movimiento de vaivén necesario para hacer un
taladro.
Cuando el taladro finaliza, la leva acciona un microrruptor que genera la señal necesaria para
esperar 2 segundos y reiniciar la maniobra indefinidamente hasta que se desconecte el au-
tómata. La taladradora dispone de un pulsador de paro que, además de seccionar el circuito
de los motores, está conectado al autómata.
a) Realiza el GRAFCET del programa.
b) Elabora el diagrama de contactos de este automatismo.
Fig. 3.51. Taladradora.
Solución:
a) Un GRAFCET solución del automatismo lo puedes ver en la figura 3.52.
Observa que el mismo microrruptor sirve para poner en marcha y parar los
motores.
Cuando el autómata reciba la señal Tentrará en la etapa cero de posiciona-
miento inicial; para conseguir el correcto posicionamiento, debe poner en
marcha el motor M2, que es el que va a mover la leva que acciona el micro-
rruptor Fe. Si FC no estaba accionado, la leva girará hasta accionarlo, y si ya
estaba accionado lo pondrá en marcha para proceder al taladrado junto a
Ml.
La operación de taladrado finaliza con la detección del flanco de subida de
la señal FC (representado por un contacto con una P de flanco positivo en
su interior). Esta condición da paso a la etapa 2, que desactiva la etapa 1 y
sus acciones asociadas: se paran los dos motores. Además, en esta etapa se
activa el temporizador 1. Cuando éste finalice con el retardo programado (2
segundos), se pasará de nuevo a la etapa 1, Yse iniciará una nueva operación
de taladrado.
b) La asignación de variables realizada la puedes ver en la tabla 3.7 y el diagra-
ma de contactos puedes consultarlo en la figura 3.53. Incluye las novedades
siguientes:
o Incluye un contacto de flanco positivo para el microrruptor Fe, de forma
que detecta el flanco positivo, es decir, el paso de abierto a cerrado (de
no activado a activado). Fíjate en su símbolo, está dentro de la línea de
color verde, es el de un contacto pero dentro con la letra P. iCuidado!, no
lo confundas con el pulsador de paro, también llamado P.
También es interesante desta-
car la utilización en este progra-
ma del temporizador 1 (en in-
glés, timer 1). Tanto el timer 1
como el contacto asociado a su
salida (valdrá O mientras tem-
poriza y 1 cuando ha acabado
la temporización) están indica-
dos dentro de las líneas conti-
nuas de color rojo.
Tabla 3.7. Asignación de variables
del ejemplo 3.12
Pulsador de paro P 10.0
Pulsador de inicializaciónT I 0.1
Microrruptor F
C 10.2
Marcade etapa O M0.0
Marca de etapa 1 M0.1
Marca de etapa 2 M0.2
Salida motor Ml Q 0.0
Salidamotor M2 Q0.1
T
o MotorM20N
MotorM10N
MotorM20N
Motor Ml OFF
Motor M20FF
Temporizador ON
e.tiempo - 2 segundos
Fig.3.52. GRAFCET de la taladradora.
T P Etapa O
I AY eSe. ) M 0.0
10.1 10.0
':Et 'c-),OO.,
Etapa 1
M 0.1
Etapa O Fe
Etapa 1 P
I AY
M 0.1 10.0
Etapa 1
Se! ) M 0.
Etapa O
Rese0 M 0.0
Etapa 2
Rese0 M 0.2
Motor MI
e )Q 00
Fig.3.53. Diagramade contactos para la
taladradora.
Unidad dldactlca 3. Apli[iciones con autómatas programables
Ejemplo 3.13
Una máquina de cortar tubos, como la que puede verse en la figura 3.54, se acciona con un pulsador T. Una bobina de tubo va
avanzando, accionada por un motor M, hasta alcanzar la posición de corte al tocar un final de carrera FC, momento en el que
el motor Mdebe pararse. En ese instante, un cilindro neumático de doble efecto, CA, avanza para presionar el tubo con una
mordaza que tiene en el extremo del vástago ytambién se acciona otro cilindro, CS, paracortar el tubo con un útil de corte.
a) b)
~e~
BDR ADR BDR
CA CB Fig. 3.54.
ADA BDA ADA BDA Automatización de una
máquina de cortar tubos.
Se representan en rojo los
~¡, ~
elementos accionados y en
FC verde los elementos que no
están accionados en cada
M caso.
Una vez cortado el tubo, ambos cilindros retroceden a la vez y el motor M se acciona de nuevo para reiniciar el ciclo. Cada ci·
lindro tiene dos electroválvulas, EVAvance y EVRetroceso, ydos detectores inductivos de posición, DAvanzado y DRetrocedido
encima de la camisa.
Realiza el GRAFCET del programa y el diagrama de contactos de este
automatismo.
Solución:
En la tabla 3.8 puede consultarse la asignación de entradas y salidas de
este ejemplo y en la figura 3.55, un GRAFCET solución de la automati-
zación de la máquina. Este GRAFCET es un ejemplo de divergencia y
convergencia en Y.
Observa que, estando en la etapa 1, si se cumple la condición de transición
de que el tubo llega al final de carrera (Fq y los cilindros A y Sestán retro-
cedidos, estos se activan a la vez bajando los dos cilindros (divergencia en
Y, hacia las etapas 2 y4). El hecho de que se accionen los dos cilindros a la
vez no implica que los dos lleguen a su final al mismo tiempo.
Tabla 3.8. Asignación de entradas, salidas y marcas del autómata
a las señales del ejemplo 3.13.
Señales
Señal de arranque, T
Señal de paro, P
Final de carrera, FC
Detector CA retrocedido (ADR)
Detector CA avanzado (ADA)
Detector CB retrocedido (BDR)
Detector CB avanzado (BOA)
Motor, M
Electroválvula Aavance (A-EV Avance)
Electroválvula A retrocedido (A·E
VRetr.)
Electroválvula 8 avance (S·EV Avance)
E
lectroválvula 8 retrocedido (S·EV Retr.)
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
Etapa 5
- - -
Entrada
I0.1
10.0
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
Salida
Q00
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Marca
M 0.1
M 0.2
M0.3
M0.4
M0.5
Fig. 3.5S. GRAFCET de automatización de la máquina
cortatubos.
Primero llega el que aguanta el tubo ydespués el
que lo corta. Así mismo, al desactivarse la etapa
1, lo hacen las acciones asociadas a ésta (recuer·
da las reglas del GRAFCET explicadas en la uni·
dad 1). Por lo tanto, se parará el motor M.
Una vez el tubo ha sido cortado, la condición de
retorno para cada cilindro consiste en comprobar
que esté en posición de avanzado. La verificación
de estas dos condiciones pemniten la transición
en paralelo a las etapas 3 y 5 (desactivación de
2 y 4). En estas etapas se realizan los retrocesos
de los cilindros. En cuanto los cilindros llegan ala
posición de retrocedidos (ADR·SDR) se produce
de nuevo la activación de la etapa 1 (desactiva·
ción de 3 y5 Ysus acciones asociadas), yvuelve a
realizarse otro ciclo. Tenemos aquí la convergen·
cia en Y(de las etapas 3 y 5 a la etapa 1).
Unidad didactlca 3. Aplicaciones con autómatas programables
En la figura 3.56 puedes observar
la implementación del GRAFCET
anterior en lenguaje d e contac-
tos.
Fig.3.56.
Diagramade contactos
que desarrolla el GRAFCET de la
figura3.55.
Ejemplo 3.14
T P Etapa 1
Se! )
10.1 10.0 MO.l
Etapa 3 Etapa 5 ADR SOR
HHH
M03 MO.5 I 0.3 I 0.5
Etapa ¡ P Motor M
I AY e )QOO
MO.l 10,0
Etapa 1 Etapa 3
~
'''et ) M 0.3
MO.l EtapaS
Reset) M0.5
Etapa 1 Fe ADR BOR Etapa 2
M o~oHoHorrcE~::? M 0.2
Etapa 2 Etapa 4 Etapa 1 ~. ,,~ Sel ) MDA
Hf-{,eset) MO.I
M 0.2 M DA
Etapa 2 P A-EV Avan.
Hr-{ )QO!
M 0.2 10.0
Etapa 4 P B-EV Ayan.
f--*--{ ) Q 0.3
M DA 10.0
Etapa 2 ADA Etilpa 3
HH )M03
M 0.2 10.4
Etapa 4 BOA Etapa 5
HH )M05
MOA 10.6
Etapa 3 Etapa 2
H ResetJ MQ.2
M 0.3
Etapa 5 Etapa 4
H Re5et) MOA
M 0.5
Etapa 3 P A·EV Retr.
HH )QO.2
M 0.3 10.0
Etapil 5 P B-EV Reir.
HH )QOA
M 0.5 10.0
En la máquina expendedora automática de la figura 3.57, cuando el importe de las monedas introducidas es correcto (variable K
= 1), se da paso a que el usuario seleccione un producto de entre varios. Podrá escoger sólo entre 3 productos y se le ofrecerán
3 pulsadores (P1, P2 YP3) para dicha elección. Si pulsa más de uno, solamente le obedecerá el primero que ha pulsado, y si hay
simultaneidad no hará nada hasta que únicamente se pulse uno. La expedición del producto consistirá en hacer girar una espiral
accionada por un motor durante una vuelta (un motor por espiral). Un final de carrera FCx en cada espiral indicará cuándo se ha
dado la vuelta entera y el producto ya ha sido expedido.
Fig.3.57.
MI
~((!!m!!!!mml)r-
M2
Fe I
Pie
~((!II!!!!!!mml)r-
M3
~((1I!II!!I!lII!III),-
FC3D
P3e
MonedasOK
E
squema de la máquina expendedora y GRAFCET del automatismo (ejemplo de divergencia y convergencia en O).
Solución:
En las figuras 3.57 y 3.58 puedes observar el esquema, el GRAFCET y el diagrama de contactos que soluciona el problema.
La secuencia del GRAFCET para este ejemplo corresponde a una divergencia y convergencia en O. Veámoslo. Observa que las
condiciones para abandonar la etapa 1 pueden ser tres y corresponden a una divergencia en O: en función del pulsador se pro-
duce la transición a la etapa 2 o la 3, o bien la 4, de forma excluyente entre ellas; es decir, si pasamos a la etapa 2 no es posible
que se pase a la 3 o a la 4. En la figura 3.58 tienes resuelto el diagrama de contactos.
Unidad dldá(ti(a J. Aplicaciones con autómatas programables
fig. J.58.
Resolución del ejemplo 3.14 con
diagramas de contactos.
Después de las etapas 2, 3o 4
(la que esté activada), el final de
carrera correspondiente, que indica
que el producto se ha expedido, da
paso alaetapa 5. Aquí puedes ver
la convergencia en O.
Actividades
Monedas
10t-rC::?MOl
,v L(Reset) M0.5
Etapa! K PI P2 P3 Etap.i2
H H f-------:;jf-+- Set ) M0.2
MQ.1 10.4 10.1 10.2 10.3
Etapa 1 K PI P2 P3 Etapa 3
H I Jr If-----,If---{ Set ) M03
MO. 1 lOA 10.1 10.2 10.3
Etapa 1 K PI P2 P3 Etapa 4
H~HSet)MOA
MQ. IDA 10.1 10.2 10.3
MO.2
Etapa 3
M 0.3
Etapa 4
M 0.4
Etapa 1
Reset) MO.
Eta 2 Motor MI
H )QO.I
MO.2
25. Realiza el GRAFCET del ejemplo 3.7.
Etapa 3 Motor M2
HR"")Q02
M 0.3
Etapa 4 Motor M3
H Reset JQ 0.3
M 0.4
Etapa 2 Fe 1 Etapa 5
H Se! ) M0.5
M 0.2 10.5
Etapa 3 Fe 2
H
M 0.3 10.6
Etapa 4 Fe 3
H
M DA 10.7
Etapa 5 Etapa 2
Reset) M0.2
Etapa 3
Reset) M03
Etapa 4
Reset JM 0.4
26. Con la ayuda de tu profesor realiza el GRAFCET y la programación en lenguaje de contactos para el siguiente
automatismo.
En un determinado paso de la secuencia de montaje automatizado de unas
piezas, debe introducirse una pieza dentro de otra. Estas piezas encajan siem-
pre que la orientación lo permita, tal como puede verse en la figura 3.59.
La maniobra se inicia con la marcha del motor M1 que permite subir y bajar
la insertadora. Si las piezas encajan al primer intento, se obtiene la señal pro-
cedente del detector inductivo DI, y la insertadora subirá mediante el motor
M1. Si no encajan, entonces no llega la señal DI y un temporizador que se ha
puesto en marcha al bajar la insertadora, pasado 1 segundo, se activa. Si el
temporizador se activa, debe hacerse un movimiento de vaivén de la inserta-
dora mediante un giro a la derecha con un motor M2 hasta que actúe un final
de carrera FCD y otro a la izquierda con el mismo motor hasta que actúe FCI,
a fin de forzar el encaje de las dos piezas. Necesariamente, con estos giros, las
dos piezas se encajarán. Cuando la señal DI llegue, se accionará de nuevo la
insertadora mediante M1, pero en sentido ascendente.
fig.3.59.
Ejemplo de insertadora automática.
27. Dibuja la conexión eléctrica del ejemplo 3.12 (taladradora) utilizando un autómata con alimentación en alterna.
28. Dibuja la conexión eléctrica del ejemplo 3. 13 (rnáquina cortatubos) utilizando un autómata con alimentación en
continua.
29. Dibuja la conexión eléctrica del ejemplo 3.14 (expendedora) utilizando un autómata con alimentación en alter-
na.
30. Dibuja la conexión eléctrica del ejemplo 3.7 utilizando un autómata con alirnentación en alterna.
Unidad didáctica 3 Aplicaciones con autómatas programables
Aplicaciones yventajas einconvenientes
de los autómatas
Actualmente es casi impo-
sible encontrar un equipo
industrial con una sofistica-
ción mínima que no incor-
pore un autómata.
Los autómatas programables tienen su campo de aplicación más inmediato en los
procesos de tipo industrial de cualquier clase. Al disponerse de tanta cantidad de
modelos y prestaciones, es posible asegurar, sin temor a equivocarse, que existe un
autómata a la medida de cada aplicación.
En los últimos años se han instalado muchos ordenadores industriales de tipo PC,
que son ordenadores reforzados para ser inmunes a interferencias electromagnéti-
cas, despojados de todos aquellos elementos que no sean imprescindibles y con
toda la capacidad de un PC, y, así mismo, con sistemas operativos enfocados mása
procesos de control que a la interfaz con personas. Son una posibilidad interesante,
pero su discusión queda fuera del alcance de este módulo.
Campos de aplicación preferente de autómatas programables:
Control de movimientos de máquinas (avanzar, retroceder, girar,
subir, bajar, etc.).
o Máquinas de prensar, estampar, trefilar, embutir, etc.
Procesos de fabricación en lineas continuas, como embotellado,
embalaje, etiquetado, pesaje, dosificación, etc.
Procesos en los que se requieracontrol lógico, como ascensores,
hornos, bombas hidráulicas, semáforos, manejo de materiales,
calderas, puentes grúa, centrales eléctricas, lavadoras, control de
motores, etc.
Equipos neumáticos, hidráulicos y oleohidraulicos.
C
ontrol de cultivos en invernaderos, abonos enla tierra, dosifica-
ción de piensos, control dedestilerías, refinerías, etc.
o tndustrias de maderas, muebles, áridos, plásticos, alimentarias,
automocíón, etc.
tnstalaciones de procesos complejos.
D
omótica y control de sistemas domésticos (calefacción, lumino-
sidad, etc.).
ventajas de los autómatas:
U
san lógica programada en vez de cableada.
Menor tiempo deelaboración de proyectos.
o posibilidad de hacer cambios fácilmenteconunminimo coste.
Mínima ocupación de espacio, poco peso y tamaiio.
Menor coste de instalación, actualización y de mantenimiento.
o Recalificación de la mano de obra hacia tareas más gratifican-
tes.
POSibilidadde gobernar varías máquinas con el mismo autóma-
ta.
Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
Si el autómata queda pequeiio parael proceso industrial, puede
seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de pro-
ducción.
facilitalaimplementación de sistemas de control distribuido y el
control jerarquizado.
., E
sun sistema muy fiable.
Es pOSible instalarlo donde existan condiciones severas de tem-
peratura, ambiente, inlluencias eléctricas y químicas, humedad,
vibración, ruidos, polvo, contaminantes, cortes de energía, etc.,
dentrode márgenes generosos.
Permite la simulación de procesos, alarmas y fallos sin influir di-
rectamenteen la máquina oproceso.
Inconvenientes de los autómatas:
Requieren personal formado específicamente, tanto operativo
como para las tareas de mantenimiento.
El coste inicial de los componentes de desarrollo es considera-
ble.
o L
atecnologíaestáaún un tanto"cerrada", puesto que no se han
alcanzado suficientes estándares de compatibilidad entre autó-
matas de diferentes fabricantes.
Untdad dldactlcJ 3 Aplicaciones con autómatas programables
___A
_ u
_t_o_
e_
va
_l_
u_
a _
ci_
ó_
n ____~r¡-----------------
1. Un autómata programable es un: 8. En temas relacionados con el control, se entiende
a) Ordenador.
por "tiempo real":
b) Controlador lógico programable.
a) Aquellas cosas que pasan en un momento de-
terminado.
e) Terminal especial para operarios.
b) Operar a mayor velocidad que los elementos
2. Se considera que el primer autómata programable más rápidos de un proceso.
fue un: e) Aquello que sucede en menos de 1 segundo.
a) PDP-S.
9. El programa de usuario, en un autómata, se ejecuta:
b) MODICON.
a) En cada ciclo de exploración.
e) CPU.
b) Al principio, al poner en marcha el autómata.
3. En la estructura interna de un autómata programa- e) Cada vez que hay un cambio en el proceso con-
ble hay: trolado.
a) Terminales.
10. Las entradas, en un autómata, son:
b) Periféricos.
a) Los bornes a los que se conectan los sensores.
e) CPU.
b) Los bits que representan la tabla de imagen de
4. Las formas europeas y americanas se encuentran las entradas.
en los autómatas: e) Fijas, las marca el fabricante y no pueden am-
a) Modulares. pliarse.
b) Compactos. 11. Las entradas, en un autómata:
e) Tanto en los compactos como en los modulares. a) Pueden ser tanto analógicas como digitales a la
5. La diferencia entre la memoria de programa y la
vez.
de la imagen de las tablas de entrada y salida es: b) O son analógicas o son digitales, pero no pue-
a) Que una es volátil y la otra no.
den coexistir.
b) No hay diferencia, es el mismo tipo de memo-
e) Son en tensión, en corriente o pulsantes, pero
no todas a la vez.
na.
e) Que una se puede rescribir y la otra no. 12. Un autómata tiene entradas digitales:
6. Las tareas comunes en el ciclo de exploración:
a) Solamente si es modular.
a) Se realizan una sola vez al arrancar durante el
b) Solamente si es compacto.
primer ciclo de exploración. e) Pueden incorporarlas tanto los modulares como
b) Se realizan dentro de cada ciclo de explora-
los compactos.
ción.
13. Un autómata tiene entradas analógicas:
e) Se realizan solamente algunas veces.
a) Únicamente si es modular.
7. La memoria con las tablas de imagen de las entra- b) Solamente si es compacto.
das y salidas:
e) Pueden incorporarlas tanto los modulares como
a) Se actualiza una sola vez al arrancar durante el los compactos.
primer ciclo de exploración.
b) Se actualiza dentro de cada ciclo de explora-
14. Un autómata tiene salidas digitales:
ción. a) Solamente si es modular.
e) Se actualiza solamente algunas veces. b) Únicamente si es compacto.
Unidad didactlca 3. Aplicaciones con autómatas programables
e) Pueden incorporarlas tanto los modulares como e) Se conecta a la red a través de una fuente con-
los compactos. mutada.
15. Un autómata tiene salidas analógicas: 22. En un autómata con entradas digitales a 24 V:
a) Solamente si es modular. a) Es necesario polarizar dichas entradas con una
b) Solamente si es compacto.
fuente externa.
e) Pueden incorporarlas tanto los modulares como b) Las entradas están internamente polarizadas.
los compactos. e) Las entradas no deben polarizarse.
16. Las salidas digitales, en un autómata: 23. En un autómata con entradas digitales a 230 V:
a) Pueden ser en forma de tensión o en forma de a) Es necesario polarizar dichas entradas con una
corriente. referencia externa.
b) Pueden ser a relé o a triac. b) Las entradas no tienen polarización.
e) Normalmente no incorporan transistores.
e) Las entradas no deben polarizarse.
17. Las salidas analógicas, en un autómata:
24. En un autómata con salidas digitales a 230 V:
a) Pueden ser en forma de tensión o en forrna de
a) Es necesario polarizar dichas salidas con una
corriente.
referencia externa.
b) Pueden controlar directamente cargas a 230 V
b) Las salidas no tienen polarización.
de alterna.
e) Usan un tipo de relé analógico.
e) Las salidas no deben polarizarse.
18. Para desmontar un módulo de un autómata mo- 25. En un autómata con salidas a relé:
dular se requiere: a) Es necesario polarizar dichas salidas con una
a) Un destomillador plano. referencia externa.
b) Un destomillador de estrella. b) Las salidas no tienen polarización.
e) Una llave Allen. e) Las salidas no deben conectarse.
19. Normalmente, un autómata, se monta: 26. La norma lEC 61131-3:
a) En un carril DIN vertical. a) Es obligatoria para los fabricantes de autóma-
b) En un carril DIN horizontal.
taso
c) Atornillado sobre el armario.
b) Favorece los intereses del programador.
20. Un autómata cuya alimentación es de 230 V:
c) Define 6 lenguajes de programación.
a) Se conecta a la red mediante un transformador
27. La norma lEC 61131-3:
separador para aislarlo. a) Define 4 lenguajes de programación.
b) Se conecta directamente a la red. b) Define 5 lenguajes de programación.
e) Se conecta a la red a través de una fuente con- c) No la cumple casi nadie.
mutada.
21. Un autómata cuya alimentación es de 24 V:
28. Dentro de un cuadro eléctrico, el autómata:
a) Se conecta a la red mediante un transformador
a) Se monta en la parte superior.
separador para aislarlo. b) Se monta en la parte inferior.
b) Se conecta directamente a la red. e) Ocupa cualquier posición.
Unidad didáctica 4
Mecánica básica
¿Qué aprenderemos?
o Cuáles son los materiales más utilizados en las operaciones de mecani-
zado y qué características tienen.
O Cuáles son las operaciones de mecanizado más habituales para la rea-
lización de cuadros eléctricos y qué herramientas necesitaremos para
realizarlas.
O Qué tipos de uniones se utilizan para la construcción y el montaje de
cuadros eléctricos.
O Cómo hay que representar, interpretar y medir las piezas que deben
mecanizarse con el nivel de precisión exigido.
Unidad didáctica 4 Mecánica básica
¡ Operaciones de mecanizado
fig. 4.1.
El montaje e instalación de
cuadros eléctricos requiere
el conocimiento de algunas
operaciones de mecánica básica.
Cuando hablamos de automatismos y cuadros eléctricos y, en general, de cualquier
tema relacionado con la electricidad y la electrotecnia, pensamos rápidamente en
conductores eléctricos, conectores, elementos de mando y regulación, etc., pero
rara vez nos planteamos donde están colocados físicamente.
Obviamente no están colocados al azar ni de forma arbitraria a lo largo y ancho de
una instalación, sino que están colocados, protegidos y confinados en armarios o
cuadros eléctricos seguros. Todo esto es necesario, entre otras cosas, para evitar
peligrosos accidentes de trabajo por parte de los operarios de las instalaciones.
Según el material utilizado en su construcción, se pueden distinguir dos tipos de
armarios o cuadros:
o Los armarios metálicos. Están construidos con aleaciones o combinaciones de me-
tales, básicamente con chapa de acero soldada. Se instalan en forma de cofre
estanco o con armarios de fijación mural o apoyados en el suelo.
O Los armarios aislantes. Están construidos con material de plástico. Suelen ser tipo
cofre o armarios de fijación mural bien empotrada o en superficie.
Como puedes ver, el primer problema que hay que afrontar es el de elegir los ma-
teriales más adecuados según la función que tengan que realizar, el lugar donde se
emplacen y las propias características de la instalación. Así pues, la primera parte de
la unidad la dedicaremos a estudiar los materiales y sus propiedades.
Elegidos los materiales, el paso siguiente será el diseño y la representación gráfica
de las piezas, de modo que su interpretación no dé lugar a dudas. Veremos breve-
mente algunas pautas sobre cómo hay que dibujar e interpretar dichas representa-
Ciones.
En el montaje, el mantenimiento o la reparación de instalaciones eléctricas, estos
armarios o cuadr.os deben ser mecanizados con multitud de operaciones que nos
hace falta conocer: trazado, cortado, serrado, doblado, roscado, taladrado, trepana-
do, roblonado, entre otras muchas. Por esta razón, en esta unidad nos centraremos
en las operaciones mecánicas básicas, así como en las herramientas o las máquinas
empleadas para su ejecución.
Para llevar a cabo estos procesos correctamente serán necesarias otras operaciones,
como la medición de los objetos y las piezas con los instrumentos adecuados. A
ellas nos referiremos en la última parte de la unidad.
Materiales para mecanizado ysus propiedades
Los materiales utilizados en la construcción de automatismos y cuadros eléctricos
son diversos y de diferente naturaleza. Sin embargo, en general, la mayoría de ellos
son elementos metálicos y combinaciones o aleaciones entre ellos. De todos los
metales, sin duda, el más recurrente es el hierro. Tanto es así que acostumbramos a
clasificar los metales en dos grandes grupos: metales férricos y metales no férricos
en función de si es éste o no el principal elemento.
Además, tenemos el grupo de los plásticos que, en los últimos años, está teniendo
una presencia cada vez mayor, no solamente en innumerable cantidad de objetos
utilizados en nuestra vida diaria, sino también en los que se usan para la fabricación
de elementos y componentes eléctricos y electrotécnicos. A continuación, estudia-
remos las propiedades básicas de los materiales más utilizados para la construcción
de cuadros eléctricos.
UnIdad dIdáctica 4. Mecánica básica
Fi9· 4.2.
los derivados del hierro presentan
excelentes y variadas propiedades
mecánicas.
Los metales férricos
En la naturaleza el hierro no se encuentra como elemento solo y aislado, sino que
aparece mezclado en diferentes minerales, por lo que el hierro puro o dulce es cos-
toso de conseguir.
Además, en estas condiciones, el hierro posee una baja resistencia mecánica y una
alta tendencia a la corrosión, razones que lo convierten en un material con pocas
aplicaciones industriales en estado puro. Sin embargo el hierro se convierte en un
material fundamental una vez sometido a tratamientos especiales como el acero y
la fundición.
En general, los metales férricos presentan excelentes y variadas propiedades mecá-
nicas, además de un relativo bajo precio.
Los aceros
El acero es una aleación férrica que contiene cantidades pequeñísimas de carbono,
manganeso, fósforo, azufre y silicio. Actualmente, disponemos en el mercado de
una elevada gama de aceros especiales, que incorporan, además de los elementos
citados, otros como el aluminio, el níquel, el cromo, el molibdeno, el vanadio, el
tungsteno, el cobalto, el selenio, el titanio y el zirconio.
El acero en sus diversas formas presenta dos ventajas respecto al hierro dulce que lo
hace mucho más útil: alta resistencia mecánica y baja corrosión.
Según su composición, podemos diferenciar entre diferentes tipos de aceros:
O Aceros bajos en carbono. Estos aceros contienen menos del 0,25 % en peso de car-
bono. Son aceros blandos y poco resistentes, pero con extraordinaria ductilidad
y tenacidad. Además, son de fácil soldado, mecanizables y baratos.
O Aceros medios en carbono. Tienen porcentajes en carbono comprendidos entre el
0,25 % Y 0,60 %. Estos aceros tratados ténmicamente son más resistentes que
los aceros de bajo carbono, pero menos dúctiles.
O Aceros altos en carbono. Normalmente contienen entre un 0,60 % Y un 1,9 % en
carbono. Son más duros y resistentes y aún menos dúctiles que los otros carbo-
nos vistos. Son especialmente resistentes al desgaste.
O Aceros inoxidables. Son aceros basados en la adición considerable de cromo y ní-
quel como elementos de aleación, además de otros elementos como el molib-
deno.
O Aceros para herramientas. Son aceros de alta aleación utilizados en la fabricación de
herramientas que contienen cantidades importantes de cromo, níquel, vanadio
y wolframio. Van acompañados de tratamientos térmicos que les dan caracterís-
ticas muy particulares de dureza y resistencia al desgaste y a la deformación por
el calor.
Las fundiciones
Podemos definir las fundiciones como aleaciones férricas con un porcentaje de
carbono superior al 1,76 % e inferior al 6,67 %. Las principales propiedades que
presentan son las siguientes:
Tienen un amplio intervalo de resistencias mecánicas y durezas.
Aunque tienen una resistencia al desgaste, a la abrasión y a la corrosión relativa-
mente elevada, presentan una débil resistencia al impacto.
O No admiten laminaciones ni deformaciones por forja.
Son frágiles y quebradizas.
Fig. 4.3.
El aluminio es uno de los
elementos más empleados hoy
en dia para la fabricación de
cajas, carcasas y armarios para las
instalaciones eléctricas, debido a
su ligereza y su resistencia ala
corrosión.
Unidad didáctica 4 Mecánica básica
Los metales no férricos
Los metales industriales no férricos y sus aleaciones son, en general, resistentes a
la oxidación y la corrosión atmosférica, y son recomendables para muchas aplica-
ciones porque se caracterizan por su facilidad de moldeo y mecanizado, la elevada
resistencia mecánica de algunas aleaciones, su gran conductividad térmica y eléc-
trica o incluso un bello acabado. Normalmente estos metales son más caros de
obtener.
Algunos de los metales no férreos más utilizados en la industria eléctrica y electro-
técnica son los siguientes:
O El cobre. Es, sin duda, el material más utilizado en la industria eléctrica para la fa-
bricación de dispositivos y componentes, especialmente cables e hilos. Es muy
dúctil y maleable, de modo que se le puede dar forma tanto en frío como en
caliente. Además es resistente al aire, al agua y a la agresión de los ácidos. Tam-
bién es un buen conductor del calor.
O Los latones. Son aleaciones del cobre. Actualmente existen diferentes tipos de
latón: los llamados latones ordinarios, que contienen cobre y cinc, y los latones
especiales, que además incorporan otros metales como aluminio, hierro, plomo
o estaño. El latón es buen conductor eléctrico, ya que es más duro y fácil de
trabajar que el cobre.
O Los bronces.También son aleaciones del cobre. Tradicionalmente se ha llamado
bronce a las aleaciones de cobre y estaño, aunque actualmente se llaman bron-
ces a las aleaciones binarias (es decir, que contiene solamente dos elementos)
del cobre con todos los metales excepto el cinc (que, tal como hemos visto,
forma el latón). Los bronces tienen, en general, una elevada resistencia mecáni-
ca y una buena resistencia a la corrosión, ambas mayores que en los latones.
O El aluminio. Debido a su ligereza, resistencia a la corrosión y abundancia en la
naturaleza, el aluminio es uno de los elementos más empleados hoy en día para
la fabricación de cajas, carcasas, armarios, contenedores, etc., de aparatos e
instalaciones eléctricas, automáticas y electrónicas. Además, en líneas eléctricas
de distribución de energía, se utiliza en forma de cables e hilos eléctricos.
O El estaño. Es un material muy blando y maleable. Posee un punto de fusión bas-
tante bajo (232 OC). Por eso, en electricidad y electrónica, se utiliza como metal
base para realizar soldadura blanda y en la fabricación de fusibles eléctricos.
Debido a su resistencia a la corrosión se emplea como recubrimiento electrolíti-
co de otros metales.
O El plomo. En estado puro es muy blando y poco resistente. Su punto de fusión es
relativamente bajo, de 327,5 oc. Además, presenta una baja conductividad tér-
mica y eléctrica. Otras características del plomo son: su gran densidad (muy pe-
sado) y la elevada resistencia que tiene a la corrosión de los ácidos fuertes, como
el clorhídrico, el sulfúrico o el nítrico.
O El cinc. Es un metal frágil y relativamente blando, que posee una resistencia me-
cánica baja. El acero recubierto de cinc se denomina acero galvanizado, y se
utiliza para la obtención de chapas, alambres, etc., altamente resistentes a la
oxidación.
O El cromo. Es un metal muy duro y muy resistente a la oxidación y a la corrosión.
Debido a su gran resistencia a la corrosión frente a los agentes atmosféricos y a
otros agentes químicos, se emplea para el recubrimiento electrolítico de otros
metales (lo que se conoce como cromado).
O El níquel. Rara vez se utiliza en estado puro, sino que se utiliza normalmente para
aleaciones con otros metales a los que confiere el carácter inoxidable, aumenta
la resistencia a la corrosión y mejora las propiedades magnéticas y mecánicas.
De hecho, los materiales que se obtienen resultan muy resistentes a la acción de
los agentes atmosféricos y de los agresivos químicos.
Unidad dldacllcJ 1 Mecánica básica
fig. 4.4.
Muchos de los componenles
eléclricos aclualmenle se labrican
con pláslicos.
Actividades
o El tungsteno o volframio. Dispone de un buena conductividad eléctrica y una temo
peratura de fusión muy alta: 3.380 oC, por lo que su principal aplicación es la de
la fabricación de filamentos de lámparas de incandescencia y de resistencias de
homos eléctricos. Con el carbono, forma el carburo de volframio, que es muy
duro y por ello se emplea en la fabricación de herramientas de corte (widia).
Plásticos
Los plásticos son polímeros de compuestos químicos orgánicos constituidos, prin-
cipalmente, por carbono, hidrógeno y oxígeno. Normalmente se añaden detenmi-
nadas sustancias (aditivos) que les proporcionan propiedades características que los
hacen más útiles para detenminados usos. Las sustancias que fonman los plásticos
son derivados del petróleo y se obtienen en indust rias petroquímicas.
Podemos decir que, en líneas generales, los plásticos se dividen en tres grandes
grupos, con características y propiedades muy diferenciadas: termoplásticos, ter-
moestables y elastómeros.
O Termoplásticos. Estos plásticos se funden fácilmente a temperaturas relativamente
bajas (entre 100 oC y 130 oC) y, cuando desciende la temperatura, vuelven a
solidificarse y endurecerse. Esta característica permite que sean conformados,
es decir, que puedan moldearse para darles la forma deseada. Son los plásticos
más utilizados comercialmente, entre ellos se encuentran el polic!oruro de vinilo
(PVC), el poliestireno (PS), el po/ietileno (PET), etc.
O Termoestables. Estos plásticos no pueden ser conformados una vez fabricados, ya
que la adición de calor produce cambios irreversibles en su estructura y, por lo
tanto, en sus propiedades fisico-químicas, por lo cual no se funden al calentarlas
nuevamente. Una vez concluido el proceso de fraguado, sólo pueden mecani-
zarse (cortar, hacer orificios, unir a otras piezas, etc.). Algunos de los plásticos
termoestables más conocidos son las melaminas, la baque/ita, las si/iconas, etc.
O Elastómeros. Más conocidos como cauchos, tienen un aspecto de goma. Se carac-
terizan por su gran capacidad elástica.
En particular, en la industria eléctrica, el consumo de plástico es enonme, ya que se
fabrican conductores con aislamiento plástico capaces de soportar grandes tensio-
nes y malas condiciones ambientales. Por estas razones, también se emplean para
fabricar cajas y carcasas para la protección de aparatos de mando, y en la construc-
ción de cuadros y automatismos eléctricos, tubos aislantes, soportes para mecanis-
mos, carcasas para motores y un larguísimo etcétera.
1. Indica qué significan las diferentes propiedades de los materiales. Para cada propiedad, indica un material que
sirva de ejemplo para explicarla.
Resistencia mecánica. Fragilidad. ~ Resistencia a la corrosión.
Ductilidad. Dureza. Conductividad eléctrica.
Tenacidad. Elasticidad. Conductividad ténmica.
2. Haz una lista de diferentes elementos y herramientas eléctricas del taller de prácticas que utilicen algún tipo de
plástico. Indica de qué tipo de plástico se trata.
3. Entre el cobre y el latón, di qué metal crees que es más adecuado para realizar los contactos de un interrup-
tor.
Unidad didacllca 4 Mecánica básica
Métodos de representadón gráfica
Planos ycroquis
En el taller de montaje, el trabajo suele efectuarse a partir de unos esquemas, cro-
quis y planos desarrollados por técnicos especialistas. En ellos se representan con
sus formas y dimensiones los trabajos y las piezas que hay que hacer. En general,
podemos hablar de dos tipos de documentos para estas representaciones graficas
de las piezas con que se va a trabajar:
O Los planos representan gráficamente, de manera exacta y en una determinada
proporción, un objeto real. Se realiza con utensilios clásicos de dibujo: reglas,
cartabones, escuadras, plumas estilográficas, etc., o mediante programas de
ordenador especiales para estos usos.
O El croquis es una representación hecha a mano alzada y, por lo tanto, menos exac-
ta que los planos.
-) .
- .:J ~ Escalas
Generalmente, las figuras y piezas dibujadas en planos y croquis no se representan
a tamaño natural, a no ser que sean objetos de reducido tamaño, sino que se suelen
dibujar sobre el papel en un tamaño menor, pero conservando en todo momento las
formas y sus proporciones. Incluso, si las piezas son de tamaño muy pequeño, se
dibujarán sobre el papel en un tamaño mayor. En estos casos, decimos que los dibu-
jos están realizados a escala.
La escala es la relación matemática que existe entre las dimensiones reales y las del
dibujo que representa la realidad sobre un plano o un mapa.
Las escalas se escriben en forma de fracción, donde:
O El numerador indica el valor de un segmento lineal cualquiera de la pieza sobre
el plano.
O El denominador representa el valor real del mismo segmento de la pieza.
Por ejemplo la escala 1:500, significa que 1 cm del plano equivale a 500 cm (es decir,
5 m) en la realidad. Otros ejemplos de escalas son 1:1 (escala real o natural), 1:10,
1:50,5:1,50:1, etc.
1. :; Vistas yproyecciones de una pieza
Normalmente, las piezas no se representan en tres dimensiones tal y como las ve-
mos a simple vista, como si fueran fotografías. En efecto, en los dibujos industriales
se emplea generalmente un sistema de representación denominado sistema de pro-
yecciones ortogonales.
En ocasiones, para piezas de difícil mecanizado, se añade alguna perspectiva de las
mismas. Además, en los planos y croquis se indicarán todas las aclaraciones perti-
nentes para la completa y fácil interpretación, así como para la correcta ejecución del
trabajo.
Lo más importante es que viendo el plano (dibujo en dos dimensiones), la persona
que tenga que hacer el trabajo se haga una idea exacta de la pieza representada, tal
y como si la estuviese viendo realmente en tres dimensiones.
O Mirando la pieza desde arriba, obtenemos sobre el plano horizontal la planta.
Unidad d,dacI,ca ~ Mecánica básica
Fig.4.6.
Proyecciones de las caras deun
sólido sobre los tres planos de
proyección: alzado, plantay perfil.
1----.. O..--1
Fig.4.8.
Representación en tres
dimensiones de una pieza y
representación de dos de sus
vistas.
o Mirando la pieza de frente, obtenemos sobre el plano vertical el alzado o la eleva'
ción.
O Mirando la pieza desde un lado obtenemos sobre el plano de perfil la vista co-
rrespondiente, llamada vista lateral o perfil (figura 4.5).
Estas tres vistas, llamadas diédricas (alzado, planta y perfil). son las que debidamente
relacionadas (y eliminando el cuerpo del espacio), ofrecen la adecuada representa-
ción en dos dimensiones de dicha pieza sobre la lámina de dibujo (figura 4.6).
Fig. 4.5.
Proyecciones de las
caras de unapieza
de madera sobre
los tres planos de
proyección: alzado,
planta y perfil.
e
Q
o o
db
I I I I
A fin de mostrar todas las características físicas de una pieza, en el sistema de pro-
yecciones ortogonales se dibujan todas o sólo algunas de sus caras. El número de
vistas dibujadas depende de la complejidad de la pieza, aunque casi siempre se
escogen las tres que hemos comentado (alzado, planta y perfil). Sin embargo, en
ocasiones es necesario que haya más de tres.
Observa que si introducimos la pieza en el interior de un cubo, y utilizamos todos los
planos de proyección posibles, obtendremos las seis vistas totales (figura 4.7).
d e f
nOD
Fig.4.7.
Número total de vistas posibles de unapieza.
En casos de piezas muy simples o con ejes de simetría, como por ejemplo el caso
mostrado en la figura 4.8, es suficiente con solamente una o dos caras para represen-
tar sobre el papel dicha pieza.
¡Importante!
Nunca tomes medidas so-
bre el dibujo con la regla,
puesto que si está realizado
a escala, el valor será erró-
neo.
Fig.4.9.
Dos ejemplos sencillos de
acotación.
A(tividades
Unidad dldiic!ica 4. Mecánica básica
El dibujo de una pieza no es suficiente para que ésta pueda fabricarse si no va acom-
pañado de la indicación de sus medidas reales sobre el dibujo o plano.
La acotación es la operación de indicar numéricamente las dimensiones reales de una
pieza en el dibujo, de acuerdo con una serie de reglas normalizadas, con indepen-
dencia de que el dibujo esté o no a escala.
Para que una acotación se pueda considerar buena es imprescindible que sea fácil-
mente interpretable y que ofrezca la máxima claridad. La figura 4.9 muestra un ejem-
plo sencillo de acotación. Algunas reglas básicas de acotado son:
O Las cotas se colocarán de forma clara y perfectamente visible.
O Se colocarán flechas de cota que limitan el alcance de las medidas.
O No se omitirán medidas, pero tampoco se repetirán innecesariamente.
O Las cotas se repartirán por las diferentes vistas de las caras de la pieza, teniendo
en cuenta la claridad del dibujo, y no amontonando cotas en una sola vista.
O Las cotas se colocarán preferentemente por el exterior de las piezas.
O En dibujos técnicos, las medidas se expresan siempre en milímetros.
Observa que las puntas de las flechas deben dibujarse dentro de los límites de la lí-
nea de cota, pero si el espacio no lo permite, se pueden añadir fuera.
4. Dibuja un croquis de una herramienta del taller (unos alicates o unas tijeras por ejemplo) o una pieza del taller
que te entregue el profesor. Una vez realizado, añade al croquis sus correspondientes acotaciones.
5. Dibuja un croquis de un mueble del aula o taller (una silla, archivador, mesa, etc.). Una vez realizado, añade al
croquis sus correspondientes acotaciones.
6. Dibuja las tres vistas diédricas nece-
sarias para representar las siguientes
piezas.
7. Dibuja las tres vistas necesarias para
representar las siguientes piezas.
8. Dadas las siguientes vistas de una
pieza, intenta levantar un croquis a
mano alzada que la represente en
tres dimensiones. ¡ I ¡
L_I-J
I'r---.../
I I
I I
I I
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I I I
Unidad dldacllca 4 Mecánica básica
·d Operaciones de mecanizado
La tarea de trazado ha pa·
sado hoy en día a un se·
gundo plano, puesto que
las modernas máquinas de
mecanizado, la incorpora·
ción de ordenadores indus·
triales y las últimas técnicas
de trabajo, muchas veces
basadas en la informática,
hacen casi innecesario el
trazado a mano.
Fig.4.10.
Procedimiento de trazado.
Las operaciones de mecanizado son todos aquellos procesos mecánicos destinados a
transformar ciertos materiales en una pieza funcional (es decir, que sea útil); en nues·
tro caso, se concreta en la creación de amnarios o cuadros.
Además, el mecanizado permite conseguir una terminación óptima del objeto o la
pieza, sin producir ninguna deformación que pudiera dar lugar a su deterioro o mal
acabado.
Todos los materiales que hemos visto pueden ser mecanizados, aunque lógicamen·
te no con todos ellos se trabaja con la misma facilidad. Por ejemplo, es mucho más
fácil mecanizar una caja de aluminio o de cobre que una de titanio o acero.
Para mecanizar un objeto o una pieza usaremos unas herramientas manuales o unas
máquinas herramientas. Para que el mecanizado sea correcto, la herramienta que se
utilice debe ser más dura que el material que hay que mecanizar. A continuación,
estudiaremos las operaciones de mecanizado usadas comúnmente en la industria y
en la elaboración de cuadros eléctricos.
Operaciones de marcar ytrazar
Las operaciones de trazado y marcado consisten en la señalización del contorno, las Ií·
neas, los ejes de simetría de los agujeros o las ranuras que hay que realizar sobre la
superficie exterior de una pieza.
Generalmente, el marcado y el trazado es una operación previa al ajuste y mecani·
zado de la pieza. Piensa que, de la correcta realización de este trabajo, depende la
exactitud de las operaciones restantes. Las herramientas y los útiles más empleados
para el trazado son los siguientes:
La punta de señalar otrazar. Es una varilla de acero terminada en punta cónica temo
piada y muy afilada. La punta de trazar debe conservarse afilada y no emplearse
para otros usos.
O El granete. Es un cilindro de acero temninado en punta. Se emplea para señalar o
marcar puntos de apoyo o guía, para el compás o la punta de la broca.
O El compásde trazar. Se utiliza para el trazado de arcos de círculo, determinar pero
pendicularidades, transportar distancias y marcar divisiones equidistantes. El
más empleado es el compás de puntas, sencillo o con un muelle.
Las escuadras. Las llamadas escuadras lisas son instrumentos que tienen un ángu-
lo fijo (900
o diferente) entre dos superficies planas. También existen otros tipos
como las escuadras de solapa, las falsas escuadras (o transportadores de ángu-
los) y la escuadra universal (también conocida como goniómetro).
O Reglas. Utilizadas para la medida de distancias de forma directa, aunque con es-
casa precisión.
......
F
ig. 4.11.
Diferentes tipos de alicates.
Fig.4.12.
Tornillo de banco.
Unrdad dldacl!ca 4. Mecánica básica
Operaciones de sujeción
Otra de las operaciones previas que se realizan antes de mecanizar es la de sujetar la
pieza. Así pues, una vez el material esté sujeto y no se mueva podremos cortarlo, limar-
lo, agujerearlo, etc., con las herramientas correspondientes y con la máxima precisión.
Las operaciones de sujeción sirven para mantener un material en una determinada posi-
ción para que se pueda trabajar con él con otras herramientas.
Las principales herramientas de sujeción son: los alicates, el tornillo de banco, los
sargentos y las pinzas y agarradores.
Los alicates
Como ya sabes, son herramientas muy versátiles. Además de sujetar sirven para do-
blar piezas y cables, cortar hilos, etc. Están formados por un mango, recubierto de
material aislante y una mandíbula. Los hay de diferentes tipos, los más importantes
son los siguientes:
O Alicantes universales. Son los más extendidos, ya que se utilizan para múltiples
usos. Tienen una constitución bastante robusta.
Alicates cortaalambres. Se utilizan para cortar conductores eléctricos y alambres.
Para conservar siempre su zona cortante en buenas condiciones, deberán man-
tenerse bien engrasados.
O Alicates de punta redonda. Empleados para curvar hilos y chapas y hacer terminales
de conexión.
O Alicates de puntas planas, De aspecto parecido a los universales, son más finos y
menos robustos que éstos. Se emplean para doblar conductores y alambres rí-
gidos y pequeños trozos de chapa.
O Alicates de puntas dobladas. Se utilizan en casos semejantes a los anteriores, pero,
por la forma de sus puntas, curvadas unos 90°, son apropiados para trabajar en
sitios inaccesibles.
El tornillo de banco
El tornillo de banco es una herramienta de sujeción acoplada al banco de trabajo.
Su función es la de inmovilizar piezas sobre el banco. Está formado por dos bocas
o mordazas, una fija y otra desplazable a través de un eje roscado, que se acciona
mediante el giro de una manivela. Se caracterizan por la medida de las mordazas, la
forma de las guías, la longitud de las bocas y el tipo de base, fija o móvil.
Al utilizar el tomillo hay que tener en cuenta las propiedades de los materiales, pues
si son frágiles podrán deformarse o romperse si se aprietan demasiado. Por otra
parte, la pieza debe estar lo suficientemente apretada para evitar que se mueva o se
caiga durante las operaciones que se realicen.
Los sargentos ogatos
Los sargent os son instrument os de sujeción o presión. Están formados por dos
brazos, uno fijo en un extremo y el otro móvil que se desliza sobre una guía. Este
último lleva aparejado un tornillo que se acciona al girar el mango al que va unido y
es el que ejerce la presión sobre la pieza.
Las pinzas yagarradores
Las pinzas son herramientas muy útiles para la sujeción y la colocación de placas de
circuito impreso, tomillería fina y piezas muy pequeñas. Los agarradores son útiles
porque se cierran fimnemente para sujetar cables cuando se desea soldar o pemni-
ten llegar a piezas pequeñas de difícil acceso.
Unidad dlda!tlca l Mecánica básica
Fig. 4.13.
Tijeras de sobremesa y
procedimiento de corte de plancha.
Opera(iones de (orle
Las operaciones de corte son las destinadas a dividir un material en dos o más tro-
zos.
Estas operaciones se realizan a través de diferentes procedimientos, según la he-
rramienta utilizada: cizallado, aserrado y cincelado y burilado. Veremos también las
operaciones de cortado y manipulación de cables.
Cizallado
El cizallado incluye las operaciones que cortan el material sin desprender VI-
rutas.
Estas operaciones se realizan con máquinas de corte manuales o accionadas con
motores.
o Las máquinas de corte manuales son las tijeras de sobremesa y las cizallasde pie.
O Entre las impulsadas a motor tenemos las cizallas-guillotinas, y las tijeras ycizallas
mecánicas o a motor.
Aserrado
El aserrado es el corte de un material con desprendimiento de viruta.
Tiene la ventaja sobre el cizallado que se puede
aplicar a espesores mucho mayores. El aserrado se
realiza con la sierra de mano o con sierras mecáni-
cas. Esta última la estudiaremos en el apartado de
máquinas herramientas.
La sierra de mano consta del arco de la sierra, que
sirve para sujetar y tensar la hoja de sierra, y de la
hoja, que es la parte activa de la operación.
La forma correcta de manejo de la sierra se mues-
tra en la figura 4.14. La sierra tiene que formar un
ángulo entre 20 y 30° con la superficie de la pieza.
Fig. 4.14.
Sierra de mano ydetalle del procedimiento de serrado.
Unidad didactica 4. Mecánica básica
Cincelado yburilado
El cincelado y burilado tienen como objetivos:
O Trocear o cortar chapas o perfiles delgados sin desprendimiento de viruta.
O Rebajar material sobrante en una parte determinada de la pieza a trabajar por
desprendimiento de virutas (cincelado exterior).
O Ranurar en desbastes superficies interiores (cincelado interior).
El tincel Ocortafrío
El cincel es un útil cortante en forma de barra rectangular terminada en cuña y fabri-
cada en acero duro templado en la punta. Se suele fabricar en diferentes tamaños
según el trabajo al que se destine. Consta de tres partes: la cabeza, sobre la que se
golpea el cincel; el cuerpo, de sección rectangular u oval para agarrarlo, y el filo o
cortante.
Fig.4.15.
Cincel yproceso de cincelado.
Fig.4.16.
Pelacables y cortado de cables con
las tijeras de electricista.
Material sobrante
Plela para Cincelar
El buril ylas gubias
Ambos tipos de herramientas son formas especiales de cinceles y se emplean para
trabajos más especificos, como abrir canales rectos o curvos.
O Buril. Tiene la arista cortante en sentido transversal a la sección de cuerpo. Tiene,
por consiguiente, la longitud del filo mucho menor, por cuyo motivo se emplea
para abrir canales o ranuras.
O Gubias. Son útiles muy semejante al burilo al cincel plano, pero su boca o filo
suele ser redondeado o curvado. Pueden ser de formas muy variadas, según el
trabajo al cual sean destinadas.
Cortado ymanipulación de cables
Ya hemos hablado del carácter versátil de los alicates para los trabajos de electricista
y concretamente para la manipulación y cortado de cables. Pero, como ya sabes,
existen otras herramientas especificas para realizar estas funciones: las tijeras y nava-
jas de electricista y el pe/acables.
Unidad didactlCa·1 Mecánica básica
F
ig. 4.17.
Dos tipos diferentes de limas.
Fig. 4.18.
D
etallede la
operación de limado.
Opera(iones de desbastado
ylimado
Las operaciones de desbastado ylimado consisten en rebajar o pulir la superficie de una
pieza, arrancándole o erosionando pequeños trozos de la misma, con el empleo de
una lima adecuada.
El limado se realiza por frotación, deslizando suave y acompasadamente la lima so-
bre la superficie que hay que rebajar.
En el limado se pueden distinguir estas tres operaciones básicas siguientes:
O El desbastado. Se realiza empleando una lima de picado basto, que arranca mate-
rial en grandes limaduras. Este limado deja profundas rayas en la superficie de la
pieza.
O El afinado oaplanado. Se hace empleando, prime-
ramente, limas de picado entrefino y, a conti-
nuación, limas finas, lo que hace que la superfi-
cie de la pieza que se está trabajando quede
libre de huellas apreciables a simple vista.
O El pulido o acabado de las piezas. Se logra con una
lima fina sobre la que se deposita tiza. La tiza se
hace pasar entre los dientes de la lima, hasta
que queden rellenados. El pulido debe realizar-
se ejerciendo poca presión sobre la lima y guar-
dando especial atención en que ésta se man-
tenga sin limaduras adheridas al picado, ya que,
de lo contrario, éstas podrían rayar la superficie
que se tiene que pulir.
Cuando se desea limar materiales muy duros como
el hierro o el acero, deben emplearse limas de pica-
do fino, y para materiales blandos como el cobre, el
aluminio, etc., limas de picado basto. Para el plomo
y la madera se emplean limas especiales llamadas
escofinas.
Fig. 4.19.
Fijate en lapostura correcta para limar, especialmente
en laposición de los pies.
Fig.4.20.
Procedimiento de doblado de una
chapa.
Actividades
Unidad didáctlc" 4. Mecánica básica
Operaciones de doblado ycurvado
El doblado o plegado es una operación mecánica que modela una chapa, un perfil, un
tubo o una pieza mecánica en varias caras o secciones con un cierto ángulo entre
ellas.
Por su parte, el curvado de chapas es una operación mecánica que consiste en do-
minar la chapa sobre un soporte cilíndrico de modo que ésta adquiera la misma
curvatura.
Herramientas de per(usión
El ejemplo más claro de curvado es el de
la obtención de tubos cilíndricos a partir
de una plancha completamente plana.
El doblado y el curvado pueden realizarse
manualmente y en frío si los materiales
son de poco espesor. Para realizar estas
operaciones necesitaremos, además de
las herramientas de sujeción que ya he-
mos visto, las herramientas de percusión.
Para chapas o perfiles gruesos se necesi-
tará el empleo de máquinas de prensado
y, además, en muchas ocasiones, con-
vendrá realizar un calentamiento previo
del material para poder llevar a cabo el
trabajo con mayor facilidad.
Son aquellas herramientas que sirven para golpear un material o una herramienta.
Esta acción es muy habitual en las operaciones de corte con el cincel (que ya hemos
visto), de doblado, de aplastamiento, de clavado, etc.
Las herramientas de percusión más importantes son el martillo y la maza. Ambas
están formadas por dos piezas: el mango y la cabeza. En el mercado existen muchos
tipos según el uso al que irán destinados. La diferencia fundamental está en el tama-
ño y, sobre todo, en la forma y el material de la cabeza.
9. Elabora un esquema o mapa conceptual con todas las operaciones de mecanizado y las herramientas implica-
das que hemos visto en este apartado.
10. El "pico de loro" es un tipo de alicates que no hemos visto. Busca información sobre esta herramienta, dibújala
e indica que tiene de especial respecto de unos alicates universales.
11. Explica las diferencias que hay entre los procesos de cizallado, serrado o cincelado para cortar un material. Indi-
ca para qué materiales y situaciones está recomendado cada uno de ellos.
12. Busca información sobre los diferentes tipos de limas que existen para trabajar con el hierro y clasifícalas ade-
cuadamente según: la forma de la lima, el tamaño y las características del picado. Indica para qué trabajos está
recomendada cada una.
13. Explica las técnicas, las herramientas y el proceso que seguirías para hacer un pliegue de 90°en una plancha de
hierro de 2 mm de espesor.
Unidad dldactlCa 4 Mecánica básica
Uniones
Fig. 4.11.
Tornillos ytuercas de diferentes
tipos y tamaños.
Forma parte de las operaciones de mecanizado la unión de diferentes piezas o
elementos para formar un conjunto. Las uniones se pueden dividir en dos grandes
grupos: las desmontables y las fijas.
O Las uniones desmontables. Son aquellas que se pueden montar y desmontar varias
veces sin modificar el tipo de unión y sin que sus piezas resulten dañadas. Las
uniones roscadas son las más importantes y las trataremos a continuación. Sin
embargo, es conveniente saber que hay otros tipos no roscados como los pasa-
dores (o clavijas). las chavetas, las lengüetas, los ejes estriados y las guías.
O Las uniones fijas. Son aquellas que una vez realizadas no se pueden desmontar sin
riesgo de romper las piezas que componen el conjunto. Hay de varios tipos: re·
bladas, soldadas, pegadas o clavadas. Por su importancia en los procesos de
mecanización en este libro veremos las dos primeras.
Uniones roscadas
Ros(as, tornillos ytuertas
El elemento fundamental de este tipo de uniones es la rosca.
Una rosca es una hélice construida sobre un cilindro, con un perfil determinado y de
una manera continua y uniforme. Si la hélice es exterior, tenemosel conocido tornillo,
si, por el contrario, la hélice es interior, tenemos una tuerca.
La parte saliente de la hélice recibe el nombre de filete o hilo, mientras que el canal
que queda entre ellos se llama entrada.
Para permitir la estandarización universal de tornillos y tuercas, independientemente
de su fabricante, las roscas se normalizan según diferentes sistemas internacionales,
en la actualidad los sistemas más empleados son los siguientes:
O El sistema de roscado ISO métrico (adoptado en España por UNE).
O El sistema Whitworth (BSW).
Herramientas para atornillar ydestornillar
Los destornilladores
Se usan principalmente para sujetar, apretar y aflojar torni-
llos con ranura en su cabeza. Tienen tres partes: el mango,
el vástago y la boca o punta. Los destornilladores deberán
estar siempre provistos de mango aislante, generalmente de
plástico.
El tamaño del destomillador debe ser apropiado al tamaño y
al tipo del tornillo que hay que apretar o aflojar. La punta pue·
de adoptar en su extremo diversas formas: plana, Phil/ips o es-
trella, Posidrivo de 6 ranuras, Al/en o hexagonales, Torx, etc.
Los destornilladores deben mantenerse siempre afilados y
no tienen que utilizarse para otros usos que los mencionados
aquí. Además, cuando se trabaja en circuitos bajo tensión no
deberemos tocar nunca el vástago ni la boca.
Fig. 4.21.
Dilerentes tipos de destornilladores ydetalle de sus puntas.
e)
d)
e) ~=:..
I
fig. 4.23.
Llaves fijas de diferentes tamaños:
a) Llave acodada de estrella;
b) Llave fija plana;
e) Llave inglesa;
d) Destornilladores·llave o de
vaso;
e) Llaves Allen.
fig. 4.24.
Remachadora yremaches.
Unidad dldac1lc , Mecánica básica
Las llaves
Son herramientas de acero o acero al cromo-vanadio (material muy resistente) que
sirven para apretar y aflojar tuercas y tornillos. En el montaje de automatismos y cua-
dros eléctricos son imprescindibles. Las más conocidas son las siguientes:
O Llaves fijas planas. Son las más empleadas y pueden ser de una o dos bocas. Sir-
ven para tornillos y tuercas de cabeza hexagonal o cuadrada.
O llave inglesa oajustable. Llave extensible y muy utilizada, cuya cabeza se ajusta a la
medida de la tuerca o tornillo mediante un tornillo sinfín.
O Llaves de estrella. Empleadas sólo cuando es posible un pequeño desplazamiento
de la llave.
O Llaves de tubo. Son llaves fijas para tuercas hexagonales. Se emplean en lugares
inaccesibles para otras llaves.
O Oestornillador-llave. Es un destornillador especial con la boca hexagonal y hueca
que permite colocar tuercas y tornillos con este tipo de cabeza.
O Llaves Allen. Sirven para tornillos con cabeza hexagonal interior.
Uniones roblonadas oremachadas
El roblonado es un procedimiento de ensamblaje por el cual se realiza una unión fija
de dos o más piezas mediante roblones, más conocidos como remaches.
Los remaches deben colocarse en materiales resistentes al martilleado, que no sean
frágiles. Los remaches son varillas cilíndricas, generalmente de acero dulce, cobre,
aluminio o algunas de sus aleaciones, con cabeza en uno de sus dos extremos. Es-
tán compuestos del cuerpo cilíndrico, llamado vástago o espiga, y de la cabeza.
El procedimiento de remachado se puede realizar de estas dos formas:
O Introducimos el cuerpo del remache en los agujeros de las chapas que se tienen
que unir y martilleamos la parte sobrante de modo que quede una nueva cabe-
za que garantice la unión. Para diámetros superiores a los 10 mm esta operación
suele realizarse en caliente.
Mediante remachadoras automáticas. Introducimos la cabeza del remache en
los agujeros de las chapas que deben unirse y mediante la remachadora se ex-
trae la espiga de la cabeza. Así pues, la cabeza del remache se deforma y se
hace más ancha y corta, consolidando la unión.
Unidad didác!ic I 1 Mecánica básica
fig. 4.2S.
Soldador eléctrico y rollo
de estaño.
Uniones soldadas
El soldado o la soldadura es la unión física de dos o más piezas metálicas para formar
una sola pieza por medio de la aplicación de calor. Generalmente, se incorpora al-
gún metal que, fusionado con las piezas, da resistencia mecánica a la unión.
Podemos diferenciar entre diferentes tipos de soldadura, los más importantes son:
la soldadura blanda, la soldadura fuerte y la soldadura oxiacetilénica.
Soldadura blanda
Es muy utilizada para soldar hilos, cables y componentes eléctricos, pero también se
utiliza para la unión de chapas, piezas de latón, hojalata, cobre o bronce y en solda-
dura de tubos, por ejemplo en instalaciones de fontanería y gas.
Se basa en el aprovechamiento del efecto Joule junto con la aportación de otro
material de fácil fusión, normalmente estaño, plomo o aleaciones de ambos meta-
les. Este tipo de soldadura se emplea generalmente para soldar piezas empleando
temperaturas inferiores a unos 200 o
c.
Las herramientas típicas para fundir el estaño o el plomo son la lamparilla (lámpara),
normalmente de butano, y el soldador eléctrico.
lámpara de butano. Es de bajo peso, económica, y fácil de emplear. Está formada
por una pequeña bombona de gas y un mechero. El mechero lleva incorporada
una llave de paso para regular la salida del gas y de la llama. Para encenderla, se
aplica la llama de una cerilla a la boca del mechero y se abre lentamente la llave
hasta que el gas se inflame.
Soldador eléctrico. Aunque tenemos de diferentes tipos y formas, todos ellos se
basan en una resistencia eléctrica alojada en una pieza tubular refractaria. Una
punta de cobre, insertada en el extremo de la pieza refractaria, se calienta al
conectar el soldador a la red eléctrica. Así se consigue en la punta la temperatu-
ra necesaria para la fusión del estaño. La pieza refractaria que contiene la resis-
tencia va recubierta con un mango aislante térmico y eléctrico para poder coger
el soldador sin problemas.
Existe un tipo de soldador eléctrico, llamado soldador rápido, que va provisto de un
transformador con el secundario conexionado a una punta especial que, al ser re-
corrida por la corriente eléctrica, se calienta rápidamente produciendo la fusión del
estaño. La forma del soldador es de pistola, con un gatillo que permite encenderlo.
El tamaño y la potencia del soldador deben ser adecuados a la pieza que se tiene
que soldar.
Soldadura fuerte
También se basa en la producción de calor por efecto Joule. En este caso, el mate-
rial que se aporta suele estar en forma de varillas metálicas de composición parecida
a los metales que hay que unir. Básicamente son dos los tipos de soldadura eléctrica
fuerte: por arco y por puntos.
Fig. 4.26.
Soldadura por arco voltaico.
Actividades
Unidad dldac!lca 4. Mecanica basica
Soldadura por arco
Se utiliza un transformador que proporcione una gran cantidad de corriente en su
secundario (reduciendo la tensión). En la salida del transformador se conectan dos
cables flexibles.
Un cable se une con la pieza metálica que hay que soldar gracias a una pinza con
mango aislante.
El otro se une a otra pinza, a la cual se fija un electrodo o varilla con revestimien-
to especial.
Al separar ligeramente este electrodo, se forma un arco luminoso que engendra ca-
lor suficiente para fundir el material de las piezas en el punto de unión y de la propia
varilla, de modo que se soldan las piezas. De esta forma, la varilla se va gastando
progresivamente.
Soldadura por puntos
Es un método similar al anterior y muy utilizado en la industria automovilístíca. El
principio de funcionamiento está basado en el calor producido por la corriente eléc-
trica en los puntos de contacto.
Se emplea una máquina con unos brazos metálicos, rematados en unas puntas
de cobre aleado con cadmio, cromo, tungsteno, etc. Los brazos son articulados
manualmente por el operario o automáticamente mediante ordenador o autómata
programable, de forma que abren o cierran las puntas, oprimiendo entre éstas las
piezas que se sueldan. Las corrientes oscilan entre los 1.000 A y los 100 kA.
Soldadura autógena uoxia(etiléni(a
Emplea como fuente de calor para fundir los metales que hay que soldar la llama
de un soplete alimentado por una mezcla de oxígeno con un combustible, general-
mente acetileno, que se quema con él. El acetileno se inflama a los 350 oC y produ-
ce una llama muy luminosa al arder en el ambiente.
Tanto el oxígeno como el acetileno se suministran independientemente en bom-
bonas o botellas, equipadas con válvulas de abertura y manómetros indicadores de
presión. El dispositivo que utiliza el operario para realizar la soldadura, y por donde
sale la llama, es conocido como soplete. Los gases en combustión son capaces de
alcanzar temperaturas del orden de 3.160 o
c.
14. Pon el nombre que corresponde a cada tipo de boca para
los siguientes destomilladores. 8
15. Haz un listado exhaustivo de la tomillería habitual en traba-
jos de mecanizado para electricistas: tipos de tomillo, tuer-
cas, arandelas, etc.
16. Explica el principio de funcionamiento de los diferentes
tipos de soldadura que has estudiado en este apartado. Am-
a o
plia un poco tu información e indica algunas aplicaciones de cada uno de ellos.
e d e
17. En la construcción y en el montaje de un cuadro eléctrico, indica las diferentes uniones que realizarás. Señala
para cada una de ellas el tipo de unión de que se trata y cómo se ejecuta.
18. Si como futuro técnico en electricidad debes montar tu caja de herramientas, indica aquellos utensilios que
deberías tener en tu caja. Haz una lista con las herramientas que serían imprescindibles y otra con aquéllas de
las que podrías prescindir, aunque es aconsejable tenerlas.
Unidad didactica 4. Mecánica básica
Fig.4.27.
Broca helicoidal típica.
Operaciones (on máquinas herramientas
Hoy en día, muchas de las operaciones de mecanizado expuestas en los apartados
anteriores pueden realizarse utilizando unas máquinas herramientas.
Las máquinas herramientas son las que llevan incorporada una herramienta que es mo-
vida por acción de un motor.
Estas máquinas tienen como objetivo sustituir el trabajo manual por el trabajo
automático en la fabricación de piezas, o llevar a cabo operaciones que son prác·
ticamente imposibles o muy difíciles de realizar a mano (trabajos peligrosos, de
mucha precisión, etc.).
En nuestro trabajo como montadores de cuadros eléctricos, la operación más habi·
tual que realizaremos con una máquina herramienta es el taladrado. Sin embargo,
existen otras operaciones, más propias del entomo industrial, que debemos cono·
cer: el torneado, el fresado, la rectificación y el aserrado.
Operaciones de taladrado
El taladrado tiene como objetivo la realización de agujeros por corte de virutas sobre
un determinado material.
Brocas
La herramienta con la que se realizan los taladros es la broca. Consiste en una barra
de acero templado con una hélice a lo largo de su superficie, afilada de tal manera
por un extremo de la hélice que, al girar, penetra en el cuerpo que hay que taladrar,
de modo que va cortando pequeñas porciones (virutas).
Hoy en día, las brocas más generalizadas son las llamadas brocas helicoidales. Las
demás pueden considerarse brocas especiales (brocas helicoidales de más de dos
ranuras, de pezón, fresas, brocas para avellanar, brocas con ranuras, brocas de aguo
jeros para lubricación, etc).
La taladradora
Para realizar la operación de taladrado, hay que dar a la broca dos movimientos
básicos: un movimiento principal de rotación, para obtener la velocidad de corte
adecuada, y otro de avance o penetración, en la dirección de su eje. Estos dos mo-
vimientos los obtenemos por medio de una máquina herramienta llamada taladra·
dora o simplemente taladro.
Las taladradoras se dividen en diferentes tipos, en función de su constitución y com-
plejidad. Las más comunes son las siguientes:
O Taladradoras de columna. El armazón principal está constituido por una columna
redonda, en la cual se apoya el brazo, capaz de deslizarse verticalmente y girar
sobre ella.
O Taladradoras de sobremesa. Parecidas a las anteriores, tienen menor tamaño, y per-
miten colocarlas encima de un banco o mesa.
O Taladradora portátil. La más estandarizada, ya que por su bajo precio es una herra·
mienta imprescindible, no solamente en el taller mecánico o eléctrico, sino tam-
bién en casa.
Las brocas suelen sujetarse a las taladradoras por medio de unas pinzas llamadas
portabrocas.
UOIdad dldactlca Mecánica básica
La colocación de la broca debe hacerse de forma que no oscile ni resbale o patine
durante el taladrado. tosta debe quedar bien fijada y centrada, y el portabrocas debe
estar siempre limpio para evitar que una posible acumulación de suciedad o virutas
haga que la broca quede mal posicionada. Jamás deberá golpearse ni forzarse el
portabrocas.
Fig. 4.28.
Proceso de taladrado con taladradora
de sobremesa.
Es muy importante en el proceso de taladrado seleccionar la broca adecuada según
el material que hay que taladrar, elegir la velocidad de taladrado correcta y refrige-
rar la broca, si fuera necesario.
~1 (~ . Otras operaciones
Las operaciones anteriores, como el uso del taladro o de una sierra automática, son
muy comunes y realizadas a menudo por aficionados al bricolaje. A parte de las
operaciones presentadas, existen otras que necesitan una gran destreza por parte
del operario: el torneado, el fresado y la rectificación. También veremos la opera-
ción de aserrado con sierra automática.
Aunque algunas de estas operaciones se pueden realizar con máquinas herramien-
tas portátiles, hoy en día, existen máquinas controladas por ordenador, denomina-
das máquinas herramienta con control numérico o máquinas herramienta con CNC
(computer numerical control/el") para realizar estas operaciones.
El control numérico es un sistema de gobiemo automático de máquinas que, bá-
sicamente, consiste en transmitirles una serie de órdenes de trabajo (secuencia de
operaciones) por medio de un programa de ordenador.
El torneado
Es la operación mecánica que consiste en trabajar o mecanizar una amplia variedad
de cuerpos de revolución (cilindros, conos, esferas, etc.) y practicarles roscas de
diferentes tipos y formas utilizando una máquina-herramienta llamada torno. Las
operaciones principales del torneado son las siguientes:
Cilindrado.Obtención de superficies cilíndricas de revolución.
Roscado. Obtención de roscas, tornillos y espárragos en el caso de roscado exter-
no, y de tuercas en el caso de roscado interno.
Taladrado.
Fig. 4.29.
Unidad didactica 4. Mecánica básica
El fresado
Es la operación mecánica que consiste en trabajar o mecanizar cuerpos prismáticos
mediante el arranque de viruta, como por ejemplo el mecanizado de superficies pla-
nas, la realización de ranuras, los dientes en piezas y engranajes e, incluso, el trabajo
en superficies curvas y alabeadas.
Estas operaciones se efectúan mediante herramientas de corte especiales llamadas
fresas, montadas sobre una máquina herramienta conocida como fresadora.
La rectificación
Es una operación de conformación de piezas en la cual el material sobrante que se
encuentra sobre la superficie de una pieza es eliminado por granos abrasivos de una
herramienta denominada mola.
Las máquinas herramientas sobre las cuales se monta la mola reciben el nombre de
rectificadoras.
El aserrado
L
a rectificación permite un mejor
acabado de las piezas. Al hablar de las operaciones de serrado hemos hecho referencia a la utilización de
sierras mecánicas. Las hay de varios tipos:
Actividades
O (irculares. La herramienta de corte es un disco metálico.
O De vaivén. Consiste en una hoja dispuesta en una máquina que realiza unos mo-
vimientos similares a la serrada manual.
De cinta. El corte lo realiza una cinta cerrada que se mueve siempre en el mismo
sentido.
De todos modos, como hemos comentado, su utilización se concentra en el entorno
industrial, por lo que para el montaje de cuadros emplearemos habitualmente la
sierra manual.
19. Con la taladradora se realiza a menudo una operación denominada achaflanado. Indica qué es, cómo se realiza
y para qué sirve.
20. Infórmate en una tienda especializada en material mecánico o en Internet sobre los tipos de broca existentes:
tamaños, materiales de fabricación y aplicaciones.
21. Imagínate que debes realizar un agujero de 8 milímetros de diámetro en una plancha de hierro de 10 centíme-
tros de grosor. Indica lo siguiente:
El tipo de taladradora y de broca (material, diámetro y forma) que necesitarías.
Si te haría falta alguna pieza de sujeción.
El proceso de realización de la operación.
El equipo de protección necesario.
22. Como futuro técnico en electricidad, realiza una lista con aquellas operaciones de mecanizado estudiadas en
esta unidad didáctica que creas que son necesarias para el montaje de automatismos y cuadros eléctricos.
23. Los términos siguientes se refieren a diferentes tipos operaciones de mecanizado hechos con máquinas herra-
mientas. Indica en qué consisten: el cilindrado, el refrentado, el roscado, el cajeado o ranurado, el taladrado, el
moleteado, el mandrinado, el afinado.
24. ¿Qué mejoras aporta la aplicación del control numérico en las operaciones de mecanizado hechas con máqui-
nas-herramienta?
Unidad d,dacl,ca 4. Mecánica básica
La seguridad en las operaciones
de mecanizado
Normativa mano
de seguridad laboral
A nivel nacional, la política de seguridad y salud laboral viene descrita en la Ley de
Prevención de Riesgos Laborales (LPRL), de 8 de noviembre de 1995. Esta ley se
sustenta sobre el artículo 40.2 de la Constitución y en la Directiva marco europea
89/391 ICEE y, también, en los compromisos adquiridos con la Organización Interna-
cional del Trabajo sobre la seguridad y salud de los trabajadores.
La Constitución en su artículo 40.2 dice: «Asimismo, los poderes públicos fomenta-
rán una política que garantice la formación y readaptación profesionales; velaran por
la seguridad e higiene en el trabajo y garantizarán el descanso necesario, mediante
la limitación de la jornada laboral, las vacaciones periódicas retribuidas y la promo-
ción de centros adecuados».
Por otro lado, la Directiva marco europea 89/391/CEE establece las medidas que
deben aplicar los países miembros para la mejora de la seguridad y salud de los
trabajadores
Los objetivos que pretende conseguir esta ley son:
Prevenir los riesgos profesionales para la proteger la seguridad y la salud.
Eliminar oreducir los riesgos derivados del trabajo.
Informar yfomentar la participación de los trabajadores en la prevención de acciden-
tes y enfermedades profesionales.
Además de esta normativa básica, hay que añadir la gran cantidad de legislación en
función del sector empresarial o industrial. También existe normativa de ámbito de
aplicación autonómico y local, y una gran variedad de normas que detallan las carac-
terísticas que deben cumplir y la forma de ensayo de una gran variedad de equipos
y elementos de protección (individuales o no).
El Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo publica unas guías orien-
tativas, de interpretación y aplicación de los diferentes reglamentos que aplican y
desarrollan la LPRL. Por ejemplo, es importante para este ciclo formativo conocer la
publicación de la Guía técnica para la evaluación y prevención de los riesgos relacio-
nados con la protección frente al riesgo eléctrico, donde podrás encontrar mucha
más información sobre seguridad en trabajos eléctricos.
En esta unidad vamos a centrarnos en relacionar los riesgos laborales a los que como
trabajador puedes estar expuesto en las operaciones de mecanización, en la siguien-
te unidad nos referiremos a los riesgos en los trabajos eléctricos. Después, vamos a
estudiar los diferentes equipos de protección que puedes encontrar en el mercado
para protegerte de aquellos riesgos que no puedan ser eliminados o reducidos, por
otros medios.
Unidad d,dactica 4. Mecánica básica
La responsabilidad de empresas y
trabajadores
En su artículo 14, la Ley de Prevención de Riesgos Laborales exige que la empresa
garantice la seguridad y la salud de los trabajadores a su servicio en todos los aspec-
tos relacionados con el trabajo. Así, en el marco de sus responsabilidades, la empre-
sa promoverá la prevención de los riesgos laborales y adoptará las medidas que
sean necesarias para la protección de la seguridad y la salud de los trabajadores.
El artículo 17 establece la obligación de las empresas de proporcionar Equipos de
Protección Individual (EPI) adecuados a los trabajadores, para la realización de sus
funciones y, además, de velar por su uso correcto según el tipo de tareas.
El artículo 29 especifica que los trabajadores deben velar, mediante sus posibilida-
des y el cumplimiento de las medidas de prevención que se adopten en cada caso,
por su propia seguridad y salud en el trabajo y también por el de las personas o
trabajadores a los cuales afecta la actividad profesional. Los trabajadores están obli-
gados a:
O Utilizar y cuidar correctamente los equipos de protección individual.
O Colocar, después de usarlo, el equipo de protección individual en el lugar indi-
cado para ello.
O Informar de inmediato a su superior jerárquico directo de cualquier defecto, ano-
malía o daño apreciado en el equipo de protección individual utilizado que, a su
juicio, pueda entrañar una pérdida de su eficacia protectora.
O Contribuir al cumplimiento de las obligaciones establecidas por la autoridad
competente con el fin de proteger la seguridad y la salud en el trabajo.
Cooperar con el empresario para que éste pueda garantizar unas condiciones
de trabajo que sean seguras y no entrañen riesgos para la seguridad y la salud
de los trabajadores.
1 Origen de los accidentes con
herramientas ymáquinas-herramienta
portátiles
En la mayoría de las operaciones de mecanizado que vayas a ejecutar en tu vida
profesional como técnico para el montaje de instalaciones de automatización y de
cuadros eléctricos usarás herramientas manuales y con máquinas-herramienta portá-
tiles eléctricas (taladros, fresas, destornilladores, radiales, sierras de calar y circulares,
etc.) como has estudiado en el apartado anterior.
La mayoría de los accidentes en el uso de las herramientas manuales, y también de
las máquinas-herramienta, tienen su origen en tres factores:
utilización no adecuada de la herramienta. Se usa para una función para la cual no fue
diseñada o bien, aunque corresponde la función, la herramienta no tiene las di-
mensiones adecuadas a la tarea. Podríamos encontrar una gran variedad de
ejemplos de uso inadecuado:
Utilización de destornilladores o limas para hacer palanca o como cincel.
Utilización de destornilladores con la punta no adecuada o bien de tamaño no
adecuado a la tarea.
Unidad dida(ti(a 4. Mec~nica básica
o Utilización de destornilladores sin aislamiento en trabajos eléctricos.
o Utilización de llaves fijas o bien alicates para golpear, en lugar de un martillo.
Utilización de llaves fijas de dimensiones no acordes con el esfuerzo, y de tu-
bos sobre llaves para incrementar el par.
Golpear con el mango de la herramienta, por ejemplo, de un martillo.
Utilización de cinceles demasiado largos o demasiado cortos, o bien con un
temple no adecuado al material sobre el que se trabaja.
Utilizar cinceles para hacer palanca o como destornilladores.
o Escoger una hoja de sierra no adecuada, en material y tipo de dientes, al ma-
terial que se debe cortar.
o Herramienta en mal estado omal mantenida: Por ejemplo:
Destornilladores con la punta en mal estado, mellada o sin filo o bien con
mango rajado.
o Martillos u otras herramientas con el mango flojo, rajado, desportillado o con
astillas.
Cinceles con rebabas o con filos mellados, o bien faltos de afilado.
Alicates o tenazas con las puntas degastadas, holguras en el eje, filos de la
boca mellados o deformados, cuadriculado o estrías desgastados (en alicates
de agarre).
Llaves fijas con las mordazas desgastadas, deformadas o melladas, husillo con
exceso de holgura o desgastado.
Limas sin mango, con mango rajado o sin la correcta sujeción a la lima, dientes
muy gastados o embotados, o bien engrasados.
o Desconocimiento de la técnica de trabajo. Por ejemplo:
En el uso de martillos: Coger el mango demasiado cerca de la maza, golpear
con exceso de violencia o sobre una pieza o herramienta templada no prepa-
rada para ello.
En el uso de destornilladores: Atornillar o desatornillar oblicuamente, sostener
la pieza sobre la que se trabaja con la mano o utilizar una llave para aumentar
el esfuerzo.
En el uso de alicates y tenazas: Sujetar de forma incorrecta la pieza, golpear
sobre las mordazas con un martillo para cortar, apretar poco o en exceso.
En el uso de llaves fijas: utilizar tubos prolongadores para aumentar el par, usar
la llave al revés, empujar en lugar de tirar.
En el uso de limas: sostener la pieza sobre la que se trabaja con la mano, lim-
piarla golpeando con otros objetos.
En el uso de sierras: rozar con objetos metálicos si las hojas son para madera,
utilizar demasiada fuerza, no sujetar adecuadamente la pieza y no utilizar un
ángulo de serrado adecuado.
En el uso de cincel y el buril: golpear de forma oblicua sobre él, utilizarlo en
distancias cortas, hacia las personas.
• I Unidad didactica 4. Mecánica básica
Ejemplo 4.1
Indica para las siguientes má-
quinas-herramienta un ejemplo
de utilización no adecuada, he-
rramienta en mal estado o con
un mantenimiento inadecuado
yde desconocimiento de la téc-
nica de trabajo.
¡Importante!
Cuando las herramientas no se estén utilizando se deberán ordenar y guardar en si-
tio adecuado, caja o carro de herramientas, por ejemplo, evitando el riesgo de lesio-
nes por dejarlas en sitios peligrosos (pueden ocasionar caidas si se tropieza con ellas,
o caer sobre alguien, etc.).
Los accidentes con máquinas-herramienta eléctricas,tienen los mismos tres factores,
que acabamos de ver, como origen de accidentes. Piensa que éstas consisten en un
motor eléctrico cuya fuerza motriz del eje acaba manejando una herramienta: hoja
de sierra, broca, fresa, cincel, tija y punta de destornillador, etc.
Máquina- Utilización Herramienta Desconocimiento de la
herramienta no adecuada en mal estado técnica de trabajo
¡"'O;, "" ""<ó Utilizar un taladro No tener en cuenta el diámetro
Taladro
para acero cuando con el cable en mal de la broca yel material para
queremos agujerear estado, perdida de fijar el número de revoluciones
una pared de ladrillo. aislamiento. de la broca.
Elegir una hoja no
No mantener vertical la
Sierra de
adecuada al tipo de Sierra sin resguardo
sierra de calar e imprimir un
calar
material y al grosor de protección o con el
esfuerzo en el sentido del corte
de la pieza quese va resguardo roto.
excesivo.
a cortar.
i1iJ !h Riesgos que generan las herramientas
ylas máquinas-herramienta portátiles
Algunos de los riesgos que generan el empleo de las herramientas y máquinas-he-
rramienta son los siguientes:
O Proyección de fragmentos, que pueden provocar lesiones oculares y quemadu-
ras (partículas incandescentes), entre otras.
O Sobreesfuerzos que pueden ocasionar lesiones musculares y óseas.
O Golpes, erosiones y cortes, sobre todo en extremidades superiores.
O Ruidos y vibraciones.
O Generación de polvo.
O Quemaduras.
Además, las máquinas-herramienta portátiles, casi todas eléctricas, presentarán ries-
gos de tipo eléctrico como los contactos directos e indirectos.
En el uso de soldadores, existe el riesgo de lesiones oculares y de quemaduras, por
las partículas incandescentes y por contacto con el soldador.
Cuando el diseño de la herramienta -o bien de la máquina-herramienta-, los sistemas de protección colectiva ylos procedi-
mientos ymétodos de trabajo no sean suficientes para eliminar los riesgos, los trabajadores deberán utilizar los Equipos de
Protección Individual que sean necesarios.
Los EPI deben ser el último recurso en la eliminación de los riesgos ysiempre se deben utilizar como medida de protección
complementaria a las anteriores.
Unidad dldactlca 4. Mecánica básica
Ij ') Medidas para evitar riesgos en las
operaciones de me(anizado
Las medidas necesarias para reducir o suprimir riesgos se pueden deducir al analizar
el origen de los accidentes (apartado 4.4.3) y se pueden resumir en las siguientes:
O Se deberá utilizar la herramienta o máquina adecuada al trabajo.
O El operario realizará siempre una inspección visual para comprobar el estado de
mantenimiento de la máquina o herramienta.
O Se deberá utilizar la herramienta o máquina según las instrucciones o procedi-
mientos de trabajo establecidos.
O En ningún caso debe eliminar ni inutilizar ningún de sistema de protección que
incorpore la máquina: por ejemplo, quitar la protección de una amoladora o ra-
dial, manipular interruptores de las máquinas, utilizar fijaciones no proporciona-
das por el fabricante para máquinas portátiles, etc.
Equipos de Prote((ión individual
Se define un Equipo de Protección Individual (EPI) como cualquier equipo destinado a ser
llevado o sujetado por el trabajador para que le proteja de uno O varios riesgos que
puedan amenazar su seguridad en el trabajo, así como cualquier complemento o
accesorio destinado a tal fin (RD 773/ 1997).
Clasificación ytipos de EPI
Los EPI deben responder a las condiciones existentes en el lugar de trabajo, ser
adecuados a los riesgos a proteger y adecuarse a la parte del cuerpo del trabajador,
mediante los ajustes adecuados.
Los podemos clasificar en función de la parte del cuerpo que protegen.
Parte del cuerpo que protegen
Protección de la cabeza (en su totalidad o sólo el
cráneo, cara, ojos, oídos y vias respiratorias).
Tronco (en su totalidad o sólo pecho, espalda,
hombros, abdomen o cintura).
Extremidades superiores: dedos, manos, muñecas,
brazos ycodos.
Extremidades inferiores: pies, tobillos, rodillas y
piernas.
Piel
Ejemplos de EPI
Cascos, gafas, pantallas, cascos auditivos,
tapones, mascaras, etc.
Ropa de seguridad, fajas, mandiles, etc.
Guantes, manoplas, manguitos, dedales,
etc.
Zapatos y botas de seguridad, etc.
Ropa y guantes de seguridad.
También se pueden clasificar, en función del riesgo del cual protegen, en tres cate-
gorías:
O EPI de categoría I ode riesgo mínimo. Son aquellos cuya eficacia la puede el usuario
juzgar directamente, así como percibir sin peligro para su integridad los efectos
de los riesgos cuando éstos son graduales. Son EPI de categoría 1
, los que pro-
tegen al su usuario de:
o Agresiones mecánicas de efectos superficiales.
Unidad didac!ica 4. Mecánica básica
ilmportante!
Para asegurarte de que
un EPI cumple con las exi-
gencias esenciales de se-
guridad y salud, deberás
comprobar que lleva el
marcado CE. Además, le
deberá acompañar un fo-
lleto informativo en el que
figurarán las instrucciones
de uso, mantenimiento,
revisión, resultados de los
ensayos realizados, refe-
rencias a normativas que
cumple, etc.
Productos de mantenimiento poco agresivos o nocivos que provoquen efec-
tos fácilmente reversibles (guantes de protección contra soluciones detergen-
tes diluidas, etc.).
Riesgos derivados de la manipulación de piezas calientes con temperaturas
de exposición para el operario que no superen los 50° e(guantes, delantales
de uso profesional, etc.).
" Agentes atmosféricos que no tengan la consideración de excepcionales ni
extremos (gorros, ropas de temporada, zapatos y botas, etc.).
Pequeños golpes y vibraciones que no afecten a las partes vitales del cuerpo
y que no puedan provocar lesiones irreversibles (cascos ligeros de protección
del cuero cabelludo, guantes, calzado ligero, etc.).
La radiación solar (gafas de sol).
EPI de categoría 11 o de riegos medío o grave. Son aquellos que no pertenecen a la ca-
tegoría I ni a la 1
1
1
, que a continuación se detalla.
O EPI de categoría 111 o de ríesgo alto, muy grave o de muerte. Son aquellos que deben
proteger de accidentes muy graves con posibles consecuencias de muerte o de
lesiones importantes y que no se pueden descubrir a tiempo. Son EPI de cate-
goría 111, los siguientes:
Mascarillas con filtros, que protegen contra aerosoles sólidos y líquidos o con-
tra los gases irritantes, peligrosos, tóxicos o radiotóxicos.
Equipos de protección respiratoria, completamente aislantes de la atmósfera,
incluidos los destinados a la inmersión.
Equipos de protección temporal limitada contra las agresiones de tipo quími-
co o contra radiaciones ionizantes.
Equipos de intervención en ambientes cálidos, equiparables a una tempera-
tura ambiente igualo superior a los 100 o
c, independientemente de la exis-
tencia de llama o de emisión de infrarrojos.
Equipos de intervención en ambientes fríos, equiparables a una temperatura
ambiente igualo inferior a -50 o
c.
Equipos destinados a la protección de las caídas desde altura.
" Equipos destinados a proteger contra los riesgos eléctricos (los veremos en la
siguiente unidad).
EPI más comunes para la protección
en operaciones de mecanizado
Los equipos de protección individuales que más vas a utilizar, como técnico de ins-
talaciones electrotécnicas e industriales, son los siguientes:
O (asco de seguridad (categoría 1
1
). Se utilizará siempre que exista, en realización con
el trabajo, riesgo de impactos en la cabeza. Ya sea porque caigan materiales u
objetos sobre el operario, o bien porque él mismo se caiga. En estos casos su
uso es personal y obligatorio.
Gafas o pantallas faciales (categoría 11). Se utilizan cuando exista el riesgo de choque
o impacto con partículas o cuerpos sólidos, proyección o salpicadura de líquidos,
productos cáusticos o metales fundidos, polvo y humos, sustancias gaseosas
irritantes, y radiaciones o deslumbramientos.
Fig. 4.30.
Pantalla facial, gafas, guantes,
tapones y casco
Fig. 4.31 .
Señales que indican la
obligación de utilizar E
PI.
Actividades
Unidad dldiÍcllca 4. Mecánica básica
o Guantes, manoplas ymanguitos (categoría 11). Se utilizarán en la manipulación de
materiales y herramientas para reducir el riesgo de los golpes, erosiones, cortes,
etc. También para protegernos de los efectos corrosivos de productos quími-
cos.
o Zapatos ybotas de seguridad (categoría 1
1
). Ya sea con plantilla o puntera reforzada
nos protege de golpes, cortes y pinchazos en los pies. El calzado de seguridad
debe adecuarse al medio de trabajo existente (por ejemplo, si debe ser aislante,
conductor, no debe dejar penetrar el agua, etc.).
Estos EPI pueden pasar a ser de categoría III si incorporan propiedades que prote-
gen de los riesgos eléctricos.
-
Señalización indicativa de la obligación de usar EPI
En los lugares de trabajo en que sea necesario el uso de EPI existirán las señales
correspondientes para indicarlo. En la figura 4.31 se indican los pictogramas o seña-
les que indican la obligatoriedad de EPI más habituales para la protección contra
riesgos eléctricos.
25. Haz una tabla de 3 columnas, en la primera debe figurar cada una de las máquinas- herramienta presentadas al
apartado 4.6.; en la segunda, los riesgos derivados del uso de cada máquina y, en la tercera, los EPI más ade-
cuados para protegerse de ellos.
Unidad dldac!ica 4. Mecánica básica
Metrología yoperaciones de medida
La metrología es la ciencia
que estudia la medida de
las diferentes magnitudes,
los sistemas de unidades
y establece los requisitos
para la fabricación de los
instrumentos de medida.
al
TT
v ~
lectura correcta lecturaerrónea
bl ~____----..
o 10 20 30 40
I I I I I
Fig. 4.32.
Error de paralaje (a) y error de
apreciación (b).
Durante el proceso de fabricación de una pieza o cualquier otro objeto es necesario
controlar aspectos como las dimensiones que tiene, el estado de su superficie, etc.
La metrología realiza el estudio de estas mediciones.
Medir es la operación mediante la cual establecemos cuántas veces una magnitud es
mayor o menor que otra tomada como unidad o referencia.
Podemos efectuar multitud de mediciones: longitud, superficie, volumen, ángulos,
peso y masa, fuerza, tiempo, temperatura, diferentes magnitudes eléctricas, etc.
La medición ylos errores
Al efectuar mediciones es inevitable cometer errores. A nivel general, los podemos
clasificar en dos tipos:
O Errores accidentales. Se deben a la manera en cómo efectuamos la medida.
O Errores sistemáticos. Se producen a causa de las características del instrumento
empleado,
Errores aleatorios oaccidentales
Se cometen por la forma de efectuar la medida y pueden ser, principalmente, de
paralaje y de apreciación, Ambos vienen dados en instrumentos analógicos que
tienen agujas indicadoras,
O Error de paralaje. Se comete en instrumentos de aguja cuando, al observar la aguja
indicadora del aparato, la visual no es perpendicular a la escala y se lee una des-
viación mayor o menor que la real.
O Error de apreciación. Depende de la dificultad con la que se aprecie la lectura cada
vez que la aguja indicadora se detiene entre dos divisiones de la escala,
Errores sistemáticos
Se cometen al realizar una medición como consecuencia de las cualidades intrínsecas
de los instrumentos utilizados para la medida y el método empleado, Sólo pueden
ser corregidos empleando aparatos más precisos o modificando las condiciones o
los métodos de medida, Básicamente, podemos hablar de dos tipos de errores:
O Error absoluto (E,l. Se define como la diferencia entre el valor obtenido en la medi-
da (Xm
l y el valor verdadero o convencional ()("l de la magnitud,
E ~X - X
, m ,
Si no se conoce el verdadero valor, debemos tomar varias medidas y aceptar
como valor la media aritmética de los valores medidos. Observa que este error
puede ser positivo o negativo dependiendo de si Xm
es mayor o menor que X"
O Error relativo (E,l, Se define como el cociente entre el error absoluto y el valor con-
vencional de la magnitud ()(,,).
E = ~ = Xm-Xo
r Xo
Xo
Observa que este error es un valor adimensional. También suele expresarse en
tanto por ciento (error relativo porcentual); es decir:
E ~ ~ · 1 00~
, X,
UnIdad dldactIC3 4 Mecánica básica
Ejemplo 4.2
Al medir la longitud de una pieza se obtienen los valores siguientes: 23,1; 23,6; 22,8; 23,5 cm. Indica qué valor debemos esco-
ger como valor real de la longitud de la pieza.
Solución:
Como desconocemos la longitud exacta de la pieza, el valor más probable de la medida será la media aritmética de los valores,
y éste será considerado el valor real de la medida.
Valor medio = 23,1 + 23,6 + 22,8 + 23,5 = 23,25 cm
4
El error en cada medición es la diferencia entre cada medida y la media:
23,1 -23,25 =-0,15
23,6 - 23,25 = 0,35
22,8 - 23,25 = - 0,45
23,5 - 23,25 = 0,25
El valor absoluto de los errores de cada medición es el siguiente: 0,15; 0,35; 0,45; 0,25.
El valor medio de todos losvaloresabsolutoses el error absoluto:
Fig.4.33.
Metro, cintamétrica y regla
graduada.
0,15 + 0,35 + 0,45 + 0,25 = 0,3 cm
4
En el ejemplo anterior, se ha calculado también la media de los errores absolutos de
las med idas efectuadas respecto de la media calculada. Los errores absolutos nos
dan una idea de la calidad de la medida. Por ejemplo, en una superficie de 3 metros
de largo y 60 centímetros de ancho no es lo mismo cometer un error de 6 centíme-
tros en la medida de la anchura que de la longitud.
El error relativo es el cociente del error absoluto y el valor que se asigna a la medi-
da. En el caso anterior, en 60 cm el error relativo es de :0 = 0, 1 Y en 3 m,
3~0 = 0,02. Los errores relativos se expresan en tanto por ciento, que en este caso
son los siguientes:
0,1 x 100 = 10 % de error en anchura
0,02 x 100 = 2 % de error en longitud
A continuación estudiaremos aquellos instrumentos de medida para magnitudes
lineales y angulares. Algunos son sobradamente conocidos, como la cinta métrica;
otros, por lo contrario, no tanto, y conviene conocerlos.
Metros yreglas graduadas
Los metros y las reglas graduadas son instrumentos que permiten medir magnitu-
des lineales (longitudes, espesores, etc.).
O Los metros son cintas o varillas graduadas en centímetros o
milímetros, construidos en madera, acero, latón o aleacio-
nes de aluminio. Por comodidad, el más utilizado es el
metro arrollable, de hasta unos 5 m, y cuya cinta va introdu-
cida en el interior de una cajita.
O La cinta métrica, de más longitud que el metro arrollable,
generalmente de 20 m o 50 m, suele estar realizada de
fibras textiles reforzadas o plástico.
O La regla graduada es una barra rígida de plástico, de made-
ra, de aluminio, de acero, etc., de sección rectangular. La
longitud oscila entre los 10 cm y los 2 m. Conviene indicar
que en todos estos instrumentos, la precisión obtenida
nunca podrá ser mayor que la menor división de ellos.
Unidad dldactica 4 Me(ánica básica
Fig. 4.34.
Tipos de medidas con
el pie de rey:
1) medidas de espesores
y diámetros exteriores;
2) medidas de diámetros interiores;
3) medidas deprofundidades.
El pie de rey ocalibrador
Estructura del pie de rey
El pie de reyes un instrumento muy útil para la medida de magnitudes lineales
como pequeñas longitudes, profundidades, espesores, diámetros, etc. Consta bási·
camente de dos partes:
O Una regla de acero graduada en sus bordes en milímetros y pulgadas, y doblada
en escuadra por un extremo, de modo que constituye la boca fija.
O Una regla menor, también doblada a escuadra, llamada (ursor o corredera, que se
desliza porfrotamiento suave sobre la primera y constituye la boca móvil.
El desplazamiento de la corredera se logra presionando sobre un pulsador, que lle-
va unido de forma solidaria. En la figura siguiente se observan estas tres zonas:
O (on las bocas de exteriores podemos medir espesores y diámetros exteriores.
O (on las bocas de interiores podemos medir diámetros interiores.
O (on la varilla podemos medir profundidades.
I
J
El pie de rey lleva los bordes biselados, en uno de los cuales tiene una graduación
auxiliar especial llamada nonio, nonius o vernier que, al desplazarse, lo hace solida·
riamente al cursor o la corredera. La lectura se realiza en la regla fija, pero el nonio
nos permite apreciar una fracción de la unidad impresa en la regla fija.
El nonio generalmente está dividido en 10 unidades (aunque, para aumentar la
precisión, existen también de 20 y 50 divisiones). El valor de una de sus unidades se
calcula viendo la longitud que abarcan sobre la regla superior las diez unidades de
la reglilla y dividiendo ese valor en 10 partes.
Bocas interiores
1
Boca móvil
Fig. 4.35.
P
artes del pie de rey.
Unidad didactlca 1. Mecánica básica
Pro(edimiento de medida
Para conocer el valor de una medida escribiremos el número tomando las primeras
cifras de la regla fija y la última cifra (generalmente el primer decimal), y la calculare-
mos por medio de la reglilla auxiliar (el nonio). Fíjate en la medida de la figura 4.36.
Lee en la regla fija (la superior) la distancia que va entre su cero y el cero del
nonio. En este caso será de 12 mm.
o A continuación, la siguiente cifra de la medida (las décimas) búscala en la escala
del nonio (la inferior) y será la del número de ésta cuya posición coincida justamente
con una división de la regla. Como la cifra que coincide con una división de la
escala superior es 65, la medida será de 12,65 mm.
O El resultado se expresa con una incertidumbre, igual a una división del nonio; en
este caso 0,05 mm. Por lo tanto, la medida se dará como 12,65 ± 0,05 mm.
Fi9. 4.36. ---~--~~---~--,,-~--------.......
Medidarealizada(on el pie derey:
12,65 mm.
Ejemplo 4.3
Determina la lectura de los pies de rey de las figuras adjuntas:
2 :3 4
~I
!lfl~1Y'¡14',Ll,J'~lV
fft'i't'ftL¡.u.uu;~
0123 456 7 8 9 ° O,06mm
• '" - - .
. "
Solución: 20,00 mm y 20,45 mm.
Tipos de pie de rey
Actualmente, en el mercado existen multitud de pies de rey, como el pie de rey con
indicador comparador, el digital, el de tipo Torner, para la medida de regatas, para
trazar, etc.
Unidad dldaCllca 1 Mecánica básica
Fig. 4.37.
Micfómelro.
Ejemplo 4.4
Micrómetro ypálmer
En medidas de longitudes o espesores de mucha precisión y pequeño valor se em-
plea el tornillo micrométrico o, simplemente, micrómetro. Es un instrumento de pre-
cisión que toma medidas con más exactitud que el pie de rey (del orden de micras).
Los usados para medir exteriores se llaman pálmer.
Estos instrumentos constan de:
O Un cuerpo principal, en forma de herradura que
lleva una tuerca graduada en sentido longitudi-
nal. Está graduado con divisiones cortas (0,5
mm) y largas (1 mm).
O Un tornillo micrométrico graduado en centésimas de
milimetro, con un mango que se ajusta en la tuer-
ca y que representa un tambor graduado con
50 divisiones. El valor de cada vuelta del tornillo
es de 0,50 mm.
Cerrado el micrómetro, el cero de la tuerca y del
tambor coinciden. Por cada vuelta del tambor, el
tornillo micrométrico avanza 0,5 mm. Para utilizar el
micrómetro, se coloca entre las dos bocas o puntas
la pieza cuya longitud o espesor desea medirse, de
modo que se cierran las puntas hasta que se vea
que la pieza queda ajustada. Nunca debe forzarse.
La lectura se obtiene al añadir a las divisiones de la parte fija las centésimas indica-
das en el tambor. Cuando la vuelta no es completa (menos de 0,5 mm) la medida se
aprecia observando las divisiones del tambor.
Observando la lectura del micrómetro de la figura, indica las medidas en cada caso.
___ --.......,~-
-'" 0 - - - - '
g =
- 25
Solución:
En el primero queda al descubierto en la escala longitudinal la marca situada entre el milímetro 4 y el 4,50. Así pues, indica que
la longitud buscada es 4,00 mm y algo más. Sobre el tambor circular del tomillo queda señalada la marca correspondiente al
número 49, entonces las centésimas buscadas que hay que añadir a la cifra serían de 0,49 mm. De esta forma, la medida de
longitud completa queda de la forma siguiente: 4,00 mm + 0,49 mm = 4,49 mm.
En la lectura del segundo, podemos leer que la indicación en la escala horizontal es de 8,50 mm y algo más. Ese
algo más lo concretamos a partir de la escala circular del tornillo, y es de 0,22 mm. La lectura, por lo tanto, será de
8,50 mm + 0,22 mm = 8,72 mm.
Unidad didactica I Mecánica básica
Actividades
26. Al medir el espesor de una pieza se han tomado las medidas siguientes: 4,32; 4,31; 4,35; 4,29; 4,33; 4,35 mm.
Calcula el valor real del espesor, el error absoluto y el valor relativo.
27. Determina la lectura que indica cada uno de los pies de rey siguientes.
28. Determina la lectura que indica cada uno de los micrómetros siguientes.
29. Actividad práctica. Una plancha de chapa de 1,5 a 2 mm
de espesor, 250 mm de ancho y 300 mm de alto simulará la
puerta de un pequeño armario eléctrico. Esta puerta debe
mecanizarse de modo que en ella se ubiquen tres pulsado-
res, un voltímetro y un amperímetro analógico.
Para los pulsadores se deberá realizar unos agujeros de
diámetro de 26 mm y para el voltímetro y el amperímetro
mecanizar la plancha hasta conseguir dejar unos agujeros de
forma cuadrada de 60 x 60 mm. La ubicación en la puerta del
cuadro se indica en el croquis.
Unidad dldawca 4 Mecánica básica
____
Au
_t_
o_
a_
va
_l_
u_
a_
d _
ó____~r¡-----------------
1. Las aleaciones del cobre son denominadas: b) Alicates universales.
a) Latones. e) Alicates de puntas dobladas.
b) Galvanizados. d) Alicates cortaalambres.
e) Niquelados. 7. El cizallado es una operación que se ejecuta con:
d) Bronces. a) Las tijeras de sobremesa.
2. Llamamos acero galvanizado al: b) La sierra de mano.
a) Acero aleado con grandes porcentajes de cro- e) El cincel.
moy níquel.
d) El burilo la gubia.
b) Acero con tratamientos térmicos que le dan
características muy particulares de dureza. 8. Las escofinas realizan funciones de:
c) Acero recubierto de cinc. a) Sujeción.
d) Acero recubierto de estaño. b) Corte.
3. Los cauchos son:
e) Limado.
a) Termoplásticos.
d) Taladrado.
b) Termoestables. 9. ¿Cuál de los siguientes tipos de uniones se clasifi-
e) Elastómeros.
ca como desmontable y no roscada?
d) No son plásticos.
a) Las realizadas con tomillo-tuerca.
b) Las realizadas con pasadores (clavijas).
4. Respecto a las formas de representación pode-
c) Las soldadas.
mos decir que:
a) En un plano que representa una pieza las cotas
d) Las clavadas.
indican las medidas del dibujo.
10. Para atornillar tomillos con cabeza hexagonal inte-
b) Un croquis se deberá realizar a escala. rior utilizaremos:
e) En un plano, independientemente de la escala, a) Un destornillador.
las cotas indican las medidas reales de la pieza
b) Llaves fijas o de tubo.
u objeto que se representa.
d) Un fabricante proporcionará la información téc- c) Unos alicates.
nica sobre sus aparatos, piezas, etc., mediante d) Llaves Allen.
croquis de éstos.
11. El soplete es un dispositivo que se utiliza para:
S. El granete es:
a) Una herramienta para marcar y trazar.
a) La soldadura blanda.
b) Una herramienta para perforar.
b) La soldadura por arco.
c) Una herramienta para cortar.
c) La soldadura por puntos.
d) Una herramienta para desbastar.
d) La soldadura oxiacetilénica.
6. Para doblar conductores y alambres rígidos y pe-
12. La mola es la herramienta que se acopla:
queños trozos de chapa, es conveniente utilizar: a) Al tomo.
a) Alicates de puntas planas. b) A la fresadora.
e) A la rectificadora.
d) A la taladradora.
n. Un error de apreciación en la medida es:
a) Un error sistemático.
b) Un error accidental.
e) Un error de paralaje.
d) Un error absoluto.
14. Con el pie de rey podremos medir profundida-
des:
a) Con las bocas interiores.
b) Con las bocas exteriores.
e) Con la varilla.
d) Con el pie de rey no se pueden medir profun-
didades.
15. Para medir el diámetro interior de un tubo utiliza-
remos:
a) El micrómetro.
b) Las bocas exteriores del pie de rey.
e) Las bocas interiores del pie de rey.
d) La varilla del pie de rey.
16. En el trabajo, necesitas disponer de EPI para com-
plementar la protección contra los riesgos mecáni-
cos existentes. Indica la respuesta adecuada:
a) El empresario sólo tiene la obligación de com-
prar los EPI y comunicar al trabajador que los
tiene a su disposición.
b) El trabajador decidirá si le va bien utilizarlos o
no. Algunos a veces le pueden resultar incómo-
dos y puede decidir no utilizarlos.
e) El trabajador no tiene ninguna responsabilidad
si no utiliza los EPI que el empresario ha puesto
a su disposición, después de haber realizado
formación en seguridad e higiene en el traba-
jo y de encargar inspecciones periódicas para
comprobar que los operarios siguen las medi-
das de seguridad.
Unidad didáctica 4 Mecánica básica
d) El empresario debe realizar una evaluación de
los riesgos y poner medios materiales y forma-
ción para reducirlos al máximo. No es suficien-
te con comprar EPI.
17. Indica los motivos principales que originan los ac-
cidentes en la utilización de herramientas:
a) El precio de las herramientas: cuanto más caras
más seguras.
b) Desconocimiento de la técnica de trabajo.
c) Uso no adecuado al trabajo.
d) Mal estado o deficiente mantenimiento.
17. Indica cuáles de las siguientes situaciones pueden
ser origen de un accidente por usar una herramien-
ta no adecuada.
a) Utilizar un tubo extensor para reducir el esfuer-
zo que hay que hacer al aflojar una tuerca.
b) Utilizar un destornillador sin aislamiento en tra-
bajos eléctricos.
e) Colocar un disco de corte en una amoladora
para desbastar una pieza.
d) Eliminar la protección en una radial.
18. De los siguientes equipos de protección indica
cual de ellos no es un EPI
a) Un casco.
b) Unos guantes.
e) Una señal de uso de EPI.
d) Una pantalla para soldadura.
19. Indica cuáles de las siguientes afirmaciones son
correctas:
a) Unas gafas de sol, para un vigilante de la playa,
no constituye ningún EPI.
b) Unas gafas de sol, para un vigilante de la playa,
constituye un EPI de categoría 1.
c) Una máscara de protección para un pintor que
trabaja con aerosoles tóxicos, constituye un EPI
de categoria 11.
d) Unas botas de seguridad que proporcionan
aislamiento eléctrico, son de categoría 111.
Unidad didáctica 5
Cuadros elé(tri(os
¿Qué aprenderemos?
Qué es un cuadro eléctrico.
O Qué tipos de cuadros eléctricos hay y para qué se emplean.
O Cómo realizamos el cableado de un cuadro eléctrico.
O Cómo ubicamos e identificamos los aparatos que incorpora el
cuadro eléctrico.
O De qué medidas de seguridad debemos dotar a un cuadro eléc-
trico.
O Qué operaciones eléctricas de verificación debemos realizar a un
cuadro.
O Qué pruebas funcionales debemos efectuar a un cuadro eléctri-
co.
Unidad dldaCllca 5 Cuadros e!t!ctricos
Ele((ión y(olo(ación de (uadros eléctri(os
Fig. 5.1.
Aspecto de un cuadro eléctrico.
¿Qué son ypara que sirven
los cuadros eléctricos?
La envolvente utilizada para alojar y fijar los diferentes elementos constitutivos de un
circuito eléctrico recibe el nombre de cuadro eléctrico.
Habitualmente suele ser un armario o caja de protección, en cuyo interior se montan
los equipos y dispositivos bajo tensión, los materiales asociados de mando, medida,
señalización, regulación, etc. y la aparamenta de control, seccionamiento y protec-
ción.
Además de albergar los elementos eléctricos, el cuadro eléctrico debe servir tanto
para proteger a éstos de los rigores ambientales (temperatura, humedad, polvo, etc)
o mecánicos (vibraciones, desplazamientos, etc.), como para proteger el entorno
inmediato del cuadro de las anomalías que pudieran producirse en su interior (des-
cargas eléctricas, derivaciones, fallos de tierra, sobretensiones, explosiones, etc).
La forma y el tamaño de un cuadro eléctrico pueden variar notablemente de-
pendiendo de su funcionalidad, del número de dispositivos que incorpora, de su
lugar de emplazamiento y de su accesibilidad. En este sentido, la norma UNE EN
60439-1 de 2001 establece los requisitos en baja tensión para los conjuntos de
aparamenta de serie (CS) y derivados de serie (CDS). Consecuentemente, se hace
indispensable su consulta cuando deseamos construir o modificar un cuadro eléctri-
co acorde con la normativa .
Los principales factores que determinan la elección del tipo de cuadro eléctrico a
emplear vienen dados por:
O El número, volumen o peso de los dispositivos eléctricos que incluye el cuadro.
O El grado de estanqueidad que el cuadro presenta frente a agentes ambientales
externos y la protección que ofrece respecto de malfuncionamientos intemos.
El grado de protección mecánica que el cuadro presenta frente a golpes o caídas.
El aislamiento eléctrico y accesibilidad que el cuadro presenta al ser manipulado.
UnIdad didaCl1cd 5. Cuadrol eléctricol
Aspectos relacionados con la protección
de los cuadros eléctricos
Prote((ión contra el acceso alas partes peligrosas, la penetración de cuerpos
sólidos extraños yla penetración de agua
La norma UNE 20324, equivalente a la norma europea EN 60529, establece un
sistema de codificación para indicar los grados de protección proporcionados por
la envolvente contra el acceso a las partes peligrosas, contra la penetración de cuer-
pos sólidos extraños y contra la penetración de agua (tabla 5.1l.
Este código está formado por dos números de una cifra cada uno, situados inmedia-
tamente después de las letras IP, e independientes uno del otro.
O La primera cifra característíca índica la protección de las personas contra el acce-
so a partes peligrosas, limitando o impidiendo la penetración de una parte del
cuerpo humano o de un objeto cogido por la persona. Esta cifra está en el rango
de Oa 6 y, a medida que aumenta, indica que el cuerpo sólido que la envolven-
te deja pasar es menor.
O La segunda cifra indica la protección contra los efectos perjudiciales debidos a la
penetración de agua. Esta cifra está en el rango de Oa 8 y, a medida que au-
menta, indica una mayor estanqueidad de la envolvente.
Valor
o
2
3
4
5
6
7
8
Tabla S.l. Descripción de lo! grado! de protección IP dela envolvente
Primera cifra Segunda cifra
NO protegida NO protegida
P
rotegida contra los cuerpos sólidos Protegida contra la calda vertical de gotas de agua
de más de 50 mm
Protegida contra los cuerpos sólidos Protegida contra la calda de gotas de agua con una
de más de 12 mm inclinación máxima de 15'
Protegida contra los cuerpos sólidos Protegida contra lluvia Ilna (pulverizada)
de más de 2,5 mm
Protegida contra los cuerpos sólidos
de mas de 1mm Protegida contra las proyecciones de agua
Protegida contra la penetración de
polvo Protegida contra los chorros de agua
Totalmente estanco al polvo
Protegida contra fuertes chorros de agua o contra la
mar gruesa
P
rotegida contra los efectos de la inmersión durante
un tiempo limitada
Protegida contra la inmersión prolongada
Por ejemplo una envolvente con una protección IP 55 significa:
5. Protegida contra la penetración de polvo.
5. Protegida contra los chorros de agua.
Hay códigos IP en los que cualquiera de sus cifras son X. Esto significa que la envol-
vente no ha sido ensayada en ese aspecto o que no es necesaria para una aplicación
en particular. Por ejemplo, IP3X, que indica que la envolvente proporciona una de-
terminada protección contra la penetración de cuerpos sólidos, pero que no ha sido
ensayada en lo referente a la protección contra la penetración del agua.
En algunas ocasiones, las cifras características pueden sustituirse por símbolos, tal
como se muestra en la tabla 5.2.
Grado IK IK00 IK 01
Energla U) 0,15
Masa (kg) 0,2
Aflura (mm) 70
Ejemplo 5.1
Unidad d,dá¡h¡a 5 Cuadros eléctricos
Tabla 5.2. Simbologia de derlos grados de prole¡dón IP
Valor Equivalenda Primera dfra Equivalenda Segunda dfra
•
3
4
s
6
7
8
U --m
m• profundidad maxima
Protección contra los impactos mecánicos
La norma UNE-EN 50102 establece un sistema de codificación para indicar el grado
de protección proporcionado por la envolvente contra los impactos mecánicos.
Este código, llamado IK, se designa mediante un número comprendido entre 00 y
10, Ysiempre se representa con dos cifras. Cuanto mayor es el número, mayor es el
aguante de la envolvente a la energía del impacto mecánico.
En la tabla 5.3 se indican los diferentes grados de protección IK con la energía del
impacto asociada a cada uno y, también, la equivalencia en peso y altura de caída
de la pieza de golpeo sobre la envolvente.
Tabla 5.3. Oesuipdón de los grados de proleceión IK
IK 02 IK 03
0,20 0,35
0,2 0,2
100 175
IK 04
0,50
0,2
250
IK OS
0,70
0,2
350
IK 06
0,5
200
IK 07
2
0,5
400
IK 08
S
1,7
295
IK 09
10
S
200
IK 10
20
S
400
¿Qué grado de protección presenta una envolvente identificada con la referencia: IP 65 - IK 06?
Solución:
La primera cifra IPes 6 y la segunda, 5. Consecuentemente, de la primera columna de la tabla 5.1 deducimos que es totalmente
estanca al polvo y, de la segunda, que protege su interior contra chorros de agua. Asimismo, la tabla 5.3 nos indica que podrá
aguantar energias de impacto de 1 J (caídas de masas de 0,5 kg desde 20 cm de altura).
Fig. 5.2.
Aspecto de envolvente tipo
armario.
~ Tipos de cuadros eléctricos
Dependiendo de su aspecto, la envolvente utilizada para construir un cuadro eléctri-
co recibe el nombre de armario, pupitre o caja.
Armarios
Los armarios son envolventes de protección pensados para alojar en su interior un
gran número de elementos eléctricos, cableados de cierta complejidad y equipos
eléctricos pesados o voluminosos.
Fabricatión yvariedad de armarios
Habitualmente se fabrican con chapa de acero y disponen de todos los
accesorios necesarios para garantizar la estanqueidad, robustez y accesi-
bilidad que la industria exige.
En el mercado podemos encontrar una gran variedad de armarios con
formas, dimensiones y características mecánicas diferentes. Atendiendo
a sus medidas, se comercializan tanto los que han sido diseñados para
ser colgados en la pared como aquellos otros más voluminosos y pesa-
dos. Los primeros se sujetan a ella mediante espárragos, y los segundos
están situados en el suelo y, en determinadas aplicaciones, pueden lle-
gar a permitir el acceso de personas a su interior.
Habitualmente, las envolventes tipo armario se montan para alojar los
diferentes equipos y dispositivos empleados para alimentación y distri-
bución eléctrica, automatismos, protección y medida, control y mando,
climatización, etc. y, por lo general, disponen de una puerta con llave
para impedir que el personal no autorizado los manipule. Los materiales
utilizados en su fabricación son el hierro fundido pintado al horno, el
acero inoxidable, la chapa de acero pintada por pulverización, el poliés-
ter y, en menor medida, el poli-cloruro de vinilo (PVC).
Nivel de prote((ión de los armarios
Se recomienda que el grado de protección de un armario para automatismos no
sea inferior al de un IP 54-IK 07. Sin embargo, en ambientes con riesgo de explosión
debemos instalar envolventes antideflagrantes que cumplan unos requisitos más
exigentes y acordes con la normativa. En este sentido, la norma UNE-EN 50018 des-
cribe los requisitos que debe cumplir la envolvente antideflagrante en función de su
ubicación y de las características especiales de su entorno.
Una envolvente antideflagrante debe ser capaz de soportar la explosión interna de
una mezcla inflamable que haya penetrado en su interior, sin sufrir avería en su es-
tructura. Tampoco puede transmitir la inflamación interna por sus juntas de unión u
otras comunicaciones con la atmósfera explosiva exterior para la que está prevista.
Consecuentemente, debe cumplir los requisitos siguientes:
O Contener una explosión interna sin deformación permanente.
Garantizar que la explosión no pueda transmitirse a la atmósfera circundante.
O Presentar en cualquier punto exterior una temperatura inferior a la temperatura
de auto ignición de los gases o vapores circundantes.
Una envolvente que cumpla los requisitos anteriores vendrá identificada en lugar
visible con el símbolo:
Fig. S.3.
Aspecto de un pupitre de
maniobra.
Fig. S.4.
Aspecto de cajas para uso
eléctrico.
Unidad didactica s. Cuadros el~ctricos
Pupitres
Los pupitres son armarios eléctricos con una forma que los hace especialmente ap-
tos para manipular los aparatos que, usualmente, se disponen en su panel frontal.
Suelen incorporar los dispositivos de mando y/o visualización de los automatismos
que frecuentemente acciona el personal encargado del proceso de producción.
Por lo general disponen en lugar accesible los instrumentos de maniobra utilizados
para interactuar con el proceso (controladores, reguladores, registradores, etc.). los
sistemas de visualización (pantallas de ordenador, displays, indicadores luminosos,
etc.) y los elementos de actuación (pulsadores, interruptores, conmutadores, etc.).
En un lugar más resguardado, además, suelen incorporar aquellos otros aparatos y
elementos que no requieren ser tocados habitualmente, como son los sistemas de
alimentación, los autómatas, los dispositivos de seguridad, el sistema de cableado
y conexión, etc.
Cuando, entre otras, el pupitre cumple la función de alojar el material eléctrico pro-
pio de un armario, la envolvente debe cumplir el grado de protección de éste. Ésta
es la razón por la que determinados tipos de pupitres incluyen partes guarnecidas
con acceso mediante llave.
Cajas
Las cajas son envolventes de menor tamaño que los armarios. Generalmente están
colgadas en la pared y pensadas para alojar un número mínimo de elementos eléc-
trícos. Se utilizan para realizar derivaciones de conexión eléctrica.
Dependiendo del lugar de emplazamiento y de las características del ambiente
donde se sitúan, las cajas deben cumplir con el mismo grado de protección que los
armarios y los pupitres. Aunque generalmente suelen estar fabricadas con materia-
les plásticos (poliéster, PVC, etc.). también encontramos cajas estancas, realizadas
en fundición y aptas para su ubicación en ambientes con riesgo de explosión.
Accesorios auxiliares
El montaje de cualquier cuadro eléctrico conlleva la elección, además de la envol-
vente, de los accesorios auxiliares para la fijación de los equipos y dispositivos in-
cluidos en el esquema eléctrico y, también, de aquellos otros rnateriales necesarios
para realizar la conexión y canalización del cableado.
Debemos tener presente que cualquiera de las operaciones de mecanizado a las
que sometemos la envolvente en el proceso de montaje puede provocar la pérdi-
da de sus cualidades de protección y estanqueidad. Consecuentemente, siempre
elegiremos los accesorios de montaje más apropiados, cuidando de mantener la
integridad del cuadro eléctrico frente a los requisitos que exige la aplicación.
Untdad didáctica  Cuadros eléctricos
Fig. 5.5.
Diferentes tiposdeplanchas de
montaje.
Fig. 5.6.
Anclajedeelementosmediante
un carril de fijación.
Plan(has de montaje
Las planchas de montaje son las placas que sirven de base para fijar los diferentes
elementos constitutivos del cuadro eléctrico.
Se ubican en el interior de los armarios y pupitres, atornillándolas a éstos en orifi-
cios de rosca ciega dispuestos en el interior de la envolvente. De esta rnanera, las
planchas soportan el rnecanizado requerido para fijarlos dispositivos, sin el riesgo de
perforar las paredes de la envolvente.
En el mercado podemos encontrar una gran variedad de planchas de montaje que,
habitualmente, suministran los fabricantes de las envolventes y que se adaptan per-
fectamente a las medidas de éstas. Dependiendo de la aplicación, podemos utilizar
las metálicas de acero o chapa galvanizada o las aislantes, fabricadas en baquelita o
algún tipo de material plástico.
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Carriles de fijadón
o
o
o
o
o
o
o
o
Una alternativa, y en ocasiones complemento, al uso de la plancha de montaje lo
constituye el carril de fijación. Se trata en un perfil de acero calibrado que se sujeta
mediante tornillos al bastidor del cuadro eléctrico. Sirve para el soporte y fijación de
dispositivos eléctricos, tales como: interruptores, magnetotérmicos, diferenciales,
portafusibles, instrumentos de control, regletas de conexión, etc.
Uno de los carriles más utilizado es el denominado carril DIN. Es una pletina que,
mediante dos aletas laterales dispuestas a lo largo, permite asegurar fácilmente el
anclaje de los elementos al ejercer una pequeña presión sobre la pestaña que éstos
Incorporan.
En el mercado existe una gran variedad de formas y medidas
de carriles de fijación DIN. Sus dimensiones, las recoge la nor-
mativa, tal como describimos a continuación:
DIN EN 50035 NS/P: Carril de 32 mm de anchura, 15 mrn
de altura y 1,5 o 2 m de longitud (figura 5.7a).
O DIN EN 50022 NS-35-15/P: Carril de 35 mm de anchura,
15 mm de altura y 2 m de longitud (figura 5.7b).
DIN EN 50022 NS-35/ P: Carril de 35 mm de anchura,
7,5 mm de altura y 1 o 2 m de longitud (figura 5.7c).
DIN EN 50045 NS-MB: Carril de 15 mm de anchura,
5,5 mm de altura y 1,25 m de longitud (figura 5.7d).
Fig. 5.7.
D
iferentes tipos de carriles de fijación DIN.
Fig.5.8.
Diferentes tipos de canaleta.
Fig.5.9.
Pasacables, tapones yjuntas.
Fig. 5.10.
Columnas separadoras.
Unidad didáctica 5 Cuadros eléctricos
Canaletas
La conducción y ramificación del cableado interno de un cuadro eléctrico la po-
demos realizar ayudándonos de la denominada canaleta. Se trata de una moldura
alargada cuadrangular, ranurada o lisa, generalmente de PVC, formada por una
base y una tapa. La base se asegura al bastidor del cuadro o a los carriles de fijación
mediante clips estriados, remaches o tornillos. La tapa cierra fácilmente el conjunto
una vez dispuestos los conductores eléctricos que discurren sobre la base.
Colocaremos canaleta ranurada cuando a lo largo del cableado debamos realizar
ramificaciones o derivaciones que modifiquen el número de conductores que dis-
curren por el interior de la canaleta. Por el contrario, instalaremos la canaleta lisa
cuando debamos salvar distancias de cableado en las que no se produzcan entradas
o salidas de conductores a la canal.
Pasa(ables ya((esorios de fijadón
Con frecuencia será necesario prever en el cuadro eléctrico la salida o entrada de
cables desde el exterior, distribuir o disponer en su interior los elementos a una cier-
ta profundidad o con una determinada separación y, también, anclarlos o fijarlos de
manera adecuada. Para realizar cualquiera de las operaciones anteriores existe en el
mercado una gran variedad de accesorios. Entre los de uso más común podemos
citar los pasacables, los tapones y juntas, las columnas separadoras y la tornillería
específica.
Pasacables, tapones yjuntas
Los pasacables, también llamados prensaestopas son elementos de latón o nylon
que se utilizan para evitar daños en las fundas de los cables que atraviesan las pare-
des de los cuadros eléctricos. También se utilizan para mantener la estanqueidad y
el grado de protección de éstos. Generalmente disponen de una rosca que les per-
mite ser sujetados a la pared de la envolvente mediante una arandela y una tuerca y,
en su interior, incorporan una junta de goma, en forma de arandela, que garantiza el
cierre al comprimirse por la acción de una tuerca exterior de ajuste.
)
¡-
El pasacables puede utilizarse, también, para tapar orificios inútiles en las paredes
de la envolvente. En estos casos se sustituye la arandela de goma interna por otra
completamente cerrada, o por un tapón que se rosca a la base del prensaestopas.
Sin embargo, para este propósito, cuando el grado de protección lo admita pode-
mos emplear tapones o juntas.
Columnas separadoras
En ocasiones surge la necesidad de fijar elementos de dimensiones distintas a la
plancha de montaje. Este hecho puede provocar una disposición irregular en la al-
tura de los dispositivos y la conveniencia de calzar estos equipos con las columnas o
separadores. Estas columnas las podemos elegir en latón, nylon o una combinación
de ambos materiales, dependiendo del grado de aislamiento eléctrico que requiera
nuestra aplicación.
Unidad dldáctl(d S Cuadros eléctricos
Fig. 5.11.
l ornilleria.
Actividades
lornillería
Finalmente, hablaremos brevemente de la tomillería empleada para fijar los acce-
sorios y dispositivos que incluye el cuadro eléctrico. Debemos pensar que existe un
tipo de tomillo apropiado para cada uno de los materiales que empleamos como
soporte de sujeción (chapa, madera, hierro, etc.) y que éste suele ser fabricado con
materiales de diferente naturaleza (nylon, acero inoxidable, latón, hierro, etc.).
La forma de su cabeza puede hacerlo apto para disimularlo en un chaflán (cónica,
avellanada, gota de sebo, etc) o para incorporar arandelas (cilíndrica, alomada, etc)
y, también, para decidir su forma de apriete (estrella, Allen, hexagonal, etc.). Por
último, dependiendo de la fortaleza y aguante de la fijación, deberemos elegirlo
atendiendo a su tipo de rosca (métrica, Whitworth, etc.) y a su diámetro.
En la medida de lo posible, cuando montamos un cuadro eléctrico debemos procu-
rar utilizar la menor variedad de tomillos posibles. Debemos unificar el tipo, tamaño
y rosca de éstos. Asimismo debemos emplear arandelas de presión para la fijación
de equipos y dispositivos sometidos a vibración . También debemos emplear las
herramientas adecuadas en el apriete y suprimir las rebabas y los bordes cortantes
cuando realizamos cualquier operación de mecanizado.
1. Busca información sobre el grado de protección que debería tener una envolvente, con cinco interruptores
para alumbrado, ubicada: a) en un jardín y b) en un parking. Describe sus características más importantes en
ambos casos.
2. Busca en Intemet tres empresas fabricantes de envolventes e indica el grado de protección máximo que pre-
sentan sus armarios, pupitres y cajas.
3. Describe el uso de diez elementos que puedan montarse sobre carriles de fijación DIN.
4. Explica por qué puede ser necesario el empleo de tomillería de nylon y columnas aislantes y describe una apli-
cación.
Cableado de (uadros
Fig. 5.12,
Tipos de conductores eléctricos.
La operación de cableado persigue la finalidad de conectar entre si los diferentes
elementos de un cuadro eléctrico e implementar el circuito eléctrico de un automa-
tismo de acuerdo con el esquema previamente confeccionado.
Los conductores eléctricos
Para realizar el cableado de dispositivos empleamos los denominados conductores
eléctricos o cables, esto es, hilos de cobre o aluminio, generalmente aislados por
una cubierta, que permiten el transporte y la distribución de la alimentación y de las
señales de control y maniobra.
En el mercado podemos encontrar una gran variedad de conductores eléctricoscon
características eléctricas y mecánicas diferentes. Atendiendo al material conductor
tenemos los de uso más común, fabricados en cobre recocido, o los menos habitua-
les, en aluminio, para aplicaciones específicas.
A su vez, el material conductor puede estar formado por un único hilo macizo (rígi-
do) o por varias hebras trenzadas (flexible). Finalmente, como material aislante se
emplea el PVC, la goma de silicona, el poliuretano, la fibra de vidrio, etc.
La norma UNE 20434 espe-
cifica las referencias con las
que los fabricantes deben
identificar los conductores
eléctricos aislados de ten-
sión hasta 450/750 V. Estas
especificaciones correspon-
den a un sistema armoniza-
do (documento HD 361 de
CENELEC) y, por lo tanto,
son de aplicación en todos
los países de la Unión Eu-
ropea.
En la referencia de un cable
no deben constar necesa-
riamente siglas en las diez
posiciones posibles, sino
que sólo se utilizan las es-
trictamente necesarias para
reflejar las características
esenciales del conductor.
Unidad dida(ti(a 5 Cuadros eléctricos
Requisitos para el cableado de cuadros eléctricos
Básicamente, los requisitos que debe cumplir un conductor eléctrico utilizado para
el cableado de cuadros eléctricos son:
O La intensidad admisible en régimen permanente. Es la corriente eléctrica que sopor-
ta de forma continua el conductor sin superar su temperatura de trabajo. Está en
estrecha relación con la sección del conductor, esto es, cuanto mayor es la sec-
ción del conductor, mayor será la intensidad que éste podrá conducir sin sufrir
calentamiento.
O La temperatura máxima de operación. Es la temperatura máxima que puede so-
portar el conductor sin perder sus cualidades de aislamiento. Este parámetro
está relacionado con la intensidad admisible en régimen permanente y con el
propio valor de la temperatura ambiente que rodea el conductor.
O La naturaleza del aislante. El material aislante que cubre el conductor debe estar
en consonancia con las características ambientales de su entorno. Aspectos tales
como el exceso de humedad o de temperatura, la presencia de productos co-
rrosivos, las vibraciones o tensiones mecánicas, etc. condicionan enormemente
el empleo de un tipo de aislante u otro y hacen que, de su correcta elección,
dependa en gran medida la seguridad de la propia instalación.
El sistema utilizado para identificar los conductores consiste en una secuencia de
siglas en la que cada una de ellas, según su posición, tiene un significado previa-
mente establecido en la norma. En la tabla 5.4 mostramos algunas de las especifi-
caciones de la norma que afectan directamente a los conductores empleados en el
cableado de cuadros eléctricos.
Posición
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabla 5.4. Designación de condudores eh'!ctricos
Sigla Significado
H Cable según normas armonizadas
01 T
ensrón 100/100 V
03 Tensión 300/300 V
05 Tensión 300/500 V
07 TenSión 450/750 V
R Aislamiento de goma natural
S Aislamiento de goma de silicona
V Aislamiento de policloruro de vinilo (PVC)
V2 AISlamiento de mezcla de PVC (serviCio de 90"C)
V3 Aislamiento de mezcla de PVC (serviCio baja temperatura)
V4 Aislamiento de PVC retlculado
C4 Pantalla de cobre en forma de trenza.
I Cubierta exterior de trenza de fibra de vidllo
R Cubierta exterior de goma natural
S Cubierta exterior de goma de silicona
V Cubierta exterior de PVC
V2 Cubierta exterior de mezcla de PVC (serVICio de 90"C)
V4 Cubiertaexterior de PVC reticulada
V5 Cubiertaextellor de mezcla de PVC (resistente al aceite)
Ninguno Cable cilíndllco
H Cable plano, con o sin cubierta, cuyos conductores pueden separarse
- - -
·F Cable flexible para servicios móviles (clase 5de UNE 21022).
·H Cable extra-flexible (clase 6 de UNE 21022)
-K Cable flexible para instalaciones fijas (clase 5 de UNE 21022).
-R Cable rigido, de sección errcular, de varios hilos
-U Cable rígido, de sección errcular, de un único hilo
N Número de conductores
x
G
mm'
Signo Xen ausenCia de conductor amarillo/verde
EXistencia de un conductor amarillo/verde
Sección nominal
Unidad d,dalt,(a s. Cuadros elé(tri(os
Ejemplo 5.2
¿Qué características presenta un conductor eléctrico, cuyo código de identificación es
H07RR-F 3G6?
Solución:
Si consultamos la tabla 5.4, obtenemos:
H: Cable según normas armonizadas.
07: Tensión 450/750 V.
R: Aislamiento de goma natural.
R: Cubierta exterior de goma natural.
Cap: Cable cilíndrico
-F: Cable flexible para usos móviles(clase 5).
3: Tres conductores.
G: Existencia de un conductor amarillo/verde.
6: 6 mm' de sección cada conductor.
Relación entre la intensidad yla sección en un conductor eléctrico
Según sea monofásica o trifásica la tensión alterna de suministro, para deterrninar la
intensidad que circulará por un conductor en régimen de trabajo permanente pode-
mos emplear las expresiones siguientes:
Monofásica:
Trifásica:
Donde:
I es la intensidad en amperios (A).
P es la potencia en vatios 0N).
U es la tensión en voltios M.
I = -:-:--,P
- -
U· cOSqJ
(51 )
(52)
cos qJ es el denominado coseno de fi o factor de potencia.
Hay dispositivos que cuando se conectan a una tensión alterna se comportan como
una carga resistiva pura; es el caso de las bombillas incandescentes o halógenas, los
calefactores, etc. Cuando el consumo de este tipo de dispositivos es el dominante
en una instalación, podemos considerar el coseno de fi igual a la unidad (cos qJ =
1). En cambio, cargas reactivas o inductivas como las que suponen los motores
eléctricos o las reactancias de las lámparas fluorescentes pueden hacer decrecer el
factor de potencia de la instalación hacia valores menores que la unidad (entre 0,85
y 0,98). Esto, consecuentemente, se traduce en un mayor consumo de energía eléc-
trica y en un incremento del coste económico.
Si conocemos la intensidad que debe circular por un conductor eléctrico, resultará
fácil determinar cuál debe ser su sección sin tener que calcularla. Bastará con buscar
su valor en alguna de las muchas tablas homologadas existentes. En la tabla 5.5 pro-
porcionamos la relación de valores de sección e intensidad para conductores unipo-
lares, utilizados en el cableado de cuadros, a una temperatura ambiente de 30°C.
Tabla 5.5. Relación entre la sección y la intensidad en conductores eléctricos
Intensidades admisibles en conductores unipolares a 300
( de temperatura ambiente
le((ión (mm') 0,1 0,71 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240
Inlensidad (A) 5 7,5 10 13 18 24 31 43 58 76 94 114 145 176 203 234 267 314
Unidad didatlica  Cuadros eléctricos
Ejemplo 5.3
¿Oué sección deberá tener el cable de un calefactor eléctrico de 3.500 W si, a una temperatura ambiente de 30"e, lo alimenta-
mos con una tensión altema monofásica de 230 V?
Solución:
Si utilizamos la expresión (5.1), con un cos <p ~ 1(carga resistiva), tenemos:
P 3.500
U . cos qJ 230. 1 ~ 15,22 A
De la tabla 5.5 elegimos la sección de 2,5 mm' , ya que corresponde a la de una intensidad de 18 A que es igualo inmediata-
mente superior a la calculada de 15,22 A.
Ejemplo 5.4
¿Oué sección deberá tener el cable de un motor eléctrico de 3.500 W y un cos <p ~ 0,9 si, a una temperatura ambiente de 300
e,
lo alimentamos con una tensión alterna trifásica de 230 V?
Solución:
Utilizando la expresión (5.2) para una carga inductiva, tenemos:
P 3.500
U· v'3. coSqJ - 230 · 1,732·0,9
= 9,76A
De la tabla 5.5 elegimos la sección de 1mm' , ya que corresponde a la de una intensidad de 10 A, que es igualo inmediatamen-
te superior a la calculada de 9,76 A.
Fador de corrección de la intensidad por efedo de la temperatura
El incremento de la temperatura ambiente que rodea al conductor puede provocar
que éste trabaje por encima de su temperatura máxima d e operación, con la consi-
guiente degradación d e sus cualidades d e aislamiento y la disminución de su vida
útil. Consecuentemente, el valor de la intensidad que adm ite el conductor a una
cierta temperatura ambiente debe corregirse a la baja cuando esta temperatura
aumenta. En la tabla 5.6 proporcionamos los factores de corrección, en función de
la temperatura, que debemos aplicar a las intensidades de la tabla 5.5.
Tabla 5.6. Fador de corrección de la intensidad por efecto de la temperatura ambiente
Factor de corrección (fl
)
T
emperatura ambiente en "C 30
0,93 0,87 0,79 O,7t
35 40 45 50
0,61
55
0,50
60
El efecto de la temperatura ambiente hace que debamos corregir las intensidades
d e la tabla 5.5 cuando la temperatura ambiente que rodea los conductores es
igualo superior a 35 o
c. Así, para un intervalo concreto de temperaturas ambiente,
d ebemos multiplicar las corrientes de la tabla 5.5 por el correspondiente factor de
temperatura FTobtenido d e la tabla 5.6.
Ejemplo 5.5
¿Oué sección debería tener el cable del ejemplo 5.4 si pasáramos a trabajar con una tempe-
ratura ambiente de 45 °e?
Solución:
De la tabla 5.6deducimosque, a una temperatura ambiente de 45°e,el factor de corrección
que hay que aplicar a las corrientes de la tabla 5.5 es FT= 0,79.
Así, el conductor de 1mm' de sección que a 30 °e permitía la circulación de 10 A, a la tem-
peratura de 45°e sólo permite 10· 0,79 ~ 7,9 A.
Aquel otro de 1,5 mm' que a 30 °e aguantaba 13 A, ahora sólo soporta 13 . 0,79 ~ 10,27 A.
En consecuencia, y dado que la corriente requerida por el motor era de 9,76 A, la sección
del cable deberá ser ahora de 1,5 mm' .
Unidad d,dacl,cd" Cuadros eléwicos
Fig. 5.13.
Aspeclo de bornes y reglelas de
conexión.
'. l · ,
•••••
Fig. 5.14.
Identificadores de cables.
Fig. 5.15.
Bridas.
.'
'" Identifi(ación de elementos
en un (uadro eléctri(o
La identificación del cableado y los aparatos que forman el cuadro eléctrico se
convierte en indispensable cuando el circuito eléctrico adquiere una mínima como
plejidad. Esto nos obliga, ya de buen principio, a confeccionar el esquema eléctrico
empleando referencias para identificar los elementos que éste incluye.
Cualquier reforma, modificación o ampliación posterior que sufra el cuadro facilitará
la intervención del personal técnico que realiza estas operaciones, y le permitirá ac·
tuar sobre la instalación con unas mínimas garantías de eficacia y seguridad.
Elementos de conexión
Junto con los conductores y las canaletas, en la operación de cableado utilizamos
otros materiales útiles para conectar e identificar elementos. Entre éstos, destacan
los bornes y regletas, los identificadores de cables, las bridas y los terminales.
Bornes yregletas
Los bornes de conexión son elementos que nos permiten realizar los empalmes de
conductores de forma segura. Por lo general, utilizamos aquellos que se montan
en carriles DIN y que, en el interior de una carcasa plástica, incorporan un puente
metálico que permite fijar los conductores mediante tornillos. Los encontramos de
diferentes tamaños, formas y corrientes de utilización, lo que permite agruparlos
para conformar regletas de conexión fácilmente identificables
Identificadores de (ables
Los identificadores de cables son unos anillos de plástico, de diferentes colores y
diámetros, que se fijan en los extremos de los conductores permitiendo el marcado
y la identificación de éstos.
Cada anillo puede llevar grabado un número entre Oy 9, o una letra, para permitir la
identificación y la personalización cuando agrupamos varios de ellos.
Bridas
Las bridas son cintas de nylon, estriadas transversalmente, que permiten cerrarse
sobre si mismas abrazando los cables que discurren por su interior. En ocasiones las
utilizamos para realizar agrupaciones de conductores afines a la salida de las cana·
letas, en el interior de cajas, o en lugares donde se requiere una cierta flexibilidad
del cableado.
Terminales de (onexión
Los terminales de conexión se grapan a los extremos de los conductores para evitar
el deshilachado de sus hilos y facilitar su embornado. Existe una gran variedad de
tipos, tamaños y formas de terminales en función de las características mecánicas de
la conexión.
Los de uso más frecuente para bornes y regletas de carriles DIN
son los punteados, pero también los encontrarnos abiertos (tipo
horquilla) y cerrados (tipo arandela) para fijación directa con torni-
llos, o aquellos otros machos y hembras en los que la conexión se
efectúa por presión (tipo Faston).
Fig. 5.16.
Empleo de terminales para las conexiones de elementos.
letra
A
B
Unidad dIdáctIca, (uadros eléctricos
Identificación de aparatos
La norma lEC 61082 describe la manera en la que debemos indicar los aparatos y
las conexiones de una instalación, tanto en la representación del esquema eléctrico
(referencia de aparatos, de contactos principales y auxiliares, de bobinas de mando,
etc.) como en lo referente al posterior cableado del cuadro eléctrico (marcado de
regletas, identificación de cables, etc.).
De acuerdo con la citada normativa, la totalidad de los aparatos que conforman
un automatismo se marcan con una letra (excepcionalmente dos) seguida de un
número. La letra identifica la función del aparato, mientras que el número, que va
detrás, (de libre elección) debe servirnos para identificar el aparato entre varios de
los incluidos en la instalación.
Tabla 5.7. Letras utilizadas para identificar los aparatosde un circuito eléctrico
Aparato
Equipos opartes de equipos de serie
Transductores de magnitudes eléctricas
Ejemplos
Autómata programable, regulador de velocidad, amplificador, etc.
Termopar, detectores (proximidad, termoeléctrico, fotoeléctrico), dinamóme·
tro eléctrico, transductor de presión o temperatura, etc.
( (ondensadores
o
G
H
K
KA
KM
Dispositivos de temporización y memoria, operadores binarios
Material diverso
Dispositivos de proteCCIón
Equipos de alimentación
Aparatos de señalización
Relés y contactores en general
Relés de automatismos ycontactores auxiliares
(ontactores de potencia
Inductancias
M Motores
N SubconJuntos que no sean de serie
P
Q
R
S
T
u
v
w
x
y
1
Aparatos de medida y prueba
Aparatos mecánicos de conexión para circuitos de potencia
Resistencias
Interruptores manuales para la conexión de circUitos de control
Transformadores
Modufadores y convertidores
valvulas electrónicas y semiconductores
V
ias de transmisión, guias de ondas, antenas
Bornes, clavijas, zócalos
Aparatos mecanicos accionados eléctricamente
Elementos de compensación, filtros, limitadores
Operador combinatorio, interruptor de décadas, línea de retardo, relés mo·
noestables y biestables, aparato de memoria, etc.
Elementos de alumbrado, calefacción y otros no incluidos
Fusibles, limitador de sobretensión, pararrayos, relés de protección de co·
rriente y tensión, etc.
Generador, alternador, convertidor rotativo de frecuencia, baterias, OSCilado,
res, inversores, etc.
DISpositivos de señalización ópticos y acusticos
En automatismos de potenCia se utiliza KA y KM
(ontactor auxiliar de temporizaCión, todo tipo de relés
(ontactor pJlncipal de motor oresistencia
Bobina de inducción, bobina de bloqueo, etc.
Instrumento indicador, registrador, contador, conmutador horario
Disyuntor magnetotérmico, seccionador, interruptor diJ
erencial, interruptor
de potencia, guardamotor, etc.
Resistencia, potenciómetro, reostato, shunt, termistancia, etc.
P
ulsador, interruptor deposición, selector, conmutador, etc.
Transformador de tensión e intensidad
(onvertidor de frecuencia, variador de velocidad, discriminador, demodula·
dor, codificador, rectificador, ondulador autónomo, etc.
T
ubo de vacío, tubo de gas, tubo de descarga, lampara de descarga, diodo,
transistor, tiristor, rectiJicador, etc.
Hilos de conexión, cables, Juegodebarras, etc.
(lavija y toma de conexión, clips, claviJ
a de prueba, regletas de bornes,
bornes de salida de soldadura, etc.
E
lectrofreno, embrague, electrovalvula, electroiman, etc.
Equilibrador, corrector, transformador diferencial, filtro, etc.
Unidad didactica 5. Cuadros eléctricos
a) Bipolar
b) Tripolar
c) Tetrapolar
Fig. 5.17.
Marcado de contactos principales:
a) Bipolar.
b) Tripolar.
e) T
etrapolar.
Identificación de bornes
En este apartado la norma contempla el marcado de los contactos principales de
potencia, de los contactos auxiliares, de las bobinas de mando y de las regletas.
Aunque ya hemos hablado de la identificación de los bornes en la unidad didáctica
2, lo volvemos a incluir en esta unidad, dada su importancia para el correcto cablea·
do de los cuadros.
Marcado de contados principales
Para marcar los bornes de los contactos principales, incluidos los de los relés térmi·
cos, utilizamos una única cifra de 1 a 4 en equipos bipolares, de 1 a 6 en aparatos
tripolares o de 1 a 8 en tetrapolares. El borne de entrada se marca con un número
impar, y el de salida con el número par inmediatamente superior (figura 5.17).
Marcado de contados auxiliares
Los contactos auxiliares se marcan con dos cifras. La cifra de las decenas debe in-
dicar el número de orden del contacto en el aparato, reservando el número 9, y si
es necesario el O, para los contactos auxiliares de los relés térmicos. La cifra de las
unidades se corresponde con el estado y función que mostramos en la tabla 5.8.
Tabla S.8. Identificación del estado y la función de un contacto auxiliar
Cifra unidades Función del contacto
Ejemplo
(L
as decenas indican el orden del contacto en elaparato)
1-2 De apertura(NC)
)-4 De cierre (NA)
S31 631
~.....~
1,2-4 C
onmutado
D
eapertura especial
{ {.
5·6 (temporizado, disparo de
térmICo...) 16 16
D
ecierreespecial (tem-
1
17
1
17
7·8 porizado, disparo de tér'
118 118
mico...)
Conmutado espeCIal
7!'Sd
2
S
5-6-8 (temporizado, disparo de
térmico...) 16 ¡'s 26 128
Unidad didacllc." (uadros eléclricos
Tabla 5.9. Identificación de mandos electromagnéticos Marcado de bobinas de mando
Bobinas de mando
electromagnélico
F
ig.S.18.
Un devanado
,l;
~
Identificación de bornes en un
cuadro eléctrico.
Dos devanados
~
~
Marcado de regletas
A~'
A02
Los bornes de las bobinas de mando elec-
tromagnético se marcan con una letra (A o 8)
seguida de un número de borne. Los bornes
de aparatos con un único devanado se marcan
como A 1 Y A2 y, aquellos que incorporan dos
devanados, como A 1 Y A2 para el primero y
81 Y 82 para el segundo (tabla 5.9).
Cuando cableamos un cuadro eléctrico es conveniente que los bornes de conexión
conformen corno minimo dos grupos de regletas; un primer grupo para los circuitos
de control y otro grupo para los circuitos de alimentación y maniobra.
En el grupo de los circuitos de control, los bornes de cada regleta se marcarán me-
diante un código alfanumérico formado por una primera letra común a todos los
bornes, usualmente la X, seguida de un número identificador del grupo. Por ejem-
plo, Xl, X2, X3, etc. Sin embargo, para el grupo de los circuitos de alimentación
y maniobra, los bornes de las regletas se marcan con los códigos específicos que
recogemos en la tabla 5.10.
Tabla 5.'0. Códigos utilizados para el marcado de bornes en regletas de maniobra °potencia
Códigos de marcado
LHH3·N·PE
L1-L
l-L3-P¡
L
-N
-PE
L
' -Ll-P
U-V-W-Pe °
K-L
-M
-PE
U
·V-PE°K-L-PE
A-B-L..., ele
función de los bornes
Alimenlación lelrapolar, 3 fases, neullo (N) y lierra (PE).
Alimentacióntripolar, 3 fases y tierra (PE).
A
limentación monofásica simple, fase, neutro (N) y tierra (PE).
Alimentación monofásica compuesta, 1 fases y tierra (PE).
Salidas a motores trifásicos conposible conexión de lierra (PE).
Salidas a motores monofásicos con posible conexión de tierra.
Salidas a resistencias.
Identificación de cables
Es recomendable identificar todos los conductores del esquema con las mismas
marcas que llevarán visibles físicamente en los montajes eléctricos. Cada conduc-
tor o grupo de conductores conectados al mismo potencial (punto equipotencial)
deberá llevar un número único igual en todo su recorrido y que será distinto del de
otras conexiones equipotenciales. Físicamente, dicha marca debe fijarse al conduc-
tor en lugar visible y cerca de todos y cada uno de los terminales de conexión.
La identificación de conductores se realizará general-
mente mediante un número. Si deseamos distinguir en-
tre grupos de circuitos (de control, de alimentación y de
maniobra), podemos utilizar caracteres alfanuméricos.
Para los circuitos de alimentación se reservan las siglas L,
para las fases de alimentación, N, para los neutros, y PE,
para los conductores de tierra o protección.
En la figura 5.18 mostramos un ejemplo donde, además
del marcado de bornes en una regleta de alimentación y
maniobra, podemos observar el marcado de conductores.
Unidad d,dacllca, Cuadros elétlricos
Ejemplo 5.6
Interpretar el esquema del circuito que se muestra en la figura 5.19. Explicar qué
es y para qué sirve cada uno de los dispositivos que incluye.
Solución:
Observando el esquema podemos entender que se trata del bloque de poten-
cia de un automatismo que emplea una alimentación trifásica (L1, L2 y L3), para
actuar sobre un motor de alterna (M1) a través de los contactos principales de un
disyuntor 01, de los contactos principales de un contactor (KM1) y, finalmente,
del circuito principal de un relé térmico (F1).
En caso de producirse un cortocircuito, el disyuntor de protección, 01, asegurará
la desconexión de todo el conjunto. La protección contra posibles sobrecargas
eléctricas queda asegurada por el relé térmico F1, ya que sus contactos auxiliares,
fomnando parte del circuito de control, suelen emplearse para desconectar el
contactor KM1 cuando se produce una sobrecarga.
Fig. 5.19.
E
squema de un automatismo eléctrico.
Actividades
:1:1:1
Ql~--~--~
KMl --- ---
N .. <O
M ~
Fl
N .. <O
MI
5. De acuerdo con la corriente máxima que figura en los interruptores magnetotérmicos de tu vivienda, determina
la correspondiente sección mínima que deberían tener los conductores eléctricos conectados a ellos.
6. Busca infonmación sobre el factor de potencia que presenta un motor trifásico de potencia aproximada a
3.500 W, y calcula la corriente que podría consumir cuando lo conectáramos a una tensión trifásica de 400 V.
7. Elige un interruptor automático (disyuntor) para alimentar el circuito anterior.
Ubicación de aparatos ymedidas
de seguridad en cuadros eléctricos
Fig. 5.10.
Distribución de equipos en un
cuadro eléctlico.
La correcta ubicación de aparatos y dispositivos en el interior de un cuadro eléctri-
co se convierte en fundamental cuando nos proponemos garantizar aspectos tales
como la accesibilidad y la seguridad de la instalación.
A((esibilidad
Por accesibilidad debemos entender la facilidad con la que algo puede ser usado.
En el montaje de cuadros eléctricos esto conlleva, antes de la mecanización de las
envolventes, la planificación del lugar en el que fijaremos cada uno de los eqUipos y
la determinación de la ruta por donde discurrirán los conductores.
La planificación del lugar de fijación de los equipos debe contemplar, además de
las condiciones especificas de instalación que imponga el fabricante del equipo, as-
pectos tales como: la facilidad de manipulación del equipo, su peso, su emisividad
o susceptibilidad al ruido eléctrico o al calor, etc.
fig. 5.21 .
Manipulación de los equipos de un
cuadro eléctrico.
Unidad dldactica 5 Cuadros eléctricos
Ubicación de aparatos de frecuente manipulación
Los equipos y aparatos que se manipulan con frecuencia deben emplazarse en los
armarios en un lugar, tal que, resulte cómoda la intervención y vigilancia del opera-
dor. Esto todavía es más evidente cuando se trata de equipos de medida y visualiza-
ción, de accionamientos manuales de parada y emergencia (pulsadores de parada,
pilotos de alarma, etc.) o de aquellos otros utilizados para establecer los parámetros
de control del proceso.
- -
-
-. - ~
fig. 5.22.
Usualmente, los equipos indicadores, reguladores, registra-
dores, interruptores automáticos, pulsadores de arranque o
parada, pilotos de maniobra, etc., suelen instalarse en los pa-
neles frontales de armarios y pupitres en la forma que muestra
la figura 5.21. Los cuadros pueden, además, llevar una tapa
transparente para evitar el depósito de polvo sobre los ele-
mentos, particularmente, en aquellas instalaciones donde es-
tos dispositivos, que deben estar a la vista, no están sometidos
a una manipulación frecuente.
Debemos señalar, una vez más, que la mecanización de cual-
quiera de las paredes de la envolvente puede provocar la
pérdida del grado de protección para la que fue diseñada.
Consecuentemente, en estos casos, siempre deberemos bara-
jar la posibilidad de elegir envolventes con una segunda tapa
de cierre para asegurar su grado de estanqueidad.
Por lo general, los equipos eléctricos o electrónicos compactos
(autómatas, fuentes de alimentación, variadores de velocidad,
etc.) y los mecanismos auxiliares de conexión y desconexión
(algunos interruptores de maniobra, diferenciales, fusibles, etc.)
suelen instalarse en el interior de armarios y pupitres, colocados
sobre bandejas o fijados a placas de montaje o carriles DIN.
'
I~
Equipos y dispositivos ubicados en el interior de uncuadro eléctrico.
• I Unidad didáctica 5. Cuadros eléctricos
Ubicación de aparatos pesados
A menos que existan razones que lo desaconsejen, los equipos pesados debemos
situarlos en la parte inferior de los armarios y pupitres. Soportados por bandejas o
fijados a placas de montaje, estos equipos deben ser perfectamente anclados para
evitar vibraciones, golpes o caídas (figura 5.23).
Un equipo pesado no necesariamente tiene la propie-
dad de ser robusto; es el caso de los transformadores de
alimentación. Por su idiosincrasia, éstos son aparatos pe-
sados y, sin embargo, sensibles a golpes o vibraciones,
en los que cualquier rozadura de los conductores que
conforman su devanado puede provocar un cortocircui-
to y la consiguiente destrucción del transformador.
Circunstancialmente, hay cuadros eléctricos que incor-
poran equipos eléctricos o electrónicos voluminosos y
delicados, tales como: centralitas de comunicación o
medida, ciertos autómatas, controladores, reguladores,
etc., que, además, requieren de una cierta protección
adicional. En estos casos, para guarecer los equipos
podemos compartimentar el armario con las bandejas,
perfiles y bastidores que nos suministran los fabricantes
para este propósito.
Fig.5.23.
Los diferentes equipos deben estar debidamente anclados para
evitar vibraciones, golpes o caídas.
Emisividad ysusceptibilidad al ruido eléctrico
oal calor
Compatibilidad electromagnética
Un aspecto importante que cabe destacar cuando montamos un cuadro eléctrico es
la compatibilidad electromagnética (EMq admitida por los equipos que instalamos.
Entendemos por compatibilidad electromagnética la capacidad de cualquier aparato,
equipo o sistema para funcionar de fonma satisfactoria en un entorno electromagné·
tico y, a la vez, no provocar perturbaciones electromagnéticas sobre cualquier otro
equipo de ese entorno.
Consecuentemente, la compatibilidad electromagnética debe ocuparse de dos
problemas diferentes:
O Emisividad electromagnética. El aparato, equipo o sistema no debe ser fuente de
interferencias que afecten a otros equipos de su entorno.
Susceptibilidad electromagnética. En un entorno hostil de radiaciones electro·
magnéticas, el aparato debe ser capaz de operar adecuadamente.
Desde hace algunos años todos los aparatos eléctricos y electrónicos que se comer-
cializan en la Unión Europea deben estar homologados y cumplir los requisitos de
emisividad y susceptibilidad electromagnéticas que la normativa exige. Un aparato
que verifique estos requisitos será identificado con las siglas CE.
En instalaciones en las que queramos aumentar el grado de compatibilidad electro·
magnética de ciertos equipos o aparatos, podemos proceder a blindarlos con en·
volventes de chapa de acero e instalarlos sobre bandejas o bastidores en el interior
de los cuadros eléctricos.
Unidad didáctICa 5 Cuadros eléctricos
Exceso odefecto de temperatura en el interior del cuadro
Otro aspecto que condicionará la ubicación de los aparatos es el exceso, o el de-
fecto, de temperatura en el interior del cuadro. Dependiendo de las características
de la envolvente y del sistema de climatización empleado, deberemos colocar los
equipos en uno u otro lugar.
Dado que el aire caliente tiende a ocupar el espacio superior de un recinto cerrado,
debemos evitar la ubicación de ciertos equipos electrónicos en estas zonas y, en
general, prescindir de instalarlos cerca de cualquier fuente de calor. Hacemos notar
que el exceso de temperatura, en muchos casos, es la causa del funcionamiento
anómalo de un aparato y que puede derivar en una avería importante del mismo.
Aunque menos frecuente, tampoco debemos olvidar el malfuncionamiento de
equipos que operan a temperaturas inferiores a las que los fabricantes recomien-
dan. Éste puede ser el caso de equipos que trabajan en el interior de armarios
instalados a la intemperie. Como medida de precaución, cuando la temperatura
de trabajo en el interior del cuadro no sea la apropiada (por exceso o por defecto),
debemos plantearnos la instalación de algún sistema que acondicione el ambiente
interno del cuadro.
Sistemas de acondicionamiento del ambiente interno del cuadro
Para acondicionar climáticamente un armario, el mercado nos ofrece una gran
variedad de soluciones. Desde aquellos sistemas simples de recirculación de aire
mediante ventiladores, hasta aquellos otros más sofisticados que nos permiten man-
tener de forma automática la temperatura interior del armario en torno a un valor de
consigna previamente establecido.
La disposición de los sistemas de ventilación en el interior de los cuadros dependerá
del método utilizado en la recirculación de aire. Hay ocasiones en las que se precisa
insuflar aire al armario para crear una sobrepresión interna que evite la entrada de
polvo, en cambio, en otros casos, lo recomendable será evacuar el calor del interior
del cuadro forzando la salida de un cierto caudal de aire.
Las aberturas de ventilación practicadas en las pare-
des de la envolvente deben incorporar los accesorios
(ventiladores, filtros, rejillas, protectores, molduras,
juntas, etc). Estos accesorios, los facilita el fabricante
para un método de acondicionamiento en particular.
En el interior del cuadro, además, deberemos ubicar
los aparatos de tal manera que faciliten la circulación
del flujo de aire y eviten taponamientos o zonas sin
ventilar.
En general, siempre será necesario mantener en
perfecto estado de funcionamiento el sistema de
climatización de un cuadro eléctrico. Dependiendo
del sistema elegido, deberemos realizar unas ope-
raciones periódicas de mantenimiento y verificación.
En el caso de sistemas de ventilación tenderán,
sobretodo, a la limpieza de filtros. En el de aquellos
otros destinados al acondicionamiento del clima en
el interior del cuadro tenderán a la comprobación de
compresores, termostatos y resistencias de caldeo.
Fig. 5.24.
Algunos sistemas de ventilación pensados para su instalación
en cuadros eléctricos.
Unidad didáctica 5. Cuadros eléctricos
fig. 5.25.
Cableado de dispositivos en el
panel de un cuadro elé(trico.
,
, lit
'" •
V
-160
~
fig.5.26.
Detalle de un embarrado en el
interior de un cuadro elé(trico.
Trazado del cableado
El método de cableado que habitualmente se sigue se basa en la utilización siste-
mática de las referencias de los bornes de los aparatos que están consignadas en el
esquema de circuitos. Este procedimiento se traduce en un ahorro de tiempo dado
la rapidez de la ejecución, la claridad, la fácil interpretación y la eficacia durante la
explotación (modificaciones, reparación de averías, etc.).
Frecuentemente va acompañado de un plano de disposición o de implantación del
material para facilitar la localización de los elementos, o de un esquema comple-
mentario de las conexiones exteriores.
Id
'
, ..
..
..c • '-
Para cablear tanto el circuito de potencia como el de control, se debe leer la referen-
cia de los bornes del aparato en el esquema de circuitos y realizar las conexiones, de
sección adecuada, entre las referencias correspondientes en el equipo.
En la tirada de cables, habitualmente conducidos mediante canaletas, nos deben
servir de referencia los paneles frontal, fondo y laterales de la envolvente. En cual-
quiera de estos paneles, la canaleta siempre debe discurrir siguiendo una orienta-
ción horizontal o vertical y, en ningún caso, debemos admitir tiradas oblicuas.
Antes de cablear será conveniente estudiar concienzudamen-
te la distribución de los aparatos, la ubicación de las regletas
de conexión y el recorrido de la canaleta, con objeto de sim-
plificar el cableado y reducir la longitud de los conductores.
En ciertas instalaciones, la distribución de energía en el interior
del cuadro se realiza mediante embarrados, esto es, pletinas
de cobre desnudas (facilitan la disipación de calor), de gran
sección, por las que pueden llegar a circular corrientes impar·
tantes. Las pletinas se montan sobre soportes aislantes, fijados
a perfiles o a placas de montaje mediante los apropiados
medios de conexión (tornillos, bridas, etc.), y discurren por el
interior del armario sirviendo como tomas de alimentación para
los equipos y dispositivos que la requieran (figura 5.26).
Por su especial idiosincrasia, estos embarrados deben ubicarse en los armarios en
lugares de acceso restringido, exentos de ambientes húmedos o corrosivos, fuera
del alcance del personal no autorizado y con la zona de emplazamiento debidamen·
te señalizada con el icono de peligro eléctrico. El empleo de esta señal no se reserva
únicamente para este tipo de instalaciones ya que, en lugar visible, es obligatoria su
colocación en cualquier cuadro eléctrico que instalemos.
fig. 5.27.
Señal de peligro elé(tri(o.
UOIdad didac!ica 5. Cuadros eléctricos
Seguridad
Por seguridad debemos entender la exención de peligro o daño que presenta un
objeto. Respecto de un cuadro eléctrico esto se traduce en la facultad que el cuadro
debe poseer para operar de forma correcta sin provocar situaciones de peligro o
causar daños a las personas que operan con él.
Riesgos de trabajar con electricidad
El riesgo que supone trabajar con la electricidad se ve agravado porque nuestros
órganos sensoriales no están capacitados para detectar su presencia. Esto hace que
los materiales electrizados, esto es, aquellos que presentan una diferencia de ten-
sión significativa con respecto a tierra puedan ser la causa de electrocución (choque
eléctrico) o quemaduras de personas y el origen de explosiones e incendios graves.
Entre los daños más significativos originados por la energía eléctrica cabe destacar:
O Los choques eléctricos por contacto con elementos en tensión (contacto eléctri-
co directo). o con masas puestas accidentalmente a tensión (contacto eléctrico
indirecto).
O Las quemaduras por choque eléctrico o por arco eléctrico.
O Las caídas o golpes como consecuencia de choque o arco eléctrico.
O Los incendios o explosiones originados por la electricidad.
Efectos del contacto eléctrico sobre la salud
La incidencia sobre la salud de las personas provocada por un contacto eléctrico
depende de la intensidad que circula por el cuerpo y, por ley de Ohm, de la impe-
dancia que éste presenta.
Tabla 5.11. Impedancia del cuerpo humano en función dela tensión de contacto
La impedancia que ofrece el cuerpo humano al
paso de la corriente no es constante, ya que varía
dependiendo del nivel de tensión, del tiempo de
contacto, de la frecuencia, del estado de hume-
dad de la piel, de la superficie de contacto, de la
presión ejercida y de la temperatura. En la tabla
5.11 proporcionamos los valores de impedan-
cia del cuerpo humano en trayectos de mano a
mano, o de mano a pie, para superficies de con-
tacto comprendidas entre 50 cm' y 100 cm'.
Tensión de
contacto (V)
25
50
75
125
220
Impedancia media del 50%dela población (en Q)
Piel seca Piel húmeda Piel mojada Piel sumergida
3.875 2.500 1.000
1 500
2.990 2.000 875 440
2.470
r 1.700 710
I
360
1.750 1.200 670 335
1.350 950 650 325
Dependiendo de la magnitud y de la frecuencia,
la corriente eléctrica produce en el cuerpo hu-
mano los efectos que indicamos en la tabla 5.12
(para el personal femenino, los valores de co-
rriente de la tabla deben multiplicarse por 0,7).
Tabla 5.12. Efectos de la corriente sobre el cuerpo humano
limites corriente continua Limites corriente alterna (50 Hz)
Desde: Hasta: Desde: Hasta: Desde: Hasta: Desde: Hasta:
Efectos sobre el hombre (mA) (ms) (mA) (ms) (mA) (ms) (mA) (ms)
Sin percepción 2
f
0,5
Sensación de cosquilleo 2 200 10 0,5 200 10
Contracción muscular 30 2.000 500 10 12 2.000 500 10
Umbral de fibrilación 200 1.000 1.000 10 50 1.000 1.000 10
Probabilidad fibrilación: 5% 200 1.000 1.600 10 70 1.000 1.600 10
P
robabilidad fibrilación, 50% 400 2.000 2.000 10 180 1.000 2.000 10
Unidad drdélctlCa 5. Cuadros eléctricos
F
ig. 5.28.
Riesgos eléctricos por contactos
directos e indirectos.
Ejemplo 5.7
Contados diredos ycontados indiredos
En la manipulación de cuadros, la existencia de riesgo eléctrico es debida a dos
causas diferentes.
O La primera causa la constituye el contacto directo con elementos de conexión
(terminales, regletas, bornes, cables, etc.) sometidos a tensión (figura 5.28a).
O La segunda, el contacto indirecto con los elementos metálicos del cuadro que
presentan potenciales eléctricos anormalmente elevados (figura 5.28b).
R _ -===------.
5 _-=-=-__....:
T _____
R ___--,
5 _ _ _...,
T -==...=-• ...LI
R
5 _ _ _--:::=-"
T ____
a) Contactos directos
R ___-1
5 ___--1
T --=--n
------
b) Contactos indirectos
Con las regletas de conexión se presenta una situación peculiar: de una parte, de·
ben estar en un lugar accesible para facilitar la conexión de los cables y, de otra, esta
accesibilidad conlleva un riesgo de contacto eléctrico directo debido a errores o
descuidos. Para evitar el riesgo eléctrico de contacto directo debemos utilizar regle·
tas con la tomillería de fijación embutida (como los bomes montados sobre carriles
DIN) y, si es el caso, protegerlas adicionalmente con carcasas plásticas.
Salimos del baño con la piel mojada y manipulamos un calefactor de pelo conectado a una tensión altema de 125 V. ¿A qué
riesgos eléctricos nos exponemos si se produce un contacto directo durante 1 segundo?
Solución:
De la tabla 5.11 obtenemos un valor de impedancia de 670 Q , para un cuerpo mojado sometido a una tensión de 125 V. Por ley
de Ohm, y de acuerdo con la expresión (1.2), la intensidad que recorrería nuestro cuerpo en el caso de producirse un contacto
directo sería:
U 125
1=-=-=0 186A
R 670 '
De la tabla 5.12, ypara la circulación de una corriente alterna de 186 rnA durante 1 segundo, deducimos que existiría una pro-
babilidad del 50% de sufrir una fibrilación ventricular, esto es. una sucesión de movimientos caóticos del corazón con posible
parada cardiaca.
Con referencia al riesgo eléctrico producido por contacto indirecto, será necesario
crear una red equipotencial de tierra a la cual conectemos todos los materiales
metálicos del cuadro (puertas, carcasas, bandejas, perfiles, etc.). En muchos casos,
la propia naturaleza conductora de estos elementos y el contacto mecánico que
establecemos entre ellos al montarlos pueden ayudarnos a distribuir el potencial de
tierra. Sin embargo, como medida de seguridad, siempre será conveniente instalar
conductores adicionales para conseguir el nivel equipotencial de tierra y evitar que
las partes metálicas sean susceptibles de transferir tensiones peligrosas y, conse-
cuentemente, de aumentar el riesgo de accidentes eléctricos.
Actividades
Unidad dldac!ica 5 Cuadros eléctricos
Para realizar las conexiones equipotenciales de tierra con unas ciertas garantías
debemos emplear los materiales apropiados que el mercado nos ofrece y, además,
tener en cuenta algunas reglas básicas al realizar esta operación. Por ejemplo, una
buena solución para distribuir el potencial de tierra en las puertas y bandejas de
una envolvente metálica pasa por la utilización de cintas de cobre trenzado (figura
5.29), o de conductores de cobre con la cubierta de color amarillo-verde, fijados con
tornillos o bridas.
Sea cual sea el tipo de conductores utilizados en la distribución del potencial de tie-
rra, se recomienda que sus secciones no sean inferiores a la mitad de la que posee
el conductor principal de torna de tierra a la entrada del cuadro y que, si los cables
son de cobre, estas secciones nunca sean menores de 2,5 mm'.
La puesta a tierra en un cuadro debe ir acompañada de la instalación de un interrup-
tor diferencial para que, en el caso de producirse un contacto indirecto, desconecte
el circuito eléctrico en el rnenor tiernpo posible.
Como es sabido, en condiciones normales,
la intensidad que circula por los dos hilos de
alimentación de un aparato es la misma, es
decir, la corriente que "entra" al aparato es
igual a la que "sale".
Ante la presencia de un contacto indirec-
to, la corriente que es conducida a tierra
a través del cuerpo hurnano provoca una
diferencia entre las corrientes de entrada y
salida que es detectada por el interruptor
diferencial hace que éste "salte" y corte la
tensión de suministro.
Fig. 5.29.
Detalle del establecimiento del potencial de tierra en
la puerta de un armario eléctrico.
8. Busca en Internet inforrnación sobre dos sisternas de aire acondicionado empleados para aclimatar la tempe-
ratura en el interior de un armario eléctrico. Describe sus características e indica la conveniencia de emplear un
sistema u otro.
9. Enrolla el cable de un calefactor eléctrico, o un secador de pelo, coloca en el interior del ovillo un termómetro
y conecta el aparato a su rnáxirna potencia durante 5 minutos. Transcurrido este tiempo, apaga el aparato y
anota la temperatura que ha alcanzado el cable. Ahora déjalo enfriar durante un tiempo, extiende totalmente el
cable y adósale el termómetro con cinta aislante. Repite la prueba otros 5 rninutos y vuelve a tomar la tempera-
tura. Explica a qué se debe la diferencia de temperaturas que habrás observado entre la primera y la segunda
prueba, y a qué ley eléctrica obedece este fenómeno.
10. Examina la etiqueta de características del interruptor diferencial de tu vivienda. Observarás que aparecen dos
valores de corriente. ¿Qué significado tiene cada uno de ellos?
11. Con la piel húmeda, qué intensidad circularía entre la mano y el pie al producirse un contacto directo durante
2 segundos, con una tensión continua de 75 V. De acuerdo a los datos de la tablas 5.11 y 5.12, qué efectos
produciría.
12. Busca información sobre el tiempo de corte que presenta un interruptor diferencial de uso doméstico y descri-
be contra qué riesgos eléctricos nos protege.
Unidad dldac!lca S (uadros eléctricos
Equipos de protección para la prevención
de los riesgos eléctricos
Ejemplo 5.8
A la hora de prevenir los riesgos eléctricos, además de la protección que incorporan
las instalaciones, debemos tener muy presentes dos tipos de equipos:
Los equipos de protección individual (EPI).
Los equipos de protección contra riesgos eléctricos, que no tienen carácter de
«individual».
La diferencia para establecer esta clasificación la podemos encontrar en la propia
definición de los equipos de protección individual, que hemos visto en la unidad
anterior.
Entre los diferentes equipos de protección contra riesgos eléctricos que se relacionan a continuación indica, atendiendo a la
definición de EPI, indica cuáles son EPI ycuáles no.
Banqueta aislante, pértiga aislante, destornillador con aislamiento 1.000 V, guantes aislantes, calzado aislante.
Solución:
Material de protección contra riesgos eléctricos
Es un EPt
Guantes aislantes
Calzado aislante
No es un EPt
Banqueta aislante
Pértiga aislante
Destornillador con aistamiento de
1.DOOV
Justificación
L
OS guantes aistantes yel calzado los lleva colocados el operario
para protegerse del riesgo eléctrico y su uso es individual
NO es de uso individual, no la lleva puesta el operario ni la sujeta
para realizar trabajos eléctricos.
Aunque esta herramienta tenga un aislamiento eléctrico que la
hace adecuada para los trabajos eléctricos, lafinalidad del destor·
nillador es apretar o aflojar tornillos.
Equipos de protección no (onsiderados EPI
La principal característica que deben tener estos equipos es presentar un elevado
aislamiento eléctrico que limite la intensidad que pueda circular a través de ellos y,
por tanto, a través del trabajador en el caso de accidente eléctrico. Los equipos más
habituales que engrosan este grupo son:
Herramientas especiales para trabajos eléctricos. Incorporan, respecto de las mismas
herramientas no pensadas para trabajos eléctricos, aislamiento eléctrico en
aquellas zonas de la herramienta que deben estar en contacto con el operario
o bien que, accidentalmente, puedan ser accesibles por el operario (fíjate en la
figura 5.30).
Alfombras aislantes de goma ode caucho, que dispuestas en el suelo de la zona donde
se deben realizar los trabajos eléctricos, aumentan la resistencia eléctrica entre el
trabajador y tierra. Las alfombrillas sólo protegen al trabajador de los contactos
con salida a tierra. Ante un accidente eléctrico en el cual se ofrezca otra trayec·
toria (imagina un operario que está tocando una pared o alguna estructura me·
tálica que ofrezca un circuito a tierra diferente de la salida por los pies) la alfom-
brilla no nos protegerá.
•
••
F
ig.5.30.
Pértiga aislante con herramienta
cambia fusibles ybanqueta
aislante. (50famel)
Fig. 5.31.
Pictograma de doble triángulo.
Unidad dldaclca 5 Cuadros eléctricos
l
Banquetas aislantes. Su funcionamiento es análogo a la alfombrilla pero elevando
el plano de trabajo. Es preferible su uso al de la alfombrilla en superficies donde
haya charcos de agua que pudieran inundar la alfombrilla, reduciendo su aisla-
miento eléctrico. Los materiales más utilizados son los plásticos y la madera.
O Pértigas aislantes. Consisten en una barra o en un tubo telescópico que tiene la
parte por donde la debe manipular el operario de material aislante. La cabeza de
la pértiga puede tener diferentes herramientas o detectores acoplados (detecto-
res de tensión, sierras cortacables u otras herramientas). Permiten realizar los
trabajos garantizando una distancia de seguridad respecto de las partes activas
de la instalación (partes que están normalmente a tensión).
Elementos de señalización de los riesgos eléctricos y dispositivos de bloqueo para evitar
maniobras accidentales en las instalaciones.
Equipos de prote((ión individual para riesgos eléctricos
Como hemos señalado antes, para que los equipos de protección se consideren EPI
deben ser llevados o sujetados por el trabajador y deben estar diseñados con el
objetivo principal de protegerle de los riesgos que se pueda encontrar en la realiza-
ción de su trabajo.
Todos los EPI para trabajos con equipos en tensión deben estar marcados con un
pictograma de doble triángulo como indica la figura 5.31.
A continuación vas a ver diferentes referencias a normas que regulan diferentes tipos
de EPI. Estas referencias no están incluidas para que las memorices sino para que
puedas consultarlas y ampliar la información que aquí te presentamos, si te resulta
necesario.
Los EPI más habituales para la protección de riesgos eléctricos deben cumplir con
los requisitos básicos de seguridad e higiene (Directiva europea 89/6867CEE). y
además verificar las propiedades que se resumen a continuación, para cada tipo:
El casco de seguridad
Consiste en un casco básico que protege de los mismos riesgos ya explicados en la
unidad anterior. Además, todos los cascos incorporan algún requisito (obligatorio u
opcional) relacionado con la protección eléctrica. Por ejemplo:
Los cascos de protección para la industria en general (regulados por las normas
UNE-EN 397, UNE-EN 812 Y UNE-EN 14052) pueden incorporar de forma op-
cionalla protección contra contactos eléctricos accidentales, de corta duración,
hasta una tensión de 440 V.
Los cascos para bomberos deben ofrecer la protección contra contacto eléctrico
accidental hasta 440 V.
Los cascos aislantes para utilización en instalaciones de baja tensión, deben ofre-
cer obligatoriamente protección contra contactos eléctricos de hasta 1kV en CC
o bien 1,5 kV en CA. Estos cascos son de clase O.
Unidad dldacllca  Cuadros eléctricos
F
ig. 5.32.
Visera facial.
Fig.5.33.
Ropa de protección.
Fig. 5.34.
Guantes de protección.
Pantallas yviseras faciales
Además de esta protección genérica, las pantallas que cumplen con la norma UNE-
EN 166 son las únicas que proporcionan protección contra los riesgos originados por
el arco eléctrico de cortocircuito (la energía que se disipa puede llegar a fundir los
metales que causan el cortocircuito y proyectarlos contra la cara del operario). Para
indicar la protección de una pantalla facial contra riesgos eléctricos, en el campo de
uso de la pantalla se marcará ésta con el número 8.
Ropa ovestuario de protección
Respecto de los riesgos eléctricos, podemos diferenciar entre tres tipos de prendas
en función de la norma aplicable:
O Prendas antiestáticas (UNE-EN 1149), para evitar la acumulación de carga electros-
tática que puede provocar la generación de chispa eléctrica, y como consecuen-
cia, generar explosión o incendio en atmósferas explosivas.
Prendas aislantes (UNE-EN 50286) para ser usadas en instalaciones a baja tensión.
Las debe utilizar personal cualificado que realiza trabajos en tensión (o en zonas
próximas a instalaciones en tensión) hasta los 500 V en CA y 750 V en Ce.
O Prendas conductoras (UNE-EN 60985) para su uso por operarios cualificados que
realizan trabajos en alta tensión (hasta 800 kV en CA y hasta los 600 kV en CC, de
tensión nominal).
También debemos considerar si el vestuario ofrece protección contra los efectos
térmicos de un arco eléctrico. La regulación de los requisitos que debe cumplir este
tipo de ropa se encuentra en la norma UNE-EN 61482.
Protecciones para manos ybrazos
Los miembros superiores están sometidos a muchos riesgos en la mayoría de los
trabajos. Podemos afirmar que es la zona del cuerpo con mayor estadística de acci-
dentes laborales (acumulan, aproximadamente, el 35 % de las lesiones tanto de
origen mecánico como térmico, químico o eléctrico).
Estas protecciones se clasifican en dos grupos: Por un lado, tenemos guantes y ma-
noplas (según norma UNE-EN 60903) y, por otro lado, los manguitos de material
aislante para trabajos en tensión (según UNE-EN 60984). El material principal de fa-
bricación de los guantes y manoplas aislantes es el caucho natural (de mayor grosor
cuanta más tensión haya que soportar).
En muchos casos, si los guantes aislantes no tienen una resistencia mecánica consi-
derable a la abrasión o perforación, se deberán colocar sobre ellos unos guantes de
cuero que garanticen la protección mecánica. Actualmente existen en el mercado
compuestos para guantes eléctricos que también garantizan una elevada resistencia
mecánica.
Existen seis clases de guantes y manoplas aislantes para trabajos eléctricos, en fun-
ción del nivel de tensión máxima de utilización:
elase Voltaje efi,.z (CA) Voltaje (ee)
00 500 750
O 1.000 1.500
7.500 11250
2 17.000 25.500
3 26.500 39.750
4 36.000 54.000
Fig. 5.35.
Bota aislante.
Unidad didattlca  Cuadros eléctricos
Los manguitos aislantes protegen de los contactos accidentales con elementos en
tensión. Se clasifican como los guantes y manoplas (pero varian las tensiones máxi-
mas de utilización).
Calzado de uso laboral
El calzado de uso laboral ya sea de seguridad (UNE-EN 20345), de protección (UNE-
EN 20346) Y de trabajo (UNE-EN 20346) puede incorporar de forma adicional pro-
piedades eléctricas, y puede ser, además:
O Calzado conductor, con una resistencia eléctrica baja (inferior a 100 kQ), evita exce-
siva acumulación de cargas electrostáticas que pueden originar la chispa eléctri-
ca, en caso de descarga. No se debe utilizar en trabajos con tensión.
Calzado antiestático, con una resistencia eléctrica intermedia (entre 100 kQ Y
1.000 MQ). Se utiliza para disipar cargas electrostáticas ofreciendo una cierta pro-
tección contra choques eléctricos en caso de defecto de equipos hasta los 250 V
de tensión de funcionamiento. No se debe utilizar en trabajos en tensión.
Calzado aislante. Permite la protección en condiciones extremas derivadas de tra-
bajar en ambientes húmedos o mojados, siempre que se trabaje a baja tensión
(máximo 100 V de CA, nunca en alta tensión). En estos casos, la humedad o
suelos mojados reducen la resistencia de contacto y aumentan el riesgo.
El calzado aislante se clasifica en función de la tensión nominal de la instalación en la
que o en cuya proximidad se utilice:
O Clase 00, para una tensión máxima de 500 V de CA o 750 V de Ce.
Clase O, para una tensión máxima de 1.000 V de CA o 1.500 V de Ce.
El uso de calzado aislante, complementado con alfombras o guantes aislantes, será
efectivo para reducir los riesgos de corrientes de contacto que tengan salida a tierra
a través de los pies. Evidentemente, no proporcionará protección frente a contactos
con diferentes vias de salida del cuerpo.
Marcado de los EPI para riesgos eléctricos
Todos los EPI deben estar correctamente marcados, según indicación de la normati-
va que los regula. A modo de ejemplo, presentamos el marcado de unos guantes
aislantes.
Fig.5.36.
E
jemplo del marcado de un
guante aislante.
NOlmativa.de _ EN 60903:2003
refelencla lEC 60903:2002
Símbolo 1
),u a Il11bajo _
COII lesión
03
4 / Re - ClasefCategolia
Mes y año de
06 - fab, icolción
10 - Talla de guantes
HillUell) tle lote - LOT XXXX ( E0333
Fecl•• :;::::::;;~·:.:·,+
---+------+-
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I -'-r-------r=-
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Actividades
14. Haced un listado de los diferentes equipos de protección para la prevención de riesgos eléctricos que tenéis en
el taller y describid sus caracteristicas. Fijaos en el marcado.
11 Unidad dldactJca S Cuadros eléctricos
Verificació i prova del quadre
Fi9. 5.37.
Termografia de un interruptor
magnetotérmico con una de sus
conexiones insuficientemente
apretada. En la figura se detecta,
mediante una coloración amarilla,
que el deficiente apriete del
cable en el borne provoca un
aumento de resistencia de la
conexión y, consecuentemente,
un calentamiento de la zona de
contacto.
Para garantizar la operatividad de un cuadro eléctrico debemos realizar las oportu-
nas verificaciones y ensayos que tiendan a asegurar que la instalación de los equipos
que conforman el cuadro ha sido realizada correctamente y que éstos funcionan
bajo las condiciones eléctricas y ambientales para los que se diseñaron.
Verificación de la instalación
El correcto funcionamiento de la instalación pasa por observar cuidadosamente el
conjunto de operaciones que a continuación se describen:
Conformidad de la instalación
Esta operación la realizaremos siempre con el cuadro eléctrico desconectado de la
alimentación para lo que, previamente, deberemos desconectar los aparatos sec-
cionadores más próximos a la zona de trabajo. Básicamente, consiste en:
(,) Comprobar físicamente que la instalación coincide con el esquema de circuitos
confeccionado, verificando la continuidad de las conexiones de alimentación,
maniobra, tierra, etc. y la ausencia de cortocircuitos, cruces o derivaciones a
otras redes o a tierra.
O Comprobar si el material eléctrico instalado es conforme con las prescripciones
establecidas y que no presenta ningún daño visible que pueda afectar a la segu-
ridad.
Comprobar la existencia de medidas de protección contra choques eléctricos
por contacto o derivados de fallos de aislamiento.
Verificación de los elementos de conexión
En los materiales utilizados para la conexión de aparatos debemos comprobar que
éstos estén fijados a sus soportes sin que puedan aflojarse por si mismos. También
debemos comprobar que los conductores posean la sección correspondiente sin
posibilidad de deslizarse de su ubicación y que el contacto quede perfectamente
asegurado sin dañar a los cables. Asimismo, evitaremos la existencia de bordes cor-
tantes que puedan dañar los conductores, el desgarro de sus cubiertas aislantes y
los esfuerzos mecánicos o dobleces que puedan deformarlos permanentemente.
Una de las causas más frecuentes de avería es la que provocan las conexiones mal
aseguradas. Este hecho puede provocar el aumento de temperatura de conductores
y aparatos que, en muchos casos, derivan en explosiones o incendios. La figura 5.37
muestra el aspecto de una fotografía tomada con infrarrojos (termografía) que denun-
cia la presencia de un mal contacto en el borne de un interruptor magnetotérmico.
Operaciones tales como las
de comprobar la sujeción de
prensaestopas o pasacables,
verificar los aros de estan-
queidad, evitar la tracción
o rotación de cables, etc.,
deben realizarse para evitar
males mayores.
Tabla S
.ll. Clases de temperatura
de los aparatos eléctricos
clase de
Temperatura
temperatura
superficial
máxima ('C)
11 450
12 300
T3 200
T4 135
T5 lOO
T6 85
F
ig. 5.38.
Termografia de dos
magnelotérmicos trabajando
cerca del limite de la corriente
admisible. En color amarillo, la
fotografía infrarroja pone de
manifiesto el calentamiento que
sufren los dosinterruptores cuando
son atravesados por corrientes de
trabajo anormalmente altas.
Unidad dldacllca 5 Cuadros eléctricos
Verificación de la estanqueidad de la envolvente
Como ya señalábamos al tratar de las envolventes, las entradas de alimentación y las
entradas o salidas de los cables de maniobra deben efectuarse sin alterar el grado
de protección de la envolvente. Dado que este principio también debe respetarse
en todas aquellas operaciones de mecanizado a las que sometemos la envolvente,
deberemos comprobar el grado de estanqueidad de pasacables, prensaestopas,
juntas, aberturas de ventilación, etc., para evitar la entrada de polvo o gases que
puedan provocar arcos o chispas. También deberemos verificar el correcto funciona-
miento de los sistemas de ventilación o acondicionamiento de aire que impidan tra-
bajar fuera de los márgenes de temperatura previstos en el interior de los cuadros.
Verificación de la temperatura de operación
Ninguno de los aparatos del cuadro debe superar la temperatura máxima de ope-
ración establecida en sus características. Para los aparatos eléctricos, los valores de
temperatura máxima se agrupan en clases tal como recoge la tabla 5.13.
Habítualmente, el aumento de temperatura de un aparato eléctrico provoca la
reducción de su resistencia mecánica, la degradación de su nivel de aislamiento y
posíbles daños a partes eléctrícas vecinas. Como ejemplo de un mal dimensionado
de aparatos, en la figura 5.38 observamos la termografía de dos magnetotérmicos
trabajando con intensidades próximas a su valor limite.
Pruebas de fundonamiento
Las pruebas funcionales a las que debemos someter un automatismo dependerán,
en cada caso, de la propía naturaleza del automatismo, de las características de la
instalación y de los aparatos que incorpore el cuadro eléctrico. No obstante, hay
una serie de pruebas elementales que siempre será necesario realizar al trabajar con
automatismos eléctricos; entre ellas cabe destacar:
O La medida de la resistencia de puesta a tierra.
O La medida de las tensiones de alimentación y auxiliares.
O La comprobación de los elementos de seguridad.
O La medida de las corrientes de fuga.
La comprobación de sensores, actuadores y equipos de control y medida.
Cuando realizamos trabajos con elementos bajo tensión hemos de considerar no
sólo el riesgo de contacto eléctrico, sino también la posible formación de arcos eléc-
tricos por cortocircuito. En estos casos, además del equipo de protección personal
(casco, gafas, calzado aislante, ropa ignífuga, etc.), debemos emplear en cada caso
el material de seguridad más adecuado (herramientas y guantes aislantes, compro-
badores, alfombras o banquetas aislantes, etc.) y, además, ropa resistente al calor
(tipo ignifugo, algodón, etc.) para que no se inflame en caso de producirse un arco.
En ningún caso es recomendable el uso de ropa acrílica.
Unidad dldactlCa 5. Cuadros eléctricos
Tanto en alterna como en
continua, las medidas de
tensión las realizamos em-
pleando un instrumento
como el voltímetro, cuidan-
do de evitar cortocircuitos
con las puntas de prueba al
tomar la medida.
Medida de la resistencia de puesta atierra
Esta operación debe ser realizada por el personal técnico competente mediante el
uso de un te/urómetro, esto es, de un equipo que determina el valor de la resistencia
de tierra a partir de la inyección de una corriente alterna conocida, a una frecuencia
superior a los 50 Hz, y de la caída de tensión que esta corriente produce. La medida
debe ser realizada en las condiciones que la norma establece y efectuada sobre la
conexión principal de tierra de la instalación.
Medida de las tensiones de alimentación yauxiliares
Es una prueba importante consistente, de una parte, en medir el valor de la tensión
de suministro a la entrada del cuadro y en todos aquellos puntos donde se produce
alguna derivación o conexión y, de otra, en verificar el nivel de todas aquellas ten-
siones auxiliares utilizadas para la alimentación de dispositivos específicos como los
sensores, los actuadores, etc.
Comprobación de elementos de seguridad
Esta tarea persigue la verificación y prueba de todos los elementos de seguridad
que incorpora la instalación. El trabajo debe contemplar, de una parte, la revisión
del estado de los elementos y la aprobación de sus principales características y, de
otra, la prueba real de estos dispositivos mediante los convenientes ensayos de
funcionamiento.
Entre otras, las operaciones que se derivan de esta tarea son:
O La revisión del estado de los fusibles y el examen de la corriente máxima para
los que éstos están dimensionados.
O La comprobación del accionamiento de los interruptores y la verificación de su
corriente de disparo.
O La comprobación del de los interruptores magnetotérmicos y la verificación de
su corriente máxima de corte.
O La revisión del estado de los sistemas de climatización de los cuadros eléctricos
y la comprobación de su funcionamiento.
O La revisión del estado y la prueba de los pilotos luminosos y de los pulsadores o
interruptores de parada, alarma y emergencia.
O La comprobación de la equipotencialidad de tierra en todas las partes metálicas
de la instalación.
Medida de las corrientes de fuga
Esta medida la realizaremos empleando una tenaza amperimétrica que posea una
sensibilidad mínima de 1 mA, y la colocaremos de tal manera que abrace simultánea-
mente los conductores activos (de fase y el neutro). Dado que la pinza realiza la suma
vectorial de las corrientes que pasan por los conductores que abraza, la medida
obtenida debe ser igual a cero. Si no fuera así, hemos de suponer que la instalación
tiene una corriente de fuga que circulará por los conductores de puesta a tierra.
La comprobación de sensores, actuadores yaparatos
En esta operación debemos comprobar la señal que generan los diferentes senso-
res de la instalación y verificar que están presentes allí donde se las requiere. Tam-
bién deberemos realizar la prueba de los actuadores, accionándolos con las corres-
pondientes señales de maniobra a la vez que verificamos su correcta operación.
La prueba de funcionamiento de un automatismo debemos realizarla por fases. Los
diferentes bloques funcionales, o subconjuntos, que lo conforman deben compro-
barse y verificados individualmente. Una vez efectuada la revisión por separado, los
arrancaremos en fases sucesivas hasta completar la puesta en marcha global de la
instalación.
Unidad dldactlca S Cuadros eléctricos
Autoevaluación
1. Al hablar de cuadros eléctricos, qué debemos entender por envolvente.
2. Cita tres tipos diferentes de envolventes y describe su utilización.
3. ¿Qué grado de protección presenta un armario catalogado de IP 54 -IK 06?
4. ¿Qué requisitos se le exige a una envolvente antideflagrante?
s. Cita tres tipos de planchas de montaje y los posibles materiales de qué están hechas.
6. ¿Qué es un prensaestopas? ¿Para qué se utiliza?
7. Cita cuatro materiales utilizados en la cubierta de conductores.
8. ¿Qué características presenta un conductor eléctrico de código H05SS-F 3x2,5?
9. ¿Qué debemos entender por factor de potencia?
10. ¿Qué factor de potencia presenta un motor trifásico de 11 kW cuando, conectado a 400 V, consume una co-
rriente de 20 A7
11. Cita algunas de las ventajas que nos proporciona la identificación de elementos en un cuadro eléctrico.
12. En un esquema, qué aparato puede ser aquél cuya referencia comience por K.
13. ¿Qué entendemos por esquema de un circuito?
14. ¿Qué dos cuestiones fundamentales debemos garantizar al ubicar los aparatos de un cuadro eléctrico?
15. Cita dos cuestiones que debamos contemplar para mejorar la accesibilidad de los elementos de un cuadro
eléctrico.
16. Explica los conceptos de emisividad y susceptibilidad al ruido eléctrico.
17. ¿De qué factores depende la intensidad que recorre nuestro cuerpo en un contacto eléctrico directo?
18. ¿Qué entendemos por contacto eléctrico indirecto?
19. ¿Qué impedancia presenta el cuerpo mojado de una mujer ante el contacto directo con una tensión de 75 V?
20. ¿Qué entendemos por fibrilación ventricular? Búscalo en internet.
21. Describe brevemente las cuatro operaciones que debemos realizar al verificar una instalación eléctrica.
22. ¿Qué entendemos por termografía?
23. Describe brevemente las cinco pruebas funcionales que debemos realizar en cualquier instalación eléctrica.
nidad didáctica 6
etección ydiagnóstico
eaverías en automatismos
Jbleados yprogramados
lué aprenderemos?
~ Qué es una avería y qué tipo de averías pueden producirse.
~ Qué diferencias hay entre las averías en los automatismos cableados y
en los programables.
A detectar, identificar, evaluar y analizar averías.
Unidad didáctICa 6 Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados
Las averías ysus tipos
Fig.6.1.
Evitar averias es un principio
básico que debe regir en cualquier
instalación.
La mejor avería es aquella que no se produce y la mejor reparación, aquella que no
debe realizarse.
Aunque parezca una evidencia, debe procurarse que esto sea así porque una avería,
por su propia naturaleza, comporta un funcionamiento anormal que aparece en el
momento más inesperado y produce daños a distinta escala que inciden, en mayor
o menor medida, en todo el sistema productivo de la empresa.
Evitar y prevenir averías es un principio básico que debería regir en cualquier ins-
talación y que se basa en la técnica que se denomina mantenimiento preventivo.
Cuando se ha producido una avería, la reparación de la misma se conoce, también,
como mantenimiento correctivo.
No obstante, es inevitable que se produzcan averías y, por tanto, deben tenerse en
cuenta algunos principios básicos para enfrentarse a ellas con el objetivo de que
afecten lo menos posible a la empresa en su conjunto.
Inciden(ias de las averías
en los sistemas automatizados
Los tipos de averías que nos podemos encontrar los podemos clasificar, atendiendo
a su incidencia en la producción de la máquina o del sistema automatizado, en le-
ves, moderadas y graves.
Averías leves
Las averías leves son aquellas que no inciden en la producción de la
máquina o del sistema automatizado, es decir, se puede operar igual
aunque persista indefinidamente esta deficiencia.
Se debe tener especial cuidado con este tipo de averías porque, al
no afectar a la producción, se van dejando sin resolver y la instalación
puede llegar a alcanzar un estado de dejadez lamentable. Todos los
elementos del sistema tienen su función y aunque ésta no esté asociada
directamente a la producción, lo está a la máquina. Ello sucede, por
ejemplo, con señalizadores de situaciones de la secuencia.
Averías moderadas
Las averías moderadas son aquellas que inciden en la producción de la
máquina o del sistema automatizado, si bien con una intervención de
urgencia, a menudo a cargo del mismo operario del sistema, la máquina
puede seguir en producción.
Como ejemplo de este tipo de avería podemos citar las operaciones que el sistema
realiza de manera automática y que, ante una avería, el operario puede efectuar de
forma manual, lo que permite la continuación de la producción, aunque a veces no
al mismo ritmo.
Averías graves
Las averías graves son aquellas averías que inciden en la producción de la máquina
o del sistema automatizado hasta el extremo de que la máquina no puede seguir en
producción.
Las averías graves conllevan costes elevados para las empresas, pues se detiene la pro-
ducción a la vez que se mantienen los costes (salarios, alquileres, gastos fijos, etc).
1, Unidad didawca', Detección V diagnóstico de averias en automatismos cableados V programados
Fig. 6.2.
Averías en automatismos cableados
Cada vez quedan menos máquinas o procesos cuya tecnología de automatización
sea cableada. No obstante, existen dos casos en los que pueden encontrarse este
tipo de automatismos: máquinas o procesos antiguos y máquinas o procesos muy
sencillos.
En el caso de máquinas o procesos antiguos el principal inconveniente con el que
puede topar el técnico es que no exista ninguna documentación sobre la misma: ni
esquemas eléctricos, ni hojas de procedimiento de puesta en marcha, de instalación
o de mantenimiento. Algunos automatismos muy sencillos puede que tampoco ten-
gan ninguna instrucción escrita sobre qué debe hacerse en caso de avería.
Los elementos que mayoritariamente forman los automatismos cableados son los
relés electromagnéticos, los temporizadores, los contactores y los elementos de
protección, como fusibles, relés térmicos, magnetotémnicos y diferenciales.
Las averías en este tipo de automatismos acostumbran a estar relacionadas con el
deterioro de los elementos que lo componen a causa de su uso y envejecimiento.
Un buen mantenimiento revierte en una notable escasez de averías, y las que se pro-
ducen acostumbran a ser muy repetitivas, de manera que se ponen de manifiesto
los puntos negros de la instalación y las deficiencias de diseño.
El coste de reparación de este tipo de averías es relativamente bajo porque no se
trata de materiales de coste elevado. Además, la mayoría de los componentes son
de muy buena calidad (ya no se encuentra, prácticamente, material mediocre en el
mercado) y muy robustos, por lo que el número de averías que se dan es realmente
escaso al poder operar todos los componente sin problemas durante muchas horas.
El tiempo para solucionar las averías en los automatismos cableados depende más
del tiempo de determinación de la avería y de la obtención de los elementos de
repuesto, que del tiempo de reparación.
La reparación consiste, en la mayoría de los casos, en destornillar los bornes de los
elementos estropeados para separar los cables de conexión y en sustituir dichos
elementos, atornillando nuevamente los cables a los bornes.
Tanto en el caso de instalaciones antiguas como en el de instalaciones sencillas,
debería destinarse un tiempo para realizar pliegos de instrucciones que detallen las
pruebas funcionales encaminadas a resolver las averías que, opcionalmente, pue-
dan presentarse, más allá de un mantenimiento preventivo básico.
Armario de relés en un 
automatismo cableado.
•
·"
Unodad dldactlca o Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados Vprogramados
Fig. 6.3.
Elementos especiales en
automatismos programables.
Actividades
Averías en automatismos programables
Los automatismos programables acostumbran a ser relativamente modernos y, por
lo tanto, diseñados por personal que sabe que se podrán modificar a lo largo de su
vida útil, que se deberán mantener y que han de ir acompañados de una documen-
tación básica relacionada con dicho mantenimiento específico de la instalación.
Los automatismos programables, aparte de compartir algunos elementos con los
cableados, presentan elementos especiales conectados con los autómatas progra-
mables.
Lógicamente en un automatismo programable el tipo de averías que puede darse
es mucho mayor que en el caso de los cableados, porque incluye más componen-
tes que son altamente sofisticados y pueden presentar averías propias. Así, por
ejemplo, puede estropearse el terminal del operador y que el proceso prosiga sin la
posibilidad de interacción entre el operador y el automatismo.
Este tipo de avería no es directa por cuanto no afecta al controlador (al autómata)
o a una parte directamente relacionada con el control. Puede haber, por lo tanto,
averías de tipo leve, moderadas y severas.
El coste de este tipo de averías, respecto a la repara-
ción, es más elevado que en las instalaciones cablea-
das, aunque, en realidad, el número de las mismas que
se dan es realmente escaso porque los materiales son
de muy alta calidad, robustos y certificados en relación
con su capacidad para operar sin problemas durante un
elevado número de horas.
El tiempo que se necesita para efectuar una reparación es
algo superior al de las instalaciones cableadas. Mientras
que es fácil guardar en el almacén un relé o un contac-
tar, no se acostumbra a tener almacenados autómatas,
ordenadores o terminales de operador, dado su elevado
coste. Así, al tiempo de determinación de la avería debe
añadirse el de obtención del repuesto. Su sustitución
acostumbra a ser una operación muy rápida, ya que se
trata en todos los casos de conexiones enchufabies me-
diante conectores o regletas extraíbles de bornes.
Si la avería la presentan los elementos convencionales, el coste de la reparación yel
tiempo que ésta requiere es el mismo que en un automatismo cableado.
La gran cantidad de lógica alojada en los armarios con automatismos programables
permite, en muchos casos, programar parte del equipo para diagnosticar averías
(autodiagnóstico) o para ayudar a los técnicos a detectarlas. Así, el tiempo de detec-
ción de las averías puede reducirse mucho.
1. Completa la tabla siguiente indicando las diferencias relativas a las averías que hay entre los automatismos
cableados y los programables:
Detección de la averia
Tipos de averias y frecuencia de aparición
Coste de reparaCión
Tiempo de reparación
Automatismos ,abl.ados Automatismos programables
l. Unidad dldactoca 6 Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados
Métodos de detección yanálisis de averías
Métodos de detección de averías
Las averías las detecta, primeramente, el operario o personal que se encarga de la
explotación de la máquina, equipo o proceso automatizado. La persona que detec-
ta la deficiencia de funcionamiento la comunica a quien proceda para que el perso-
nal técnico competente se haga cargo de la situación: detecte el origen del defecto,
dictamine si es un error de operación (falta de tensión, falta de materia prima, etc.) o
una avería, la gravedad de la misma y pueda proceder a su reparación en el mínimo
tiempo posible y la máxima eficacia.
Así, es imprescindible que el personal destinado a la detección de averías sea
alguien que conozca a fondo el equipo completo, la mecánica y el automatismo
eléctrico, ya sea cableado o programable. Este conocimiento procede: del estudio
de la documentación, si la hubiere; del trabajo preventivo; de la documentación
del mantenimiento que se haya generado con el tiempo, y de los ensayos fuera de
producción que se hayan hecho con el equipo.
Si bien el desarrollo del método de detección de una avería varía con cada equipo,
en general deben seguirse los siguientes pasos:
1. Hay que hablar con el operario para que explique qué ha sucedido exactamen-
te y cuáles son los síntomas que le hacen creer que se ha producido una avería.
Debe consultársele su opinión al respecto y si considera que es un problema
mecánico o eléctrico.
2. Deben analizarse las explicaciones del operario para descartar un origen me-
cánico de la avería. En cualquier caso, ya se descarte o no la parte mecánica,
tienen que comprobarse las tensiones del sistema, es decir, es necesario ver si
están dentro de su valor nominal y si alimentan los elementos clave (autómata,
protecciones, etc.).
3. Descartado el error mecánico, si las tensiones son correctas debe pensarse en
un fallo del automatismo. El operario vuelve a tener protagonismo en este pun-
to, puesto que sus indicaciones nos serán de gran ayuda y aclararán el punto
en que la secuencia no progresa.
4. Cuando se determina el lugar de la secuencia que no ha progresado, se debe
comprobar cada uno de los sensores, tanto los necesarios para progresar a la
nueva etapa como los de la etapa anterior (un fallo en éstos también puede
impedir la progresión).
5. Si la parte mecánica no ha alcanzado las posiciones en las que los sensores
actúan, deberemos realizar un posicionado manual de la parte mecánica para
que estos elementos actúen.
6. Si se detecta que algún sensor no opera correctamente siguiendo el procedi-
miento que detallaremos más adelante, debe ser sustituido en el menor plazo
posible.
7. Si no se detecta ningún sensor con errores de operación y se dan todos los
elementos para que la secuencia prosiga y, no obstante, no prosigue, se debe
intentar reiniciar el proceso completo haciendo un paro general del equipo y
un reposicionamiento de la parte operativa (la parte mecánica).
8. Si se trata de un automatismo programable deben verse iluminados los LEO
que señalen que las entradas de interés están activadas o desactivadas, según
interese. Si el LEO de una entrada no se enciende, significa que hay un error
entre el sensor y el autómata, y es ahí donde habrá que dirigir el trabajo.
Unidad didáctica 6. Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados l'
Fig. 6.4.
E
l personal destinado a la
detección de la avería debe
conocer a fondo el equipo.
9. Si el error persiste en el mismo lugar de la secuencia, se debe estudiar, en caso
de ser un automatismo cableado, si el relé o relés que han de actuar están en
buen estado. Una forma cómoda y rápida de hacer esta valoración es sustitu-
yéndolos por otros relés nuevos.
10. Si tampoco se consigue asi el avance de la secuencia se debe verificar que no
exista un problema de conexión; con el tiempo y la operación, los tenminales pue-
den aflojarse. Es interesante detenminar con un polímetro la continuidad de las
conexiones y reapretar todos los bomes y conexiones. No debe dejarse ningún
cable por remover con las manos tirando suavemente de él para ver si está co-
rrectamente sujeto a su punto de conexión, ya sea tenminal, soldadura o bome.
11. Si el automatismo es programable y tiene un autómata que no activa
el punto de la secuencia que corresponde, debe verificarse si el LED
de indicación de salida activada está iluminado o no. Si está ilumi-
nado, significa que el autómata opera correctamente, pero que el
circuito que controla no responde. En consecuencia, hay que dirigir
la atención a este circuito.
12. Si no se encuentra ningún error en las salidas y en los actuadores,
deberemos leer desde un terminal de programación el programa del
autómata y analizar qué sucede. Otra actuación interesante es recar-
gar el programa que debiera haber en el autómata y reiniciar toda la
máquina o equipo, tanto la parte mecánica como la eléctrica.
13. Puede suceder que ninguna de las acciones anteriores delaten el
origen del fallo; éste es el peor escenario posible porque significa
que el equipo debe estar bastante tiempo parado y que se tiene
que verificar su operación desde el principio de la secuencia, paso
a paso y siguiendo todos los elementos que intervienen. Sin duda,
en algún punto aparecerá la causa de la avería.
En los automatismos programables existe la posibilidad de analizar el correcto fun-
cionamiento del controlador desconectando las entradas del proceso al autómata y
utilizando secuenciadores (emulan los sensores de la máquina).
También podemos comprobar las entradas y salidas del autómata desconectándo-
las del proceso y conectándole un bloque de interruptores que simulan entradas
digitales y utilizar bloques de salidas a señalizadores para comprobar las salidas.
Do(umentos para el análisis
yevalua(ión de las averías
De las averías hay que extraer algo bueno, como de casi todas las cosas de la vida. Si
se tiene un historial de averías correctamente llevado al día, es más fácil hacer un aná-
lisis, una evaluación y hasta una previsión de lo que puede suceder, esto es, estimar
cuándo se puede producir otra avería, su tipología, etc. En este sentido, es importan-
te disponer de la ficha de revisiones o mantenimiento y el plano de situación.
La ficha de revisiones omantenimiento
La ficha de revisiones o mantenimiento es una ficha o una hoja de cálculo donde se
relacionan las incidencias de cada automatismo y elemento que forma una automa-
tización.
Si junto con las especificaciones de una máquina o proceso (que ya deberían incluir
un plan de mantenimiento preventivo, que, si no lo tiene, debe realizarse), se dispone
de una tabla en la que se pueda especificar qué le ha sucedido y cuál es el estado de
cada elemento de la instalación durante una revisión de mantenimiento periódico, es
posible conocer los puntos más fuertes y los más débiles de la instalación.
Unidad dldactlca 6 Detección y diagnóstico de averlas en automatismos cableados yprogramados
Ejemplo 6.1
Una determinada máquina envasadora y etiquetadora, como la que se puede ver en la figura 6.5, llena y etiqueta una caja con
cuatro productos que se acciona con un pulsador T. La caja llega vacia, mediante una cinta transportadora accionada por un
motor Mi, Yse detiene delante de la envasadora cuando se acciona un detector óptico DO. El brazo de la insertadora va hacia
atrás mediante el motor M3 hasta que un final de carrera FCP señala haber alcanzado la parte posterior, donde se encuentran
los productos a la espera de ser envasados (en otra cinta).
Cuando el brazo está sobre el nuevo producto, abre la pinza de sujeción (cerrada por muelle) accionando el electroimán El y, a
la vez, desciende mediante el motor M2 hasta que FCllo indica. Entonces libera el electroimán, cerrando la pinza, y hace subir la
insertadora hasta su extremo superior indicado por el fina l de carrera FCS. Una vez allí, mediante M3, gira hasta la parte anterior
indicada por un final de carrera FCA.
Lo siguiente que hace es bajar de nuevo mediante M2 hasta que FCllo
indique y allí acciona el electroimán El durante 0,5 segundos, a la vez que
sube hasta FCS y hace que un contador cuente que ya se ha envasado un
producto y compruebe si ya hay cuatro. Puesto que no hay cuatro pro-
ductos, la insertadora empieza a repetir toda la secuencia de ir a buscar
un producto y dejarlo en el interior del envase, y cada vez incrementa
en una unidad el contador y verifica si ya se tienen envasados cuatro
productos.
Los elementos utilizados por esta máquina, que se reproduce en la figura
6.5, son los motores y sensores siguientes:
1 pulsador T
1 motor Mi
1 motor M2
1 motor M3
1 electroimán El
" 1 detector óptico DO
.) 1 final de carrera FCP
1 final de carrera FCI
1 final de carrera FCS
1 final de carrera FCA
Sobre este automatismo, responde las siguientes cuestiones:
Indica si es suficiente para el técnico de mantenimiento la información
proporcionada. En caso de que no lo sea, señala qué tipo de informa-
ción necesitaría.
Realiza una tabla para el mantenimiento del automatismo en la que
figuren para cada tipo de elemento la periodicidad de las revisiones,
su estado, las fechas de revisión y la persona responsable.
Solución:
M3 O-'::P'--.J.-'-~
M2 O-_!~~lLJ.>------"M
~FCI
DO
--Jo
~ Ml
Fig.6.5.
Ejemplo de una máquina envasadora.
Es evidente que esta sencilla relación no da información sobre el tipo de elementos de que se trata y que, por lo tanto, es la
información que requiere un programador, pero no un encargado de mantenimiento. Falta completar la lista con el tipo de ele-
mento físico que corresponde para poder establecer qué tipo de pruebas o inspecciones deben hacerse con cada uno de ellos
o, sencillamente, para el caso de tenerse que sustituir, saber qué tipo de elemento es ycuál su referencia y, si es necesario, hasta
su proveedor. Así, un ejemplo de la información adicional que necesita el técnico de mantenimiento puede ser:
Pulsador de marcha y de paro mecánicos, con grado de protección IP-65, sin piloto luminoso, de la marca Telemecanique,
modelo de tipo XAL con un pulsador verde de marcha y otro rojo de paro.
Detector óptico de reflexión, de la marca Keyence de tipo PZ-M31 autocalibrado, de 30 mm de detección, etc. La descrip.
ción de elementos debería realizarse en una tabla como la que se presenta en la tabla 6.1.
En la tabla 6.1, presentamos un ejemplo de ficha o tabla de mantenimiento del automatismo.
Uno de los aspectos importantes es poder agnupar los elementos que deben revisarse según su periodicidad de revisión, es
decir, habrá elementos que se tendrán que revisar a diario, semanalmente, mensualmente o en fechas concretas. De esta forma,
debería contarse con más de una hoja que contuviera los elementos de la tabla que hemos usado de ejemplo, agrupando los
dispositivos por su periodicidad.
Naturalmente, esto se justifica en instalaciones que incorporen una elevada cantidad de dispositivos por revisar, porque en ins-
talaciones pequeñas, con una hoja ha de ser suficiente, o bien con un formato que permita trabajar de una forma cómoda, eficaz
y rápida. En ocasiones, el mismo técnico de mantenimiento puede elaborar estas hojas.
Unidad didacllc" 6. Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados
Elemento
Pulsador T
Del. óptiCO DO
F. carrera FCS
F
. carrera FC/
F. carrera FCA
F. carrera FCP
Electroimán El
Motor MI
Motor M2
Motor M3
Actividades
Tabla 6.1. Relación de los automatismos sujetos arevisión en una instalación.
Tipo Periodicidad Situación
Planos de situación
Trabajo
de revisión
Fecha Inspector
Previsla Real Nombre Firma
Un documento que acostumbra a acompañar las hojas de revisiones o manteni-
miento es el plano de situación.
En el plano de situación se nos indica en qué zona, dentro del
armario, está ubicado cada elemento que forma parte del au-
tomatismo.
La situación de los elementos se indica mediante coordenadas
del tipo letra-número, como puede observarse en la figura 6.6.
Evidentemente, cada modificación de componentes que se dé
dentro del armario debe reflejarse en una nueva hoja o anota-
ción que, de forma clara y sin ambigüedad alguna, identifique
la situación de cada nuevo elemento.
Fig. 6.6.
Plano de situación de diferentes elementos
de un armario de control.
2. Intenta rellenar la tabla 6.1 teniendo en cuenta que se trata de la máquina descrita en el ejemplo 6.1. Considera
que debes disponer, para cada elemento de la tabla, al menos una periodicidad y un tipo de operación por
realizar.
3. Haz una lista de aparatos y máquinas y pruebas que, según tu criterio, podrías comprobar si funcionan bien
estando en producción y estando fuera de producción, como por ejemplo un televisor. iCuidado! toste es un
ejercicio que debes hacer en una hoja de papel, en ningún caso debes llevarlo a la práctica.
Umdad dtdacllca 6. Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados
Efectos observados ysus posibles causas
Síntoma, avería ydisfunción
Cuando un operario obseNa síntomas de avería en un proceso o má-
E
l operario observa un sintoma
quina, el primer paso que deberá realizar el técnico es identificar las
posibles causas de estos síntomas y establecer si son realmente de
una avería o disfunción.
ylo asimila auna anomalia
+
Se avisa al técnico
¡
El técnico escucha
Llamamos síntoma a aquello que se obseNa como anormal dentro del
funcionamiento habitual de una máquina o equipo y que llama la aten-
ción del operario o supeNisor (ya sea una persona o un ordenador).
las explicaciones del operario
Entendemos por disfunción aquella deficiencia de funcionamiento que
se debe a alguna causa ajena a la máquina o al equipo (suciedad, cuer-
pos extraños, bloqueos, etc.). Si se dictamina la causa como disfunción
es porque no existe ningún componente de la máquina dañado.
yhace su propia observaCión
¡
El técnico determina una lista En ocasiones, puede que la naturaleza del equipo y su sofisticación
haga que el operario no pueda expresar con exactitud datos que
ayuden al técnico a poderse hacer cargo de la situación. Si se trata
de un equipo automático en el que no inteNiene el operario, debe
haber indicaciones en los paneles de operador o en el tipo de interfaz
que se utilice para que el técnico pueda interpretar los síntomas de
anomalía.
de posibles causas de la anomalía
+
Se hacen las acciones orientadas
averificar si se trata de la causa X
'----l
Se descarta dicha
posible causa
yse pasa a
valorar la siguiente,
X=X, 1
I
No
+
¿Se trata
de la causa X?
Sí
Una vez ha determinado las posibles causas de los síntomas, esta-
blece, a su criterio, un orden de prioridad según pueda deberse más
a unas causas que a otras. También hace un conjunto de pruebas o
medidas con el objeto de determinar, de entre todas, la causa del
síntoma obseNado.
Ya se sabe una causa
~~~ "" Identificación de las causas de
los síntomas observados
del sistema observado.
Fig.6.7.
Procedimiento para determinar
las causas de las averías.
Has de tener en cuenta
que, a veces, un síntoma no
se debe a una sola causa,
sino que puede ser fnuto de
varios factores, por ello, no
debes descartar la posibili-
dad de hacer un chequeo
exhaustivo de todo el sis-
tema.
Los síntomas pueden ser generados por cuatro grupos de causas, que
deben comprobarse en la secuencia que se presenta.
Primero: Hay que comprobar las tensiones de servicio
Las primeras causas que deben considerarse son las que tienen relación con las
tensiones a las que trabajan los circuitos. Si no están dentro de los márgenes ad·
misibles, los sensores activos (que están conectados a tensión) pueden operar de
forma incorrecta. Así, elementos como relés y contactores puede que no lleguen a
cerrarse o a mantenerse cerrados por falta de corriente de excitación en las bobinas.
Los controladores no operarán correctamente y algunos se detendrán.
Segundo: Hay que comprobar los sensores yelementos de entrada
Cuando el sistema no responde a las señales enviadas por los elementos de entrada
(pulsadores, microrruptores, finales de carrera y sensores en general), se deberá iden-
tificar cuál es el elemento que no provoca el efecto deseado y planificar su repara-
ción o sustitución. Puede ocurrir que los sensores respondan correctamente, pero el
elemento de control no sea sensible a dichas actuaciones; en estos casos, se deberá
tener en cuenta el hecho de que la señal del sensor llegue correctamente al control.
Unidad dldactlcd 6 Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados
Fig. 6.8.
Las primeras causas que deben
considerarse son las que tienen
relación con las tensiones.
Tercero: Hay que comprobar los actuadores oelementos de salida
En este caso se trata de defectos relacionados con acciones que no se realizan. Una
vez se ha verificado el correcto funcionamiento de las entradas, del control y de las
tensiones del sistema, cabe pensar que son los dispositivos de salida, como relés,
contactares, lámparas, calefactores, válvulas, etc., los que no actúan.
Puede que el controlador no opere correctamente y no entregue al dispositivo de
salida la tensión o corriente dentro de los márgenes útiles y que dicho dispositivo no
responda correctamente.
Cuarto: Hay que comprobar los elementos de control
Las causas relacionadas con el controlador son las que más tiempo ocupan porque
requieren hacer avanzar la secuencia de control hasta determinar el punto en el que
fallan; en estos casos hay que investigar, entre los elementos relacionados con este
punto, cuál es el responsable del fallo.
En la investigación de las causas que provocan los síntomas es muy útil disponer de
listados que relacionen los efectos observados y sus posibles causas. Te presenta-
mos un ejemplo en la tabla 6.2.
Tabla 6.2. lista de causa, efectos yacciones de los elementos de entrada ysalida más habituales en una instalación
Efecto observado Posibles causas Actuación
No se acciona mecánicamente. Inspeccionar el elemento mecánico que debe accionarlo.
No recibe tensión en sus bornes. Inspeccionar laconexión.
Un final de carrera o microrrup-
tor no opera correctamente. Está estropeado internamente. Reemplazarlo.
No recupera la posierón porque tiene el muelle Reemplazarlo.
roto.
No recibe alimentación.
Está sucio y no puede operar bien.
Un detector óptico no opera
Está estropeado.
correctamente.
Está desalineado.
No detecta objetos.
NO da señal de salida.
NO recibe alimentaerón.
Está sucio y no puede operar bien.
Un detector IOductivo o capaer- Está estropeado.
tiVD no opera correctamente.
Está desalineado.
Está más allá de su distancia de detección.
No recibe alimentación.
Un pulsador no opera correc- Estásuero y no puede operar bien.
lamente.
Se calienta mucho.
Está estropeado
Seguir el cableado de la alimentación hasta dar con el defecto.
L
impiarlo convenientemente.
Sustituirlo.
Alinearlo y atornillarlo con fuerza.
Alinear los objetos o el delector.
Acercarle más los objetos por detectar.
Seguir el cableado de la alimentacrón hasta dar con el defecto.
Limpiarlo convenientemente.
Sustituirlo.
Alinearlo y atornillarlo con fuerza.
Se debe de haber movido; hay que analizar las causas de este
movimiento y sujetarlo mefor.
Seguir el cableado de la alimentación hasta dar con
el defecto.
limpiarlo convenientemente.
Circula demasiada corriente por sus contactos o puede que la
lámpara indicadora, si la lleva. esté en mal estado.
Sustituirlo
Unidad dldaClica 6 Detección y diagnóstico de averlas en automatismos cableados y programados
Tabla 6.2. li,la de cau,a, efeclo, y accione, de lo, elemenlo, de enlrada y ,alida ma, habiluale, en una in,lalación
Efe<lo ob,ervado
Una lámpara señallZadora
no se ilumina cuando de-
biera hacerlo.
Un relé no se activa.
Un contactor no se activa.
Posibles causas
Está fundida.
Lleva demasiadas maniobras de encendido-apagado.
Actuación
Comprobarla conectándola directamente atensión.
Calcularlas en funCión del régimen de la máquina.
Ha supetado el límite de horas de servicio indicadas por el Consultarlo en el catálogo del fabricante.
fabricante.
H
arecibido una sobrelensión.
Si se sospecha, se puede dejar un registtador gráfico en paralelo con la
lámpara durante dias osemanas.
los elementos que la deben accionar no opetan Debe segUirse completamente el circuito de la lámpara y veriltcar el
correctamente. correcto funcionamiento de lodos sus elemenlos.
Tiene la bobina rola oquemada.
NO hace buen conlaclo con el zócalo.
No reCibe sulicienlelensión.
No recibe tensión.
Tiene labobina rola oquemada.
Hace ruido de taleo.
No recibe suficiente lensión.
No recibe lensión.
Demasiadas maniobras.
Sacarlo del zócalo o desconeclarlo complelamenle y darle su lensión
nominal.
Ver si la brida de sujeción eslá rola osi hay vibtaciones. Sujelarlo mejor.
Analizar por qué no la recibe siguiendo el circuilO al que eslá coneclado.
Comprobar lodos los elemenlos que participan en dársela.
Desmonlar labobina ycomprobarla con un ohmímetro.
Ver si la espita de sombra eslá rola.
Analizar por qué no la recibe siguiendo el circuilo al que eslá coneclado.
Comprobar lodos los elemenlos que parlicipan en dársela.
Preventivamenle susliluirlo según una planificación relacionada con el
numero de maniobras máximo.
Un contactar se calienta en Corriente nominal excesiva. Reducirla ocambiar los conlaclos por olros más robuslos.
exceso.
El entrehierro no cierra bien.
Conlaclos delellotados.
limpiarlo ymllar si hay obJelos oparles inlernas que se hayan rolo.
Suslituirlos.
El relé térmico ha actuado.
El motor ha lenido problemas yhaconsumidomás corrienle Inspeccionar SI exisle algún problema con la carga del motor o con el
de la normal duranle demasiado tiempo. propio motor.
los fusibles uOltaS prolec' Ha habido un cortocircuito o una sobrecarga notable en la InspeCCIonar los posibles elemenlos que lo hayan ocasionado y si el
ciones han actuado. instalación. cableado está en buen estado.
NO recibe tensión.
una electrováfvula no cie-
rrajabre. Está bloqueada mecánicamente.
Un motor no gita.
El motor se calienta en
Tiene la bobina rota oquemada.
Está bloqueado mecánicamente.
Tiene los devanados quemados.
Ha actuado el térmico.
No ha actuado el contactor.
No ha reCibido tensión del variador de frecuencia.
No ha recibido tensión del arrancador.
Gita en un sentido, pero no en el otro.
Falta una odos lases.
Está mal conectado.
exceso. le llega más tensión de la que le corresponde.
Demasiada frecuencia.
Demasiada carga mecánica.
Defectos en los bobinados.
Comprobar todos los elementos que participan en dársela.
E
studiar sus partes móviles ymirar si puede moverse.
Desmontar, si es posible, la bobina ycomprobarla con un ohmimelro.
Mirar si se trata de un bloqueo de la carga odel propio eje (cojinetes,
juntas, entrehlerro, etc).
Rebobinar osustituir según dISponibilidad ycoste.
Rearmar el térmico no sin antes valorar el porqué de su actuación.
Posible averia en el contactar.
Estudiar por qué el variador no ha actuado.
Estudiar por qué el arrancador no ha actuado.
Analizar el contactar que da el sentido de giro que no se tiene.
Anahzar fusibles yproteCCIones.
Estudiar la conexión si es en estrella otriángulo.
Analizar la causa midiendo las tenSiones alo largo de lalinea.
Si está conectado aun variador de frecuencia, estudiar disminuirla.
Estudiar si el dimensionado es correcto o han aumentado los rozamlen·
tos, fricciones ocarga.
Comprobar que no haya espllas en cortocircuito.
Unidad didaCllc., 6 Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados
------
Formulación del diagnóstico
Superada la fase de identificación de la causa o causas de los síntomas, debe emi-
tirse un diagnóstico. El diagnóstico es determinante de la situación en que queda
la máquina o proceso a partir de este momento, por lo que es esencial que se cata-
logue la causa como disfunción o como avería y, en este último caso, considerarla
leve, moderada o grave.
Si se trata de una disfunción, por lo general, es muy sencillo enlazar la fase de diag-
nóstico con la de reparación, pero si se trata de una avería deberá considerarse su
grado para poder establecer un plan de reparación.
En resumen, la reparación depende del diagnóstico y éste debe ser lo bastante
ajustado para tener la máquina o el equipo detenido el mínimo tiempo posible para
no penalizar la operación del mismo y que el coste de la reparación y del proceso de
manufactura detenido sea el menor posible.
4. ¿Cuál es la diferencia entre avería y disfunción? ¿Cuál de los dos es más grave?
5. Dibuja un diagrama de flujo de la secuencia que deberás realizar para identificar las causas que ocasionan sín-
tomas de una avería en una máquina.
Identificación de los elementos averiados
Toda técnico de manteni-
miento debe conocer per-
fectamente la simbología
normalizada que le afecta.
Ha de saber interpretar co-
rrectamente los diferentes
tipos de esquemas eléctri-
cos que explican las instala-
ciones y los automatismos
de las máquinas y los pro-
cesos.
En muchas ocasiones una avería que provoca el mal funcionamiento de muchas
partes de la máquina tiene una sola causa localizada en un único elemento, que está
estropeado.
Otra situación que se puede presentar, mucho más costosa en tiempo y dinero, es
una cadena de averías. En este caso, el mal funcionamiento de un elemento pro-
voca la destrucción o mal funcionamiento de un segundo elemento, el cual, a su
vez, provoca lo mismo en un tercero, y así sucesivamente hasta llegar a un elemento
final.
Tener un buen plan de mantenimiento y un histórico de averías nos ayudará en esta
tarea. Si no se dispone de esta documentación, existen diferentes posibilidades:
O Identificar los síntomas de la avería y relacionarlos con sus posibles causas. So-
bre este proceso, ya hemos hablado ampliamente en el apartado anterior.
O Hacer pruebas y medidas que conduzcan a la localización de la avería.
O Disponer de ayudas del propio automatismo.
O Tener sinópticos de señalización.
O Tener preparado un sistema que entregue un código de avería.
A continuación veremos las diferentes posibilidades propuestas. Para todas ellas
será imprescindible que el técnico interprete correctamente toda la documentación
técnica del automatismo o automatismos de la máquina o proceso. También debe
reconocer visualmente los principales tipos de componentes de las instalaciones y
las máquinas. Así mismo, es conveniente que disponga de la información técnica de
los sensores y detectores.
UOIdad d,dactlC,l 6 Detección y diagnóltico de averíal en automatilmol cableadol y programadol
Fig. 6.9.
Final de carrera y microrruptor.
Selección de pruebas
ymedidas que deben realizarse
Las pruebas que deben efectuarse frente a una avería son, primeramente, determinar
si es un fallo mecánico o eléctrico. Si la avería es eléctrica, lo primero que se compro-
barán serán las alimentaciones y, posteriormente, los sensores y actuadores.
Comprobación de las tensiones de alimentación
Mediante un polímetro nos aseguraremos de que:
El autómata reciba tensión.
La fuente de alimentación tenga la tensión de entrada y salida correcta.
En los transformadores, las tensiones de primario y secundario sean correctas.
En los magnetotérmicos, térmicos y fusibles tengamos la misma tensión antes
que después.
O Los contactores que están accionados tengan la misma tensión antes que después.
Los contactores que no están accionados tengan tensión antes pero no después
(mirando el esquema se puede seguir perfectamente qué tensión debe tener
cada contactor en sus contactos)
Los contactores y relés que reciben tensión en su bobina realmente estén encla-
vados.
Los indicadores luminosos (lámparas de neón, incandescentes, paneles, etc.) in-
diquen correctamente.
Comprobación de los sensores ydetectores
Los sensores que existen en el mercado y que usan las máquinas y equipos son
muchos y muy diferentes, por lo que no es posible establecer aquí el método par-
ticular para probar el correcto funcionamiento de cada uno de ellos. No obstante,
los elementos más frecuentemente utilizados en la automatización industrial deben
ser conocidos, a nivel de verificación, por cualquier técnico de mantenimiento. Las
pautas y procedimientos que hay que seguir para los elementos más habituales son
los siguientes:
Finales de carrera, micrDrruptDres ydetectores de posición mecánicos
Contienen una o más secciones de contactos conmutados que se activan mediante
una palanca, rueda, etc. que está enlazada con el sistema mecánico e indica la posi-
ción de alguna de sus partes. Las pruebas pueden ser con tensión o sin tensión.
(on tenlión. Debe utilizarse un polímetro como voltímetro y verificar que el final
de carrera opera como interruptor, abriendo o cerrando el circuito del que forme
parte al accionar mecánicamente la palanca, rueda o elemento de activación que
posea.
Sin tenlión. Deben desconectarse los conductores de los bornes del dispositivo que
se verifica. Después, utilizando un polímetro como medidor de continuidad (o como
ohmímetrol. se verifica que accionando el dispositivo se tenga continuidad o se
deja de tener continuidad según sea un contacto normalmente abierto o cerrado.
Es importante, en la verificación de este tipo de elementos, mover lateralmente las
palancas o ruedas de accionamiento, además de hacerlo en el sentido y forma con-
vencional para el que se diseñaron, a fin de asegurar que la operación sea correcta y
que no dependa del sentido de la fuerza que se ejerza sobre ellas.
Unl d dldacticrl 6 Detellión y diagnóstico de averías en automatismos cableados y programados
Fig. 6.10.
Detectores inductivos.
Detectores de proximidad inductivos ocapacitivos
Son sensores que acostumbran a llevar tres conductores, dos de ellos para la ali-
mentación y el tercero para indicar la actuación del dispositivo. La alimentación nor-
malmente es continua a 24 V y, aunque soporta una importante tolerancia, debe ve-
rificarse mediante un polimetro que recibe tensión dentro del margen de trabajo.
Estos dispositivos, cuyo aspecto puedes ver en la figura 6. 10, tienen un consumo
que puede superar los 100 mA. Puede ser interesante verificar si consumen lo que
el fabricante del sensor especifica, como medida de que en su interior los circuitos
activos consumen aquello que es razonable.
Es posible que, por su electrónica intema, el conductor, que es la salida de estos
sensores, no entregue salida a menos que esté conectado a una carga.
Normalmente, si estos sensores funcionan correctamente, aproximando un objeto
metálico cerca de su zona frontal, deben conmutar la salida. Acostumbran a incor-
porar un pequeño indicador LEO para señalar cuándo actúan y cuándo no. En el
caso de los sensores inductivos solamente deben responder frente a la presencia
de objetos metálicos más o menos ferromagnéticos. En el caso de los capacitivos,
deben responder frente a cualquier objeto.
Se puede verificar si la distancia a la que detectan es la que inicialmente estaba
prevista para el correcto funcionamiento de la máquina. Es aconsejable despejar la
zona de detección y mantener limpio el sensor y sus cercanías.
Detectores ópticos
Los hay de diferentes tipos, formas y tamaños, entre los que operan por interrupción
de un haz infrarrojo entre un emisor y un receptor y los que operan por reflexión
sobre un objeto del haz, que rebota y regresa a la cápsula que contiene el emisor
y el receptor. En el primer caso hay dos elementos, el receptor y el emisor, y en el
segundo, únicamente uno, que realiza las dos funciones.
Cuando es un elemento único, como es el caso que puedes observar en la figura
6.11, que contiene el receptor y el emisor, debe ser tratado tal como se ha descrito
para los sensores inductivos y capacitivos, ya que acostumbra a presentar tres con-
ductores: dos para darle tensión de polarización y uno para la salida, que puede ser,
también, en lógica positiva o negativa. Normalmente, estos detectores formados
por una pareja emisor-receptor incluyen uno o dos diodos LEO, uno de cada color,
que señalan si el detector actúa o no.
tsta puede ser la primera verificación que puede hacerse.
Si no opera correctamente cuando se le acerca un objeto
sobre el que la radiación infrarroja pueda rebotar, debe
limpiarse la óptica con un paño húmedo de agua. Nunca
deben utilizarse alcoholes ni disolventes de ningún tipo
porque dañarían la superficie del sensor, que consiste en un
filtro especial.
Si la avería persiste, debe comprobarse que la tensión y el
consumo están en los márgenes correctos.
Cuando se trata de un emisor y un receptor sueltos, puede
suceder que estén simplemente desalineados y que no se
"vean" mutuamente. Normalmente, el emisor tiene en-
cendido un LEO cuando emite, y el receptor, otro cuando
recibe luz infrarroja; ésta es una primera ayuda para la de-
tección del estado de funcionamiento del conjunto.
Fig.6.11.
D
etectores ópticos.
Unidad didactica 6. Detección y diagnóstico de averías en automatismos cableados y programados
Fig. 6.12.
Pulsadores.
Fig.6.13.
Reléy zócalo.
Pulsadores yconmutadores mecánicos
Las pruebas que debemos realizar son las mismas que para los detectores de posi-
ción mecánicos o finales de carrera.
Relés
Una de las averías más frecuentes cuando se sospecha del mal funcionamiento de
un relé es que se ha aflojado de su zócalo. Una simple presión lo devolverá a su
posición correcta y restablecerá, así, el contacto perdido entre los terminales y el
zócalo.
Debe tenerse cuidado de no pegar el relé al zócalo porque ello dificultaría su ma-
nipulación en el futuro. También es frecuente la rotura de bridas de sujeción, sobre
todo en equipos sometidos a vibraciones y a movimientos en general, y algo más
raro en equipos fijos.
Otra situación mecánica que puede darse (rara, pero no imposible) en relés que
tengan accionamiento manual es que éste se haya quedado enclavado.
Si no se aprecia ninguno de los problemas anteriores se deberá extraer el relé de
su peana y con un ohmímetro medir la resistencia de la bobina, que debe ser muy
baja, aunque nunca nula (estaría en cortocircuito) ni demasiado elevada (podría es-
tar rota).
Si las pruebas sin tensión son positivas debe probarse el relé ap!icándole la tensión
correspondiente según el fabricante.
Si un relé en vacío (sin carga en sus contactos) se acciona con tensión en la bobina,
pero no vuelve a su posición inicial cuando se retira la tensión, se puede sospechar
que su muelle de retorno está deteriorado y deberá sustituirse el relé completo. Si no
se acciona, puede que haya un bloqueo mecánico. Igualmente se deberá sustituir.
Contactores
Cuando se sospeche que un contactor no funciona correctamente, lo primero que
deberá comprobarse es si su bobina está en condiciones, sacándola del contactor
(la mayoría pueden abrirse) y viendo si su valor óhmico coincide con el señalado por
el fabricante; en cualquier caso, deberá presentar una resistencia bastante baja.
Si la bobina está correcta, se examinará el grado de limpieza de los contactos, tanto
de los auxiliares como de los de potencia, así como su desgaste. En los modelos de
mayor potencia es frecuente sustituir solamente los blo-
ques de contactos, pero no la carcasa ni la bobina. Debe
11 , ti , . ..!.-, l ~ ,;a T, l3 , 5
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'''Tal ". ' M I .. ~.
_neo. . ••l_...u ~
TIPO: DI S 8 1
tenerse cuidado de quitar la tensión cuando se trabaja
con estos elementos y no deben rayarse nunca ni rascarse;
en todo caso, deben sustituirse.
Si el contactor hace ruido al accionarse es posible que no
llegue suficiente tensión a la bobina o que esté deterio-
rada, o bien que tenga la espira de sombra deteriorada.
También puede suceder que el circuito magnético no se
cierre completamente y que en el entrehierro aparezca el
ruido. Debes tener presente que si limpias la superficie de
los entrehierros tienes que hacerlo con algún disolvente,
pero que sobre todo no debes rayarlo, puesto que se
trata de superficies rectificadas y sumamente lisas y finas
para poder encajar a la perfección sin pérdidas.
Fig.6.14.
Contactor.
Unidad didáctic I 6 Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados
F
ig. 6.15.
Indicadores luminosos de neón.
Ayudas ala identificación de averías
por parte del automatismo
El automatismo puede participar en la determinación de la avería si se le prepara
convenientemente para ello. Aprovechando las situaciones imposibles (por ejem-
plo, que una pieza se encuentre en dos sitios distintos a la vez, que un motor gire en
ambos sentidos al mismo tiempo, que un cilindro avance y retroceda a la vez, etc.)
es posible establecer señalizaciones que son de gran ayuda a la hora de detectar
averías.
Así mismo, es posible, también mediante señalizadores, saber en qué punto de la
secuencia se encuentra un automatismo para determinar, así, qué elementos son los
que están relacionados directamente con esta parte de la secuencia.
Estas ayudas son añadidos a las funciones de control básicas del automatismo y, por
lo tanto, siempre conllevan un sobrecoste adicional que normalmente se justifica
por el ahorro de tiempo (y, por lo tanto, de dinero) en la detección de las averías.
En todos los casos, las ayudas al diagnóstico de averías son soluciones a medida
que, al igual que los controladores, son específicas para cada máquina o proceso
(no se pueden exportar de unas máquinas a otras). Solamente comparten la idea
básica de detectar errores de funcionamiento.
Identificación en automatismos cableados
En el caso de los automatismos cableados es relativamente sencillo establecer siste-
mas de ayuda al diagnóstico de averías sin un gran sobrecoste de la instalación.
Dado que en general se trata de sistemas sencillos o antiguos, se acostumbra a
disponer, en paralelo con cada bobina de relé y de contactar (que no son muchas),
de un indicador luminoso de tipo neón (que no se funde y, por tanto, no dan lugar a
duda de si están apagados o no señalan correctamente).
En ocasiones se dispone en contactos auxiliares de los contactares o en contactos
no utilizados de relés para verificar que, no solamente la bobina recibe tensión, sino
que, además, el dispositivo actúa cerrando su bloque de contactos.
Seguir el desarrollo de una secuencia es sencillo porque, por lo general, no se trata
de secuencias complejas y, por lo tanto, se puede determinar en qué punto se da el
mal funcionamiento y acotar mucho el problema, puesto que solamente se tratará
de comprobar el funcionamiento de los sensores y actuadores relacionados con el
punto de la secuencia que falla.
De todos modos, si se trata de un sistema cableado antiguo de notable compleji-
dad, debe intentarse localizar los puntos principales y más básicos de la secuencia
para poder hacer una acotación razonable de la zona y los elementos sensores y
actuadores que pueden crear una avería y aprovechar contactos libres de los relés
existentes.
Identificación en automatismos programables
En el caso de los automatismos programables también es especialmente sencillo
establecer sistemas de ayuda al diagnóstico de averías sin un gran sobrecoste de la
instalación. En general, se trata de identificar las causas que sean un error y delatar-
las mediante la programación oportuna en el autómata, con un indicador luminoso.
Como puedes observar en el ejemplo 6.2, cuando se trata de lámparas de señaliza-
ción es muy sencillo para un técnico determinar la causa del paro de la máquina y la
avería que se ha dado. Símplemente, ha de señalar cuál de los dos detectores es el
que no opera correctamente y sustituirlo. Posteriormente, accionará el pulsador de
rearme Rm y, si no hay otro error, el sistema continuará operando.
Unodad dodáctoca 6. Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados
Ejemplo 6.2
Se dispone de un sistema motorizado de vaivén formado por una lanzadera mecánica accionada por un motor de corriente
continua y dos finales de carrera, FC1y FC2. Este dispositivo se utiliza para recoger material procedente de procesos continuos.
Se pide hacer un sistema de detección de averías.
Solución:
En la figura 6.16 se puede ver la situación descrita por el enunciado 'y una
posible solución que consiste en colocar dos lámparas de incandescencia de
la misma tensión que el motor o algo superior para asegurar que no se funda,
en paralelo con el motor.
Dado que el motor gira en ambos sentidos, para saber en qué sentido está gi-
rando se utilizan lámparas de distintos colores, una para cada sentido de giro.
Al tratarse de corriente continua, para asegurar que no se encenderán lasdos
a la vez, se incorpora un diodo en serie con cada una de ellas, que soporte
sobradamente la corriente que va a circular por la lámpara.
Esta conexión asegura que se puede conocer la tensión aplicada en el motor
y, por lo tanto, cuál es la situación del relé K, si está abierto o cerrado:
Si la bobina no tiene tensión, únicamente puede estar encendida la lámpa-
ra roja, puesto que el circuito sitúa esta polaridad en el motor.
Si la bobina tiene tensión, van a estar encendidas las dos lámparas verdes.
Fig. 6.16.
Indicador de averia en una máquina
de vaivén.
Si solamente está encendida la lámpara verde correspondiente a la bobina, los contactos del relé están en mal estado.
Si se enciende únicamente la lámpara verde correspondiente al motor, se han soldado los contactos.
Si se encienden la lámpara verde de la bobina y la roja del motor, hay un cruce.
Ejemplo 6.3
Tenemos dos detectores inductivos, DA y DR, sobre un cilindro neumático que señalan la si-
tuación de vástago avanzado o de vástago retrocedido. Este cilindro lleva el número 1 y forma
parte de una instalación con más cilindros como éste.
De las cuatro combinaciones binarias que se pueden presentar a las entradas del autómata pro-
cedentes de estos dos detectores, tres son posibles y una es un error (si ambos están accionados
a la vez, puesto que no es posible que el vástago esté en los dos extremos de su carrera a la vez).
Se pide establecer un sistema de ayuda a la detección de esta situación anómala.
Solución:
ECO
QO.O PLC
11.0 I 1.1 12.1
Cilindro 1
Rm
En la figura 6.17 se puede observar la situación descrita por el enunciado y una posible conexión
a un autómata. Debería introducirse una línea más en la programación del autómata y hacer
algunos cambios en el resto del programa para poder estar en armonía con la nueva línea que
se plantea introducir.
DR DA Rm ECl
Evidentemente, tal como señala la línea de programación de la figura, si se dan a la vez ambos
detectores, se activará la salida 00.0, en la que habrá una lámpara de señalización que pasará a
iluminarse indicando una situación de error en el cilindro 1 (fC1). No obstante, se toma la deci-
sión de detener la máquina en cuestión, de forma que se activa una marca (la M7.7, por ejem-
plo), que se dispondrá en forma de contacto negado en serie con todas las líneas del programa
que accionen una salida física;,lógicamente, las salidas en cuestión serán operativas mientras
M7.7 no esté activada, pero en caso de estarlo (error en el cilindro) las salidas no se accionarán,
y las que lo estén, quedarán desactivadas.
"~Io1
1to UO~
M7.7 M 7.7
Fig. 6.17.
Indicador de avería en un
cilindro.
Esta misma marca también debería impedir que entrara alguna etapa del GRAFCET que rija la evolución de la secuencia de la
máquina en la que esté este cilindro. Así mismo, M7.7 se utiliza para enclavar el error y, de forma independiente a lo que suce-
da ya con ambos detectores, el error permanecerá hasta que se accione un pulsador de rearme (Rm) que se ha instalado para
poder apagar la lámpara de alarma y desactivar la marca M7.7 de forma que el sistema prosiga en el punto que estaba antes de
detectarse el error.
Unidad dldactlcd h Detección y diagnóstico de averlas en automatismos cableados y programados
Fig.6.18.
Sinóptico.
Fig.6.19.
Código de 3 indicadores que
señala hasta 8 situaciones
distintas de un automatismo.
Utilización de sinópticos
Un sinóptico es una representación gráfica simplificada e idealizada de una máquina
o de un proceso.
Esta representación señala las partes principales de la máquina o proceso y, me-
diante indicadores luminosos, ubicados en los lugares del gráfico correspondientes,
el estado de los elementos que se encuentren físicamente allí, ya sean sensores,
actuadores o medidas.
Es posible señalar cuándo actúa un sensor, cuándo lo hace un actuador, ya sea un
motor, una válvula, etc., o presentar en un display la medida de una tensión, una
corriente, una potencia o una cantidad cualquiera que nos interese conocer. En
los sinópticos se pueden disponer, también, pulsadores y accesorios que permitan
operaciones como si se estuviera frente al pupitre de control. La observación de
estas señales sobre el sinóptico, procedentes del proceso o máquina, pueden dar
al técnico información precisa sobre el tipo de avería que se está produciendo o, al
menos, acotar la zona defectuosa.
Los sinópticos pueden estar cerca de la máquina o proceso, formar parte del mismo
pupitre de controlo estar a una cierta distancia, junto con otros sinópticos de otras
máquinas o procesos dentro de una sala de control centralizado o de vigilancia de la
producción. Así mismo, pueden estar realizados con sencillas técnicas de impresión
sobre metacrilatos o plásticos impresos y adheridos a los pupitres de controlo, en el
caso de los equipos de gama media y alta, formar parte de las pantallas de termina-
les de operador con mayores o menores prestaciones.
Los sinópticos pueden contener señales que sean de utilidad a los técnicos para
evaluar la naturaleza y gravedad de una determinada anomalía o avería que se
pueda generar. En los sistemas más sofisticados se puede disponer de registros his-
tóricos de señales (para ver cómo evolucionan en el tiempo diferentes señales) que,
mediante programas de ordenador, se pueden analizar para determinar el origen
de una avería. En los sistemas sencillos no se acostumbra a alcanzar tanta sofistica-
ción, pero en los sistemas complejos la tarea del técnico puede requerir una notable
preparación personal para poder manejarlos.
h,",~J.d... utilización de códigos de avería
Hemos visto que era posible añadir alguna lógica, cableada o programada para
accionar elementos señalizadores luminosos que permitian poner de manifiesto
algunas situaciones anómalas. Sin embargo, hemos remarcado que debía tenerse
cuidado con la cantidad de situaciones que se pretendían detectar, porque podía
ser extremadamente costoso.
166 üG'(p
Algo que permite solventar, en parte, este inconveniente es la utilización de
una caja con varios indicadores luminosos que se conecte a un conector del
automatismo. Una misma caja sirve para una gran cantidad de automatis-
mos y solamente se conecta a la máquina en caso de avería.
2 3
O
F
F OFF O
F
F
OFF OFF ON
OFF ON O
F
F
O
F
F ON ON
ON O
FF OFF
ON OFF ON
ON ON OFF
ON O
N ON
Averla
N
inguna
Cilindro 1
Motor MC
C
ilindro 2
Válvula 72
Detector 17
F
alta carga
En los automatismos con terminales de operador es posible utilizar dichos
terminales para presentar códigos o, directamente, los mensajes asociados
a cada código, de forma que el técnico pueda conocer la situación del au-
tomatismo en todo momento.
Por otra parte, en los automatismos programables más sencillos, si se dispone
de algunas salidas libres del autómata, es posible hacer algunas modificacio-
nes en el programa para que, con estas salidas, se pueda representar una
avería. Si se trata de automatismos cableados complejos, es posible construir
un armario específico para la detección de averías que utilice un pequeño au-
tómata que codifique sobre unas pocas salidas las averías que se consideren.
Unidad dldactica 6 Detección y diagnóstico de averías en automatismos cableados y programados
Fig. 6.10.
Incorporación de un mando
manual puro en un motor de
doble sentido de giro. Observa
Que, en posición manual, el motor
sólo dependera de los pulsadores
marcha, paro y del selector
de sentido de giro (derecha o
izquierda). El mando automatico,
consecuencia de la información de
los sensores yde las etapas en las
Q
ue se encuentra el automatismo,
no afectara al motor.
Posi(ionamiento manual
de la parte me(áni(a
Es interesante en un automatismo mantener la posibilidad de un posicionamiento
de la parte mecánica que se esté revisando para poder ubicar cada pieza en una
posición que permita que los sensores estén accionados o no. Para ello, el automa-
tismo debe tener un conmutador que permita seleccionar el funcionamiento auto-
mático O el funcionamiento manual.
La actuación manual debe estar permitida solamente a personal autorizado y cono-
cedor del funcionamiento del equipo para que no sea posible llevar a cabo acciones
que puedan destruir la parte mecánica o la eléctrica. Por este motivo, no es extraño
que los conmutadores que pasan el control de modo automático a modo manual se
accionen con una llave que tiene la persona o el equipo responsable.
El paso a manual, normalmente, debe ir precedido de un paro de la máquina (la
máquina se detiene, pero no se queda sin tensión), de forma que no sea posible la
actuación manual estando las partes móviles en movimiento.
Cuando se pasa al modo manual, una cierta cantidad de pulsadores que estaban
sin servicio pasan a ser operativos (en la figura 6.20, pulsadores de marcha, paro y
conmutador de sentido de giro).
L1 L2 L3
m=#1
Es frecuente que sean pulsadores con indicadores luminosos en
su interior que, en el momento del paso a manual, se iluminan y
señalan, así, que pasan a ser operativos. Cada uno de ellos permite
una posible acción sobre algunos o todos los actuadores de la má-
quina o equipo y, por lo tanto, es posible realizar maniobras a lazo
abierto (que no dependen de los sensores), algo que siempre tiene
sus riesgos. En este sentido es importante confiar la manipulación
de estos pulsadores a personas autorizadas y conocedoras, en pro-
fundidad, del funcionamiento automático del equipo para que no
se haga ninguna operación que pueda conducir a que se estropee
cualquier parte o elemento del sistema.
A(tividades
- - KM2
A pesar de ello, el mando manual directo es bastante arriesgado y
lo razonable es plantear mandos semiautomáticos en vez de ma-
nuales puros, dado que incorporan seguridad a la vez que precisión
en los posicionamientos finales de las partes móviles y permiten
impedir actuaciones contradictorias.
Las actuaciones contradictorias deben quedar protegidas por co-
nexión (aunque en sistemas programables también pueden llevar
protecciones por programa, pero no únicamente por una cuestión
de normativa europea) de forma que no sea posible accionar a la
vez un pulsador de giro a la derecha y otro de giro a la izquierda de
un mismo motor porque se formaría un claro cortocircuito.
En tal caso, debe disponerse de un conmutador de tres posiciones (paro, izquierda,
derecha) en lugar de dos pulsadores o de un circuito en el que al accionar un pulsa-
dor se impidiera la actuación con el otro, como ya se explicó en la unidad 2.
6. De una selección de relés, pulsadores, finales de carrera y contactares realiza la comprobación de continuidad
para cada uno de los contactos y comprueba también, cuando sea necesario, el estado de las bobinas.
7. Para el caso del ejemplo 6.3, codifica en una hoja las averías que se podrían dar en el caso de que se tuvieran
dos cilindros y detenmina cuántas lámparas señalizadoras debería tener la caja de códigos de avería.
Unidad didac!lca 6 Detección Vdiagnóstico de averias en automatismos cableados y programados
Autoevaluación r
i----------
1. El mantenimiento correctivo hace referencia a: c) La ficha de mantenimiento.
a) La prevención y evitación de averías.
b) La localización de la avería.
c) La comunicación de la avería.
d) La reparación de la avería.
2. Una avería que incide en la producción de la máqui-
na pero que permite que ésta siga en funcionamien-
to con una intervención de urgencia se considera:
a) Leve.
b) Moderada.
c) Grave.
d) Si no incide en el funcionamiento de la máqui-
na, no se puede considerar avería.
3. Indica cuál de las afirmaciones siguientes no es co-
rrecta respecto a las averías en sistemas cableados:
a) Acostumbran a estar relacionadas con el dete-
rioro de los elementos que los forman a causa
de su uso y envejecimiento.
b) El coste de reparación es alto porque se trata
de materiales de coste elevado.
c) La reparación consiste normalmente en la susti-
tución de los elementos averiados.
d) El tiempo de reparación está condicionado a lo
que cuesta obtener los elementos de repuesto.
4. Indica cuál de las afirmaciones siguientes no es
correcta con respecto a las averías en sistemas
programables:
a) El número de averías es relativamente escaso
porque los materiales son de muy alta calidad.
b) El tipo de averías puede ser muy amplio debido
a la gran cantidad de elementos que integra.
c) La sustitución de los elementos que los componen
acostumbra a ser una operación bastante lenta.
d) Las averías pueden ser leves, moderadas y se-
veras.
5. ¿Cuál es el primer paso que hay que seguir ante
la aparición de síntomas que nos adviertan sobre
una posible avería?
a) Comprobar las tensiones del sistema.
b) Verificar que no exista un problema de co-
nexión.
c) Comprobar cada uno de los sensores.
d) Escuchar los argumentos del operario sobre los
síntomas de la avería.
6. ¿Qué documento nos indica en qué zona, dentro
del armario, está ubicado cada elemento que for-
ma parte del automatismo7
a) El plano de situación.
b) La ficha de revisión.
d) El esquema de conexión.
7. Cualquier observación que detecte cualquier
anormalidad en el funcionamiento habitual de una
máquina o un equipo recibe el nombre de:
a) Disfunción.
b) Avería.
c) Síntoma.
d) Defecto.
8. Si un final de carrera no opera correctamente por
no recibir tensión en los bornes, procederemos a:
a) Inspeccionar la conexión.
b) Reemplazarlo.
c) Inspeccionar el elemento mecánico que debe
accionarlo.
d) Limpiarlo.
9. Si sospechas del mal funcionamiento de un relé, lo
primero que deberás verificar es:
a) Que no se haya aflojado el zócalo.
b) Que se haya quedado enclavado.
c) Que se hayan roto las bridas de sujeción.
d) Que esté cortocircuitado.
10. La representación gráfica simplificada e idealizada
de una máquina o de un proceso es:
a) Un plano de situación.
b) Un señalizador.
c) Un sinóptico.
d) Un diagrama.
11. Si el entrehierro de un contactor no cierra bien y
hace que éste se caliente, deberemos:
a) Cambiar los contactos.
b) Reemplazar el contactor.
c) Limpiar el entrehierro y mirar si hay objetos o
partes internas que se hayan roto.
d) Comprobar que el cableado esté en buen estado.
12. Para que el paso del control de modo automático
a modo manual se produzca con el mínimo riesgo
para el funcionamiento de la máquina, es conve-
niente: [Marca la opción incorrecta]
a) Que la actuación manual solamente pueda rea-
lizarla personal autorizado.
b) Proteger el conmutador con una llave a la que
tenga acceso todo el personal.
c) Plantear mandos semiautomáticos en vez de
manuales puros.
d) Proteger por conexión (o por programa) las ac-
tuaciones contradictorias.
Unidad didáctica 7
Reparación de averías
en automatismos cableados
V/o programables
¿Qué aprenderemos?
~ O Cómo hay que preparar una reparación y qué aspectos deben
cuidarse.
o Qué pruebas deben hacerse después de una reparación.
O La importancia de observar las normas y seguirlas o crearlas si no
existen.
Unidad didáctica 7 Reparación de averias en automatismos cableados y/ o programables
La reparadón osustitudón
Fig. 7.lo
¿Reparar o sustituir?Es el primer
dilema que hay que resolver ante
una averia.
Reparar es volver a poner en buen estado un elemento dañado.
La reparación puede consistir en una manipulación del elemento dañado para vol-
verlo a poner en servicio o en la sustitución de dicho elemento por otro idéntico o
que tenga la misma funcionalidad.
Elementos que hay que reparar
osustituir
¿Reparar osustituir?
Una vez se ha determinado la causa de una avería (no de una disfunción) y se ha
hecho un diagnóstico sobre su causa, deben determinarse los elementos que se
deben reparar o sustituir.
Para saber si nos resulta más conveniente reparar o sustituir deberemos comparar el
tiempo en el que el sistema estará fuera de servicio en cada caso y, también, el coste
y la dificultad de la reparación frente al coste de adquisición del elemento nuevo.
Efectivamente, si se trata de un elemento de un coste elevado es importante valorar
la posibilidad de repararlo. Por ejemplo, en el caso de motores eléctricos especia-
les o de potencias elevadas, acostumbra a ser más económico rebobinarlos que
sustituirlos por otros de nuevos. También puede valorarse, aunque pueda salir más
caro, el hecho de reservar el equipo averiado y comprar otro de nuevo. Así pues, se
dispondrá de piezas de repuesto para futuras reparaciones.
Planificación de la reparación
Pero esto no debe ser todo. La planificación de la reparación una vez realizado el
diagnóstico de la avería deberá incluir los aspectos siguientes:
O Elementos que hay que sustituir y/o reparar.
O Elementos que deben comprobarse.
O Actuaciones.
O Herramientas e instrumentos.
O Elementos para RRR (recuperar, reutilizar, recicla~.
Además de determinar cuáles son los elementos que hay que sustituir y/o reparar,
debe aprovecharse el tiempo de máquina parada para comprobar otros elementos de
los que se sospeche que puedan haber quedado afectados o que sea conveniente ve-
rincar en lo relativo a si operan correctamente o no (lámparas que puedan estar fundi-
das, pulsadores agarrotados, manetas de accionamientos, conmutadores rotos, etc.).
Este tiempo también puede ser aprovechado para adelantar tareas de mantenimien-
to y operaciones preventivas; aunque estén planificadas para más adelante, el hecho
de realizarlas antes permitirá que la máquina no tenga que pararse más tarde.
Otro elemento fundamental es poder planificar las tres erres, es decir, dictaminar
qué elementos se deben recuperar, reutilizar y reciclar. A continuación, aclararemos
cada uno de los términos:
O Recuperar. Una o más partes constituyentes del elemento sustituido pueden
aprovecharse para ser repuestos.
O Reutilizar. El elemento que ha sido sustituido se reparará cuando se pueda o
cuando llegue un repuesto, y quedará en situación operativa para poderlo vol-
vera utilizar cuando haga falta.
Unidad dldáCflca 7 Reparación de averlas en automatismos cableados y/ o programables
Ejemplo 7.1
o Reciclar. Hay elementos que no permiten ningún tipo de reparación, por ejem-
plo, el rodete de una bomba que ha quedado sin álabes, fusibles fundidos,
bloques de contactos soldados, entre otros. Deben destinarse a contenedores
de reciclaje.
El cuidado del medio ambiente es un tema con el que cualquier técnico d ebe ser
sensible y, además, fonma parte de las buenas prácticas asociadas a su trabajo.
Es posible que el fabricante de una máquina o de un automatismo de la máquina
proporcione un manual de mantenimiento en el que indique determinadas opera-
ciones de mantenimiento y trabajos de reparación. Si es así, acostumbran a indicar
los recambios necesarios, las herramientas, el procedimiento o la operativa de tra-
bajo, el tiempo previsto, el destino de las partes defectuosas o los líquidos o mate-
riales obtenidos en la reparación.
Imagínate la situación siguiente: Una máquina no funciona. El operario ha observado que se encendía la luz de alarma que indica
que un elevador de carga no ha funcionado cuando debía y que se ha producido un paro general de la máquina. Se ha pedido
al técnico de mantenimiento que vuelva a poner en servicio la máquina.
Solución:
El técnico, cuando recibe el aviso, se desplaza hasta la máquina.
Síntomas:
Ve la lámpara señalizadora de error y comprueba que corresponde, efectivamente, al motor del elevador de carga. Pregunta
al operario si ha observado alguna otra anomalia o si se ha encontrado con esta situación alguna otra vez con anterioridad. El
operario le responde que es la primera vez que sucede y que hoy están trabajando con más carga que la normal.
Causas:
El técnico sospecha que puede que el motor del elevador esté trabajando a un régimen de marcha por encima del previsto y
que ha actuado alguna protección. Consulta en susdocumentos la parte correspondiente a la sección del esquema en la que se
trata de dicho motor y accede al armario que contiene el cuadro eléctrico. En el esquema, los elementos que están entre la red
y el motor son los fusibles, el magnetotérmico, el contactar y el térmico.
Losfusibles están antes que tres circuitos, en uno de los cuales se encuentra el magnetotérmico al que está conectado el circui-
to del motor en cuestión y otros dos circuitos con sus respectivos motores. La potencia de cada uno de los tres motores es la
misma.
Verificación de la posible causa 1. Mira el contactar del motor. Observa que no está accionado. Lee en sus características que
es de 30 A.
o Verificación de la posible causa 2. Fíjate, también, en el relé térmico y observa que no ha disparado, que está ajustado al valor
máximo y que este máximo corresponde a 45 A.
Verificación de la posible causa 3. No han actuado ni el magnetotérmico general ni los fusibles. Ambos elementos son de
45A.
Verificación de la posible causa 4. El técnico, con un voltimetro, mide si hay tensión entre fases a la entrada del contactor y
comprueba que es la de red, 400 V, Yque está dentro de los márgenes correctos.
Verificación de la posible causa S. Mide a la salida del contactor y no hay tensión; tampoco la encuentra a la salida del
térmico.
A continuación, eléctricamente, ya se encuentra elmotor.
Lo siguiente que el técnico hace es ir a la parte de la máquina donde se encuentra fisicamente el motor. Solicita la colaboración
de un mecánico para que aparte las protecciones y las chapas que impiden acceder al motor y, cuando puede acceder a él,
nota un fuerte olor a quemado. Con el polímetro mide si hay alguna tensión entre la carcasa del motor y la parte metálica de la
máquina, para ver si puede tocarlo con las manos sin riesgo de electrocución. Señala cero voltios y, por lo tanto, puede tocar el
motor. El motor está muy caliente y sospecha que se haya podido quemar.
Abre la tapa de bornes y desconecta el motor. Necesita un medidor del estado de los devanados de un motor. No lo lleva en
este momento y va al taller a buscarlo. Regresa a la máquina y mide los devanados. Están abiertos y, por lo tanto, el motor se ha
quemado. En la placa de características del motor lee que la corriente nominal es de lOA. En la documentación se dice que se
trata de un motor asíncrono de jaula de ardilla.
Unidad didactlcd 7 Reparación de averias en automatismos cableados y/ o programables
Diagnóstico:
El motor se ha quemado, posiblemente, porque el ajuste del térmico estaba al máximo de corriente y este máximo de corriente
es muy superior a la nominal del motor; el técnico sabe que el ajuste del térmico debe estar, en cualquier caso, entre el 5 yel
20% por encima de la corriente nominal del motor (esto es general para todos los motores) y que, por lo tanto, el térmico está
mal dimensionado y no supone una protección real para el motor. Tampoco es una protección el magnetotérmico, ya que está
protegiendo tres motores a la vez. Los fusibles son de un calibre excesivo para ser una protección eficaz.
Aparentemente el térmico no está correctamente dimensionado y el resto de protecciones no ha sido suficiente para proteger
el motor frente a un régimen de carga excesivo, y ha acabado quemándose.
Actuación:
El técnico resuelve que deben hacerse las acciones siguientes:
o Elementos que hay que sustituir:
- El motor, porque es más económico sustituirlo que rebobinarlo, y la reparación se llevará a cabo con mucho menos tiempo.
- El térmico, porque está mal dimensionado, aunque no estropeado.
o Elementos que deben repararse: ninguno.
o Elementos que hay que verificar: En el plazo de espera del motor de recambio se debe hacer lo siguiente:
- Comprobar el magnetotérmico para verificar que actuará en el caso de superar su corriente nominal.
- Comprobar que los térmicos de los otros motores están dimensionados y ajustados al valor que se indica en la documen-
tación. Es razonable sospechar que si un térmico ha sido modificado, pueda haber otros elementos que hayan corrido la
misma suerte.
o Actuaciones:
- Desenroscar el motor de la bancada y aprovechar para limpiarla juntamente con los elementos adyacentes.
- Limpiar los sensores y los elementos eléctricos que estén en las inmediaciones.
- Mirar en la programación de las tareas de mantenimiento preventivo si en esta máquina algunas de ellas pueden hacerse
aprovechando su tiempo de paro forzosa (mientras el proveedor trae el motor).
- Indicar la situación de paro de la máquina y el motivo del paro a los mecánicos de mantenimiento para que, opcional-
mente, puedan hacer trabajos en este plazo de tiempo, aprovechando la situación.
- Investigar qué ha pasado para que el térmico causante del defecto no sea el que está indicado en la documentación y
que esté completamente mal dimensionado y tomar las decisiones pertinentes.
Elementos para RRR (recuperar, reutilizar, reciclar):
- El térmico se recupera ya que, no es que esté estropeado, sino que está situado en un circuito impropio.
- El motor quemado se destina al contenedor de reciclaje de metales.
Determinación del tiempo previsto
de trabajo
En el apartado anterior no se ha hecho referencia al tiempo concreto que se requie-
re para la reparación, y solamente se han mencionado las tareas que se pueden
realizar durante este tiempo, aprovechando el paro de la máquina o del equipo
averiado.
El tiempo concreto que dura una reparación depende única y exclusivamente de
la disponibilidad del material de sustitución, de disponer de las herramientas y los
equipos necesarios para llevarla a cabo y del tiempo de mano de obra necesario
para cambiar los elementos averiados por los nuevos.
Además, a este tiempo, debe añadírsele el de reposición de las partes móviles de la
máquina o del equipo, la reposición de la materia prima o, en general, las acciones
necesarias para que la máquina o el equipo puedan seguir desarrollando su labor
productiva con normalidad.
Unidad dldáctlC,¡; Reparación de averías en automatísmos cableados V/o programables
A(tividades
Normas de seguridad
Vamos a recordarte en este apartado que debes cumplir todas las normas de se-
guridad que afectan a tu especialidad como técnico o técnica de mantenimiento
de equipos e instalaciones electrotécnicas. Las normas de seguridad y los riesgos
que pretenden minimizar los estudiarás a fondo en un módulo de Seguridad en las
instalaciones eléctricas.
Ten en cuenta que para poder ejecutar la fase de reparación en primer lugar debes
considerar la seguridad de las personas y, después, la seguridad de los equipos y
bienes.
En relación con los equipos y los bienes, los elementos que tengan que sustituirse serán
reemplazados, en cualquier caso, por componentes homologados por alguna agencia
certificadora a fin de asegurarse de que se cumplen unas nonmas detenminadas.
Esta homologación es preceptiva con vistas a la seguridad de la máquina y de su
funcionamiento. Una máquina o un equipo se considera segura cuando lleva el
marcado "CE", es decir, incorpora seguridades intrínsecas, de diseño, que evitan
que los operarios sufran accidentes. Por ejemplo, una cizalla o una prensa no actua-
rán hasta que el operario esté a una distancia prudencial, que es donde estarán los
mandos que accionan la máquina, y la parte móvil y peligrosa estará protegida por
rejas, cerramientos, etc.
A parte de la seguridad que proporcionan las normas enfocadas a la protección de
las personas que operan con la máquina en la fase de producción, debes considerar
los riesgos en las tareas de mantenimiento y su reparación. En estos casos, el téc-
nico debe acceder a cualquier punto de la máquina, incluidas las zonas peligrosas,
y puede que haya pruebas que se deban hacer con la máquina en marcha y con el
técnico dentro de la zona de peligro.
Debes respetar todas las normas de autoprotección (pantallas, guantes aislantes,
calzado, etc.), verificar la seguridad eléctrica de la instalación (tomas de tierra, ais-
lamientos, protecciones diferenciales y magnetotérmicas) y, además, utilizar herra-
mientas y equipos adecuados a esta labor.
1. Entra en la página de Internet http://europa.eu.intlcomm/enterprise/mechan_equipmentlmachinery/direct/
proposal.htm. A partir de ella, intenta localizar la directiva del Parlamento Europeo y del Consejo relativa a las
máquinas por la que se modifica la directiva 95/ 16/CE.
2. Busca en un diccionario el significado de la palabra punzonado e intenta hacer una lista de tres situaciones en
las que, mientras se repara un equipo de cualquier tipo, podrías correr el riesgo de "punzonarte".
3. Halla, en libros o en Internet, cuál es la diferencia entre una radiación ionizante y una radiación no-ionizante, y
atribuye situaciones de riesgo frente a ambas.
4. Busca infonmación relativa para poder responder la pregunta siguiente: ¿Se debe tener la ISO 9001 o la ISO
9002 o equivalente para poder disponer de un marcado CE? Aprovecha para leer algunas nociones relativas a
las normas ISO 9001 Y9002.
S. Haz una lista con los elementos que pueden o deben llevar la marca CE. Búscalo en Internet.
6. Intenta descubrir dónde tiene su sede CENELEC, un organismo que elabora normas.
7. Busca empresas españolas que puedan dar la autorización al marcado CE.
8. Busca en Internet información que te penmita responder las preguntas siguientes: ¿Qué es la "autocertifica-
ción"?, ¿quién puede hacerla y en qué casos?
Unidad dldáctll. Reparación de averías en automatismos cableados y/ o programables
Recambios, instrumentos ymateriales
•
necesarios
Ejemplo 7.2
Al cambiar un determinado
elemento de un automatismo
el fabricante aconseja colocar
también los tornillos nuevos.
¿Deberíamos considerar los tor-
nillos como un recambio singu-
lar o estándar?
Solución:
El tornillo puede ser estándar si
se puede obtener en cualquier
ferreteria o establecimiento del
ramo.
También puede ser singular si
su calibre, su cabeza, su lon-
gitud o su paso de rosca son
especiales. Lo nomnal, si el fa-
bricante aconseja su sustitución
junto con el recambio, es que
los proporcione con éste.
Los recambios ysus tipos
Un repuesto o un recambio es una pieza, un elemento o una parte intercambiable de
un equipo o de una instalación que sustituirá la pieza original cuando su estado de
uso lo aconseje para lograr el buen funcionamiento del equipo o la instalación.
También podríamos decir que se trata de una pieza idéntica a ciertas partes de la
máquina que se fabrican con el objetivo de sustituir las originales cuando lleguen al
final de su vida útil. Piensa que, normalmente, la vida útil del repuesto es menor que
la del equipo al que pertenece.
Se tienen dos tipos de repuestos:
O Estándar, Es el que tiene unas normas de fabricación que no le relacionan directa-
mente con el equipo al que pertenece y, por norma general, su uso es indepen-
diente de dicho equipo, ya que puede servir para múltiples equipos de distinta
naturaleza. No es difícil encontrarlo en el mercado y, por ello, no acostumbra a
ser necesario disponer de él en grandes stocks. Su coste es relativamente bajo.
O Singular. Es el que ha sido concebido para formar parte de un equipo concreto
y que difícilmente puede servir para otro tipo de equipos. Obtenerlo es un pro-
ceso largo, por lo que es conveniente tenerlo en stock. Su coste puede ser muy
elevado, no necesariamente en términos de lo que cuesta el repuesto, sino en
términos de las pérdidas que se pueden llegar a tener si no se dispone de él
oportunamente.
Normalmente, la práctica totalidad de los repuestos necesarios para cualquier auto-
matismo son de tipo estándar y obtenerlos no tiene ningún tipo de dificultad. Inclu-
so si no se encontrara exactamente el modelo que se pretende sustituir, se puede
tener un fácil acceso a elementos equivalentes que desarrollan la misma función, ya
que es un tipo de equipamiento que forma parte de los catálogos de componentes
de la mayoría de los fabricantes de automatismos.
Preparación de los recambios
Los elementos que se sustituirán pueden ser muy variados (relés, contactares, bobi-
nas, contactos, escobillas, juntas, sondas, etc). No es posible hacer una lista comple-
ta de estos elementos porque dependen de cada aplicación y tienen una naturaleza
muy distinta. Además, es posible que tengas que cambiar lubricantes, aceites, etc.
Debes tener en cuenta que en determinadas operaciones (por ejemplo cambiar una
sonda de nivel dentro de un depósito) pueden comportar el vaciado y posterior
llenado (una vez cambiada) de líquidos de diferente naturaleza.
En cuanto a preparar el material, deben tenerse en cuenta los aspectos siguientes:
O Que el material necesario esté disponible en cantidad suficiente.
O Que el material sea apto para la sustitución.
O La actualización del inventario.
O La restitución del material en almacén.
O El estudio sobre qué debe hacerse con el material retirado.
En todas las empresas existen repuestos que se consideran estratégicos, sin los
cuales la empresa quedaría paralizada o podría tener unas pérdidas económicas o
materiales considerables.
Unidad dida(llc" 7 Reparación de averias en aulomalismos cableados y/ o programables
F
ig.7.1.
L
os automatismoprogramables
requerirán lareprogramación del
dispositivo.
-------.1
Selección de herramientas yaccesorios
Las herramientas que hay que seleccionar deben ser las que se requieran para cada
operación pero recuerda que, en la mayoría de los casos, los componentes de tipo
eléctrico están sujetos mecánicamente a máquinas o soportes y, por lo tanto, es
imprescindible que dispongas de las herramientas básicas para deshacer uniones
roscadas: llaves fijas y llaves inglesas, destornilladores y alicates de diferentes tipos.
No tener las herramientas disponibles cuando se lleva a cabo la operación de man-
tenimiento supone un coste adicional importante: además del incremento en el
coste de la mano de obra, al incrementarse el tiempo, existe un coste asociado a la
máquina o al equipo que está parado y, evidentemente, no produce.
Olvidar una herramienta o no tenerla a mano cuando se necesita es una pésima
práctica profesional que revierte siempre en un deterioro del prestigiO personal del
técnico.
Según el tipo de tarea que deba realizarse se necesitarán accesorios que no formen
parte ni del material ni de las herramientas ni instrumentos. Como ejemplo de acce-
sorios para las reparaciones podemos tener a nuestra disposición: una escalera, un
arnés para sujetarse a una fijación, un andamio, una manta para poner debajo del
equipo que hay que reparar, un utensilio de plástico que recoja las posibles fugas
de líquidos que se desprendan de una determinada maniobra o para evitar que
alguna pieza que se caiga pueda perderse, etc.
Selección de instrumentos de medida
Para el técnico de mantenimiento en automatismos los instrumentos eléctricos más
comunes son los siguientes: el polímetro, el comprobador de continuidad, la pinza
amperimétrica, el vatímetro, el medidor del sentido de giro de un motor, etc.
Los instrumentos de medida nos permitirán comprobar que las
magnitudes eléctricas asociadas al automatismo o a la máquina
que se debe reparar coinciden con los valores esperados. En la
fase de preparación de la reparación nos deben permitir, por un
lado, verificar el estado eléctrico de los repuestos (aislamientos
con respecto a carcasas, continuidad en bobinados, etc.) y, por
otro, la comprobación de los valores eléctricos de la instalación
para poder llevar a cabo la reparación. Por ejemplo, si la repara-
ción es sin tensión, deberemos comprobar con el voltímetro que
realmente no haya tensión.
Para los automatismos programables será necesario trabajar con
un ordenador portátil con el que se pueda recargar el programa
de un autómata, monitorizar algún detalle relativo a sus entradas
o salidas o a sus marcas internas, contadores, etc. Este ordena-
dor debe tener instalado el programa que permita comunicar
con el autómata y aquellos documentos que nos dejen realizar
la consulta rápida de detalles asociados con la tarea que se esté
haciendo, como las hojas de mantenimiento o de reparación.
El ordenador debe ser considerado como una herramienta cuando esté destinado a
tareas de mantenimiento y reparación, y no debe contener otros programas que los
estrictamente necesarios para estas labores. No seria comprensible que incorporara
programas que no tuvieran relación directa con la actividad técnica.
Además del instrumental eléctrico, en determinadas operaciones son necesarios
instrumentos de medida o marcaje mecánicos: niveles, cintas de medida, medido-
res de ángulos, etc.
Fig.7.3.
Unidad d,dactica 7. Reparación de averlas en automatismos cableados y/ o programables
Selección de la indumentaria
La ropa, los guantes, el calzado, etc., que se utilizan durante las tareas de manteni-
miento o de reparación van estrechamente asociados a cada tarea. Forman parte de
la indumentaria los elementos siguientes:
o Ropa O Guantes
O Calzado de seguridad O Fajas
O Lentes de seguridad O Cinturones de seguridad
O Gafas para soldador
O Arneses
Mandiles
O Protección auditiva
Chalecos de malla
O Tapón auditivo Conos de vialidad señalizadores
O Protección respiratoria O Equipos para lluvia
O Cascos protectores O Etc.
Los zapatos, por ejemplo, deben ser de puntera reforzada para protegerte los pies
de objetos que caigan al suelo de forma involuntaria, y deben ser de suela aislan-
te para impedir que puedas sufrir descargas eléctricas hacia tierra a través de tu
cuerpo. Procura mantener el calzado en buen estado y no permitas que presente
deterioros graves, ya que es un elemento de seguridad en el trabajo que depende
directamente de ti.
Para revisar cualquier averia es necesario llevar el equipo de protección individual apropiado.
Unidad dldactlca 7 Reparatión de averias en automatismos cableados y/ o programables
Ejemplo 7.3
Inspección previa ala reparación
Antes de realizar la reparación o la sustitución, es recomendable llevar a cabo una
inspección previa sobre el terreno del estado de los elementos sobre los que debe-
remos trabajar para asegurarnos de que todo sucederá según se haya planificado.
Es especialmente aconsejable cuando se trate de operaciones que no se hayan
hecho con anterioridad, que estén mal documentadas o, incluso, que no lo estén.
También es recomendable si el operario nunca ha hecho esta tarea antes o bien si
ha habido modificaciones en la instalación.
Esta inspección tiene, pues, como objetivo ahorrar imprevistos que puedan distor-
sionar la buena marcha de la reparación y del tiempo y el coste asociado a ella. Na-
turalmente, en el tiempo de planificación para la preparación de la tarea, debe te-
nerse en cuenta el tiempo que conlleva esta inspección, en caso de que se realice.
Imagínate la situación siguiente: Un operario de mantenimiento inicia su tumo de trabajo con una orden de reparación por parte
del técnico del tumo anterior. Éste le proporciona el diagnóstico de la avería y la reparación que debe efectuarse. La reparación
consiste en sustituir la bobina de un contactor de un determinado equipo.
El técnico, a partir de esta información, lleva a cabo la planikación de la reparación: mira si hay recambios, calcula el momento
idóneo y el tiempo que necesita para realizar la reparación, repasa las herramientas, los instrumentos y la indumentaria para la
reparación, establece o consulta el procedimiento de reparación, etc. ¿Será conveniente que el técnico realice una inspección
previa antes de la reparación?
Solución:
Al ser una avería cuyo diagnóstico no ha hecho este técnico, más que conveniente es imprescindible que realice una inspección
que le permita revisar y comprobar toda la información que le haya proporcionado el técnico del turno anterior. Además, inspec-
cionará sobre el terreno todo lo que deba desmontar o cambiar en la reparación con la intención de comprobar si será posible
llevarla a la práctica tal como la tenía planificada.
A continuación, te presentamos una situación (inventada) que puede suceder en la realidad.
El técnico de mantenimiento, al realizar la inspección, descubre lo siguiente:
o En alguna operación de mantenimiento o actualización de la máquina, algún técnico, de forma poco profesional, ha añadido
conductoresen el interior del armario y, como consecuencia, el contactor queda escondido detrás. Esta situación no ha que-
dado bien documentada y, por lo tanto, no la podría prever sin la inspección previa a la reparación.
o Al apartar un poco los cables para ver mejor el contactor, el técnico, con la luz de su lintema, observa que por estos cables
se ha deslizado algún líquido, ha mojado los tornillos que sirven para poder abrir el contactor y acceder a su bobina y los ha
oxidado.
Como consecuencia de esta inspección previa a la reparación, el técnico ampliará el tiempo de reparación previsto y añadirá a
su lista de accesorios un spray desoxidante para asegurarse que el destornillador actuará eficazmente para abrir el contactor y
incluirá en la lista de repuestos dos tornillos nuevos para sustituir los oxidados.
Finalmente, el técnico redactará un informe indicando el estado interior del armario y estudiará cómo puede corregirse el in-
conveniente que supone tener estos conductores que alguien añadió sobre la instalación original. No sólo dificultan el acceso a
diferentes automatismos previamente existentes, sino que también facilitan la entrada de sustancias corrosivas en el interior del
armario.
Actividades
9. Localiza en libros o en Intemet otras definiciones de lo que es un repuesto o un recambio, en el ámbito de la
automatización industrial.
10. Busca la definición de la palabra consumible y piensa en las diferencias y las similitudes que tiene con las pala-
bras repuesto y recambio. Redacta un texto de media página como máximo en el que relaciones los térm inos.
Unidad didáctica 7. Reparación de averías en automatismos cableados V/ o programables
Protocolos de mantenimiento
yde reparación
Fig. 7.4.
Bloque de contactos de un
contactar.
La manera más fácil de realizar las operaciones de mantenimiento y de reparación es
disponer de un protocolo de reparación o de sustitución, según el caso. Este proto-
colo figurará en una hoja (en un fichero de ordenador y en su versión impresa) y re-
cogerá tanto los materiales como las herramientas, los instrumentos y los accesorios
necesarios para poder llevar a cabo la reparación de una forma y en un orden que
permitan saber cuánto tiempo se tardará en hacer cada tarea. Esto ha de permitir,
en consecuencia, tarifar la reparación y cuantificar el coste asociado.
Los elementos que formarán el protocolo y que se deberán tener en cuenta en estas
fichas o documentos son, al menos, los siguientes:
O Elemento que hay que sustituir o mantener
O Material de repuesto
O Disponibilidad en almacén
O Proveedor
O Número de personas
O Herramientas
O Accesorios
O Instrumentos
O Indumentaria
O Protecciones
O Pruebas antes de la sustitución
O Pruebas después de la sustitución
O Inspección previa
O Tiempo estimado de preparación
O Tiempo estimado de reparación
Evidentemente, diferentes elementos de una instalación pueden tener la misma
ficha o una de parecida. Por otra parte, cuando se trata, por ejemplo, de sustituir
el bloque de contactos de maniobra de un contactor de elevada corriente, siem-
pre nos referimos a una operación similar para cualquier contactor, y se diferencia,
básicamente, en la ubicación y la especificidad de cada entorno. La operación es la
misma para todos los contactores en general.
Es muy importante determinar el número de personas ne-
cesarias para una intervención concreta cuando se hace una
hoja de planificación de reparación. Hay tareas que un solo
técnico no puede realizar porque le faltan manos. Además,
tampoco pueden enviarse más personas de las necesarias a
causa del sobrecoste que ello implica. El equilibrio es la medi-
da exacta, aunque no siempre es fácil de encontrar sin haber
hecho físicamente antes las operaciones que se describen.
Si es éste el caso, no dudes en pedir ayuda externa porque es
una señal de la correcta medida de tu posibilidad de esfuerzo
y del límite de tus recursos técnicos y materiales.
Unidad didáctica 7. Reparación de averlas en automatismos cableados y/ o programables
Ejemplo 7.4
Hay que elaborar una ficha que contenga el protocolo de cambio del bloque de contactos (puedes ver la figura 7.4) de un de-
terminado contactar de un equipo de lavado industrial.
Solución:
Equipo
Elemento
lavadora - 3
Contacto de maniobra del con/actor K73 tipo OIlMSOO de Klockner'Moeller
Material de repuesto
S
tock
Número de personas
Accesorios
Indumentaria
Instrumentos
Herramientas
Protecciones
Pruebas despuésdel cambio
T
iempo estimado de preparación
Observaciones
(ontactos de tipo HKDllM para JOO A
Sí P
roveedor Repuestos Industriales, S.A.
- 2personas
- 2escaleras de madera de 2 tramos
- 2 arneses
- Ropa de trabajo
- (alzado antideslizante
- 1 pollmetro
- 1 pinza amperimétrica
- llave armario marca Himel tipo OlN
- llaves fijas 6-7, 8-9,14'15
- Llave estrella 8·9
- Destornillador Philips de 4 mm
- Destornillador plano de 2mm
- Hay que asegurarse de que la toma de tierra esté conectada antes de tocar nada.
- Debe verificarse con el polimetro que entre la toma de tierra yel neutro no haya tensión.
- Dar tensión al equipo.
- Verificar que alos bornes de bobina llegan 230 V.
- Verificar que ala entrada hay 400 V entre fases.
- (onectar a mano empUjando manualmente el bloque de contactos con la punta del destornillador y verificar que
ala salida hay 400 V entre fases.
- Verificar que, por fase, hay unos J5 A.
- Inspeccionar visualmente que no se observen chispas importantes ala desconexión de los contactos del contactor.
JO minutos T
iempo estimado de reparación 20 minutos
Se ha establecido que sean dos técnicos los que realicen esta reparación porque en un momento determinado es necesario
empujar el bloque de contactos manualmente para asegurar que las tensiones a la salida del contactar son correctas; un solo
operario no puede sujetar el polímetro, poner las puntas de prueba en los bornes pertinentes y empujar el bloque de contactos,
todo a la vez.
Actividades
11. Intenta hacer una ficha para sustituir un relé en un automatismo que inventes, que esté situado en un armario
de 1 m de alto situado a 50 cm del suelo.
12. Confecciona una lista con las herramientas que necesitarías para cambiar un autómata programable por otro
igual.
U. Haz una lista con las piezas de ropa e indumentaria que, a tu juicio, necesitarías para cambiar un motor de 10 kg
de peso.
14. Intenta encontrar en libros o en Internet diferentes formas de asignar referencias a las piezas que forman el
stock de un almacén.
Unidad d,d3c!ic3 7. Reparación de averías en automatismos cableados y/ oprogramables
Realización de las operaciones de
sustitución de elementos oreparación
Es muy importante que
tengas la capacidad de tra-
bajar con otras personas en
la misma tarea. En cambio,
no supone ninguna mejora
en el resultado del trabajo
el hecho de que tomes la
iniciativa siempre en todo o
que no la tomes nunca.
Una herramienta que se tra-
te correctamente y se la uti-
lice únicamente para lo que
fue concebida puede durar
muchisimo tiempo. No es
de extrañar que se mellen
unos alicates de corte que
se usan para cortar cable
de acero o que se desafile
la punta de un destornilla-
dor que se haya utilizado
para rascar la suciedad de
una superficie metálica, o
que se desajusten unos
alicates universales que se
han empleado para gol-
pear un clavo.
En este apartado trataremos de los diferentes aspectos que intervienen en una ope-
ración de sustitución de elementos o de su reparación. Estos elementos serán de
tipo personal, material y económicos, y de optimización.
Aspectos de tipo personal
Cuando se trata de sustituir una pieza, ya sea por cuestiones de mantenimiento o
porque se efectúa una reparación, la actitud que tengas como persona encargada
debe ser de absoluta responsabilidad. Esta responsabilidad se manifiesta asegurán-
dose de que se está siguiendo el orden adecuado, respetando todas las normas de
seguridad, etc.
Como hemos comentado con anterioridad, es importante tener documentado en
un cuaderno de hojas de reparación la secuencia de operaciones conveniente para
hacer cada sustitución o tarea de rnantenirniento o reparación. El orden es funda-
mental, y seguirlo es la clave del trabajo bien hecho.
Es posible que alguna operación de mantenimiento o reparación deba hacerla rnás
de una persona. De hecho, en el plan de trabajo y en el docurnento que describe las
operaciones que deben realizarse para una determinada tarea, debe indicarse si lo
hace una persona solamente o si van a participar más de una.
Finalmente, debes considerar que, a veces, las cosas no salen como se espera y que
hay elementos que no estaban previstos en las hojas de reparación, incluso puede
que dichas hojas no existan. En este caso, cada operación se debe improvisar sobre
la marcha. Pueden pasar todos los imprevistos que puedas imaginar. Frente a ellos,
solamente podrás utilizar tu imaginación y la capacidad para resolver problemas.
Tendrás que adaptarte a nuevas situaciones y tomar las decisiones operativas ade-
cuadas para poder resolver el caso de forma rápida y satisfactoria.
Aspectos rela(ionados (on los materiales
Es clave ensayar el repuesto antes de efectuar la operación de sustitución. Si se sus-
tituye un elemento defectuoso por otro elemento defectuoso, no solamente no se
ha resuelto el problema, sino que se ha perdido tiempo, dinero y, posiblemente, se
vea muy deteriorado el prestigio profesional del técnico encargado de la tarea.
Así mismo, es importante que las herramientas seleccionadas se encuentren en
buen estado. No es admisible, por ejemplo, un destornillador plano con la punta
mellada o uno de estrella que tenga redondeada la punta, unos alicates universales
que no abran o cierren con facilidad, una mordaza que ha perdido el aislamiento...
Existen múltiples motivos por los que una herramienta se puede estropear; por lo
tanto, cuando por su uso una herramienta se desgaste, debe ser sustituida de forma
inmediata.
Otro aspecto que debe cuidar el técnico es el de los instrumentos que se seleccio-
nen para una tarea de reparación o de mantenimiento. Debe tener las baterías en
buen estado, los cables de prueba con el aislamiento íntegro, la longitud adecuada
y las puntas correctamente afiladas. Si se prevé que debe hacerse una medida en
la que un solo operario no pueda sujetar las dos puntas de prueba y el instrumen-
to, o que no lo pueda tener en un lugar accesible o suficientemente visible, tendrá
que considerar la conveniencia de pedir a algún compañero que le ayude en estas
mediciones.
UnIdad dldaolCJ 7 Reparación de averías en aulomalismos cableados y/ o programables
Los instrumentos que se seleccionen deben ser los adecuados para las magnitudes
que se tienen que medir. Por ejemplo, si se miden miliamperios, posiblemente, no
sea razonable utilizar una pinza amperimétrica, ya que, generalmente, están diseña-
das para medir corrientes más elevadas.
Cuando se efectúa la tarea de reparación o mantenimiento, deben retirarse junto
con la pieza sustituida aquellos elementos que, opcionalmente, no deban estar en
el armario del automatismo. Además, a la vez que se realiza la sustitución, debe
aprovecharse para hacer una limpieza básica y una inspección superficial de todos
los elementos que forman el sistema.
Esto permitirá que se pueda reflejar en la hoja de mantenimiento y/o en la de re-
paración no solamente el resultado de la reparación, sino también el estado de los
diferentes elementos que componen el sistema. De este modo, quedará constancia
de ello y pasará a formar parte de la infonmación relacionada con este elemento o
con el sistema en su conjunto; esta infonmación será importante para la actualización
del plan de mantenimiento preventivo del sistema.
1 Aspectos económicos yde optimización
Una correcta preparación de los materiales, herramientas, accesorios e instrumentos
favorece que la operación de reparación se realice con mayores garantías de segu-
ridad, fiabilidad y calidad laboral, que deben acompañar las labores de un técnico
profesional, exigente y responsable.
I TIempo limpIeza c_
on_
ta_
ct_
os_---'_ R
_
es_
to_d
_
e--l
L operaciones
Tiempo
máquina
parada
Con una
persona
El beneficio de la empresa está en el coste del
tiempo en el que el sistema detenido no pro-
duce beneficios a la empresa, sumado al coste
de operarios que no efectúan trabajo alguno
mientras la máquina o sistema en el que traba-
jan se encuentra parado. Esto es muy impor-
tante a la hora de asignar una o varias personas
a las tareas de reparación.
Mano de
obra
(loperi3f10)
Pérdida de producción
Coste
de la
reparación
Fig. 7.5.
Comparación del cosle y del
liempo asociado auna tarea
de reparación omantenimiento
electuada por una persona opor
dos personas.
Así pues, en el ejemplo 7.4 podrían participar
dos personas si el tiempo de limpieza de los
contactos fuera muy largo, ya que se justifica el
coste de tener dos operarios porque el tiempo
resultante experimenta una mejora que com-
pensa este coste.
Quizás este ejemplo, que se representa en la
figura 7.5, no sea muy real pero es lo suficiente-
mente sencillo como para ayudarte a compren-
der esta idea.
Desde el punto de vista económico es de gran interés seguir el procedimiento
de reparación que en cada caso sea necesario, ya que es el que tiene un tiempo
asignado y, por lo tanto, un coste cuantificable con anterioridad al trabajo. En caso
contrario es muy difícil hacer un presupuesto y señalar la conveniencia de que una
tarea la realice un detenminado número de técnicos.
Una reparación debe ser, en cualquier caso, una operación rentable a partir de la
cual el equipo queda en una situación de operatividad satisfactoria. Si no es así,
debe estudiarse la sustitución del equipo averiado. Hay averías que salen más caras
de reparar que si se compra otro equipo, con la ventaja de que tecnológicamente
es más nuevo y que, por lo tanto, su durabilidad va a ser mayor sin prácticamente
mantenimiento, con una probabilidad de avería prácticamente nula y con una ex-
pectativa de vida muy favorable, a la vez que, posiblemente, incorpore funciones
que el equipo anterior no tenía.
Unidad dldactlcd 7 Reparación de averías en automatismos cableados y/ o programables
Ejemplo 7.5
Imagínate la sítuación siguiente: Se debe cambiar la bobina de un contactor porque se ha quemado. ¿Qué orden se seguirá
para hacer la operación de sustitución? Esta sustitución debe realizarse con el automatismo alimentado.
Solución:
Estableceremos a continuación una posible solución a este supuesto.
Aspectos previos:
Con el repuesto, las herramientas, los accesorios y los instrumentos preparados se debe acceder al sitio donde físicamente se
encuentre el contactor.
Si está indicado hacer el cambio de bobina sin desconectar la tensión del automatismo es porque se puede realizar esta opera-
ción abriendo el contactor sin desmontarlo del carril o de la chapa a la que esté sujeto. Si se tuviera que desmontar el contactor,
deberia ser, en todo caso y por simples cuestiones de seguridad, una operación sin tensión.
Puesto que la sustitución debe realizarse con el automatismo alimentado, es importante que se haya previsto ponerse calzado
con suela aislante para asegurar que cualquier contacto fortuito con un elemento que lleve tensión pueda provocar el paso de
corriente a través del cuerpo hasta tierra. Recuerda que la corriente con la que actúan los interruptores diferenciales industriales
es de 300 mA. Por debajo de esta corriente (más que suficiente para matar una persona si atraviesa su cuerpo), los interruptores
diferenciales no actúan como protección abriendo el circuito que contiene la fuga de corriente.
Secuencia de actuación:
Así protegido y con todo preparado (en el taller ya se habrá ensayado el repuesto y hacer las medidas funcionales y eléctricas
básicas de impedancia, inductancia, continuidad, etc., para garantizar que funciona correctamente), la secuencia de operaciones
que hay que realizar es la siguiente:
1. Si está dentro de un armario metálico, se debe comprobar con el voltímetro que no hay tensión entre la parte metálica (hay
que prestar atención en no tocar partes pintadas, ya que generalmente son un aislante) y cualquiera de las fases de la ten-
sión de alimentación. Hay que comprobar posteriormente que tampoco existe en la chapa interior del armario que sustenta
el automatismo (y el contactor).
2. Si está en un armario de plástico, hay que comprobar con el voltímetro que no hay tensión entre la chapa interior del arma-
rio que sustenta el automatismo (y el contactor).
3. Prestando atención en que el destornillador no toque ningún elemento conductor o provoque un cortocircuito, debe des-
montarse la tapa del contactar para dejar a la vista la bobina.
4. Hay que retirar, en su caso, el bloque de contactos con unos alicates de punta, poniendo especial cuidado en sujetar dicho
bloque de contactos por la carcasa de material aislante que les une.
5. Se deben aflojar los bornes A1 YA2 de la bobina y extraer los cables de conexión al circuito para liberar la bobina.
6. Es necesario extraer con unos alicates de punta la bobina del interior del contactor intentando no tocar ningún elemento
conductor, ni la herramienta, ni la bobina al salir.
7. Antes de introducir la nueva bobina, es importante limpiar los contactos de potencia en el extremo donde entran en con-
tacto con los de la parte móvil. Esta limpieza puede efectuarse con bastoncillos que lleven algodón en sus extremos y que
se hayan impregnado en algún tipo de limpiador especifico o universal que no sea conductor y que también teníamos pre-
parado. Los contactos de la parte móvil se limpian con un paño.
8. Hay que asegurarse de que el interior del contactor esté limpio y que no tenga objetos móviles sueltos, paredes rotas o
resquebrajadas o requemadas... Se tratará de aprovechar que el contactor está desmontado para hacer una valoración de
su estado de conservación general y de si, a criterio del técnico, puede dejarse hasta la siguiente revisión o bien si es intere-
sante pensar en cambiarlo. Estas observaciones se reflejarán en la hoja de reparación con el encargo de que se traslade el
dictamen a las hojas de mantenimiento.
9. Debe introducirse la nueva bobina en el contactor con los mismos alicates de punta y asegurarse de que alcanza su posición
definitiva y correcta.
10. Hay que volver a conectar los cables de los conductores de bobina a los bornes del contactor.
11. Debe introducirse el bloque de contactos móviles.
12. Es necesario cerrar el contactor.
13. Debe cerrarse el armario.
14. Hay que intentar verificar el correcto funcionamiento del contactor (con el equipo en tensión, posiblemente esté en marcha)
si la fase de operación del equipo lo permite.
15. Si no se puede verificar la operación justo en este momento, pasará posteriormente por la instalación para preguntar al
operario si las operaciones esperadas se han efectuado correcta y oportunamente. Si es posible, deberá procurarse estar
presente en el momento en que la operación se efectúe para poder valorar, de primera mano, el correcto funcionamiento
del repuesto dentro del conjunto del automatismo.
Unidad dlddctlCd 7. Reparación de averías en automatísmos cableados y/ o programables
A(tividades
15. Intenta hacer una descripción ordenada de las operaciones que, a tu criterio, deberían realizarse para sustituir
un fusible de 65 A. Busca en Internet cómo es un fusible de este tipo y deduce qué herramientas necesitarás
para efectuar este cambio.
16. Es posible que a ti te corresponda recoger en envases selectivos las pilas y las baterías que se deban desechar.
Busca información sobre qué debes hacer con ellas en el caso concreto de tu población y si tu ayuntamiento
tiene un seNicio de recogida para las empresas o un centro especial al que dirigirse.
17. ¿Cuál es el ensayo previo que harías con un motor de inducción de repuesto que debes sustituir? ¿Qué pará-
metros mirarías? ¿Qué instrumentos utilizarías?
Verificación del funcionamiento
del automatismo
Ejemplo 7.6
Usamos un polimetro de cia-
se 1 para medir la tensión de
red, con el conmutador situa-
do en la posición de lectura
de tensión alterna de, como
mucho, 600 V. ¿Cu ál es la
lectura que debemos dar por
buena si la tensión real es de
230 V?
Solución:
Un polímetro de clase 1 con
fondo de escala de 600 V pue-
de cometer un error máximo de
6 V (el 1% de 600); por lo tanto,
será admisible cualquier valor
que se separe 6 V de 230 V.
Una vez la avería ha sido reparada, será necesario verificar si el funcionamiento de la
máquina es el óptimo. Esto requerirá una serie de pruebas y comprobaciones antes
de ponerla de nuevo en funcionamiento.
Pruebas paramétricas ypruebas
funcionales
A la hora de verificar el funcionamiento de un automatismo, existen dos tipos de
pruebas: paramétricas y funcionales.
O Las pruebas paramétricas hacen referencia a las medidas que se deben hacer en el
automatismo para verificar que se ajusta a los valores especificados. Estas medi-
das deben realizarse con unos instrumentos adecuados, precisos, fiables y moder-
nos, que son los que deben estar a disposición del técnico de mantenimiento.
O Las pruebas funcionales hacen referencia a aquellas verificaciones que se realizan
para determinar si el automatismo cumple con su función, es decir, si las funcio-
nes que realiza cumplen con las especificaciones que se habían dado sobre el
equipo que hay que controlar.
Tareas de verificación
Es aconsejable, antes de hacer cualquier prueba de verificación, comprobar que
todas las conexiones del sistema están totalmente apretadas. Es especialmente im-
portante verificar que la toma de tierra esté instalada y que sea operativa, ya que de
ello depende tanto la seguridad de las personas como la de los bienes.
Seguidamente se determinará si las protecciones (fusibles, magnetotérmicos y dife-
renciales) son de los calibres indicados por el fabricante del equipo o, al menos, si
están ajustados a aquello que especifique la hoja de características del equipo o la
hoja de reparación o mantenimiento. También se verificará la regulación de los relés
ténrnicos, si los hubiere.
Vistos estos pasos previos, se puede entrar a verificar si el resultado de la reparación
o de la operación de mantenimiento ha sido exitosa. Ten en cuenta que en este
apartado no trataremos de las pruebas que deben hacerse al recibir un automatis-
mo nuevo y ver si cumple con las especificaciones dadas por el fabricante, sino que
se trata de fijarse en los pasos que es conveniente seguir para determinar si la ope-
ración de sustitución de una pieza por un recambio ha sido correcta.
Unidad didactica 7. Reparación de averías en automatísmos cableados y/ o programables
Actividades
Cada automatismo y cada elemento que se haya sustituido a causa de una repa-
ración o de una operación de mantenimiento deben tener un protocolo de verifi-
cación posterior a esta tarea. No obstante, en este apartado, no es posible tipificar
uno por uno cada elemento porque incluso tratándose del mismo elemento, si está
en equipos distintos, puede tener un trato diferente. En cualquier caso deberás
revisar que la sujeción sea adecuada, que los terminales de los conductores estén
fuertemente sujetos a los bornes, que el elernento sustituido opere correctamente,
sirnulando que entra en servicio (si ello es posible), que cuando este elemento deba
actuar dentro de la secuencia de operaciones lo haga correctamente, que el aspec-
to general de la operación sea correcto, etc.
Es importante detallar en la hoja de informe correspondiente las operaciones reali-
zadas, así como señalar con alguna marca que las operaciones indicadas en la hoja
de reparación se han realizado y el resultado que se ha obtenido.
Síempre debe haber un apartado de observaciones en las que el técnico pueda
reflejar aquellos aspectos que no tengan un lugar concreto en la hoja y que, a su
criterio, deban quedar reflejados en ella. Llevarán la fecha, el nombre y la firma del
técnico en la casilla que corresponda.
Como ejemplo, se consideran algunas operaciones típicas de inspección y manteni-
miento de una instalación eléctrica; tanto para el cuadro eléctrico general como para
los cuadros secundarios y los equipos, puede regir el siguiente criterio orientativo:
Acción
Contrastado y ajuste de los aparatos demedida eIndicadores
Verificación de las protecciones, fusibles y pilotos
Verificación de lapuesta a tierra de las instalaciones, aparatos y máquinas
Medida de lapuesta a tierra
Medida del aislamiento
Reapretado de conexiones y bornes principales
Consumo de fases de los cuadros principales y secundarios
limpieza general
Alumbrado de emergencra
Revisión de luminarias
Nivel de ruido de extractores
Anclaje, alineación y cOlinetes en motores
Estanqueidad de los cuadros eléctricos
Frecuencia
Diaria (D)
Semanal (1)
Mensual (M)
M
M
+
S
S
Anual (A)
t-
M
D
D
f
comprObaCión de potencia
.s
, by·pass einterruptoresde sistemas de alimentación
ininterrumpida (SAl)
Control de sobrecalentamiento de SAl 1 D
-<
18. Busca en Internet fabricantes de polímetros y compara características entre modelos similares.
19. Busca en tu población un comercio que venda polímetros. Consulta el precio de diferentes modelos que con-
sideres que puedan ser de utilidad a un técnico de mantenimiento.
20. Busca en Intemet fabricantes de medidores de humedad y de pH y compara características entre modelos simi-
lares.
21. Busca en Internet explicaciones sobre tacómetros e indica la diferencia que hay entre los que dan una medida
analógica y los que dan una medida digital.
Unodad didáctICa 7 Reparación de averias en automatismos cableados V/o programables
--~----l
____
A_
u_
to
_e_v_
a_
lu
_a
_(_
io
_
'n
____~rr-------------------
1. La medida de corriente se hace: 7. Un repuesto es singular cuando:
a) En paralelo con el circuito por el que circule a) Solamente se tiene uno.
esta corriente.
b) Desconectando y separando del circuito el ele-
b) Solamente se sustituye una vez.
mento que se desea medir. c) Lo usa un único equipo.
c) En serie con el circuito por el que circule dicha
corriente. 8. Un repuesto es común cuando:
2. Se considera que un polímetro es de clase 1 cuando: a) Es frecuente usarlo.
a) Puede medir hasta 1 kV. b) Se sustituye varias veces.
b) Tiene un error máximo del 1%.
c) Lo usa más de un equipo.
c) Tiene mucha categoría.
9. Las normas europeas (EN) son:
3. La exactitud es:
a) La desviación máxima de la salida en relación a
e) Medios para ayudar a los fabricantes a cumplir
un patrón.
con las directivas de seguridad.
b) La capacidad para discernir entre dos valores b) Son insuficientes para satisfacer los requisitos
muy iguales de la magnitud de entrada. de las directivas de seguridad.
e) La proximidad al valor real de la medida. e) Son obligatorias aunque no ofrecen detalles
4. Si se tiene una línea con cargas que presenten
sobre soluciones recomendadas que siguen las
directivas.
componentes armónicos:
a) Es interesante disponer protecciones contra 10. Las normas europeas (EN):
armónicos.
a) Son una forma de añadir costes a los equipos
b) Este tipo de cargas no existe. que se fabrican en otros países.
e) Estas cargas no son un problema que deba
b) Son una guía práctica para satisfacer los requisi-
considerarse.
tos de las directivas de seguridad.
S. Un repuesto es recuperable cuando: e) Son de seguimiento voluntario.
a) Es fácil encontrarlo en el equipo al que pertenece.
b) Procede de una pieza reparada.
11. Las normas europeas (EN) son:
e) Después de haberlo perdido, se vuelve a en- a) Algo que obliga a los fabricantes y comprado-
contrar. res de maquinaria.
6. Un repuesto es desechable cuando: b) Algo que en sí mismo es insuficiente y se nece-
a) No es rentable repararlo.
sitan agencias normalizadoras.
b) Está estropeado.
a) No son obligatorias pero ofrecen detalles sobre
soluciones recomendadas que siguen las diree-
e) Está muy sucio. tivas.
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  • 4. Título de la obra: Automatismos eléctricos eindustriales Autores: © José Luis Duran Moyano © Herminio Martínez Garcia © Juan Gámiz (aro © Joan Domingo Peña © Antoni Grau Saldes Diseño de cubierta: Uriol Miró Genovart Diseño de interiores: Uriol Miró Genovart Fotografías: José Luis Duran, Herminio Martínez, Juan Gámiz, Joan Domingo, Antoni Grau, Shiva y Fondo Altamar Ilustraciones interior: www.eximpre.com Maquetación: www.eximpre.com Impresión: BIGSA © Reservados todos los derechos de publicación, reproducción, préstamo y alquiler o cualquier otra forma de cesión del uso de este ejemplar de la presente edición española por: ALTAMAR, SA CI Medes 8/10. 08023 (Barcelona) MARCOMBO Gran Via de les Corts Catalanes, 594. 08007 (Barcelona) Queda prohibida, salvo excepción prevista en la ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación y transformación de esta obra sin contar con autorización de los titulares de la propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y siguientes del Código Penal). El Centro Español de Derechos Reprográficos (www.cedro.org) vela por el respeto de los citados derechos. ISBN por Marcombo: 978-84-26715-63-0 ISBN por Altamar: 978-84-96334-68-7 Impreso en España Printed in Spain Depósito legal: B-30778-2011
  • 5. Presentación El libro que tienes entre las manos desarrolla el currículo del módulo de Automatismos industriales corres- pondiente al Ciclo Formativo de Grado Medio de Instalaciones eléctricas y automáticas de la familia profesio- nal de Electricidad y Electrónica. En la propuesta que presentamos hemos tenido en cuenta la dificultad que en la práctica tenemos los docen- tes para poder impartir todo el currículo en la horas asignadas, así como las capacidades que tiene el alum- nado cuando empieza a cursar el ciclo formativo. Así, pues, queremos que sea una propuesta creíble como libro de texto, es decir, que se pueda impartir en su totalidad. .Además, hemos desarrollado el currículo de una manera especial: no como un módulo completamente inde- pendiente de los demás, sino de manera integradora dentro del conjunto de los módulos del ciclo, evitando posibles reiteraciones y solapamiento de contenidos entre ellos. El libro se ha estructurado en siete unidades didácticas que podemos agrupar en tres bloques: Automatismos cableados y programables. Introducimos este primer bloque repasando las magnitudes básicas y, de una manera muy sencilla, los fundamentos matemáticos de los automatismos, así como tam- bién su representación y simbología (Unidad 1). Dedicamos toda la Unidad 2 al tratamiento de los auto- matismos cableados incluyendo -antes de proponer el montaje de los circuitos en el taller o laboratorio, las principales normas eléctricas para trabajar con seguridad. En la Unidad 3 trataremos los automatismos programables destacando las principales ventajas respeto de los cableados. Cableado e instalación de los cuadros eléctricos. Empezamos este bloque presentando las herramien- tas y operaciones más importantes que un técnico suele realizar, actualmente, en el proceso de instala- ción y montaje de un cuadro eléctrico. También se indican las precauciones que se deben seguir para tra- bajar con seguridad con las herramientas y máquinas-herramienta; así como la utilización de los equipos de protección individual (EPI) para evitar riesgos mecánicos (Unidad 4). En la Unidad 5 presentamos los cuadros eléctricos y las principales características que hay que considerar para una correcta elección en función de la aplicación. También se estudian en esta unidad los principales riesgos eléctricos y se relacio- nan los diferentes tipos de EPI para protegerle. Análisis, diagnóstico y reparación de averías. En este bloque se explica la metodología que se debe seguir para diagnosticar la existencia de averías (Unidad 6), y también la manera de actuar para repararlas (Unidad 7). Todas las unidades están articuladas en apartados y subapartados en los que se proponen ejemplos resuel- tos para facilitar la consolidación de los conceptos y procedimientos. Con la misma intención, al final de cada apartado, se proponen diferentes actividades. Para acabar, cada unidad didáctica se cierra con una autoeva- luación. Finalmente, queremos agradecer a Fernando Vázquez y a Enric Sospedra, del EUETIB-UTB, su colaboración desinteresada en la realización de fotografías, tanto aportando material y herramientas corno para ofrecerse a salir en ellas. Los autores
  • 6. Indice general índice general Unidad didáct ica 1 Automatización básica ..... . .........•. •. . ..... . . 1.1. Introducción alos automatismos .. 1.1.1. Automatismos y automatización. 1.1,2. Elementos o dispositivos que forman un automatismo. 1. 1.3. Fases de realización de un automatismo. 1.2. Magnitudes eléctricas tratadas en automatismos. 1.2.1. Intensidad eléctrica. 1.2.2. T ensión eléctrica. 1.2.3. Resistencia eléctrica. 1.2.4 Energía eléctrica. '1.2.5 Potencia eléctrica. 1.2.6. Densidad de corriente .. 1J. El lenguaje de los automatismos...................... . 1.3.1. Las señales. 1.3.2. Códigos de representación numéricos. tE Álgebra de Boole.. 1.3.4. Sistemas combinacionales. 1.3.5. Método de Karnaugh para la simplificación de funciones lógicas. 1.3.6. Sistemas secuenciales. 14. la simbología en los automatismos. 1.4.1. S imbología electrónica. 1.4.2. S imbología eléctrica .. 1.5. Descripción de automatismos mediante el GRAFCET . 1.5.1. ¿Qué es el GRAFCE P . 1.5.2. Estructuras de secuencias del GRAFCET Autoevaluación . Unid ad didáctica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas .. 2.1. Los automatismos cableados.. 2.1. 1. El circuito de maniobra 2.2. Dispositivos de mando básicos. . ........... .. . .. . 2.2.1. Elementos de mando manuales. 2.2.2. Detectores automáticos y sensores.......... . . 2.3. los dispositivos de regulación y los actuadores 2.3.1. Reguladores o controladores. 2.3.2. Actuadores. . ......... . . 2.4. Relés y contactores . 2.4.1. Relés electromecánicos 2.4.2. Contactores. 2.5. Identificación de los bornes de conexión. 2.5.1. Marcado de bobinas de mando.. 2.5.2. Marcado de contactos principales. 2.5.3. Marcado de contactos auxiliares .. 2.6. Elementos de señalización ..................... . . 2.6.1. Señalización luminosas y ópticas . 2.6.2. Senalizaciones acúslicas. 2.6.3 Simbolos de los elementos señalizadores y sistema de referencias para bornes. 6 7 7 8 10 11 JI JI 12 12 13 14 15 15 16 17 20 2l 26 28 28 32 40 40 41 46 48 49 49 50 50 51 53 53 54 56 56 59 63 63 63 63 65 65 66 66 2.7. RealizaCión de esquemas de automatismos. 2.7.1. Tipos de esquemas de circuitos. 2.7.2. ElaboraCión desarrollada de esquemas ........ . . 2.8. Automatismos básicos. 2.8.1. Control manual mediante un conmulador 2.8.2. Control al impulso de un contactar (con pulsadores) . 2.8.3. Control al impulso de un contactor desde varios puntos. 2.8.4. Circuitos de mando con temporizadores. 2.8.5. Control de contactares asociado. 2.9 E lementos de protección. 2.9.1. Fusibles.. 2.9.2 Magnetotérmicos o interruptores automáticos. 2.9.3. Relés térmicos.. 2.9.4. Interruptores diferenciales. 2.9.5. la alimentaCión y protección de los motores. 2.10 Automatismos para máquinas eléctricas de CA.. 2.1 0.1. las tres reglas baSIGlS de laseguridad eléctrica para trabajar en cirCUitos sin tensión (en baja tensión) . 2.10.2. Arranque de motores de CA. 2.10.3. Arranque directo. 2.10.4. Inversor de giro para motores de CA... 2.10.5 Arranque estrella-triángulo. 2.10.6. Circuitos alternativos de arranque. 2.10.7. Frenado de motores de CA. Autoevaluación Unidad didáctica 3 66 66 68 71 71 71 72 72 74 75 76 77 79 80 82 83 83 84 85 86 89 92 94 97 Aplicaciones con autómatas programables. . . . . . . . . . . . 98 3.1. la apariCión de los autómatas programables. 99 3.1.1. ¿Cómo se automatizaba antes? 99 3.1.2. El primer autómataprogramable . 99 3.1.3. la evolución de los autómatas programables 3.2. la estructura de los autómatas. 3.2.1. la estructura interna .................... . . . . 3.2.2. la estructura externa. 3.2.3. la memoria en los autómatas. 3.2.4. La ejecución de programas y el ciclo de exploración 3.3. las entradas y salidas. 3.3.1. Aspectos generales de las entradas y salidas. 3.3.2. Entradas digitales. l.E Entradas analógicas. . . . . . . . .. H 4. Salidas digitales. 3.3.5. Salidas analógicas .... .. . . . . 3.3.6. Módulos especiales. 3.4. Instalación del autómata 3.4.1. Disposición en un cuadro eléctrico. 3.4.2. Montaje y desmontaje de módulos. 3.4.3. Conexión del autómatas............... . . 3.5. Mantenimiento de autómatas. 3.6. la programación de los autómatas. 3.6.1. Instrumentos para laprogramación de autómatas. 3.6.2. L os lenguajes de programación y la norma lEC 61131-3. 3.7. Para saber más... ejemplos de automatización avanzados.. 3.8. Aplicaciones y ventajas e inconvenientes de los autómatas. Autoevaluación 100 101 101 102 103 105 106 106 107 108 109 109 110 111 111 112 113 117 119 120 120 127 1JJ 134
  • 7. Unidad didáctica 4 Me(ánica básica . . . . . . . . . . . . . . •. . . . . . . .•. •. . . . .. 136 4.1. Operaciones de mecanizado 4.2. Materiales para mecanizado y sus propiedades ...... .. . . . . 4.2.1. Los metales férricos. 4.2.2. los metales no férricos. 4.2.3. Plásticos. 4.3. Métodos de representación gráfica 4.3.1. Planos y croqUIs. 4.3.2. Escalas. 137 137 138 139 140 141 141 141 4.3.3. Vistas y proyecciones de una pieza. 141 4.3.4. Acotado. 143 4.4. Operaciones de mecanizado. . 144 4.4.1. Operaciones de marcar y trazar. 144 4.4.2. Operaciones de sujeción. . ... . . . .. . . . . ... . . .. . . 145 4.4.3. Operaciones de corte..................... . . 146 4.4.4. Operaciones de desbastado y limado ......... . . 4.4.5. Operaciones de doblado y curvado ........... . . 148 149 4:5. Uniones.................................... . . 150 4.5.1 Uniones roscadas. . . . . .. . . . . .. . . . . . . . 150 4.5.2. Uniones roblonadas oremachadas.. 151 4.5.3. Uniones soldadas. 152 4.6. Operaciones con máquinas herramientas...... . .. . . 4.6. 1. Operaciones de taladrado. 4.6.2. Otras operaciones .......................... . 4.7. la seguridad en las operaciones de mecanizado. 4.7.1. Normativa de seguridad laboral. 4.7.2. la responsabilidad de empresas y trabajadores 4.7.3 Origen de los accidentes con herramientas máquinas-herramienta portátiles.. 4.7.4. Riesgos que generan las herramientas y las máquinas-herramientaportátiles. 4.7.5. Medidas para evitar riesgos en las operaciones de mecanizado . 4.7.6. Equipos de Protección individual. 4.8. Metrología yoperaciones de medida.. 4.8.1. la medición y los errores. 4.8.2. Metros y reglas graduadas. 4.8.3. El pie de rey ocalibrador. 4.8.4. Micrómetro y pálmer .......... . . Autoevaluación . Unidad didáctica S 154 154 155 157 157 158 158 160 161 161 164 164 165 166 168 170 Cuadros eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 171 5.1. Elección y colocación de cuadros eléctricos. 5.1.1. ¿Qué son yparaque sirven los cuadros eléctricos? 5.1.2. Aspectos relacionados con la protección de los cuadros eléctricos. 5.1.3. Tipos de cuadros eléctricos 5.1.4. Accesorios auxiliares. 5.2. Cableado de cuadros .. 5.2.1. los conductores eléctricos. 5.2.2. Identificación de elementos en un cuadro eléctrico. 5.3. ubicación de aparatos y medidas de seguridad en cuadros eléctricos. 5.3.1. Accesibilidad .......................... •. . 532. 5eguridad .. 173 173 174 176 177 180 180 184 188 188 193 índice general 5.4. EqUipos de protección para la prevención de 105 riesgos eléctricos. . .......... . . S.S. Verillcación y prueba del cuadro. 5.5.1. Verificación de la instalación 5.5.2. Pruebas de funcionamiento ........ . . Autoevaluación . Unidad didáctica 6 Detección Vdiagnóstico de averías 196 200 200 201 203 en automatismos cableados Vprogramados. . . . . . . . . .. 104 6.1. L as averías ysus tipos. ................. _ . . . 205 6.1.1. tncidencias de las averías en los sistemas automatizados. 205 6.12. Averías en automatismos cableados. 206 6.13. Averías en automatismos programables. 207 6.2. Métodosde detección yanálisis de averías. 208 6.2.1. Métodos de detección de averías. 208 6.2.2. Documentos para el análisis y evaluación de las averías. 209 63 Efectos observados y sus pOSibles causas. 212 63.1 Síntoma, avería y disfunción. 212 63.2. tdentilicación de las causas de los síntomas observados. 212 633. Formulación del diagnóstico. l15 6.4. Identificación de los elementos averiados. 215 6.4.1. Selección de pruebas y medidas que deben realizarse. 216 6.4.2. Ayudas ala identilicación de averías por partedel automatismo. 219 6.43. Utilización de sinópticos.. 221 6.4.4. Utilización de códigos de avería 221 6.4.5. Posicionamiento manual de la parte mecánica. 222 AUloevaluación . 22l Unidad didáctica 7 Reparación de averías en automatismos cableados V/ oprogramables ..... . ... . ........ . . . . 114 7.1. La reparación osustitución. . 225 7.1 .1. Elementos que hay que reparar osustituir . 225 7.1.2. Determinación del tiempo previsto de trabajo . . 227 7.1.3. Normas de seguridad. 228 7.2. Recambios, instrumentos y materiales necesarios. 7.2.1. los recambios y sus tipos.. 7.2.2 Preparación de los recambios. 7.2.3. Selección de herramientas y accesorios.. 72.4 Selección de instrumentos de medida. 7.2.5. Selección de la indumentaria. 7.2.6. tnspeCClón previa a lareparación. 7.3. Protocolos de mantenimientoyde reparación. 7.4. Realización de las operaciones de sustitución de elementos oreparación. 7.4.1. Aspectos de tipo personal . . ............. . . . . 7.4.2. Aspectos relacionados con los materiales. 7.4.3. Aspectos económicos yde optimización .. 7.5. VerificaCión del !uncionamiento del automatismo. 7.5.1. Pruebas paramétricas ypruebas funcionales. 7.5.2. rareas de verificación. AUloevaluación . 229 229 229 230 230 231 212 2ll 235 235 215 236 218 238 238 240
  • 8. Unidad didáctica 1 Automatización básica ¿Qué aprenderemos? Qué es un automatismo. La arquitectura y las fases de realización de un automatismo. Qué variables eléctricas intervienen en los automatismos. Qué lenguaje utilizan los automatismos. Para qué sirve el álgebra de Boole. Qué distingue un automatismo combinacional de otro secuencial. Cuál es la simbología utilizada en la representación de automatismos. Cuál es la finalidad del GRAFCET.
  • 9. Unidad didactlca 1 Automatización basica Introducción alos automatismos . ]~ Automatismos yautomatización ¿En qué consiste la automatización? Desde el inicio de los tiempos, los seres humanos aplicaron su ingenio en la in- vención y el desarrollo de máquinas que les permitieran mitigar el esfuerzo físico ocasionado en sus labores diarias. Estas máquinas se componían de un conjunto de piezas o elementos que permitían, a partir de la aplicación de una cierta energía, transformarla o restituirla en otra más adecuada o, bien, producir un determinado trabajo o efecto. Más tarde tuvieron la necesidad de construir mecanismos capaces de ejecutar ta- reas repetitivas y de controlar determinadas operaciones sin la intervención de un operador humano, lo que dio lugar a los llamados automatismos. La historia industrial reciente está marcada por logros tecnológicos que se desen- cadenan a partir de importantes aportaciones en el área de los automatismos. Ya en 1788 el ingeniero escocés James Watt (1736-1819) aplicó sus conocimientos de mecánica en la construcción del primer regulador centrífugo que permitía vincular el movimiento, o la velocidad, con la presión en las máquinas de vapor. También es importante la contribución al desarrollo industrial que se produjo en 1801 cuando el industrial textil e inventor francés Joseph-Marie Jacquard (1752-1834) revolucionó el uso del telar automático, lo que permitió programar las puntadas del tejido. Sin embargo, no sería hasta 1946 cuando surge la palabra automatización. Se la hemos de atribuir a D. S. Harder, de la Ford Motor Company, que la utilizó por primera vez al referirse al sistema de fabricación en cadena que años atrás, en 1913, había implantado la compañía Ford en su factoría de Highland Park. En un contexto actual debemos entender por automatización el proceso de diseño, realización y/o explotación de sistemas que emplean y com- binan la capacidad de las máquinas para realizar tareas y controlar secuencias de operaciones sin la intervención humana. La automatización combina la aplicación conjunta de la tecnología eléctrica, electrónica, neumática, hidráulica y/o mecánica para transformar un gran número de procesos de fabricación. Su difusión en el campo de la industria contribuye a disminuir los costes de producción, elimina el trabajo mo- nótono y reclama grandes inversiones de capital que revierten en nuevas instalaciones y en la pre- paración de técnicos especializados. Fig.l .l. Linea de ensamblado del Ford modelo Ten Highland Park (Michigan, EE.UU .). •
  • 10. Unidad dida(hc, 1 Automatización basica Aplicaciones de la automatización La implantación de la automatización no sólo se da en el sector industrial. Actual- mente se localiza de forma significativa en sectores tan importantes como el de la agricultura, la domótica, el comercio, etc. Algunos ejemplos los encontramos en: Industria. Sistemas para el control de producción y fabricación, plantas manufac- tureras, plantas automatizadas, sistemas de retirada de desechos tóxicos, siste- mas de control y monitorización de polución, etc. Agricultura, ganaderia y pesca. Sistemas para el control de invemaderos, sistemas automáticos de riego, sistemas de clasificación y distribución de productos, con- trol climático de viveros, control automático para la alimentación de reses y aves, etc. Servicios básicos: Sistemas de agua y canalización, estaciones de alimentación eléctrica, sistemas de monitorización de emergencias y alerta, sistemas de con- trol de inundaciones y desastres, desecho de residuos, etc. Comunicaciones: Sistemas y centrales telefónicas, sistemas de televisión por cable, satélites de comunicaciones y entretenimiento, etc. Domótica: Sistemas para el control del clima, homos microondas, contestadores automáticos, sistemas de seguridad, sistemas de iluminación automática, etc. Comercio: Sistemas de iluminación y alimentación de emergencia, sistemas de seguridad ambiental, sistemas de calefacción y ventilación, ascensores, platafor- mas y escaleras mecánicas, etc. Transporte: Sistemas de control y señalización de tráfico, sistemas de radar, con- troles iluminación urbana, sistemas y máquinas expendedoras de billetes, etc. Elementos odispositivos que forman un automatismo Aunque en este libro abordamos el estudio de automatismos eléctricos, las pautas de trabajo que marcamos se pueden extrapolar a automatismos de naturaleza dife- rente. En general, cualquier automatismo presenta un diagrama de bloques como el que muestra la figura 1.2. Alimentación 1 secundaria F uente deenergía 1 Alimentación r ----:lprrmarra ~____--... Señal de control ( Operador ) .... f--i.~ ---~ Controlador oaUlómata ---l.~ A(tuador I • Sensor J........-- Máquina oplanta Fig. 1.2. Mando y senalización Diagrama de bloques de un automatismo. Medición y detección
  • 11. fig. 1.3. Elementos empleados en automatización. • Unodad dldátllc . 1 Automatización básica Básicamente, los elementos o dispositivos que constituyen un automatismo son los siguientes: Máquina o planta. Es el elemento principal objeto del control automático. Puede estar constituido por un único aparato (motor eléctrico, bomba hidráulica, com- presor de aire, máquina herramienta, etc.) o por un conjunto de dispositivos dispuestos en planta con una finalidad concreta (climatización de zona, sistema de riego, cinta transportadora, etc.). Fuente de energía. Es el medio empleado para realizar el control. En un automatis- mo eléctrico este medio lo constituye la energía eléctrica aplicada en sus distin- tas formas, como las tensiones continuas o alternas de baja potencia para la ali- mentación de dispositivos de control y señalización (alimentación secundaria) y/o aquellas otras de mayor potencia utilizadas para mover las máquinas o ac- tuar sobre las plantas (alimentación primaria). En automatismos de naturaleza neumática, hidráulica o mecánica intervienen otras fuentes de energía obteni- das, respectivamente, a partir de la fuerza del aire, la fuerza de algún líquido o por la transmisión y transformación de movimientos. Controlador o autómata. Es el dispositivo o conjunto de dispositivos encargados de establecer el criterio de control. Partiendo de la señal proporcionada por el de- tector o sensor enclavado en la máquina o planta, y de acuerdo con las indicacio- nes del operador o de algún criterio de actuación previamente definido, determi- na la correspondiente señal de control que debe ser aplicada al actuador para mantener la máquina o la planta en las condiciones de funcionamiento previstas. Actuador. Es el dispositivo utilizado para modificar la aportación de energía que se suministra a la máquina o a la planta. El mayor o menor aporte energético que provoca el actuador está en consonancia con la señal de control que le suministra el controlador. Hallamos actuadores típicos en automatismos eléctricos en los relés, los contactares, las electroválvulas, las válvulas motorizadas, los tiristores, etc. Sensor. Es el elemento empleado para medir o detectar la magnitud de la varia- ble que deseamos controlar. Adquiere o detecta el nivel del parámetro objeto de control y envía la correspondiente señal, habitualmente eléctrica, al dispositi- vo controlador. Los sensores de uso frecuente en automatismos son: los tacó- metros, los codificadores digitales, los sensores de proximidad, o las sondas de temperatura, de presión o de nivel, etc. Operador. Es el conjunto de elementos de mando y señalización que facilita el in- tercambio de información entre personas y automatismos para modificar o corre- gir las condiciones de actuación de la máquina o planta bajo control. Debemos considerar que la mayoría de los automatismos deben posibilitar que el ser hu- mano incida de forma directa, y en el instante deseado, sobre el proceso, con el objetivo de solventar situaciones de avería, de mantenimiento o de emergencia. Generalmente, el conjunto de dispositivos que forman los bloques sensor y contro- lador se denomina circuito de control, y el constituido por el actuador y la máquina, circuito de potencia (también se llama de fuerza o principal). El bloque encargado de generar las alimentaciones primaria y secundaria recibe el nombre de circuito de ali- mentación. En el circuito de control se tienen habitualmente señales de baja o media tensión y de baja potencia, que son fácilmente manipulables, en cambio, en el cir- cuito de potencia pueden aparecer tensiones e intensidades eléctricas elevadas que hacen recomendable la desconexión del automatismo ante cualquier intervención. Además de los bloques básicos señalados, hay que tener en cuenta otros elementos no menos importantes a la hora de construir cualquier automatismo. Entre otros, deberemos pensar en incluir los dispositivos de seguridad necesarios, las conduc- ciones eléctricas de sección adecuada para las líneas de alimentación, el blindaje oportuno de las señales de control y los armarios y cuadros eléctricos para el aloja- miento de dispositivos.
  • 12. Unidad dldactlc I Automatización básica 'J "''' Fases de realización de un automatismo Las distintas fases o tareas en las que dividimos la confección o realización de cual- quier automatismo eléctrico pasan por el estudio de: El diseño y la funcionalidad. Se corresponde con el estudio meticuloso de las funcio- nes básicas que debe realizar el automatismo. En esta fase deberemos concretar con precisión el comportamiento del automatismo y clarificar con nitidez todas y cada una de las operaciones que éste debe solventar, de modo que deben evi- tarse las ambigüedades y las sofisticaciones superfluas. El dimensionado de dispositivos. Esta fase debe servirnos para elegir el conjunto de dispositivos apropiado para realizar el automatismo. Con este propósito, debe- remos calcular la potencia eléctrica que debe aceptar o proporcionar cada uno de los elementos del automatismo, dimensionar los cables de alimentación y de señal, prever la vida útil de los mecanismos utilizados, analizar cuidadosamente las características de las señales usadas en la interconexión de los diferentes módulos y prever los necesarios elementos de seguridad y mantenimiento. El esquema eléctrico. El objetivo principal de esta fase es la confección del esque- ma eléctrico del automatismo. Debe ser completo y hemos de confeccionarlo con una notación clara y comprensible en la que estén representados todos los componentes perfectamente conectados y referenciados. El cuadro eléctrico. En esta fase debemos abordar la mecanización del cuadro eléc- trico y la ubicación en su interior de los diferentes elementos que componen el automatismo. Previamente hemos debido realizar el esquema de cableado que contempla, entre otras cosas, la identificación, la trayectoria y las diferentes sec- ciones de los conductores y, también, habremos confeccionado los diferentes planos de ubicación de componentes y de mecanización del cuadro eléctrico. El ensayo y la prueba. Una vez realizada la instalación del automatismo se realizará su ensayo y prueba. En esta fase será conveniente actuar con un plan de trabajo previamente establecido que contemple la entrada en funcionamiento, progre- siva y en secuencia, de las diferentes partes del automatismo. Cada parte debe- rá ser probada de forma aislada, y en las condiciones de trabajo más realistas, antes de interactuar simultáneamente con el resto. Esta fase debe servir, ade- más, para corregir las posibles anomalías o realizar los ajustes pertinentes antes de la entrada en servicio del automatismo. la puesta en servicio. Sólo si el automatismo funciona de forma satisfactoria en la fase de prueba, podremos abordar la fase de puesta en servicio. Resulta una te- meridad trabajar con un automatismo que presente deficiencias de funciona- miento o en el que no hayan sido probados todos sus componentes. La puesta en servicio del automatismo debe ir acompañada, siempre, de un manual de operación que recoja de forma explícita todos aquellos aspectos necesarios para la explotación del sistema y, también, de otro manual de intervención para los casos en los que se produzcan averías o debamos realizar el mantenimiento. Del acierto en abordar la primera fase dependerá, en buena medida, la utilidad y el buen servicio del automatismo realizado. Estamos ante una fase en la que interviene fundamentalmente el conocimiento de la técnica, la experiencia y el buen criterio de la persona o personas que proyectan el automatismo. La temática de este libro se aparta del trabajo de diseño de sistemas automáticos; de todos modos, trataremos la resolución de sencillos automatismos combinacionales. La segunda y tercera fases requieren de unos conocimientos básicos que expon- dremos más adelante en esta misma unidad. Con este objetivo nos centraremos en algunos conceptos electrotécnicos, como el de tensión, intensidad, potencia y energía eléctrica y, también, introduciremos el concepto de señal, proporcionaremos la simbología eléctrica y electrónica utilizada en la representación de automatismos y estudiaremos distintas técnicas utilizadas para el diseño basadas en el álgebra de Boole y el GRAFCET.
  • 13. A(tividades Unidad d,dactic . 1 AutomatizaCión basica Los conocimientos necesarios para abordar la cuarta, quinta y sexta fases se pro- porcionarán en las unidades siguientes, intentando marcar claramente las pautas empleadas en la mecanización y el cableado de los cuadros eléctricos, así como los procedimientos utilizados para el ensayo y la prueba del automatismo. 1. Describe el funcionamiento de tres automatismos eléctricos que se encuentren en tu entomo más próximo. 2. Identifica los principales elementos que intervienen en el automatismo del ascensor de una vivienda e indica a qué bloque de los mostrados en la figura 1.2 pertenecerían. l. Describe un automatismo hidráulico propio de tu vivienda habitual y cita los principales elementos que intervie- nen. 4. Busca información sobre cuatro automatismos mecánicos y explica su funcionamiento. -J"=-,j Magnitudes eléctri(as tratadas en automatismos Voltaje '12 Vf-- - - - - OL-_ _ _ -,- a) T ensión continua Voltaje b) T ensiónalterna Fi9· 1.4. Tipos de tensión eléctrica. En alguna parte del texto precedente han aparecido las palabras tensión, intensidad, potencia, etc. Son conceptos que se estudian en el crédito de Electrotecnia, pero que conviene introducirlos ahora, tratándolos con simplicidad y hasta el nivel requerido para comprender la repercusión que tienen cuando se trabaja con automatismos. 'J ~ 'J Intensidad eléctrica La intensidad eléctrica es la cantidad de electrones que circula por un material en un segundo. La unidad que utilizamos para medirla es el amperio (A). Realizando un símil hidráulico podríamos comparar la intensidad eléctrica con la cantidad de agua que circula por un punto de una cañería en un segundo. La intensidad eléctrica se denomina de forma común corriente eléctrica o, simple- mente, corriente. Ten en cuenta que para identificar plenamente una cierta intensi- dad eléctrica se debe conocer su magnitud y su sentido de circulación, es decir, su valor y su signo. ·L~L~~ Tensión eléctrica Para que circule una corriente eléctrica a través de un material es necesario que exista una diferencia de potencial eléctrico entre sus extremos. Esto es semejante al desnivel que se debe producir en una tubería para que por su interior discurra una determinada corriente de agua. La diferencia de potencial eléctrico es conocida habitualmente como tensión eléctrica, voltaje eléctrico o, simplemente, voltaje. La unidad de tensión es el voltio (V). Cuando el valor y el signo de unatensión eléctrica permanecen invariables en el tiempo hablamos de una tensión continua, mientras que si su magnitud y polaridad cambian con una frecuencia determinada debemos entender que se trata de una tensión alter- na. Un ejemplo de tensión continua lo tenemos en la diferencia de potencial existente entre los bomes de una batería de coche (Fig. 1.4a), y otro de tensión altema, el que se da entre los bomes de una base de enchufe doméstica (Fig. 1.4b).
  • 14. Unidad dldacll( I 1 Automatización básica Ejemplo 1.1 Resisten(ia eléctri(a La resistencia eléctrica es la mayor o menor oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. La unidad de resistencia es el ohmio (Q). En 1827, el fisico alemán Georg Simon Ohm (1789-1854) definió la resistencia eléc- trica y propuso la ley que la relacionaba con la tensión y la corriente. Esta relación, conocida como ley de Ohm, expresa que la corriente eléctrica que fluye por un conductor es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia, es decir: I =~ R=~ (11) R I Donde: - Res la resistencia eléctrica expresada en ohmios (Q). - Ies la intensidad en amperios (A). - Ues la tensión en voltios M. Ejemplo 1.2 ¿Cuál es la resistencia de una estufa eléctrica que funciona con una tensión de 230 V, si sabemos que por ella circula una corriente de lOA? ¿Cuál es la intensidad eléctrica que circula por una re- sistencia de 8 Q si entre sus extremos existe una tensión de 24 V? Solución: Solución: Aplicando la ley de Ohm dada por la expresión (1.1), resul- ta: Despejando la intensidad de la expresión (1.1) obtene- mos: R=J:L= 230 =23Q I = J:L = ~ = 3 A (1.2) I 10 Ejemplo 1.3 ¿Qué tensión continua se re- quiere para hacer circular una intensidad de 2 A por una resis- tencia de 12 Q? Solución: Un posible circuito eléctrico es el de la figura adjunta. Despe- jando la tensión de la expresión (1.1) resulta: R~ 12 n u R 8 , ] :.. 'l Energía eléctri(a En 1840, el físico británico James Prescott Joule (1818-1889) afimnó que la energía eléctrica (T) que transformaba en calor un conductor por el que circulaba corriente era proporcional al producto de la resistencia del conductor por el cuadrado de la corriente y por el tiempo durante el cual ésta transitaba. La expresión que recoge este principio, que se denominó ley de Joule, es la siguiente: T = R • l' • t (lA) Donde: Tes la energía eléctrica en julios (J), Res la resistencia eléctrica en ohmios, I es la intensidad en amperios y t es el tiempo en segundos. Dado que U = R. I según la expresión (1.3), la igualdad (1.4) también podemos es- cribirla de la forma siguiente: T = U • I • t (15) Aunque en el sistema internacional la unidad de energía se expresa en julios (J), en instalaciones eléctricas la energía se rnide en kilovatios-hora (kWh) porque el julio es U = R• I = 12 • 2 = 24 V (1.3) una unidad demasiado pequeña. Entre ambas unidades existe la relación siguiente: 1 kWh = 3,6 . 106 J
  • 15. Ejemplo 1.4 Unidad didactlCa 1 Automatización básica 'J ~ ?5 Potenda elédri(a La potencia eléctrica es la energía eléctrica consumida en la unidad de tiempo, La uni- dad de potencia es el vatio 0N). La potencia disipada en un conductor o dispositivo eléctrico, dotado de una cierta resistencia R, podemos deducirla de la expresión (1 .4): p = 1. = R • l' (1.6) t Donde: P es la potencia eléctrica expresada en vatios 0N), T es la energía en julios (J), t es el tiempo en segundos (s), R es la resistencia en ohmios (Q) e I es la intensi- dad en amperios (A). Si utilizamos la notación (1.3) de la tensión, la expresión (1.6) también podemos es- cribirla de esta forma: p = U • I (17) Donde: P es la potencia eléctrica expresada en vatios 0N), Ula tensión en voltios M e Ila intensidad en amperios (A). La potencia eléctrica da idea del aguante eléctrico que debe poseer un elemento sometido a tensión cuando es recorrido por una corriente. Superar el valor máximo de la potencia que puede aguantar un equipo o dispositivo es condenarlo a su des- trucción. Un calefactor de 230 Vy 2.500 W de potencia máxima se conecta por equivocación a una tensión de 380 V. Calcula la potencia disipada en esta nueva situación. Solución: La corriente eléctrica que circula por el calefactor cuando funciona en condiciones normales a 230 V la obtenemos despeján- dola de la expresión (1 .7): 1= i. = 2.500 - 109 A U 230 ' A continuación deducimos la resistencia eléctrica del calefactor despejándola de la expresión (1.6): La nueva corriente que circula por el calefactor cuando se conecta a 380 V viene dada por la expresión (1.2): U 1=-= R 380 - 181A 21 ' Finalmente, la potencia eléctrica que debe aguantar el calefactor al conectarlo a 380 V la podemos obtener aplicando la ex- presión (1.6) en esta nueva situación: P = R. l' = 21 • 18,l ' ~ 6.880 W Con toda probabilidad, el calefactor no aguantaría esta nueva situación de trabajo al superar ampliamente sus 2.500 W de potencia máxima.
  • 16. Unidad d,daWc," Automatización básica Ejemplo 1.5 Por un hilo de cobre de resistencia igual a 0,5 Q circula una intensidad constante de 8 A. ¿Qué potencia aguanta el hilo yqué energía eléctrica se consume en un minuto? Solución: La potencia eléctrica que disipa el conductor la obtenemos al aplicar directamente la expresión (1.6): P =R• l' =0,5 • 8' =32 W Para obtener la energía eléctrica consumida en un minuto debemos pasar el tiempo a segundos yaplicar la expresión (1 .4): Ejemplo 1.6 T = R• l' • t = P • t =32 • 60 = 1.920 J l.:" ~~ Densidad de (orriente La densidad de corriente es la relación existente entre la cantidad de corriente eléc- trica que atraviesa un cuerpo y su sección geométrica. Se mide en amperios/ mm' (Almm' ). Empleando un símil hidráulico, este concepto es comparable al efecto que produce el aumento o la disminución de la sección de paso o interior de una cañería cuando queremos hacer pasar una misma cantidad de agua por segundo. La densidad de corriente viene dada por la expresión siguiente: J = ~ (1.8) S Donde: J es la densidad de corriente eléctrica expresada en amperios/mm' (Almm'), I es la intensidad eléctrica en amperios (A) y S es la sección del cuerpo en mm' . Un conductor de 2,5 mm' de sección ha sido fabricado para aguantar una densidad de corriente máxima de 4 Nmm' . ¿Qué intensidad máxima puede circular por el conductor? Solución: Despejando la intensidad de la expresión (1.8). obtenemos: 1=J • S=4 • 2,5 = 10 A A(tividades 5. Calcula la intensidad que circula por una estufa eléctrica conectada a 230 V, sabiendo que su resistencia es de 23 ohmios. 6. Calcula la potencia que consume la estufa anterior y qué energía ha gastado después de 10 horas de funciona- miento. 7. Consultando las placas de características que llevan adosadas, confecciona una lista con las tensiones de fun- cionamiento y las potencias eléctricas que consumen los principales electrodomésticos de tu vivienda. Calcula la potencia total consumida y la energía gastada en 10 horas si todos se conectaran simultáneamente a la red. a. Busca información sobre las secciones mínimas que deben poseer los conductores eléctricos capaces de aguantar intensidades de 0,1 A, 1 A, 3 A, 5 A Y 10 A.
  • 17. UnIdad didácttca 1 Automatizacion básica J ~.L El lenguaje de los automatismos u(mv) o c 400 40 lOO la 200 20 100 10 O O a) Señal analógica Estado '" ,..----, r-- , , , , , b) Señal digital fig. 1.5. Tipos de señales. 1 ~'4 .. Las señales El concepto de señal Con frecuencia aparece la palabra señal para describir la información que se inter- cambia entre dispositivos eléctricos. Conviene precisar este término para diferen- ciarlo de otras magnitudes eléctricas que manejamos al trabajar con automatismos y cuadros eléctricos. Por señal se entiende cualquier evento que nos proporcione información útil. Ge- neralmente, en el área de la Electrotecnia el evento se manifiesta en la forma de alguna variable eléctrica (tensión, intensidad, resistencia, etc.) y la información po- demos obtenerla al evaluar alguna de las características de esa variable (magnitud, frecuencia, fase, etc.). Así pues, debemos asociar la idea de señal a la de un evento eléctrico de poca po- tencia y magnitud reducida que, generalmente, es empleado para 'infonmar' del estado o nivel de una cierta variable física o eléctrica. No hay que confundir la función y la naturaleza de una señal con la de otras mag- nitudes eléctricas de mayor potencia utilizadas para mover máquinas o alimentar equipos y dispositivos. Por ejemplo, si disponemos de una sonda de temperatura que proporciona 10 mV por cada grado centígrado, diremos que la señal es una variable en tensión, cuya magnitud es utilizada para determinar el nivel de la tempe- ratura que deseamos conocer. Señales analógicas yseñales digitales Podríamos clasificar las señales en dos grupos bien diferenciados: las señales analó- gicas y las señales digitales. Una señal analógica es aquélla cuya magnitud evoluciona de forma continua en el tiempo, es decir, que su valor varía de forma gradual. Este tipo de señal es el que presenta la figura 1.Sa. La señal digital, en cambio, es aquella que puede adquirir únicamente dos estados; el estado alto 0'1' Yel bajo o 'O' (figura 1.Sb). General- mente, el estado alto sirve para indicar la presencia de cualquier evento, es decir, la existencia de una tensión o corriente (con inde- pendencia de su magnitud), la aparición de una señal de alarma, la activación de una determinada maniobra, etc. Recíprocamente, el estado bajo suele ser utilizado para indicar la ausencia de tal evento. En su entorno, el ser humano se encuentra rodeado de un gran número de señales de naturaleza analógica (temperatura, luz, humedad, presión, velocidad, etc.) que debe poder medir y procesar en el desarrollo de su actividad diaria. Sin embargo, frecuentemente se utilizan equipos y dispositivos que tratan únicamente señales digitales debido, fundamen- talmente, a la versatilidad, flexibilidad y potencia de cálculo que éstos presentan. Consecuentemente, las magnitudes analógicas deben ser convertidas en valores digitales capaces de ser procesados por estos equIpos. Trabajar en el área digital significa, entre otras cosas, disponer de unos sistemas de conversión y representación numéricos válidos para trabajar con magnitudes bina- rias, es decir, con valores representados por conjuntos de unos y ceros.
  • 18. UOIdad d,daCllc 1 Automatización biisica Ejemplo 1.7 .;)2~ Códigos de representación numéricos En general, un número N cualquiera podemos representarlo mediante un polinomio de potencias de la base, es decir: N (bl ~ an · bn + an_, · bn -' + ... + a, · b' + ao· bO + a_, . b-' + ... + a_m· b-m (1.9) Donde: b es la base del sistema de numeración. a,es un coeficiente perteneciente al conjunto de números del sistema Por ejemplo, si queremos representar el número decimal 132 en forma de polino- mio utilizando la notación (1.9), obtenemos lo siguiente: 132"01 ~ 1 • 102 + 3 • 10' + 2 • 10° El sistema de numeración decimal (base ~ 10) es el más popular entre humanos, mientras que el sistema binario (base = 2) es el más empleado en los sistemas auto- máticos. Con n cifras se pueden representar 10n números distintos en decimal y has- ta 2n combinaciones de ceros y unos diferentes en binario. El 10 Yel 2 son las bases del sistema decimal ybinario respectivamente. Por ejemplo, el número de combina- ciones distintas que podemos realizar con 3 cifras en uno y otro sistema son: Sistema numérico Combinaciones numéricas diferentes Rango Decimal lO' • 1000 Desde 0,,,, hasta 999,,,, Binario 2' " 8 Desde 000,,) hasta 111"1 Si deseamos representar en su forma binaria cualquier número entero decimal, divi- diremos el número entre 2 y, sucesivamente, volveremos a dividir por 2 los cocien- tes resultantes. El último cociente y los restos obtenidos forman el número binario equivalente. ¿Cuál es el número binario correspondiente al número decimal 241? Solución: Dividiendo el número y los sucesivos cocien- tes entre 2 obtenemos su correspondiente valor binario. Quizás podríamos necesitar obtener el valor decimal de un número binario. Para ello, sólo debe aplicarse el método de representación explicado al comienzo. Ejemplo 1.8 241 : 2 ~ 120: 2 ~ 60: 2 ~ 30: 2 ~ 15: 2 ~ 7 : 2 ~ 3: 2 ~ ¿Cuál es el valor decimal del número binario 10011100? Solución: Utilizando la notación (1.9) para base 2 obtenemos lo siguiente: 1 • 2' + O• 2' + O· 2' + 1 • 2' + 1 • 2' + 1 • 2' + O• 2' + O· 2° ~ 156 o O O
  • 19. Unidad didáctica 1 Automatización básica En este ejemplo hemos obtenido un número binario aplicando un criterio de forma- ción de números derivado de la notación (1.9). El conjunto de números binarios que obtenemos de esta forma recibe el nombre de código binario natural. Sin embargo, éste no es el único código binario de representación. Empleando otras reglas de construcción podemos obtener códigos binarios útiles para representar, por ejemplo, números enteros negativos (código binario de com- plemento a dos), números binarios codificados en decimal (código BCD), números de transición única (código reflejado de Gray), etc. En la tabla 1.1 se muestran los códigos citados. Tabla 1.1. Códigos binarios de representación numérica Decimal Binario natural Complemento ados BCD Reflejado de Gray -8 10000 -) 10001 -6 10010 -5 10011 -4 10100 -3 10101 -2 10110 -1 10111 O 0000 00000 0000 0000 0000 0001 00001 0000 0001 0001 2 0010 00010 00000010 0011 3 0011 00011 0000 0011 0010 4 0100 00100 00000100 0110 5 0101 00101 0000 0101 0111 6 0110 00110 00000110 0101 7 01 11 00111 00000111 0100 8 1000 01000 0000 1000 1100 9 1001 01001 0000 1001 1101 10 1010 01010 0001 0000 111 1 11 1011 01011 0001 0001 1110 12 1100 01100 0001 0010 1010 13 1101 01101 0001 0011 101 1 14 1110 01110 0001 0100 1001 15 11 11 01111 0001 0101 1000 I Álgebra de Boole :J...:!).. La mayor parte de las señales que se intercambian los dispositivos que constituyen un automatismo son de naturaleza digital y, consecuentemente, debemos utilizar métodos para describir y operar de forma sistemática la información que ellos utili- zan. Ya en 1938 se empezó a trabajar con una herramienta matemática, propuesta 84 años antes por George Boole y denominada álgebra de Boole. El álgebra de Boole nos proporciona una metodología de cálculo especialmente concebida para el tratamiento de variables binarias. En este contexto las variables reciben el nombre de variables booleanas o variables lógicas y los estados binarios (' l ' Y'O') el de estados lógicos. En el álgebra de Boole existen únicamente tres tipos de operaciones lógicas: la ne- gación, la suma y el producto. La combinación de variables booleanas mediante una o varias de estas operaciones da lugar a expresiones conocidas con el nombre de funciones lógicas.
  • 20. Unidad didáctica t Automatización básica Tabta 1.2. Negación A A O O p .., ¡ Tensión B (ircuilo a) P B O O F ig. 1.6. Circuitos eléctricos y tablas de estado de sus elementos. Tabla 1.3. Suma A B O O O O Fig.1.7. Operación suma. S=A+B O La negación Es una operación que provoca el cambio de estado de una variable lógica. Se re- presenta mediante una barra situada encima de la variable. Por ejemplo, si tenemos una variable lógica A, su negación la expresamos como A. La operación de nega- ción, también llamada NO o NOT, la podemos aplicar a una expresión o, como se muestra en la tabla 1.2, a una única variable. Tratando de darle un sentido físico a las operaciones que se realizan en álgebra de Boole, resulta muy útil compararlas con las que podemos realizar con un par de dis- positivos muy conocidos: el pulsador y la bombilla. El pulsador es un dispositivo que provoca la conexión, o desconexión, de sus bomes al ser accionado de forma manual, y la bombilla es un elemento que se ilumina al aplicar una tensión entre sus extremos. Para explicar la operación de negación presentamos los dos circuitos de la figura 1.6: En el circuito a) utilizamos un pulsador que al ser accionado establece el contac- to entre sus bomes. En el circuito b), en cambio, usamos otro que desconecta sus bornes al pulsarlo. Q.., TenSión (irlUilo b) Q B O O B Consecuentemente, en el circuito de la izquierda la bombilla B estará apagada (estado 'O') cuando el pulsador Pestá en reposo (estado 'O') y, en el de la derecha, la bombilla se ilumina (estado '1 ') con el pulsador en reposo (estado 'O'). Los estados correspondientes a las ma- niobras que realizan ambos circuitos se muestran en las tablas correspondientes. Recordamos que en el pulsador el esta- do lógico'l' se produce cuando se "pul- sa" y el 'O' cuando se "suelta" y, en la bombilla, el estado '1' se obtiene cuando ésta se ilumina y el 'O' cuando se apaga. Si observamos lastablas de estado de ambos accionamientos podemos afirmar que el estado del pulsadorQ se corresponde con el estado negado del pulsador, P, es decir: Q = Po, lo que es lo mismo: P = a. Este razonamiento nos conduce a presentar la igualdad P = P que, en un contexto más general, se corresponde con la regla que afinma que si una variable se somete a negación un número par de veces el estado de la variable no cambia. La suma Es la operación lógica de adición que puede relacionar dos o más variables boolea- nas. Aplicada a dos variables se representa como A + B Y adquiere el sentido que recoge la tabla 1.3. El resultado de la suma es '1' siempre que cualquiera de las varia- bles tome el estado '1 '. Habitualmente, la operación suma recibe el nombre de OR. Un circuito eléctrico que puede ayudar a entender el sentido físico de la opera- ción suma es el que mostramos en la figura 1.7. La bombilla 5 tomará el estado '1' siempre que el pulsador A o B se accionen (estado '1'). Observando la tabla 1.3 podemos extraer varias conclusiones muy interesan- tes. La primera es que cuando el estado del pulsador B es 'O', el estado de la suma coincide con el del pulsador A. En cambio, si el estado del pulsador B es '1', el estado de la suma es siempre'l' e independiente del estado de A. Por lo tanto, podemos afirmar que A + O= A y, también, que A + 1 = 1.
  • 21. F ig.l.8. Operación producto. Regtas Derivada de la negación Derivadas de la suma Derivadas del producto ley conmutativa ley asoCIativa ley distributiva ley de absorción Teorema de Morgan Unidad drdaClrc,l 1 Automatización básica El producto Es la operación lógica de multiplicación que puede relacionar dos o más variables booleanas. Aplicada a dos variables se representa como A . B Y adquiere el signi- ficado que se muestra en tabla 1.4. El resultado del producto es 'O' siempre que cualquiera de las variables tome el estado 'O'. Habitualmente, la operación producto recibe el nombre de ANO. El circuito eléctrico de la figura 1.8 representa la operación producto. La bombilla P tomará el estado '1' siempre que los pulsadores A y B estén en estado '1' simultá- neamente. De la tabla 1.4 también extraemos dos conclusiones importantes. La primera es que cuando el estado del pulsador B es '1', el estado del producto coincide con el del pulsador A. En cambio, si el estado del pulsador B es 'O', el estado del producto es siempre 'O' e independiente del estado de A. Consecuentemente, podemos afirmar que A . 1 =A Yque A . O= O. Tabla 1.4. Producto A B P=A . B O O O A ~ B ~ ,----------- ¿ D O Tensión O O El trabajo con funciones lógicas en las que intervienen las tres operaciones del álge- bra de Boole requiere del conocimiento de una serie de leyes y teoremas básicos. Además de las reglas que indicábamos al explicar estas operaciones, en la tabla 1.5 proporcionamos algunas otras de significativas. Tabla 1.5. Reglas básicas det álgebra de Boote Equivalencias A'O=A A'¡ =1 A'A=A A·A= 1 A· O= O A· 1• A A· A=A A· A= O A• (8 • C) =(A +8) +C• A• 8 • C A. (8 . C ) =(A B ) C=A. B. C A·(B.C)=A·B'A·C A·A·B=A H=A+B W=AB (omentario El 'O' es el elementoneutro en la suma. El '1' es el elemento neutro en el producto. Respecto alasuma Respecto al producto Respecto ala suma Respecto al producto Ya que, A' A. 8 =A. (1 • B) =A. t =A Ya que, A· (A +B) =A. A• A· B=A• A. B=A ConverSión de productoen suma ConverSión de suma en producto
  • 22. Unilat didáWc· 1 Automatització basica Ejemplo 1.9 Demuestra que es cierta la igualdad: A • (A + B) ~ A Solución: Haciendo uso de la ley distributiva se tiene que: A • (A + B) ~ A • A + A • B Como A • A ~ A, la expresión anterior la podemos escribir como: A + A • B Si sacamos factor común a la última expresión, tenemos: A • (1 + B) Como una de las reglas de la suma indica que 1 + B ~ 1, tenemos: A • (1 + B) ~ A • 1 Finalmente, una de las reglas derivadas del producto afirma que A • 1 ~ A Ejemplo 1.1 0 Demuestra que es correcto escribir: A + B • C ~ ;ti. • B• C Solución: Si aplicamos el teorema de Morgan al factor negado del primer miembro de la igualdad se tiene: A + B ~;ti. • B Consecuentemente. completando la expresión queda finalmente: ;ti. • B• C F ig. 1.9. Sistema combinacional. o í] j _• Sistemas combinacionales Cuando la respuesta del sistema (salidas) depende exclusivamente de las distintas combinaciones que se pueden formar con sus variables de entrada, estos sistemas reciben el nombre de sistemas combinacionales (figura. 1.9). 1 a X } b- SISTE MA - y SAL IDAS ENfRADAS COMB I NAC IONA L ( - - z La funcionalidad de un sistema combinacional puede ser descrita mediante un conjunto de funciones lógicas, a partir de las cuales podemos realizar el esquema eléctrico utilizando la tecnología eléctrica o electrónica más apropiada. Para comprender todos los aspectos que intervienen en el análisis de un sistema combinacional obtendremos a continuación las funciones lógicas que rigen la con- ducta de un automatismo simple, elegido a modo de ejemplo. La forma canónica de una función Se dice que una función está en su forma canónica cuando todos los términos de que consta son términos canónicos, es decir, términos en los que aparecen todas las varia- bles de entrada, estén negadas o no. Como hemos constatado, las funciones canónicas las obtenemos directamente al interpretar estrictamente la notación de la tabla de la verdad. Un término canónico en el que todas sus variables están relacionadas por la opera- ción producto recibe el nombre de minterm y, si la operación que las relaciona es la suma, el término es denominado maxterm.
  • 23. Unidad didáctica 1 Automatización básica Ejemplo 1.11 Deseamos obtener las fu nciones lógicas que permiten controlar el llenado del depósito que muestra la figura 1.10. Para ello, disponemos de las bombas 81 y 82, de los detectores de nivel A, 8 Ye, yde los indicadores luminosos de Alarma, Lleno, Medio y Vacío. El funcionamiento del automatismo debe ser el siguiente: Cuando se llena el depósito, las bombas 81 Y82 de- ben funcionar hasta que el agua cubra los detectores A y 8. Desde este punto, y hasta que el agua cubra el detector e, sólo debe funcionar la bomba 81. Para poner en marcha las bombas 81 o 82 tenemos que proporcionarles una señal en estado '1' y, para pararlas, el estado de la señal debe ser 'O '. ( B A Fig. 1.10. Automatismo para el llenado de un depósito. Los detectores A, 8 o eadquieren el estado '1' cuando el agua les cubre y'O' en caso contrario. ® Alarma ® lleno ® Medio ® Vacio Los indicadores luminosos Va (vacío), Me (medio) y LI (lleno) los utilizamos para señalizar los distintos niveles de agua del depósito, yAl (alanma) para indicar cualquier situación anómala. Solución: En primer lugar, confeccionamos la denominada tabla de la verdad que rige el automatismo (tabla 1.6). La tabla de la verdad es un modo de representación gráfico en el que, formando columnas, se anotan en orden creciente las 2' combinacio- nes posibles que se pueden formar con las n variables de entrada (en este caso: 23 ~ 8) y, también, los estados que adquiere cada una de las salidas ante cada una de las combinaciones de entrada. Tabla 1.6.Tabla de la verdad del automatismo propuesto Situación del depósito E"lIadas detectores Salidas para los indicadores y las bombas ( B A At LI M. V. Bl B l Depósito totalmente vacío O O O O O O 1 1 Depósito vacío (sólo cubre el sensor A) O O 1 O O O 1 1 Anomalía de funcionamiento O O O O O O Depósito medio (cubre sensores Ay B) O 1 1 O O 1 O O Anomalía de funcionamiento O O O O O O Anomatía de funcionamiento O O O O O Anomalíade funcionamiento O 1 O O O O O D epósito lleno (cubre sensores A , BYC) O O O O O Después de rellenar la parte izquierda de la tabla con las ocho posibles combinaciones de entrada (desde el número binario 000 all 11). completamos la parte derecha con los estados que deben adquirir las salidas en interpretación de las directrices del enunciado. Por ejemplo, fijándonos en la primera fila, escribiremos un '1' en las casillas 81, 82 y Va para indicar que si el agua no cubre ningún detector (A ~ 'O', B ~ 'O ' y C ~ 'O') las dos bombas deben ponerse en marcha y el indicador de depósito vacío debe activarse. Una peculiaridad al rellenar la tabla se da en los estados que consideraremos como una situación de alarma. Fijémonos, por ejemplo, en la fila tercera de la tabla; la salida de alarma decidimos activarla si el detector 8 está cubierto por el agua y el A no. Sin duda, nos encontramos ante una situación ilógica que sólo tiene sentido si el detector A está averiado o alguno de sus cables de conexión está roto o cruzado. Completada la tabla, centremos nuestra atención, por ejemplo, en la columna correspondiente a la bomba 81. Obser- vamos que esta salida toma el estado '1' en tres ocasiones distintas: la primera es cuando A, 8 yeson 'O', la segunda cuando e y 8 es 'O' y A es '1' y, finalmente, cuando e es 'O' y A y 8 son '1'. Esto lo podemos representar mediante la función siguiente: - - - Bl~C ' B ' A+C ' B ' A+C ' B ' A (1.10) La expresión lógica anterior se lee de la siguiente manera: 81 se activa cuando no e y no 8 y no A, o cuando no e y no 8 y A, o cuando no e y 8 y A. Es por ello que la operación de negación también se denomina NO (NOT en inglés). el pro- docto recibe el nombre de operación Y (ANO en inglés) y la suma se llama operación O (OR en inglés).
  • 24. Unidad did.jclic,' 1 Automatización basica Fíjate en que en la función canónica (1.1 0) todos sus términos canónicos son minterm y, por ello, la función se dice que está representada en forma de suma de productos. La función (1.10) se puede simplificar aplicando las reglas de la tabla 1.5 junto con las del álgebra convencional. Así, a partir de la ley distributiva obtenemos lo siguiente: Como A . (B + B) = A . 1 = A, podemos escribir la expresión anterior de esta forma: Bl = C o ( S oA+A) (1.11) Aunque no resulte tan evidente, podríamos simplificar todavía más la función (1. 11). Más adelante emplearemos un mé- todo de simplificación, como el de Karnaugh, que permitirá minimizar fácilmente las funciones lógicas representadas en su forma canónica. No obstante, ahora, para continuar con la simplificación de la función, seguiremos empleando algunas variantes de las reglas del álgebra de Boole expuestas anteriormente. Sabemos que una_de las reglas derivadas de la suma lógica indica que B+ 1 = 1, consecuentemente, también es cierta la igualdad A = A . (B + 1) porque A = A . 1. Por lo tanto, la función (1.11) la podemos escribir ahora de la forma siguiente: Aplicando la ley distributiva, obtenemos: Dado que B.A+ A . B= B.(A + Al = By que A . 1 = A, finalmente, podemos escribir lo siguiente: Bl = eo (S + A) (1.12) En la tabla 1.7 mostramos todas las fu nciones lógicas correspondientes a las salidas del automatismo propuesto. Presen- tamos las funciones originales en su forma canónica y, también, las funciones finales simplificadas. Para obtenerlas hemos operado de la misma manera que para la salida 81. Es interesante que el lector trate de ejercitarse en la simplificación de las funciones originales, sobre todo, porque puede obtener un resultado final de aspecto distinto, aunque su efecto sea equivalente al de la función simplificada que figura en la tabla. N ' 2 J 4 5 6 Tabla 1.7. Funcione, lógíca, de la, ,alida, delautomati,mo Fundón original - -- -- - B1 =( . B. A' (. B. A • ( . B. A - - - - - B2 =(-B·A·(-B· A - - - -- Va = ( . B. A+ ( . B. A Al ::: (". B. A.. C- B· A+ ( . ir·A+ ( . B. A Función simplificada Regla, utilizada, en la simplificación ley distributiva y reglas deriva· das de la suma B2 =( .B ley distributiva Va =( . B ley distributiva Me =( . B. A Ninguna LI • ( . B. A Ninguna Al • ( . B+ B. A ley distributiva Debemos remarcar que el estado de cada una de las funciones obtenidas depende, exclusivamente, de la combinación de las variables de entrada involucradas y de los respectivos estados que éstas adquieren. Por esta razón, 105 circuitos eléctricos o electrónicos que más tarde utilizamos para implementar estas funciones reciben el nombre de circuitos de lógica combinacional.
  • 25. fig. l.l1. T abladel mapa de Karnaugh. BA C código reflejado de Gray 00 01 11 O 1 Tabla de la verdad Bl Entradas Salida e B A Bl O . O O O O 1 O O O O 1 1 1 O O o O 1 O O O O B l BA c 00 01 11 O ( 1 11 1 ) 1 o o o fig. 1.12. Mapa deKarnaugh. Unodad didactica 1 Aulomalizatión básica Método de Karnaugh para la simplificación de funciones lógicas Simplificar O minimizar una función lógica descrita en su forma canónica es obtener una función equivalente que involucre la minima cantidad de operaciones y varia- bles, es decir, conseguir la mínima expresión de la función. En 1953, el ingeniero en telecomunicaciones Maurice Karnaugh ideó un método que permitía minimizar funciones lógicas mediante la confección de tablas o mapas de estados de sus variables. El método de simplificación de Karnaugh que explicaremos resulta cómodo utilizar- lo para sistemas con un número de variables comprendido entre 2 y 5. Se aplica una vez construida la tabla de la verdad del automatismo o una vez obtenida la función canónica equivalente escrita en forma de suma de productos (suma de minterm). Para explicar en qué consiste un mapa de Karnaugh y el procedimiento que hay que seguir para minimizar una función, trabajaremos a partir de la función canónica siguiente: , 10 Para ello, dibujaremos una tabla (figura 1.11) que contenga tantas ca- sillas como 2", donde n es el número de variables de la función (en el caso que nos ocupa: 23 = 8). El número de casillas de cada lado de la tabla debe ser un múltiplo de 2 y debemos procurar que la tabla sea lo más cuadrada posible. A continuación colocamos, por ejemplo, las variables B y A encima de la línea del vértice superior izquierdo de la tabla y la variable edebajo de la línea. También, identificamos cada una de las filas y columnas de la tabla colocando un número binario en código reflejado de Gray (puede observarse la columna de la derecha de la tabla 1.1). En la parte superior de la tabla, el número se corresponde con cada una de las com- binaciones que pueden formarse con los estados de las variables A y B, y en el late- ral izquierdo las filas se identifican mediante los dos estados que la variable epuede adquirir. De este modo, cualquiera de las casillas de la tabla queda perfectamente definida por una única combinación de estados de las variables A, By C. A continuación rellenaremos el mapa de Karnaugh. Para hacerlo podemos utilizar indistintamente la tabla de la verdad de la salida B1o la función canónica de B1. Si partimos de la tabla de la verdad colocaremos un '1' en la casilla del mapa de Karn- augh dada por las combinaciones de la tabla de la verdad que hacen '1' la salida B1. 10 o o Si partimos de la función canónica anotaremos un '1' en la casilla que se corresponde con cada término canónico de la función. En el resto de las casillas del mapa anotamos un 'O'. El paso siguiente consiste en agrupar el mayor número de "unos" con- tiguos posibles, teniendo en cuenta que en cada agrupación haya 2" "unos", es decir, con n que valga 0, 1,2,3,4... se tendría un número de "unos" igual a l , 2, 4, 8,16..., etc. Como mostramos en la figura 1.12, no importa que uno o varios "unos" pertenezcan a varias agrupaciones, siempre y cuando las agrupaciones se realicen en vertical o en horizontal y nunca en oblicuo. La función simplificada tendrá, finalmente, tantos términos como agrupaciones hayamos sido capaces de realizar: Bl = C oS+C o A Bl = C o (8+A)
  • 26. Unidad dida<llca 1 Automatización básica Fig. l .13. Agrupación de términos. xv vz 00 01 11 ,---, 00 1 O 1 01 O O 1 11 O O 1 10 ( 1 1 1 En el mapa de Karnaugh de la figura 1.12 hemos realizado dos agrupaciones y, consecuentemente, la función final simplificada tendrá dos términos. Además, po- demos observar que, en la agrupación de la derecha, la variable esiempre es 'O', la variable A siempre es '1' y la variable B adquiere el estado 'O' y '1'. Esto último sig- nifica que el estado de la variable Bno influye y, por lo tanto, puede ser descartado de este primer término. Así pues, tenemos: Bl (lI =C o A En la agrupación de la izquierda, la variable esiempre es 'O', la variable Bsiempre es 'O' y la variable A adquiere el estado 'O' y '1'. Ahora es la variable A la que descarta- mos de este segundo término. Así, nos queda: Bl ~) =C . S Finalmente, la función simplificada es: Bl = Bl (2) + Bl (1) = C· B+ e.A que, de acuerdo con la ley distributiva, podemos escribirla de la forma siguiente: B1 = eo (B + A) (11 3) Se corresponde exactamente con la función (1.12) que obteníamos aplicando las reglas del álgebra de Boole. Profundizaremos algo más en las agrupaciones de "unos" que se permiten hacer sobre el mapa de Karnaugh. Debemos hacer notar que cuantas menos agrupacio- nes incluyan la totalidad de los "unos" del mapa, menos términos tendrá la función simplificada. Esto significa que cada agrupación debe incorporar el mayor número posible de "unos", respetando siempre que tal número sea una potencia de dos (2°, 2',2',23 ,2',..,2"). 10 1 O O 1 El mapa de Karnaugh es contiguo por sus costados, es decir, debemos considerar que su lado superior está literalmente unido a su lado inferior y que su lado izquierdo está unido a su lado derecho. En consecuencia, podemos realizar agrupaciones de "unos" que estén en un lado del mapa con "unos" situados en el lado opuesto. Un ejemplo de posibles agrupaciones lo observamos en la figura 1.13. La función de simplificada poseerá tres términos, dado que la totalidad de "unos" del mapa son recogidos en tres agrupaciones. El primer término es consecuencia de la agrupación de los cuatro "unos" verticales, el segundo término surge de la agrupación de los cuatro "unos" horizontales y, finalmente, el tercer término es consecuencia de la agrupación que se hace con los cuatro "unos" de las esquinas (contiguos por los lados). La función simplificada será la siguiente: Ejemplo 1.12 Simplificar la función canónica B2 =e.B.A+(. B . A, aplicando el método de Kamaugh. Solución: Situamos un '1' en la casilla correspondiente a e = 0, B = °yA = 0, otro '1' en la casilla identificada con e= 0, B = °yA = 1, Yrealizamos una agrupación con los dos "unos" . La función simplificada resulta: Bl BA ( O 1 00 II O 01 1) )0 1 ) O O B2 = e o B O O O
  • 27. Unidad dldaCllca 1 Automatización basica Ejemplo 1.13 )eseamos simplificar, por el método de Kamaugh, la función lógica de la salida Al, 1ue se muestra en la tabla de la verdad adjunta. Solución: Interpretando exactamente la información de la tabla de la verdad, colocamos los '1 ' Y'O' de la salida A1 en las casillas identikadas por las correspondientes combi- naciones binarias de entrada. A continuación realizamos las dos agrupaciones posibles: La de la izquierda con C = 1, B = OYeliminando la variable A que cambia de estado. La de la derecha con B= 1, A = OYeliminando C que toma los estados 1 yO(fi- gura adjunta). La función simplificada resulta: A l BA e O 00 o 01 o 11 10 r-- o 1 e O O O O - - Al =C . B+ B . A 1 (1 1) o -2.. Ejemplo 1.14 Encontrar la función simplificada de la salida Fque muestra la tabla adjunta. Solución: Observando la tabla notamos que existen dos estados de F que, marcados con x, pretenden indicar que es indiferente el estado '1' o 'O' que tome la salida frente a una combinación de entrada en particular. Representando los estados en el mapa de Kamaugh podemos actuar de dos for- mas distintas. La primera considera las x como 'O' y, dada la imposibilidad de agrupar "unos" en diagonal, la función presentará los dos términos correspondientes a los '1' aislados del mapa. Así, la función que obtenemos es la siguiente: Z O O O O T abla de la verdad A l Entladas Salida B A Al O O O O O O 1 O O O O 1 O O T abla de la verdad de F Entradas Salida X y F O O O O 1 1 O O 1 X O O O O 1 X O O La segunda forma considera las x como '1' y posibilita una única agrupación de los cuatro "unos" del mapa. La función así obtenida presenta un único término que, en este caso, es el siguiente: F XV Z 00 01 11 10 O O CD X O F=Y 1 O X CD O
  • 28. Unidad didac!ica 1 Automatización básica x, ENTRADAS Fig. 1.14. Sistema secuencial J.~~ t ") Sistemas secuenciales Los sistemas secuenciales son aquéllos en los que, a diferencia de los combinacionales, sus salidas no sólo dependen del estado de las variables de entrada en un determi- nado instante, sino que, además, dependen de los estados anteriores que haya ad- quirido el sistema. Por lo tanto, un sistema secuencial se dice que tiene memoria. Un sistema combinacional no tiene en cuenta la variable tiempo, ya que en todo momento las salidas sólo dependen del estado de las variables de entrada. En un sistema secuencial como el que mostramos en la figura 1.14, en cambio, sus salidas en un instante (Z¡, Z2,..,ZJ dependen del estado de las variables de entrada en ese momento (x¡,...,x") y de los estados internos (Y¡I,-1),...,Yml'- ¡~ que, a su vez, son conse- cuencia de secuencias de entradas anteriores. Para funcionar de esta manera, el sistema secuencial debe ser capaz de memorizar el estado de las entradas y convertirlo en un estado interno del mismo sistema. SISTEMA SECUENCIAL Z o BLOQUE COMBINACIONAL SAL I DAS ,.. Z , Estados internos ~ MEMORIA l~ Ym(H) Ymit) Un sistema secuencial reacciona ante secuencias de estados de entrada de una forma automática concreta que depende de su arquitectura. Recibe el nombre de autómata finito porque tiene un número limitado de estados internos. Todo sistema secuencial posee: Un conjunto de 2" estados de entrada, donde n es el número de variables de entrada: X II x2, o •• Xn. Un conjunto de 2m estados internos, donde m es el número de variables internas de estado: y¡, Y2' ... Ym ' O Un conjunto de 2P estados posibles de salida, donde p =m +n es el número de variables de salida: Z¡, Z2' .. . zp' Una particularidad que identifica los sistemas secuenciales es la distinta reacción que pueden presentar a su salida, frente a combinaciones idénticas aplicadas a su entrada. Las potentes herramientas utilizadas actualmente por los técnicos en el desarrollo de sistemas secuenciales son especificas de la tecnología (eléctrica o electrónica) con la que, finalmente, se construye el automatismo. Así, una implementación con tecnología eléctrica requerirá el conocimiento de algún método de descripción funcional de automatismos, como por ejemplo el GRAFCET, y de algún lenguaje de programación de autómatas.
  • 29. Unidad didáctic.< 1 Automatización básica A(tividades 9. Monta en el laboratorio el circuito eléctrico de la figura 1.15, com- prueba su funcionamiento y determina la función lógica por la que se rige el encendido de la bombilla B. La tensión U puede ser de naturaleza alterna o continua y la tensión nominal de la bombilla debe ser de 12 V. Observa que la denomi- nación de circuito combinacional adquiere sentido, ya que, el esta- do de la bombilla, depende exclusivamente de la combinación de estados que adquieren los interruptores X, YYZ. 10. Monta en el laboratorio el circuito eléctrico de tipo secuencial de la figura 1.16. Utiliza una fuente de alimentación que proporcione una tensión continua de 12 V, una bombilla B de 12 V, un pulsador x con un contacto normalmente abierto, un pulsador zcon un contacto normalmente cerrado y, finalmente, un relé de tensión continua de 12 V (P) con un contacto normalmente abierto (p). u· 12 V Fig.1.16. x u~ 12 V z B Fig.1 .15. Circuito eléctrico de tipo combinacional. Circuito eléctrico de tipo secuencial. A continuación verifica el diagrama secuencia-tiempo del automatismo que se muestra en la figura 1.17, com- probando el estado que adquiere la bombilla al abrir y cerrar los contactos 'x y 'z' en la forma que describimos seguidamente: a) Al aplicar por primera vez tensión al circuito, con 'x' abierto 'O' y 'Z' cerrado '1', observarás que la bombilla está apagada y el relé desactivado. tste es el estado inicial de reposo b) Pulsa y mantén oprimido el pulsador 'x. Observarás que la bombilla B se ilumina y el relé P se activa. c) Suelta el pulsador 'x. Podrás ver que la bombilla B continua encendida y el relé activado. d) Pulsa y mantén oprimido el pulsador 'z'. Observarás que la bombilla B se apaga y el relé Pse desactiva. e) Suelta el pulsador 'z'. Verás que la bombilla B continua apagada y el relé desactivado. Si has actuado de manera correcta, el comporta- miento del automatismo debe ser el descrito en ',. el diagrama de secuencia adjunto. , 'O' 'o' 'o' 'o' Observa que en las fases 2 y 4 de este diagrama ',. ',. '1' '1' el estado de los contactos 'x y 'Z' es idéntico y, en cambio, la bombilla está iluminada en la fase z 'o' 2 y apagada en la fase 4. Este importante efecto '1' ',. es el que diferencia un automatismo secuencial de otro de naturaleza combinacional, en el que B 'O' 'o' 'o' el estado de la bombilla sería exclusivamente Reposo Pulsa ',' : Suelta ',' Pulsa 'z : Suelta 'Z : 1 función del estado de los contactos 'x y 'Z', CD CD 0 0 Fig.1.17. Secuenciade comprobación Diagrama de secuencia·tiempo.
  • 30. Unidad didactica 1 Automatización básica 11. Halla el número binario correspondiente al número decimal 427 y calcula el valor decimal del número binario 10101111. 12. Utilizando las reglas del álgebra de Boole, demuestra que la expresión F ~ e.(A + B . C) da como resultado cero. 13. Utilizando las reglas del álgebra de Boole, demuestra que la expresión F ~ e.(B + B . A) da como resultado F~C(B+A) BA 14. Obtén las funciones lógicas que verifiquen la tabla de Karnaugh O C 00 01 11 10 que muestra la figura. Considera primero las 'x' como '1 ', Ydes- 00 1 x 1 1 pués como 'O'. O O 1 O 15. Explica con claridad la diferencia entre un sistema combinacional y otro de secuencial, e ilústralo con un ejemplo de cada tipo. 01 II O x 1 O 16. Busca información sobre relés, finales de carrera, pulsadores e in- terruptores eléctricos, y describe brevemente su funcionamiento. 10 1 1 1 -1 ~L La simbología en los automatismos x Hasta el momento hemos explicado los parámetros eléctricos que intervienen en el dimensionado de los distintos dispositivos de que constan los automatismos. Era fundamental introducir conceptos eléctricos como intensidad, tensión, potencia, etc., para entender la naturaleza de las variables eléctricas que interviene en un sis- tema automático y las expresiones que las relacionan. Más adelante presentábamos el lenguaje binario (álgebra de Boole) que interpre- tan los automatismos y, también, los métodos clásicos utilizados para obtener las funciones lógicas que rigen el comportamiento de los sistemas combinacionales y secuenciales. De esta manera, hemos podido describir la conducta de un automa- tismo mediante un conjunto de funciones lógicas que, posteriormente, deberá ser implementado con la tecnología más apropiada. Ahora es el momento de tratar los símbolos normalizados de los diferentes elementos que forman un automatismo. "J -.:1 1. Simbología electróni(a A partir del conjunto de funciones lógicas que determinan la funcionalidad de un automatismo confeccionaremos su esquema eléctrico empleando la simbología apropiada a la tecnología que utilizamos para implementarlo. Dado que buena par- te del circuito de control de un automatismo eléctrico se realiza con tecnología elec- trónica, proporcionaremos a continuación la simbología electrónica más habitual. En este libro utilizaremos, indistintamente, los símbolos tradicionales empleados du- rante muchos años en el área de la electrónica digital y los más recientes recogidos en la norma ANSI/IEEE 91-1984. Los primeros utilizan un símbolo diferente para re- presentar cada elemento, mientras que los últimos emplean símbolos rectangulares para representar cualquier dispositivo. La tabla 1.8 recoge los símbolos más habituales usados en la representación de es- quemas de sistemas combinacionales y secuenciales. Los símbolos electrónicos que mostramos para realizar las operaciones básicas de los sistemas combinacionales re- ciben el nombre de puertas lógicas, y los que indicamos para sistemas secuenciales son denominados biestables o básculas.
  • 31. Símbolo clásico Unidad dldacllca 1 Automatización básica En la tabla proporcionamos, también, la función lógica que generan estas puertas lógicas, la tabla de la verdad que verifican y una breve descripción de la operación que realizan. Aunque mayoritariamente los símbolos de lógica combinacional inclu- yen únicamente dos entradas, el mismo símbolo puede admitir un número superior de entradas. Tabla 1.8. Simbologia de eleclrónica combinacional y secuencial Sistemas combinacionales Simbolo ANSI Función lógica Tabla de la verdad Descripción a{>o-s aDs NOT a O S 1 O Operación negación, La salida adquiere el eSlado opueslo al de la enlrada. a b S :=[)-s:E-s OR O O O Operación suma, La salida adquiere el eslado '1' siem· O I I Soa • b 1 O I pre que cualquiera de las enlradas eSlé en '1'. I 1 I a b S : =[)o- S :B-s NOR O O 1 Operación suma negada, La salida adquiere el eslado O 1 O Soa• b I O O 'o' siempre que cualquiera de las enlradas eSlé en '1'. 1 I O a b S :=D-s:ÜS ANO O O O Operación produclo, La salida adquiere el eslado 'O' O 1 O Soa b 1 O O siempre que cualquiera de las enlradas eslé en 'O'. 1 1 I a b S :D-s:=E}S NANO O O Operación produclo negado, La salida adquiere el O 1 eslado '1' siempre que cualquiera de las enlradas eslé Sq·b I O 1 en 'O'. O XOR a b S :=jD-s :Ds O O O Operación semisuma, La salida adquiere el eslado So¡J. b .. ·b O 1 1 'O' siempre que ladas las enlradas eslén en el mismo 1 O 1 eslado. SoaIII b 1 1 O NXOR a b S :~[>O-S :B-s O O 1 Operación semisuma negada, La salida adqUiere el Soa·b .. · b O 1 O eslado '1' siempre que ladas las enlradas eSlén en el O O mismo estado. SoaIII b 1 1 Sistemas secuenciales Simbolo dásico Simbolo ANSI Tabla de la verdad Descripción S R Q . O . Bieslable SR sensible por nive" La salida Q adquiere SD~ Ü~ O O Q n-l Q n-I O 1 O 1 el eslado '1' cuando So '1' y el eSlado 'O' cuando Ro R Q R Q 1 O 1 O '1'. La combinación So Ro 'O' no provoca cambio en la 1 1 No se usa salida y la SoRo'1' eslaprohibida. S R e Q. O . Biestable SR sensible por flanco de subida, La salida snQ =EJ=Q O O J Q~-, QI)--I Q adquiere el eslado '1' cuando So'1' y Clk pasa de 'O' Clk _ Clk _ O 1 S O 1 a'1'. L a salida Qadquiere el eslado 'O' cuando Ro'1' y R Q R Q 1 O S 1 O Clk pasa de 'O' a'1'. La combinación SoRo'O' no pro' 1 1 - No se usa vaca cambio en la salida y la SoR o'1' eslá prohibida.
  • 32. UOIdad dldac!tca 1. Automatización básica Para mostrar el aspecto que presentan los eSQuemas electrónicos de dos automatis- mos concretos, proporcionamos a continuación la solución de las funciones lógicas que describíamos en la tabla 1.6 y, también, la del circuito eléctrico de la figura 1.16. Ejemplo 1.15 Confecciona el esquema electrónico del automatismo combinacional que cumple con las funciones lógicas siguientes: 81 = e (B + Al; 82 = c· B; Va = c· B; Me = c· 8 A; LI = C- 8· A YAl = C- B + 8 . A Solución: En primer lugar, hay que indicar que existen varias soluciones posibles para resolver las funciones que recoge el enunciado. Dependiendo del número de entradas y de la naturaleza de las puertas lógicas empleadas, podemos obtener diferentes esquemas, aunque todos ellos válidos. La solución que aportamos con simbología tradicional en la figura 1.18 es un fiel reflejo de la lectura que podemos hacer de las funciones que nos proporcionan. Ejemplo 1.16 A B e Fig.l,18, B A B·e Me - e·B·A t;==::::[A: Vao B.(' B20 jj . (' Bl· ( (8 <A) Realiza el esquema electrónico del automatismo secuencial, de modo que la función de su variable de estado interno sea p = x + Z . P y la ecuación de su salida 8 = p. Solución: En la figura 1.19a mostramos el esquema solicitado empleando la simbología tradicional y en la figura 1.19b utilizando la simbo- logía ANSI/IEEE. En un sistema secuencial, el estado de alguna puerta de salida es realimentado nuevamente a su entrada en forma directa o a través de alguna otra puerta, como sucede con la puerta OR del esquema, cuya salida P es aplicada, a tra- vés de la puerta AND, nuevamente a su entrada. Esto da lugar a la posibilidad de memorizar estados lógicos, tal y como recoge la figura 1.19c. Efectivamente, cuando la variable x adquiere el estado '1', la salida 8 lo memoriza (8 ='1 ') aunque x vuelva a estado 'O'. La salida 8 mantiene este estado hasta que la variable z pasa a '1', momento en el que la salida 8 memoriza el estado 'O'. La figura 1.19d recoge una realización alternativa utilizando un biestable del tipo S-R, en el que las señales x y z se aplicarían a los terminales S y R respectivamen~e, la señal 8 se obtendría del terminal de salida Q y el terminal Q no se conectaría (n.c.). e) d) X---FQl- B a) ~I x~Bo,.(l.P) P b) Esquema clásico ,--, Plr;l-; p I : ~: G + B.X'(l.P) Esquema ANSI/IEEE Fig. l.19. a) Esquemaselectrónicosdel automatismo. b) Efecto de memorización de estados lógicos. J=r z ~ n.c. Función memoria Realización con biestables
  • 33. Unidad didáctica 1 Automatilación básica En la Tabla 1.9 mostramos algunos dispositivos utilizados para implementar los es- quemas electrónicos de sistemas combinacionales y secuenciales. De forma común reciben el nombre de circuitos integrados. Se montan sobre circuito impreso, de modo que forman parte de los circuitos electrónicos de control. Suelen alimentarse con tensiones continuas de 5 voltios y a su salida entregan señales de corriente muy débil (en torno al mAl que, posteriormente, tienen que ser arnplificadas convenien- temente. Tabla 1.9. Dispositivos electrónicos usados en sistemas combinacionales ysecuenciales Patillaje I 2 , • s • Función lógica NOT Función lógica a OR b Encapsulado 14 14 16 Oescripción Circuito integrado SN74lS00, Posee 4 puertas NANO. Alimentación V« " '5 Vrespecto de Gnd. El estado ',' (tensión entre 3,5 VY5 V) da 0,4 mA máximo, yel estado 'O' (tensión entre OVY0,8 V) da 8 mA. CirlUito integrado SN74lS01, Posee 4 puertas NOR. Alimentación V« • '5 Vrespecto de Gnd. El estado '1' (tensión entre 3,5 VY5 V) da 0,4 mA máximo, y el estado 'O' (tensión entre OVY0,8 V) da 8 mA. Circuito integrado (040430 Posee 4 biestables SR. Alimentación V dd de '2 Va'18 Vrespectode Vss. Corriente de salida 1 mA. Estado '1' a nivel V dd y estado 'O' a nivel Vss. la tabla de la verdad es, S R E Q X X O OC' O O 1 NC" 1 O 1 1 O 1 1 O 1 1 1 .1 Nota, • Salida en circuito abierto, • Salida no cambia yfl entrada no permlllda Cualquier función lógica que describa la funcionalidad de un sistema digital puede ser representada únicamente mediante puertas NANO o NOR. En la tabla 1.10 mos- tramos algunas realizaciones básicas a partir del uso exclusivo de puertas NANO o puertas NOR. Tabla 1.10. Realizaciones básicas apartir de puertas NANO y NOR Realización Función lógica Realización a ANO b -V-"b b Realización Biestable Realización R SR ><=~ S
  • 34. Unidad dldactlca t Automatización básica Tensiones ytomas de tierra 1enslón continua Tensión alterna 'j .!.L~. Simbología eléctrica En la actualidad existen varias normas para representar los símbolos de los dispo- sitivos utilizados en los esquemas de automatismos e instalaciones eléctricas. En esta publicación utilizaremos mayoritariamente la simbología de la norma UNE EN 60617, armonizada con la norma europea EN 60617 de 1997 y basada en la norma internacional lEC 60617. Los principales comités de normalización implicados en estas normas son los si- guientes: CEI o lEC (International Electrotechnical Commission o Comité Internacional Elec- trotécnico). Se constituyó en 1906 para elaborar las normas intemacionales CEI con el objetivo, entre otros, de promover la compatibilidad de materiales, pro- ductos y sistemas eléctricos y electrónicos. O CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica). Creado en 1959 para el desarrollo de las normas europeas EN en el ámbito electrotécnico europeo. Está compuesto por los organismos de normalización de los Estados miembros de la Unión Europea. AENOR (Asociación Española de Normalización y Certificación). Organismo de normalización responsable de adoptar como normas UNE (Normas Españolas) todas las normas europeas que se elaboran en el seno del CENELEC. En las tablas siguientes se agrupan los dispositivos más habituales empleados en la confección de esquemas eléctricos. Comenzaremos presentando en las tablas 1.11 y 1.12 la simbología normalizada usada para designar las características de las ten- siones, las tomas de tierra y los conductores eléctricos. En la tabla 1.13 mostramos los símbolos más habituales utilizados para representar los contactos eléctricos y, en la tabla 1.14, los pulsadores con sus distintos mandos y accionamientos. La simbología de estos dispositivos está basada en la representa- ción combinada de la simbología de los contactos eléctricos con la de los mandos y accionamientos. Asimismo, los simbolos más usuales para la representación de los interruptores, los relés, las máquinas eléctricas y otros componentes de uso común los recogemos, respectivamente, en las tablas 1.15, 1.16, 1.17 Y 1.18. T abla1.11. Simbología detensiones ytomas de tierra Simbolo Comentario El valor de tensión puede indicarse a la derecha del símbolo, - - - 24V El valor de tensión yIrecuenoa pueden indicarse ala derecha del simbolo. El número de lases y lapresen· cia de neutro pueden indicarse a la izquierda del símbolo, l/N 220 VSO Hz ~ Tensión rechficada con componente alterna Marcado de tensión continua no filtrada. Polaridad pOSItiva + Marcado de polaridad en continua. Polafldad negahva Marcado de polaridad en continua. Neutro N Marcado de línea de neutro. Toma de tierra Marcado de toma de tierra.
  • 35. Tensiones y tomas de tierra Toma de tierra con protección Toma de masa o chasis (onductores y tomas de tensión Conductor prinCipal o auxiliar Grupo de conductores en lormato implícito Grupo de conductores en lormato explícito Conexión flexible Conductor apantallado Conductores trenzados (onexión de conductores Conexión doble de conductores Regleta de conexión Contactos Contacto normalmente abierto (NA) Contacto normalmente cerrado (NC) Contacto conmutado Contacto conmutado con posición de corte Contacto inversor antes de apertura Contacto de cierre adelantado respecto del con- junto Unidad didactica 1 Automatización básica (Tabla 1.11. Simbología de tensiones ytomas de tierra) Simbolo Comentario Marcado de toma de tierra con protección. Marcado de toma de masa o chasis. lablal.ll. (ondu,tores y tomas de tensión Símbolo Comentario II 3N - 380V 50Hz "~g§~g Ll N 3(1 X120) • 1 no 7 ;; e 7 1 I ~+ I I I I I I Se representa por un trazo único, con tantos trazos oblicuos como cables contenga el grupo o con un trazo oblicuo y un número de conductores. Se puede indicar la denominación de la linea, la naturaleza de la tensión y la sección de los conductores. En el ejemplo se trata de una linea trifásica de 380 V, 50 H z con hilos de 120 mm' y una linea de neutro de seCCIón 70 mm'. Tres conductores. (onexión en Ty conexión con el símbolo de unión. Unión doble con y Sin símbolo de unión. Regleta con terminales de conexión. Pueden añadirse marcas para identificar los terminales. lablal.n. Símbología de ,ontactos elé,tricos Símbolo Comentario Contacto de cierre. Puede ser empleado como interruptor general Contacto de apertura. Se produce primero la apertura del contacto NC y después el cierre del contacto NA. Contactos NA-NA con posición intermedia de corte. Se produce primero el Cierre del contacto NA y después la apertura del contacto NC. En un conjunto de contactos, éste se cierra antes.
  • 36. Unidad dld¡j(llcd 1 A utomatización básica (Tabla 1.13. simbología de contactos eléctricos) (onlactos (onlaclo con cielle retrasado respeclo del con- Junio (onlaclo de apellura reirasada respecIo del con- junto (onlaclo de apertura adelanlada respeclo del con)unlo (onlaclo de cielle relardado respeclo del disposi- tivo accionador (onlaclo de aperlura relardada respeclo del dis- positivo accionado (onlaclo de delle y apertura relardada respeclo del disposilivo accionador Base de conexión (lavija de conexión Base y clavija de conexión Conector a presión Símbolo -( -< ----- Comentario E n un conjunlo de conlaclos, éSle se Clella des- pués. En un conJunlo de conlaclos, ésle se abre des- pués. En un conjunlo de conlacIos, ésle se abre anles. El conlaclo se ciella con relraso respecloa la acli- vaClón del disposilivo que lo controla. El contaclo se abre con reiraso respecio a la acli· vación del disposilivo que lo conlrola. E l conlaclo se ciella y abre con retraso respeclo a la aClivación y desaclivación del dispositivo que lo conlrola. (onlaclo hembra. (onlaclo macho. (ontaclo hembra y macho. Tabla 1.14. Simbología de pulsadores, mandos yaccionamientos eléctricos Pulsadores (onlaclo de cielle con mando ma- nual Pulsador de cielle manual y relorno aulomálico. Tirador con contacto al cierre y retor· no aulomálico Símbolo I f-- 1 I E-- 1 I }--1 Mandos yaccionamientos Mando de Iransmisión mecanlCa, h" dráulica, magnélica, elc Mando de acción relardada Mando de acción adelanlada. Relorno aulomalico Relorno no aulomalico Accionamientomecánico manual Mando rOlalorio. Mando de lirador Mando de puJsador Mando de emergencia Mando por acción lérmica Símbolo €= ==( ----<]--- ---V-- -- f .--- J ---- } ---- E ---- (j- --- ?--_.
  • 37. Unidad dldactica 1. Automatización básica (Tabla 1.14. Simbología de pulsadores, mandos yaccionamientos eléctricos) Pulsadoles Pulsador rotativo con contacto al Cie- rre y retorno automático Pulsadol de emergencia con enclava, miento no automático Interruptores Interruptor Interruptor Ilnal de carrera Contactor Interruptor guardamotor Interruptor automático Seccionador Seccionador conmutado Interruptor seccionador Interruptor seccionador con apertura automática Simbolo I OV 1 Mandos yaccionamientos Mando por acción electromagnética Mando por electo magnético Mando por energia hidráulica o neu' mática Mando por reloj eléctrico Mando por motor eléctrico Simbolo ~--- 9---' --- [D--- (9---- @l---- Tabla 1.15. Simbologia de interruptores eléctricos Simbolo Comentario I o-~ Símbolo general de interruptor. ACCionado mecánicamente. Accionado por el campo magnético creado por una bobina. Interruptor de apertura automática protegido con· tra lallos de tensión y/o corriente anormalmente elevada. También llamado disyuntor, provoca la desco' nexión automática al paso de corrientes anormal- mente elevadas. Cerrado admite el paso de corriente nominal y abierto garantíza el corte sin la lormación de arcos eléctricos. Deriva la corriente hacia una línea u otra. Posee una posición de corte intermedia. Permite la apertura y cierre de circuitos baJO ten' sión. No admite cortocircuitos. Seccionador protegido contra corrientes anormal- mente elevadas.
  • 38. Unidad dldactl(l 1 Automatización básica (Tabla 1.15. Simbología de interruptores eléctricos) Interruptores Símbolo Seccionador con lusible lnierruplor con fusible Tabla 1.16. Simbología de relé, eléctrico, Relé, Símbolo Disposilivo de mando electromagnético Relécon dos devanados separados Relé de conexión lenta Relé de desconexión lenia Relé de acción térmica Relé de acción electromagnética Relé de intensidad máxima Relé de tensión máxima Relé de intensidad diferencial Comentario Seccionador protegido contra corrientes anormal· mente elevadas. Interruptor protegido contra corrientes anormal· mente elevadas. Comentario Simbolo general de un dispositivo de mando, por ejemplo, relé térmico. Se puede emplear indistintamente cualquiera de los símbolos indicados. Dispositivo de mando de un relé de conexión retardada. Dispositivo de mando de un relé de desconexión retardada. Dispositivo de mando de un relé térmiCO. Dispositivo de mando de un relé aclivado por acción electromagnética. Relé activado por sobrecornente. Relé activado por sobretensión. Relé activado por diferencia de corriente. Relé de enclavamiento mecánico.
  • 39. Relés Relé de enclavamiento mecánico Electroválvula Máquinas eléctricas Devanado trifásico en triángulo Devanado trifásico en estrella Devanado trifásico en estrella con toma de neutro Motor de corriente continua, de ¡man permanente, con dos conductores y excitación serie Motor de corriente alterna, con coleco tor, con dos conductores yexcitación serie Motor de corriente alterna, con colec· tor, trifásico y excrtación serie Motor de inducción, trifásico de jaula Motor de inducción, trifásico de rotor bobinado. Generador sin(fono trifásico de imán permanente Unidad drdactlca 1 Automatización básica (Tabla 1.16. Simbología de relés eléctricostario) Simbolo (omen Relé con reposición manual o eléctrica. Válvulacon mando eléctrico de apertura y cierre. Tabla 1.17. Simbologia de máquinas elóctricas Simbolo y l@ l@ kbJ ~ ~ ® L.....J Máquinas eléctricas Convertidor continua·continua (OC/ OC). Convertidor alterna·continua (AC/OC). Rectificador. Convertidor continua·alterna (OC/AC). Ondulador, inversor. Arrancador de motor. Arrancador estrella·trrángulo. Arrancador regulador por tiristores. Convertidor de frecuencia. Variador de velocidad. Transformador de tensión monofásico (representación unifilar). Transformador de tensión monofásico (representación multililar). Transformador de tensión trifásico, conexión estrella·triángulo (represen· tación unifilar). 51mbolo F7I lLd [ZJ [J m ~ $ ~ (""""'1 ~
  • 40. Unidad did~ctlc I I Automatización b~sica Máquinas eléctricas Generador sincrono trilásico con indu- cido en estrelta y neutro accesible Componentes de uso general Amperimetro Voltímetro Válvula Fusible Dispositivo luminoso. lámpara Dispositivo luminoso intermitente Bocina Sirena Timbre Zumbador Pila, baterla oacumulador (Tabla 1.17. Simbología de máquinas elédricas) Simbolo Máquinas eléctricas Translormador de tensión trilásico, conexión estrella-triángulo (represen- tación multifilar). Tabla 1.18. Simbologia de otros componentes eléctricos de uso común Simbolo Componentes de uso general Diodo rectificador. Puenterectificador. Tiristor (SCR). EJ Fotodiodo. Diodo sensible ala luz. Inductancia. Cualquiera de las dos representaciones es válida. @ JL Resistencia. ~ Resistencia shunt. ~ Potenciómetro. ~ Fotorresistencia (LDR). ~ Condensador. -L T Transformador de intensidad. Simboto w mm Simbolo ",,,, * -[TI-- JYY....... ",,,, --c::::J- -L ¡-
  • 41. U'lldad didact'c , Automatización básica Ejemplo 1.17 Confecciona el esquema eléctrico del automatismo combinacional que desarrollábamos en el ejemplo 1.11, Yque cumple con las funciones lógicas siguientes: MBl =e (B + A); MB2 =c·B; Va =c·B; Me =c· B . A; LI =e B . Ay Al =e B+ B . A. Solución: Empleando la simbología eléctrica que hemos visto podemos presentar el esquema que muestra la figura 1.20. En él hemos dispuesto los detectores de nivel A, By C que accionan, respectivamente, los relés RA, RB YRe. Cada uno de estos relés incluye un conjunto de contactos normalmente abiertos (NA) y normalmente cerrados (NC) que sirven para implementar la correspon- diente función lógica. Así, para realizar la función lógica MBl = e.(8 + A), utilizamos los contactos normalmente cerrados Cl y BT accionados respectivamente por los relés RC y RB, Yel contacto normalmente abierto Al accionado por el relé RA. Podemos ver que, en esta función, los contactos se disponen en paralelo para realizar la operación suma y, en cambio, para implementar la operación producto los contactos se conectan en serie. tosta es la regla básica que nos permite confeccionar el resto del esquema. Dado que las funciones lógicas MB2 y Va son idénticas, hemos utilizado el circuito único formado por los contactos C2 y B2 ~a activar MB2 y Va. Notemos que MB2 y Va se activarán sólo si los detectores C y B están abiertos, es decir, si los contactos C2 y 62 están cerrados. Fig. 1.20. Esquema eléctrico que cumple con las funciones lógicas proporcionadas. Actividades 17. Utilizando sólo puertas NA N D de dos entradas, confecciona un esquema electrónico que verifique la función lógica F = C. B + A. 18. Utilizando una lámpara L y los internuptores A, By C, confecciona un esquema eléctrico que verifique la función lógica L = C. B + A. 19. Realiza un esquema eléctrico que sirva para controlar el arranque y la detención de un motor a partir de los pulsadores de marcha (M) y paro (P) correspondientes. El motor se debe poner en marcha al pulsar M y pararse al pulsar P. 20. Confecciona un esquema electrónico que realice la función de la actividad anterior e indica si el automatismo es de tipo combinacional o secuencial. 21. Recopila información sobre algunos de los elementos recogidos en la tabla 1.18 y describe su funcionamiento.
  • 42. Unidad d,dacll( I 1 Automatización b¡jsica Descripción de automatismos mediante el 6RAFCET 'J 5.;1, ¿Qué es el GRAFCET? El GRAFCET (gráfico funcional de control de etapas y transiciones) es una herra- mienta que permite describir de manera gráfica la secuencia de operaciones que realiza un automatismo. Se trata de un lenguaje organizacional que facilita la estructuración y descomposi- ción de un problema de control en partes de menor complejidad fácilmente abor- dables. Tuvo su origen en Francia en 1977 y fue el fruto del trabajo de la AFCET (Asociación Francesa de Cibernética Económica y Técnica) en su tarea de diseñar una herramienta útil para la descripción de procedimientos. Inicialmente fue adop- tado por la agencia francesa de normalización (AFNOR) y, en 1988, la lEC lo declaró norma intemacional con el número lEC 848. Elementos del GRAFCET Los elementos gráficos utilizados para representar las funciones de control de un automatismo en el GRAFCET son las siguientes: Las etapas. Describen estados o situaciones particulares del automatismo en el que se llevan a cabo operaciones concretas. Todas las etapas se representan con cuadrados que contienen en su interior el número de orden de la etapa dentro del GRAFCET, excepto la primera etapa (etapa iniciaO que se indica con dos cuadrados concéntricos y acostumbra a llevar el número Oen su interior. Las acciones. Describen el conjunto de operaciones que se realizan cuando se ac- tiva una etapa en particular. Se representan en el interior de un rectángulo colo- cado a la derecha de cada etapa y se asocia a ésta mediante una linea de unión. Las transiciones. Son condiciones que deben cumplirse para que el control pase de una etapa a la siguiente. Se representan mediante una línea horizontal situa- da sobre la linea de unión de dos etapas y el correspondiente conjunto de pro- posiciones lógicas. En cualquier instante, una etapa puede estar activa o inactiva. La situación de etapa activa se representa con un punto en el interior del cuadrado que la identifica e implica la ejecución de todas sus acciones asociadas. La forma de enlazar las etapas y las condiciones de transición que se dan entre ellas nos servirán para describir la secuencia de las operaciones que determinan la evolución del automatismo. Reglasdel GRAFCET El GRAFCET tiene unas normas sintácticas muy claras y sencillas que le permiten describir secuencias lineales, alternativas, iterativas, concurrentes, saltos, etc. Estas reglas se pueden resumir de la siguiente fonma: Una etapa se activa cuando la condición lógica correspondiente a la transición que la precede es verdadera y la etapa previa está activada. Cuando una etapa se activa, la primera acción que emprende es desactivar la etapa previa y, con ella, las acciones que tuviera asociadas. Entre dos etapas consecutivas solamente debe haber una transición. Una etapa que no tiene acciones asociadas es denominada"etapa muerta", y nonmalmente se utiliza para evitar errores sintácticos dentro del mismo GRAF- CET y para definir claramente algún paso de una secuencia. El GRAFCET siempre debe estar cerrado, es decir, siempre debe haber alguna forma de proseguir con la secuencia por algún sitio.
  • 43. Acción A Acción B a) Fig. 1.21. Activación de etapas en el GRAF CET . b) UnIdad dldactica 1 Automatización básica En la figura 1.21 mostramos una secuencia de activa- ción de etapas consecutivas. Para pasar de la etapa 6 a la 7 es preciso que la etapa 6 esté activada y que, por ejemplo, se verifique la condición de transición T = 1. Mientras Tsea igual a O, la etapa 6 y su correspondien- te acción A permanecerán activas (figura 1.21al. En el instante en que Tadquiere el estado 1, verificán- dose la condición de transición, la etapa 7 y su acción B se activan (figura 1.21 b) Yse desactivan la etapa 6 y su acción A. ...2'),,1.. Estructuras de secuencias del GRAFCET La forma de enlazar las etapas y las condiciones de transición que se establecen entre ellas nos permiten describir la secuencia de ejecución de las operaciones que determinan la evolución del automatismo. En este sentido, las estructuras que el GRAFCET permite son múltiples y dan lugar a secuencias de ejecución lineal, alter- nativa, iterativa, concurrente y de saltos. Estructuralineal La estructura de secuencialineal es una estructura en la cual una etapa se activa después de la anterior en el instante en el que la condición que la precede es verdadera. El GRAFCET de la figura 1.22 describe una secuencia que comienza cuando se cumple la condición de transición M. En ese instante la etapa inicial Ose activa y se emprenden las acciones A, By C, a la vez que se evalúa la condición de transición lógica 51 · 52. La condición 51 ·52 se cumplirá cuando 51='1' y 52='1', es decir, cuando el producto lógico de 51 y 52 de cómo resultado un '1'. Cuando la condi- ción se cumple, se activa la etapa '1' e, inmediatamente, se desactiva la etapa Oy todas sus acciones asociadas, se emprende la acción D y se evalúa la condición 53. De la misma manera, la etapa 2 se activará en el momento en el que se verifique la condición 53, y la etapa 3 en el instante en el que la condición de la suma lógica 54 + SS tome el estado 1. Es importante recordar que la activación de cualquier etapa requiere que la etapa anterior esté activada y que se cumpla la condición de transición que la precede. Con la etapa 3 activa, si se cumple la condición de transición 51 ·52, nuevamente se activa la etapa 1 y la secuencia vuele a repetirse. Fig. 1.22. E structura lineal del G RAF C ET. Acción A, B, ( Acción O Acción E Acción E Acción F
  • 44. Unidad dldaclic' I Automatización básica Acción E Acción f Estructura de divergencia en Y(AND) La estructura de divergencia en y es aquella que nos permite arrancar simultáneamente dos o más secuencias lineales después de que se verifique una cierta condición. Acción O Acción H Acción M En la figura 1.23 las etapas 4 y 5 se activarán simultánea- mente cuando se cumpla la condición de transición 54, estando activada la etapa 3. Al entrar, ambas desactivan la etapa 3. Observa que, para que se produzca la desactivación de la etapa 3, es necesario que tanto la 4 como la 5 se hayan activado. Para representar la bifurcación se usa una doble barra paralela indicando que, a partir de este punto, se desencadenan secuencias de procesos en paralelo. Fig. 1.23. Estructura de divergencia en y del GRAfCET. Estructura de convergencia en Y La estructura de convergencia en Ynos permite reconducir en una única secuencia lineal un conjunto de procesos que se ejecutan en paralelo. Acción J Acción W Acción Z En la figura 1.24 observamos que la convergencia se representa también con dos barras paralelas para indicar la conjunción de los procesos que se desarrollan en pa- ralelo. En este caso, para que la etapa 9 se active es ne- cesario que se cumpla la condición 5 y que estén activas, a la vez, todas las etapas que confluyen en ella, es decir, las etapas 7 y 8. La activación de la etapa 9 provocará la desactivación de todas las etapas convergentes. Fig. 1.24. Estructura de convergencia en Ydel GRAFCET. Estructura de divergencia en O La estructura de ejecución alternativa,denominada de divergencia en 0, nos permite recon- ducir la ejecución del proceso por alguno de los caminos posibles. Dichos caminos deben ser mutuamente excluyentes, es decir, solamente debe verificarse una de las condiciones que encabezan cada uno de los caminos. Acción o Acción f En la figura 1.25, presentamos una estructura de diver- gencia en O en la que existen dos alternativas posibles una vez activada la etapa 3: tomar el camino de la etapa 4 si se cumple la condición de transición 54 y no la 55, o ir hacia la etapa 5 si se cumple 55 y no 54. Debemos señalar que las condiciones 54 y 55 deben ser distintas y, en ningún caso, verificarse al mismo tiempo. Fig. 1.25. E structura de divergencia en Odel GRAFCET.
  • 45. Fig. 1.26. Acción X Acción Y Estructura de convergencia en O del GRAFCET. Unidad didáctlc, 1 Automatización básica Estructura de convergencia en O La estructura de (onvergencia en Oes utilizada habitualmente para cerrar estructuras de ejecución alternativas. Acción J A[(ión W Acción Z En la figura 1.26, después de cumplirse la condición 579 con la etapa 7 activa, o la condición 589 con la etapa 8 activa, se activará la etapa 9 y se ejecutará su correspon- diente acción J. Al activarse la etapa 9 se desactivan las posibles etapas activas que la han precedido. Cuando una estructura de convergencia en O cierra to- talmente otra de divergencia en O el control solamente puede proceder de uno de los caminos posibles. No obstante, es posible recoger en una estructura de convergencia en O diferentes caminos procedentes de puntos distintos. En la figura 1.27 observamos una situación de convergencia segmentada, en la que el camino formado por las etapas 3, 4 Y5, Y los distintos caminos de la divergencia en O, se cierran en diferentes puntos con estructuras de convergencia en O. Si estando activada la etapa 5, por ejemplo, se activa la etapa 22 y se verifica la condición 5226, la etapa 6 se activará y se desactivarán las etapas 5 y 22. Pero si en lugar de activarse la 22 es la 33 o la 44, la etapa 7 u 8 deben poder desactivar también la etapa 5. Por otra parte, debe tenerse en cuenta que las condiciones 56 y 5226 deben ser ex- cluyentes, así como las 57 y 5337, y las 58 y 5448, porque, de no ser así, se incumpli- rían las reglas del GRAFCET a la vez que se incurriría en serios riesgos de operación.
  • 46. Unidad dldac!lca 1 Automatización básica 5a Fig. 1.28. Estrudura de salto ha(ia delante Acción A Acción B Acción O Acción E La estructura del salto hacia delante permite saltarse una o varias etapas siempre que se cumpla una determinada condición de transición. La figura 1.28 muestra una estructura de salto hacia delante que per- mite activar la etapa 9, saltándose la 7 y la 8, siempre que, estando activa la etapa 6, se verifique la condición Sa antes que lo haga la 57. Es importante notar que las condiciones 5a y 57 deben ser exclu- yentes porque, en caso contrario, se activarían al mismo tiempo va- rias etapas consecutivas dentro de una misma estructura lineal, por ejemplo la 7 y la 9: debe evitarse que esto suceda en el GRAFCET. E structura de salto hacia delante del GRAFCET. Asimismo, las reglas del GRAFCET impiden que se den dos con- diciones de transición seguidas y, por lo tanto, no seria posible entender un camino entre la etapa 8 y la 7 (hacia atrás) porque ha- bría tres transiciones seguidas. Esto obliga, claramente, a una única interpretación de la secuencia que describe la figura 1.28, aunque, en ocasiones, como es el caso, el sentido del salto se indica con una flecha situada sobre la linea de flujo. 5a Ejemplo 1.18 Estrudura de salto hada atrás Acción A Acción B Acción O Acción E La estructura del salto hacia at rás permite efectuar un salto condicional hacia etapas anteriores. En la figura 1.29 mostramos una estructura que posibilita volver a activar la etapa 7 antes de activar la 9 siempre que, estando activa la etapa 8, la condición de transición 5a se cumpla antes que la 59. Esta estructura permite repetir la activación de algunas etapas antes de que se cumplan unas determinadas condiciones. En el caso del ejemplo, las etapas 7 y 8 se repiten mientras se cumpla la condición 5a y no la 59. El proceso iterativo acaba con la activación de la etapa 9 en el momento en el que se cumple la condición 59 y no la 5a. Fig. l.29. Estructura de salto hacia atrás del GR AFCET. Confecciona el GRAFCET del automatismo para el control de llenado de un depósito que desarrollábamos en el ejemplo 1.11 y que cumple con las funciones lógicas siguientes: MBl = c·(B' + A); MB2 = c.B; Va = c.B; Me = c.B • A; LI = C · B • Ay Al = C · B+ B • A Solución: En la figura 1.30 siguiente mostramos unade las soluciones GRAFCET posibles. Básicamente se trata de una estructura de diver- gencia en O con saltos condicionales entre etapas. A partir de la puesta en marcha del sistema (condición Marcha) se inicializa el sistema en la etapa Oy se salta a la etapa 1, 2 o 3, en función del estado de los detectores de nivel. Así, la etapa 1 se activa cuando, independientemente del estado del detector A, los detectores B y C están en estado 'O'. En esta situación las motobombas MBl y MB2 se ponen en marcha y se ilumina el piloto de vacío Va. Desde la etapa 1 se saltará a la etapa 2 cuando los estados de los detectores A y B sean '1' Yel del detector C sea 'O ', o a la etapa 4 cuando se produzca una situación de avena. Puede hacerse un mismo razonamiento para explicar el funcionamiento del resto de las etapas del GRAFCET de la figura.
  • 47. UnIdad dldactlca 1 Automatización básica Hacemos notar que la motobomba MBl se pone en marcha al activar la etapa 1 o la etapa 2, es decir, cuando se cumple la condición e.El o la condición A· B.C. Este hecho responde exactamente a la expresión MBl = El· e+ A . B.eque, como ya habíamos demostrado, es exactamente MBl = e.(El + A). Sí estando activa la etapa 1, 2 o 3 se cumple la condición de alarma Al = e .El + B . A se activará la etapa de avería 4 y debere- mos reparar la anomalía. Una vez arreglada, se verificará la condición de reparación y el sistema volverá a la etapa inicial O. Martha -1- @-[ IniClallzatlón I ( -- -!- A' B· ( A·B·( - - MBl • 1 l} - MBl ' l 0- Va = 1 -1- 8 ( M e· O ( LI • O A· B A l· O , ( .¡¡ + B. A cp- Fig.1.30. GRAfCET del automatismo de llenado de un depósito. Actividades 22. Describe la estructura del GRAFCET que muestra la figura siguiente y explica en qué condiciones se activará la etapa 5. $ A- 1 I $ B· 1 ~ Acción J 2]. Confecciona un GRAFCET que describa el funcio- namiento del automatismo utilizado para controlar el arranque y la detención de un motor a partir de los pulsadores de marcha (M) y paro (P) corres- pondientes. El motor se debe poner en marcha al pulsar M y pararse al pulsar P. - MBl • 1 l' M B l • O MBl · O Q- M Bl· O Va = O A·B·( - V a· O Me = 1 Me =O LI · O A·B·( LI • 1 A l · O A l · O , AI · l MBl - MBl · O Reparación f- Va - M e- Ll ·O 24. Describe la estructura del GRAFCET que muestra la figura y explica en qué condiciones se activará la etapa 9. Z- 1 (" y - 1 x- 1 25. Haciendo uso de Intemet, busca información sobre varios diagramas GRAFCET empleados en auto- matismos y describe su funcionamiento. 26. Describe el funcionamiento de la cisterna del lava- bo de tu casa mediante un d iagrama GRAFCET.
  • 48. Unidad dida<tlc, 1 Automatización básica Autoevaluadón 1. ¿Qué es una automatización? 2. Cita cuatro sectores de actividad en los que se localice de forma significativa la automatización. 3. ¿Qué función cumple el controlador o autómata dentro del diagrama de bloques de un automatismo? 4. ¿En qué consiste la fase de dimensionado de dispositivos al realizar un automatismo? 5. Señala la diferencia entre intensidad eléctrica y tensión eléctrica. 6. ¿Qué potencia eléctrica disipa una resistencia de 10 Q por la que pasa una corriente de 8 A. 7. Cita la diferencia entre una tensión alterna y otra de continua. 8. Cita la diferencia entre una señal analógica y otra de digital. 9. Representa en binario el número decimal 135. 10. El número binario 10111 000 es equivalente al número decimal: a) 148 b) 216 e) 184 d) 162 11. Obtén la función lógica de F a partir de la tabla de la verdad siguiente: b a f o o o o o O 12. Obtén la función lógica de F por el método de Karnaugh a partir de la tabla anterior. 13. ¿En un automatismo combinacional interviene la variable tiempo? ¿Por qué? 14. Confecciona un esquema electrónico que verifique la función lógica F = a . b .e+ a . b .c. 15. Simplifica la función anterior y confecciona su correspondiente esquema eléctrico considerando que las varia- bles a, by c son interruptores yque Fes una bombilla.
  • 49. Unidad dlda(tl(.1 1 Automatización básica 16. Indica qué expresión es una solución simplificada de la función F = a.b . c + a . b . c + a . b .c. a) F = c . (b + a) b) F = c . (5 + a) c) F = c . (b + al d¡F=c·(b+a) 17. Explica qué es una etapa, una transición y una acción en el GRAFCET. 18. Para que se active una etapa de una estructura lineal del GRAFCET, debe cumplirse: a) Que la etapa anterior esté desactivada y se cumpla la condición de transición. b) Que la etapa anterior esté activada y se cumpla la condición de transición. cl Que la etapa anterior esté activada y no se cumpla la condición de transición. d¡ Que la etapa anterior esté desactivada y no se cumpla la condición de transición. 19. Para que se active la primera etapa de una estructura de convergencia en Y en el GRAFCET, debe cumplirse: al Que todas las etapas convergentes estén activadas y se cumpla la condición de transición. bl Que algunas de las etapas convergentes estén activadas y se cumpla la condición de transición. cl Que ninguna de las etapas convergentes estén activadas y se cumpla la condición de transición. d¡ Que solamente una de las etapas convergentes esté activada y se cumpla la condición de transición. 20. Para que se active la primera etapa de una estructura de convergencia en O en el GRAFCET, debe cumplirse: al Que todas las etapas convergentes estén activadas y se cumplan sus respectivas condiciones de transi- ción. bl Que algunas de las etapas convergentes estén activadas y se cumplan sus respectivas condiciones de tran- sición. cl Que ninguna de las etapas convergentes estén activadas y se cumpla alguna de las condiciones de transi- ción. d¡ Que solamente una de las etapas convergentes esté activada y se cumpla su correspondiente condición de transición. 21. Indica qué aspecto de los siguientes incumple alguna de las reglas del GRAFCET: al Se pueden realizar saltos hacia atrás. bl Pueden existir varias estructuras lineales en el diagrama. cl En cualquiera de los caminos del diagrama puede existir más de una condición de transición seguidas. d¡ En un diagrama en particular puede haber más de dos etapas activas simultáneamente.
  • 50. Unidad didáctica 2 Mando, regulación ymaniobras en máquinas eléctricas ¿Qué aprenderemos? o Qué circuitos forman un automatismo cableado. Cuáles son los principales dispositivos de mando. Qué es un dispositivo de regulación. O Qué es un actuador y cuáles son los principales actuadores. .. Qué son los relés y los contactares. Qué son los elementos de señalización. Cómo hay que dibujar e interpretar esquemas eléctricos de automatismos cableados. o Cuáles son los principales elementos de protección en instalaciones eléctri- cas. O Cuáles son los principales sistemas de arranque, cambio de sentido de giro y frenado para motores de CA.
  • 51. UOIdad dldacllca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Los automatismos (ableados Hemos visto que los automatismos, también llamados circuitos de maniobra, son los que permiten el mando y la regulación de las máquinas eléctricas. En función de la tecnología empleada para la implementación de un sistema de control podemos distinguir entre automatismos cableados, que estudiaremos a continuación, y automatismos programados, que veremos en la unidad didác- tica siguiente. Los automatismos cableados son aquellos que se implementan por medio de unio- nes físicas entre los elementos que forman el sistema de control. 2,:J L El circuito de maniobra El circuito de maniobra o automatismo eléctrico está formado por un conjunto de aparatos, componentes y elementos eléctricos que nos permiten la conexión, des- conexión o regulación de la energía eléctrica procedente de la red eléctrica hacia los receptores (motores eléctricos, lámparas, baterías de condensadores, etc.). Las características principales que debe poseer un circuito de maniobra son las si- guientes: Efectuar un mando manual o automático a distancia con la ayuda de conducto- res de pequeña sección, utilizando algún elemento de mando. O Permitir el paso o interrumpir corrientes elevadas, tanto en el instante del cierre como en la apertura del receptor eléctrico. O Poder realizar un elevado número de maniobras, idealmente infinito. O Poder retardar una acción sobre el receptor. En el circuito de maniobra podemos distinguir entre circuito de potencia y circuito de control: o _ A_ d_ iv _i_ d_ ad _e _ s~~ El circuito de potencia o actuador. Es el encargado de conectar o desconectar un receptor a partir de la acción realizada por el circuito de mando. El elemento fundamental en cualquier circuito de potencia es el contactar, cuyo funciona- miento veremos más adelante en esta misma unidad didáctica. 1. Explica las funciones del circuito de mando y del circuito de poten- cia. ¿Cuáles son los ele- mentos fundamentales de cada uno? F ig.2.1. Diagrama de bloques básico de un circuito de maniobra. O El circuito de mando o circuito de control. Es el encargado de realizar las acciones de activación y desactivación a distancia del circuito de potencia, además de temporizar o retardar dichas acciones. Los elementos básicos de cualquier cir- cuito de mando son: los relés de mando, los temporizadores, los auxiliares de mando y los autómatas programables (PLC). El funcionamiento de estos últimos lo veremos en la unidad didáctica 3. Ó rdenes de usuario Energia de la red eléctrica (230/400 V) ...-.------------.------------------------------------------------0 ---- Acción de control sobre el circurto I I Circuito de mando, Circuito circuito de control de potencia de potencra I "1 ocontrolador o actuador ! Receptor ~ ocarga eléctrica ~Il (motores, lámparas, , etc) CircUito de maniobra
  • 52. Unidad d dacllca Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas 1J;¡ Dispositivos de mando básicos a) I - 51 [---~ fig.2.2. b) - 51 [--- Aspecto de pulsadores y su simbologia. (a) Normalmente abierto (NA), (b) Normalmente cerrado (NC). Los elementos o dispositivos de mando son componentes que permiten al operario ordenar la ejecución de operaciones diversas, tales como el arranque, la parada, el cambio de velocidad, etc., de d iferentes máquinas eléctricas, como por ejemplo los motores. Aunque los dispositivos de mando son variados y de muy diferente naturaleza, ac- tualmente podemos dividirlos en dos grandes bloques: Elementos de mando manuales. Detectores automáticos y sensores. :...~~ ]. Elementos de mando manuales Los elementos de mando manuales son aquellos que el operario acciona para conec- tar, desconectar y, en general, gobernar, las instalaciones eléctricas. Los más importantes son pulsadores, interruptores, conmutadores y selectores. Vea- mos cada uno de ellos: Puls adores Los pulsadores son elementos que conectan y desconectan instalaciones y máquinas eléctricas rnediante una simple pulsación sobre los mismos. Vuelven a su posición inicial mediante un rnuelle o resorte interno. Son los elementos de mando más utilizados en las instalaciones con contactores. Existen multitud de tipos, aunque los dos más importantes son: Pulsadores normalmente abiertos (NA). Cuando los pulsamos se efectúa la co- nexión interna de sus dos terminales. En reposo los contactos estarán abiertos (es decir, sin conexión eléctrica entre ellos). Se utilizan generalmente para la puesta en marcha o el arranque de máquinas e instalaciones eléctricas. Pulsadores normalmente cerrados (Ne). Cuando los pulsamos se efectúa la desco- nexión de sus dos terminales. En reposo los contactos estarán cerrados (con conexión eléctrica entre ellos). Se utilizan generalmente para el paro de máqui- nas e instalaciones eléctricas. Un tipo de pulsador muy utilizado en la industria es el llamado pulsador de paro de emergencia, denomina- do comúnmente seta, debido a su aspecto externo. La cabeza de estos pulsadores es bastante más ancha que en los normales y de color rojo, sobre fondo amarillo. Perrnite la parada inrnediata de la instalación eléctrica cuando ocurre un accidente. Estos pulsadores llevan un dispositivo interno de en- clavamiento de manera que, una vez pulsado, no se puede reanudar el funcionarniento de la instalación hasta que se desenclave, por ejernplo, rnediante un giro de la cabeza o una llave auxiliar. F ig. 2.3. Pulsador de paro de emergencia, llamado seta, ysu simbolo • (NC con enclavamiento).
  • 53. Fig. 2.4. Aspecto de un interruptor y simbología. a) interruptor, b) conmutador. Ejemplo 2.1 Unidad didactica 2. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Interruptores y(onmutadores Los interruptores y conmutadores son elementos que conectan o desconectan ins- talaciones y máquinas eléctricas mediante el posicionado de una palanca. A diferen- cia de los pulsadores, al ser accionados, se mantienen en la posición seleccionada hasta que se actúa de nuevo sobre ellos. Seledores Los selectores son similares a los interrup- tores y conmutadores en cuanto a funcio- namiento, aunque para su actuación suelen llevar un botón, palanca o llave giratoria (que puede ser extraíble) Son típicos, por ejemplo, los selectores que llevan la mayoría de polímetros que podemos encontrar en el mercado (figura 2.5). Todos estos elementos de mando manual se alojan, por regla general, en cajas de plás- tico o metálicas, que pueden contener más de un elemento. Por ejemplo, son típicas aquellas cajas que contienen un pulsador NA para la marcha, y otro pulsador NC para el paro de un motor eléctrico. Fig.2.5. <>- VIRS pos 1 AMIR O 'l/S1 POS I AMlS vllR POS 3 ~ Aspecto de un selector y simbología. Busca en la tabla de pulsadores, mandos yaccionamientos eléctricos de la Unidad 1 cómo debe ser el símbolo de un interruptor que tiene dos posiciones (marcha/paro) con mando giratorio. Solución: Además del contacto de un interruptor, deberemos dibujar el sistema de mando mecáni- co que actúa sobre éste. Así, necesitamos el símbolo de mando giratorio yel de retomo no automático o enclavamiento. .2~ ~ ~. Detectores automáticos ysensores Los detectores automáticos y sensores permiten la conexión, desconexión y mando en general de instalaciones eléctricas sin intervención directa de un operario. Estos elementos de mando deben ser seguros y fiables, pues en general nadie se encarga de supervisar continuamente su funcionamiento. Hoy en día podemos encontrar en el mercado multitud de elementos detectores y sensores para la detec- ción y medida de gran número de variables físicas, pero nos centraremos en los más utilizados. Son los siguientes: finales de carrera, detectores de temperatura, células fotoeléctricas, detectores de presión, detectores de nivel de líquidos y detectores de presencia. Finales de carrera o interruptores de posición. Permiten controlar la posición de piezas, brazos u órganos móviles de máquinas, y establecen el límite hasta don- de dichas piezas pueden llegar. Internamente están formados por pulsadores que son accionados mecánicamente a través de una palanca por la pieza móvil que hay que controlar. Permiten la puesta en marcha, parada, cambio de veloci- dad, etc. de máquinas diversas. Pueden ser pulsadores NA o NC.
  • 54. Unidad dldacllCa.' Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas F ig. 2.6. Fotos y símbolos de diferentes detectores. F inal decaflera . S1 I 0 Final de caflera con 1NA • 1NC o Detectores de temperatura. Son dispositivos que permiten medir la temperatura de un recinto, depósito, etc., o detectar si ésta excede un cierto valor, denomi- nado umbral. Generalmente, se utilizan en sistemas de control que permiten realizar una regulación de dicha temperatura. Detectores fotoeléctricos océlulas fotoeléctricas. Son elementos que nos permiten detec- tar la existencia o la ausencia de luz en un determinado recinto. Además, se utilizan también para detectar la presencia o el movimiento de objetos o personas al cortar un haz luminoso. Por ello, hoy en día son muy utilizados en sistemas de seguridad y alarmas, apertura y cierre automáticos de puertas de garajes, comercios, etc. Detectores de presión opreostatos: Se utilizan para detectar las alteraciones de la presión en un depósito, una tubería, etc., por encima o por debajo de un cierto nivel de referencia. Se incluyen en sistemas de control de presión para circuitos hidráulicos y en neumáticos. O Detectores de nivel de líquidos. Detectan si el nivel de líquidos en depósitos, pis- cinas, etc., está por debajo de un nivel de referencia mínimo o por encima de un nivel de referencia máximo. De esta forma, se utilizan en el mando automático de estaciones de bombero, para comprobar la altura máxima y mínima dellíqui- do cuyo nivel se pretende controlar. O Detectores de presencia. Los sensores de presencia tienen como finalidad deter- minar la existencia de un objeto en un intervalo de distancia especificado. Se suelen basar en el cambio provocado en alguna característica del sensor debido a la proximidad del objeto. Básicamente son inductivos, de efecto Hall, ultrasó- nicos u ópticos. Los símbolos utilizados para los detectores corresponden al tipo de contactos que incor- poran, más el indicativo del tipo de mando mecánico u órgano de medida que los hace actuar. En la figura 2.6 puedes observar diferentes tipos de detectores y sus símbolos. Observa que todos los símbolos de mandos mecánicos (intemuptoresde mando, fina- les de carrera, selectores, etc.) que se han introducido hasta ahora van acompañados de una letra de la clase de elemento (-5) y un número de orden (1,2,3...). Los elementos que incorporan convertidores (convierten magnitudes eléctricas en no eléctricas) o transductores (convierten magnitudes no eléctricas en eléctricas) se indi- can con la letra -B. D etector de temperatura -52 0-- Detector por nivel de fluido con contacto NC Célula fotoeléctlica Detector de presión con contacto NA D etector inductivo de proximidad - S1 ~--- Detector de presencia por proximidad con contactoconmutado
  • 55. Unidad dldactlca ~ Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas Actividades 2. Busca un par de referencias comerciales de pulsadores, interruptores y selectores. 3. Dibuja el símbolo que corresponde a un pulsador con dos contactos, uno NA y otro NC. 4. Dibuja el símbolo de un contacto que se cierre mediante un tirador y que tenga el retorno automático. 5. Busca tres ejemplos de detectores de posición (finales de carrera) de la marca Telemecanique. Indica las partes de que se componen y el tipo de contacto que incorporan. 6. Busca un ejemplo de presostato, de detector de nivel de líquidos y de detector de proximidad inductivo. Indica el tipo de contacto que incorporan. Los dispositivos de regulación ylos actuadores Reguladores ocontroladores Los reguladores, también conocidos como controladores, son elementos que per- miten que la variable o magnitud física que se desea controlar (velocidad de una máquina eléctrica, posición del eje de un motor, temperatura de un recinto, etc.) permanezca siempre entre ciertos valores admisibles. sin intervención directa de un .. • _ _ _ _ A (. operador humano. I!! Fig. 2.7. Termostato doméstico para el control de temperatura. Fig.2.8. Planta (o proceso) controlada mediante un sistema en lazo cerrado. Por tanto, un regulador sustituye en muchísimas ocasiones a una persona en tareas complejas de control y regulación de instalaciones y máquinas industriales y domés- ticas. Hoy en día, prácticamente cualquier aparato electrónico lleva un regulador para alguna de sus funciones (vídeo y DVD, termostatos para el control de tempera- tura, sistemas de control en vehículos, ascensores, etc.). Un controlador electrónico es un dispositivo (analógico o digital) que calcula la acción de control necesaria a partir de una cierta ley de control (o algoritmo de control) de- terminada previamente. Para ello, utiliza las señales de entrada (la consigna y el valor de la variable de salida de la planta). Salida deseada para la planla (consigna) ----+<+ ft de error _ Controlador Acción de control sobre la planta MediCión de la salida Variable Circuito Planta o proceso de salida de potencia --+ (sistemaa oactuador controlar) Aunque podemos realizar una clasificación más detallada, los reguladores electróni- cos pueden dividirse básicamente en los siguientes tipos: O Controladores de temperatura todo/ nada_También llamados ON/OFF, permiten el control de variables de variación lenta, como es la temperatura.
  • 56. u1.dad d.dact Cd Mando, reguladon y maniobras en máquinas eléctricas fig. 2.9. Modelocomercial de controlador de procesos industriales de propósito general. Controladores de procesos de propósito general. Permiten el control de forma más precisa que los anteriores. Los controladores de este tipo más conocidos son los llamados controladores PID (Proporcional Integral Derivativo). Controladores de velocidad de máquinas eléctricas. Como su nombre indica, per- miten el control de la velocidad de giro y la posición de los ejes para motores eléctricos, tanto de CC como de CA. Controladores secuenciales. En este grupo se incluyen aquellos reguladores de propósito general, utilizados normalmente en procesos industriales, y que están basados en autómatas programables y sistemas eléctricos diversos como con- tactores, relés y temporizadores. 1 ~ :... Actuadores Normalmente, las acciones de control que debe suministrar el controlador a la plan- ta o proceso para obtener el valor adecuado de la variable de salida deben ser de una potencia considerable, especialmente en ambientes industriales. Pensemos, por ejemplo, que si la planta es un motor de CC, las tensiones y la corriente con las que trabaja suelen ser de valores considerables. En estos casos, el controlador, que es en esencia un circuito electrónico de baja potencia, no puede proporcionar esos niveles tan grandes de tensión o corriente. Por lo tanto, en la mayoría de aplicaciones, entre el controlador y la planta suele existir lo que conocemos como actuador. En otras ocasiones, el actuador permite transformar una magnitud eléctrica en otra magnitud física, como fuerza, movimiento, etc. toste es el caso de plantas donde la acción de control no debe ser una magnitud eléctrica, sino una magnitud de distinta naturaleza. Por ejemplo, una válvula electroneumática es un dispositivo que permite transformar una tensión eléctrica en un giro (de cierre o de abertura) de la misma. En ocasiones, a los actuadores se los conoce también por el nombre de elementos de control final. Un actuador es, por tanto, un dispositivo que permite transformar una magnitud eléctrica en otra no eléctrica (por ejemplo, mecánica) o bien permite la amplilicación de un mismo tipo de energía. Al igual que sucede con los detectores y dispositivos sensores, el número de actua- dores es inmenso y sólo trataremos los más conocidos: Relés y contactores. Por su importancia, serán estudiados detalladamente en el apartado siguiente.
  • 57. Fig.2.10. Cilindros neumáticos: a) Estructura interna. b) Aspecto externo. A(tividades Unidad didacllca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas o Solenoides o electroimanes. Son dispositivos basados en una bobina que, me- diante la generación de un campo magnético, permiten transformar energía eléctrica en energía mecánica. Se utilizan para efectuar pequeños movimientos o desplazamientos, giros de piezas, etc. (por ejemplo, en porteros electrónicos para la abertura automática de puertas). a) ( Electroválvulas. Una electroválvula es un elemento que incorpora un conjunto de un electroimán y una válvula mecánica. Dicho conjunto, que se acciona median- te un controlador eléctrico o electrónico, permite o impide el paso de un fluido o un árido. Son, en consecuencia, elementos del máximo interés en la automati- zación industrial. Actuadores electrohidráulicos. Ofrecen en su salida acciones mecánicas (fuerza, par, posición, velocidad, etc.) a partir de una tensión o corriente eléctrica. Em- plean un fluido (aceite o agua, generalmente) para proporcionar la acción de control, obteniendo fuerzas y pares de fuerza de gran potencia. Actuadores electroneumáticos. Parecidos a los actuadores electrohidráulicos, utili- zan el aire a presión como fluido para proporcionar la acción de control. Tanto los actuadores electroneumáticos como los electrohidráulicos se utilizan amplia- mente en la industria como base para válvulas de control de líquidos y gases (válvulas electrohidráulicas y válvulas electroneumáticas) y para cilindros neumá- ticos. b) O ::(0 () O Ejemplo 2.2 En una instalación doméstica de aire acondicionado por bomba de calor, indica dónde podemos encontrar el regulador y cuál puede ser el actuador sobre el que realiza la acción de control. Solución: De forma muy simplificada, suele incorporarse un termostato que permite al usuario fijar una temperatura de la estancia (consigna) y que incorpora un circuito electrónico con un sensor de temperatura. Este termostato está conectado con la placa electrónica de la unidad ex· terna (compresor) donde está el regulador electrónico. Las salidas del regulador activan o desactivan los contactores que ponen en marcha el compresor, el ventilador, etc. 7. En una instalación de calefacción doméstica por radiadores y caldera mixta a gas, indica dónde puede estar el regulador y qué tipos de actuadores incorporan. Para poder realizar esta actividad será necesario que consultes webs de fabricantes de calderas para calefacción, como Junkers, Ferroli, Roca, etc.
  • 58. Unidad dldaW(a) Mando, regulación y maniobras en máquinas elé(tri(as ----~---l -' ~t Relés ycontadores Los contactares y los re- lés, aparte de los símbolos gráficos de sus bobinas de mando y de los contactos, se acompañarán de la le- yenda -KMx para los con- tactares principales y -KAx para los contactores auxilia~ res y demás relés conven- cionales. En estas leyendas la x indica el número de orden. Tanto los relés como los contactores son elementos básicos que aparecen en cual- quier sistema de automatización. Están formados por una bobina (denominada circuito de controlo circuito de mando) y unos contactos metálicos (circuito de po- tencia) formados por unas láminas ferromagnéticas. El funcionamiento de estos elementos es muy simple: al aplicar una tensión continua a la bobina de mando, circula a través de ella una corriente que crea un campo mag- nético en su interior. Este campo atrae una armadura metálica hacia el núcleo de la bobina. Puesto que esta armadura está unida mecánicamente a los contactos de maniobra, cuando se desplaza hacia el núcleo de la bobina se produce la apertura o cierre de los contactos de maniobra. La posición de conexión se mantendrá mientras haya corriente circulando por la bobina. Cuando esta tensión desaparezca, la armadura volverá a su posición inicial a causa de la fuerza antagónica ejercida por un muelle. Por lo tanto, básicamente, tanto en un relé como en un contactor se conectan o desconectan láminas metálicas en función de si la bobina de mando está o no conectada a tensión. Las diferencias fundamentales entre ambos elementos son: Los relés electromagnéticos son elementos que suelen operar con cargas meno- res a 1 kW, mientras que los contactares se conectan con cargas que pueden sobrepasar en gran medida esta potencia. Mientras que la bobina de mando en los relés se suele alimentar con CC, en los contactares casi siempre se alimenta con CA. Los contactares disponen de dos tipos de contactos: contactos principales y contactos auxiliares. Los primeros están destinados a abrir y cerrar el circuito de potencia; lo segundos se disponen para abrir y cerrar circuitos de mando, de menor corriente eléctrica que los de potencia. Los relés disponen únicamente de contactos de un solo tipo. ~,,~.L· " Relés electrome(áni(os También conocidos como relés de mando, relés de automatismos o simplemente relés, a pesar de ser elementos que aparecieron hace ya muchas décadas, siguen siendo fundamentales hoy en dia. Su evolución tecnológica los ha situado en un plano que los convierte en un ele- mento simple y económico con muchas posibilidades en el mundo de la automati- zación. Podemos considerar el relé como un elemento que posibilita el gobiemo de poten- cias superiores a las que necesita para su propio funcionamiento. En la práctica, un relé tiene que satisfacer, entre otros aspectos, diferentes exigencias: Bajo o nulo mantenimiento. Frecuencia de conmutación elevada. Conexión para pequeñas tensiones y para pequeñas corrientes. Elevado número de maniobras sin pérdida de prestaciones. Bajo consumo de la bobina de mando.
  • 59. Unidad dldactlca 2 Mando, regulación y maniobras en maquinas eléctricas Juego Juego Los rasgos más relevantes de un relé electromecánico son los siguientes: Aislamiento galvánico (no existe contacto eléctrico) entre la entrada (circuito de mando) y la salida (circui- to de maniobra). Bobina de mando de contactos de contactos del IlpO NA del tipo NC Fácil control. Parlede baja potencia Parte de alta pOlencia Bajo coste para la mayoría de aplicaciones. (WCUlto de control) (CIrcuito de potencia) a) .----------------------------~ O Presencia de "rebotes" de sus contactos, sobre todo en la conexión. b) , , Bobma de mando , , Juego : de contactos : Fig. 2.11. , , (a) Simbolode un relé ele(tromagnéti(o (ompuesto por dos (onta(tos del tipo NA y dos del tipo NC. (b) Aspe(to externo de un relé conven(ional. Fig.2.12. Aspe(to externo de los relés leed. En el mercado podemos encontrar un elevado número de tipos de relés con diversas características. A continua- ción veremos los más importantes. Relés convencionales Un relé convencional de aplicación general está consti- tuido por una bobina y uno o dos contactos. Cuando se acciona la bobina con CC el núcleo es de hierro dulce macizo, mientras que si se acciona por CA el núcleo es de chapas magnéticas laminares. Debemos tener en cuenta que un relé construido para operar en CC no puede ope- rar en CA, puesto que, en tal caso, se producirían pérdidas muy elevadas a causa de las corrientes de Foucault (estudiarás estas pérdidas en el módulo de Electrotecnia) y la bobina no suministraría la fuerza magnética suficiente para mover las láminas de los contactos de maniobra. En cambio, un relé construido para poder operar en CA sí puede trabajar perfec- tamente en CC si se añade una resistencia en serie a la bobina. Dicha resistencia suple la reactancia propia que la bobina presentaría a la frecuencia de trabajo para la cual fue diseñado (recuerda que en Europa la frecuencia de la red eléctrica es de 50 Hz). Relés polarizados En esencia son relés electromecánicos que incorporan un imán permanente. La pre- sencia de este imán hace que la fuerza de atracción aumente considerablemente, con lo que el tamaño del relé puede ser inferior. Hay dos tipos de relés polarizados: los de un solo estado estable, que mantienen los contactos cerrados únicamente cuando se excita la bobina, y los de enclave (engan- che), que mantienen los contactos cerrados cuando se deja de excitar la bobina. En este caso la desconexión de los contactos se realiza aplicando una tensión inversa a una segunda bobina. Relés reed Estos relés están formados por una ampolla de vidrio herméticamente cerrada en el interior de la cual se encuentra un conjunto de contactos, o únicamente uno, según la capacidad de alojamiento y tipo de relé. La ampolla está rodeada por una bobina que, cuando circula corriente por ella, provoca que los contactos ferromagnéticos se cierren (si son NA) o se abran (si son NC). La gran ventaja que presentan es que son de muy pequeño tamaño, aunque pueden conmutar únicamente cargas de pequeña potencia y bajo amperaje.
  • 60. Unidad didáctica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas - - - - - --1 Fig.2.13. Modelo comercial de relé de estado sólido. Fig. 2.14. Modelo comercial de temporizador. Fig. 2.15. Símbolos para relés temporizadores: (a) a la conexión, (b) a la desconexión y (c) a la conexión y desconexión. Relés de estado sólido Estos relés se basan en materiales semiconductores y presentan aislamiento óptico entre la entrada (parte de mando) y la salida (parte de maniobra). No tienen bobinas, ni contactos metálicos, ni elementos mecánicos, sino que las funciones respectivas las realizan exclusivamente componentes electrónicos. También se conocen como relés estáticos. En general, los relés de estado sólido presentan las mismas caracte- rísticas que los electromecánicos, pero además tienen ventajas importantes: O Al carecer de elementos mecánicos, no producen ningún ruido acústico en el momento de la conmutación . O Poseen un número de maniobras prácticamente infinito, ya que no existe des- gaste de piezas por movimientos mecánicos. O Se controlan con bajas corrientes y tensiones. :) No presentan "rebotes". O Poseen gran resistencia mecánica. Tienen reducidas dimensiones, lo que los hace muy útiles en aplicaciones elec- trónicas donde el espacio es un aspecto importante. Existen también relés híbridos, los cuales combinan la tecnología de los semicon- ductores con la de los relés electromecánicos polarizados. El circuito de entrada del relé híbrido está formado por dispositivos semiconductores que controlan la excita- ción de la bobina del relé. El acoplamiento con la salida es magnético, igual que en los relés electromecánicos. Al excitar la bobina se produce el cierre o apertura de los contactos de maniobra. Relés temporizadores También conocidos simplemente como temporizadores, son relés que permiten ajustar los tiempos de conexión y desconexión del mismo. Son, por tanto, elemen· tos retardados en la puesta en marcha. La temporización puede ajustarse entre algunos milisegundos y algunas horas. Existen básicamente dos tipos de relés temo porizadores: Temporizadores electrónicos. Son los modelos más modernos y se ejecutan me- diante relés híbridos. Éstos llevan dentro un pequeño circuito electrónico que controla la conexión y desconexión de la bobina y permite la programación, generalmente mediante un botón giratorio (potenciómetro). del tiempo de re· tardo de conexión o desconexión. Temporizadores neumáticos. Son elementos más antiguos que los electrónicos, y constan de un sistema neumático, formado por una cámara de aire y una memo brana que permite la ternporización mediante un sistema mecánico de giro. Los relés temporizadores son de mucho interés en instalaciones automáticas, por- que permiten una gran flexibilidad en los automatismos frente a los relés conven· cionales. a) b) c)
  • 61. Unidad d,dacI ca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas electricas Un conlaclor es un dispositivo similar a un relé electromagnético convencional, utili- zado para el control de cargas de elevada potencia. La bobina del contactar conecta o desconecta una serie de con- tactos formados internamente por láminas que pueden soportar grandes corrientes. Dicha bobina, en la mayoría de modelos comerciales, se alimenta con tensión de red (230 V-50 Hz). a diferencia de los relés electromagnéticos, que suelen funcionar con corriente continua y tensiones inferiores. :-ª-----rt1-tt}-f: -KM1 i ---~------ - i -- -----l-~-~-!_~ --~ Aunque el número de contactos puede variar de un modelo a otro, la estructura de un contactar típico está compuesta por: la bobina de mando o control; una serie de contactos principales (del tipo NA, aunque pueden encontrarse también del tipo NC) y otra serie de contactos auxiliares (ya sean NA o NC), todos ellos controlados por la misma bobina. La figura 2.16 muestra como ejemplo el símbolo de un contactor típico con tres con- tactos principales del tipo NA, y cuatro contactos auxiliares, dos NAy dos NC. La diferencia esencial entre los contactos principales y los auxiliares de un contactor estriba en que los primeros pueden soportar el paso de una corriente eléctrica mucho mayor que los segundos. Los contactos principales soportan las corrientes del circuito de potencia y los auxiliares las corrientes del circuito de control. Bobina (onlactos de (ontactos aU~I!iafes de marido potencia 1 NA t 1 N( ~ ~ Circullo de control (ileullo de (irCUlto de control ode mando polenoa ode mando F ig.2.16. (ontactor electromagnético. (a) Aspecto exterior. (b) Estructura compuesta por tres contactos principales del tipo NA, ycuatro contactosauxiliares, dos NA ydos NC. En cuanto a la longevidad, un contactar correctamente seleccionado puede efec- tuar, según una norma internacional llamada CEI 947-4, un mínimo de un millón de maniobras sin destruirse. Recuerda que se entiende por maniobra la apertura más el cierre de un contacto. Criterios para la elección de un contactor La elección del calibre adecuado para un contactar depende directamente de las características de su aplicación concreta. Aunque el parámetro característico de un contactar es la potencia o la corriente efectiva de servicio que deben soportar los contactos principales, deberemos considerar otros aspectos: Las características del circuito o carga que se debe controlar: tensión de trabajo, transitorios a la puesta en tensión y tipo de corriente (CC O CA). Las condiciones de trabajo: número de maniobras por hora, cortes en vacío o en carga, temperatura ambiente, etc. Así, las aplicaciones indicadas para un contactar dependen de la denominada cate- goría de operación o categoría de servicio que tenga el mismo. Esta categoría viene indicada en la carcasa del dispositivo y especifica para qué tipo de cargas es adecuado el contactar. Las cuatro categorías existentes son las siguientes: ACl (condiciones de servicio ligeras). Contactares indicados para el control de cargas no inductivas o con poco efecto inductivo (excluidos los motores), como lámparas de incandescencia, calefacciones eléctricas, etc.
  • 62. • I Unidad dldac!ica 2. Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas Ejemplo 2.3 Indica qué categoría es la más adecuada para un contactar que debe conectar una resis- tencia eléctrica de refuerzo en la puesta en marcha de un siste- ma de climatización cuando la temperatura exterior es dema- siado baja. La resistencia eléc- trica es de 5 kW y se conecta a 230 V. Solución: Esta aplicación necesita muy pocas maniobras ya que sólo se conectará cuando se conecte el sistema de climatización y, además, la temperatura sea su- ficientemente baja como para necesitar el refuerzo de calor. Por otro lado, por tratarse de una carga resistiva, su factor de potencia será prácticamente la unidad. Así, necesítaremos un contactor de categoría AC1. Para escoger una referencia concreta deberemos consultar las tablas de elección de los fabricantes de contactares. o AC2 (condiciones de servicio normales). Indicados para usos en corriente alterna y para el arranque e inversión de marcha de motores de anillos, así como en apli- caciones como centrifugadoras, por ejemplo. AO (condiciones de servicio difíciles). Indicados para arranques largos o a plena carga de motores asincronos de jaula de ardilla (compresores, grandes ventila- dores, aires acondicionados, etc.) y frenados por contracorriente. A(4 (condiciones de servicio extremas), Contactares indicados en motores asín- cronos para grúas, ascensores, etc., y maniobras por impulsos, frenado por con- tracorriente e inversión de marcha. Por maniobras por impulsos debemos enten- der aquellas que consisten en uno O varios cierres cortos y frecuentes del circuito del motor y mediante los cuales se obtienen pequeños desplazamientos. Los contactares con indicación de categoría DC-1, DC-2, DC-3, DC-4 y DC-S están destinados al accionamiento de cargas en corriente continua. DC-1 corresponde al uso con cargas no inductivas o poco inductivas, DC-2 y DC-3 al accionamiento de motores shunt y DC-4 y DC-S al accionamiento de motores serie.'; Ejemplo 2.4 Para resolver un determinado problema de automatización se necesita un contactar que realice la conexión de fase y neutro (sólo necesitamos dos polos) a una carga monofásica de tipo resistivo de consumo 32 A. Se han pensado dos posibles soluciones: Utilizar un contactar de categoria AC1, referencia LC1-D32 (marca Telemecanique) de 3 polos y una corriente efectiva de 44 A (temperatura s 55°C). Utilizar un contactar AC1, de referencia LC1-D12 (marca Telemecanique) de 4 polos y una corriente efectiva de 20 A (temperatura s 55°C). Es evidente que la primera posibilidad es correcta pero, ¿lo es también la segunda? ¿Cómo deberíamos realizar la conexión para esta posible conexión? Solución: L1 N 2-S0Hz 230 V ~, ~--- - - -~ Receptor monofásIco 230 y / 32 A L1 N 2- S0Hz 230 V - KAl ~___________ _ Receptol monofásIco 230 y / 32 A A la izquierda, conexión de una carga monofásica con un contactor tripolar. A la derecha, forma de conectarla con un contactar con cuatro polos de menor calibre. Puedes ver la forma de conectar los contactos principales del contactar. Al ser del calibre adecuado, sólo necesitamos utilizar dos de los tres contactos disponibles.
  • 63. Unidad didacllca 2 Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas Cuando tengamos que conectar cargas monofásicas, es posible hacerlo con contactores de cuatro polos, conectando sus contactos principales en paralelo (dos a dos). Lo puedes ob- servar en el esquema de la figura de la derecha. De esta forma podemos disminuir el calibre de los contactores, sin embargo, ten en cuenta lo siguiente: La corriente efectiva que puede aguantar un contactor con contactos en paralelo no es proporcional al número de contactos en paralelo ya que se puede producir un reparto desigual de la corriente total entre los polos. Para decidir qué calibre es el adecuado cuando se conectan contactos en paralelo, se debe multiplicar la corriente efectiva del contactor por un coeficiente que varía en función del nú- mero de contactos en paralelo. Por ejemplo, la guía de elección de contactores de la marca Telemecanique nos indica: T.bl.2.1. Aumenlo de l. corrienle efecliv. de servicio oempleo por l. conexión en p.r.lelo de los polos N.' de polos en paralelo 2 3 4 F actor de multiplicación 1,6 2,25 2,8 Por tanto, consultando esta tabla podemos comprobar que la segunda opción propuesta (el contactor de cuatro polos y corriente efectiva de 20 A), al poner en paralelo dos polos, aumenta la corriente de servició en un factor 1,6. Con lo cual, 1 _ = 1,6 • 20 A = 32 A (a temp. de 55°C). Por tanto, el hecho de poner los polos en paralelo nos permite disminuir el calibre del con- tactor utilizado. Ejemplo 2.5 Una cinta transportadora está funcionando de manera continua en una cadena de produc- ción. Esta cinta la mueve un motor asíncrono trifásico con una potencia de 10 kW. ¿Podemos utilizar un contactor de categoría AC1 para la conexión de este motor? Solución: No. La categoría AC1 es adecuada para cargas no inductivas o poco inductivas. Nunca para motores. Podríamos utilizar, considerando que no tendrá un uso por impulsos ni requerirá maniobras de inversión de giro, un contactor de categoría AC3. El calibre lo deberemos considerar a partir de la intensidad de arranque y la intensidad de corriente de servicio. Número (ara(terísti(o A los contactores se les asigna un número característico que nos indica el número de contactos auxiliares de apertura (NC) y de cierre (NA) de que disponen. Si no tiene contactos conmutados tiene dos cifras: las decenas indican el núme- ro de contactos de cierre (contactos NA) y las unidades indican el número de contactos de apertura (contactos NC). Si tiene contactos conmutados, el número característico tiene tres cifras. Las unidades indican en este caso el número de contactos conmutados. El número característico también sirve para los contactores auxiliares, relés y auxilia- res de mando. En este caso hace referencia a todos sus contactos (no tienen contac- tos principales de potencia).
  • 64. Unidad dldactlca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Actividades ------------------------- Ejemplo 2.6 Indica el número de contactos principales yauxiliares de cada uno de los siguientes contac- tares: a) un contactar bipolar de número característico 20; b) un contactar tripolar de núme- ro característico 22 y e) un contactor tetrapolar de número característico 53. Solución a) Al ser bipolar dispone de dos contactos principales. El número característico 20 indica que dispone de dos contactos de cierre (NA) y ninguno de apertura (NC). b) Al ser tripolar dispone de tres contactos principales. El número característico 22 indica que dispone de dos contactos de cierre (NA) y dos de apertura (NC), como en la figura 2.16. e) Al ser tetrapolar dispone de cuatro contactos principales. El número característico 53 indi- ca que dispone de cinco contactos de cierre (NA) ytres de apertura (NC). Ejemplo 2.7 Indica el número característico de un pulsador NA, un conmutador y un pulsador marcha- paro (tiene dos contactos, 1 NA + 1 NC) Yde un contactar auxiliar con cuatro contactos NA Solución: Un pulsador NA tiene un número característico: 10. Un conmutador tiene un número característíco: 001. " Un pulsador marcha-paro tiene un número característico: 11 . Un contactor auxiliar de 4 contactos NA tiene un número característíco: 40. 8. ¿Qué tipo de categoría deberá tener el contactor que actúa sobre un motor asíncrono (rotor en cortocircuito) de una grúa? 9. ¿Qué tipo de categoría ha de tener un contactor que debe conectar un calentador eléctrico trifásico de 3 kW a la red eléctrica (230 V-50 Hz)? 10. Indica el número de contactos principales y auxiliares de cada uno de los siguientes contactores: a) un contactor tripolar de número característico 41, b) un contactor auxiliar de número característico 32 y e) un contactor de cuatro polos de número característico 41. 11. Indica el número característico de los siguientes elementos: a) un final de carrera con dos contactos, 1 NA + 1 NC; b) un contactor auxiliar con seis contactos (4 NA + 2 NC); e) un auxiliar de mando con un contacto conmu- tado.
  • 65. Unidad dldactica 1 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas ....~~ Identifi(ación de los bornes de (onexión Fig.2.17. Marcado de contactos principales. Hasta ahora hemos visto diferentes elementos de mando y hemos indicado en cada caso su símbolo. Mediante este símbolo podremos interpretar, en los esquemas, de qué elemento se trata y la función que realiza. Pero para poder montar correctamen- te el automatismo debemos, además, conocer la forma en que se hace referencia a sus bornes de conexión. La norma lEC 61082 contempla, entre otros temas, el marcado de los contactos principales de potencia, de los contactos auxiliares y de las bobinas de mando. ~L:'J.;L Marcado de bobinas de mando Los bornes de las bobinas de mando se marcan con una letra (A o 8) seguida de un número de bome. Los bornes de aparatos con un único devanado se marcan como A1YA2. Aquellos que incorporan dos devanados, como A1YA2 para el primero y 81 Y82 para el segundo (tabla 2.2). Bobinas de mando electromagnético Tabla 2.2. Identificación de los terminales de mandos electromagnéticos Un devanado ,l; ~ Dos devanados ~ ~ l:':)..::¿. Marcado de contactos principales A~' A~2 Para marcar los bornes de los contactos principales, incluidos los de los relés térmi- cos, utilizamos una única cifra de 1 a 4 en equipos bipolares, de 1 a 6 en aparatos tripolares o de 1 a 8 en tetrapolares. El borne de entrada se marca con un número impar y el de salida con el número par inmediatamente superior. a) B ipolar b) T ripolar e) ¡etrapolar L:'J.~" Marcado de contactos auxiliares Los contactos auxiliares de los contactores y los contactos de los auxiliares de man- do (pulsadores, relés, interruptores, finales de carrera, etc.) se marcan con dos cifras que indican: la cifra de unidades, llamada cifra de función. Indica la función del contacto: 1 y 2 designan un contacto normalmente cerrado (NC), 3 Y4, uno normalmente abier- to (NA), 5 Y 6 un contacto de apertura temporizada, 7 y 8 un contacto de cierre temporizado. El número 9 y, si es necesario el O, se reservan para los contactos auxiliares de los relés térmicos.
  • 66. Unidad didactica 2. Mando, regulación Vmaniobras en maquinas eléctricas Actividades o La cifra de decenas indica el orden de numeración de los contactos en el con- tactor. rabia 2.3. Idenlificación del estado Vla función de un contacto auxiliar (ifra unidades Función Ejemplo del contacto (Las decenas indican el orden del contacto en el aparato) ~ ~ ~---~ 1 1-2 De aperlura (NC) E -- 12 42 52 62 ~ j"",,"(~( 113 431 531 631 3-4 E- 1 ~ ~--:~ 14 44 + ¿11 Jll ¿21 1-2-4 Conmulado E-;2 114 12 114 22 124 I De apertura especial f ~ 5-6 (Iemporizado, dISparo de lérmico...) 16 16 De cierre especial (tem- 1 17 1 17 7-8 porizado, disparo de tér· 118 ~18 mico...) Conmutado especial (tem- 7115 (.25 5-6-8 pomada, disparo de tér- mico...) 16 118 26 128 Los contactos auxiliares de los relés de protección contra sobrecargas (térmicos y guardamotores) se indican de forma especial: para la cifra de las decenas (en este caso no indica el orden) se utiliza el 9 (y el O si es necesario) seguido de la cifra de función de contactos especiales, 5 y 6 o 7 Y8. Fig. 2.18. Identificación debornes de contactos auxiliares de relés térmicos. - Fl 12. Dibuja el símbolo e indica la clase y la referencia de los polos de todos elementos relacionados en las activida- des 10y 11.
  • 67. Unidad didac!tca 2 Mando, regulación V maniobras en máquinas eléctricas Elementos de señalización Fig. 2.19. E lemento deseñalización luminosa empleadoen la industria. Fig. 2.20. Aspectode diodos LEO y el simbolo utilizado en los esquemas eléctricos y electrónicos. Los elementos de señalización se utilizan para indicar a los operarios el estado en que se encuentran los elementos de mando y control de una instalación o máquina eléctrica. De esta forma, podemos saber si un contactor, motor, etc. está o no en funciona- miento, si una alarma ha saltado, etc. Aunque su aspecto externo admita multitud de formas y tamaños, los elementos de señalización empleados pueden ser clasifi- cados en señalizaciones luminosas, acústicas y ópticas. ~ 0; J Señalizadones luminosas yópticas Entenderemos por señalización luminosa el alumbrado suministrado por lámparas de incandescencia o de gas de pequeña potencia. Las más conocidas son las lám- paras piloto, colocadas en los paneles frontales de armarios y cuadros eléctricos. Emiten una luz cuyo color cambia en función de la información que deban dar: El color verde nos informa sobre el correcto o "normal" fun- cionamiento de la máquina. El color rojo o anaranjado indica condiciones anormales en el funcionamiento de máquinas, instalaciones, alarmas, emer- gencias, paradas de instalaciones, disparo de térmicos por sobreintensidades, etc. El color blanco (o transparente) indica la conexión de la má- quina o circuitos a la tensión nominal de selVicio. Los diodos electroluminiscentes o diodos LEO (los verás en el módulo de electrotecnia) son una alternativa a las lámparas de incandescencia. Se trata de pequeños pilotos de color rojo, verde o amarillo, con diferentes posibilidades de señalización. Se utilizan en multitud de instalaciones (tanto eléctricas como electrónicas) debido a su bajo consumo y a sus reducidas di- mensiones. A la hora de decidir qué tipo de señalizador debemos utilizar, conviene tener en cuenta los siguientes consejos: Aunque nos ahorremos un contacto, no es conveniente colocar las lámparas señalizadoras en paralelo con las bobinas de mando, ya que, debido a su natu- raleza inductiva, pueden producirse sobretensiones transitorias que estropeen dichas lámparas. Si se decide conectarlas en paralelo, es aconsejable emplear un transformador o bien utilizar lámparas de neón. Es recomendable conectar las lámparas señalizadoras utilizando contactos auxi- liares de los contactores o relés y, si es posible, con un transformador de mando que reduzca la tensión de alimentación de estas lámparas. Las señalizaciones ópticas son simplemente etiquetas, placas plásticas o metálicas y adhesivos con diferentes colores (generalmente chillones). Suelen colocarse alrededor o encima de elementos de mando (pulsadores de mar- cha y paro, interruptores, selectores, etc.) para indicar al operario su función.
  • 68. Unidad d,daCllCa Mando, regulación y maniobras en maquinas eléctricas Fig.2.21. Diferentes ejemplos de señalizadores luminosos y acústicos: a) bombilla o neón, b) avisador acústico y e) timbre. Actividades ------......J 1..ú..L Señalizaciones acústicas Las señalizaciones acústicas son dispositivos tales como timbres, sirenas, bocinas, zumbadores, etc., que indican generalmente situaciones de funcionamiento peli- grosas, emergencias, alarmas, etc. Símbolos de los elementos señalizadores ysistema de referencias para bornes Si observas la figura 2.21, verás que todos los elementos de señalización están iden- tificados con un símbolo y con la letra -H, seguida del número de orden. Los bornes de los elementos señalizadores luminosos (bombillas y neones) van acompañados de las referencias X1 y X2, mientras que los acústicos lo hacen de 1 y 2. 13. Busca información de tres tipos de señalizadores luminosos e indica su tensión de alimentación y su consumo. '~L1 Realización de esquemas de automatismos Mediante la correcta conexión de los elementos que has visto hasta ahora, podemos realizar algunos automatismos simples. No obstante, antes veremos cómo se repre- sentan esquemáticamente los circuitos de los automatismos, así como la utilización de diagramas de secuencia-tiempo y algún gráfico GRAFCET en los ejemplos. 1..1 '1.. Tipos de esquemas de circuitos Un esquema representa, mediante un dibujo a escala, cómo se relacionan (inter- conectan) eléctrica y mecánicamente todos los elementos o componentes de una instalación eléctrica o de parte de ella. Clasificamos los esquemas de circuitos de automatismos en función de la forma de representación (teniendo en cuenta dos criterios básicos): El número de elementos representados por un único símbolo: representación unifilar y multifilar. La situación relativa entre los símbolos de un mismo elemento: representación conjunta, parcialmente desarrollada y desarrollada. Representación unifilar Se representan dos o más conductores con un único trazo. Se segmenta este trazo tantas veces como conductores haya realmente. La segmentación se aplica también a los símbolos de los elementos para indicar que hay más de uno.
  • 69. L1 L2 ~~-r--­ L3 N"'" F ig.2.22. M 3- II L2 L3 Unidad dldá(tI(a! Mando, regulación y maniobras en máquinas elé(tri(as M - KMl N " M - Fl N " :::> > ~ '" ~ '" ;;: M 3- ----- Representación multifilar En este caso se dibujan o representan tantas líneas como conductores haya y tantos símbolos de aparatos o elementos como aparatos o elementos tenga el circuito. Representación conjunta Representación unifilar (izquierda) yrepresentación multifilar (derecha) del mismo circuito. En la representación conjunta se utiliza un único esquema para representar el circuito de potencia y el circuito de control, los cuales se distinguen solamente por el grueso de las líneas del dibujo. Los elementos que componen un mismo dispo- sitivo o aparato se dibujan juntos en un mismo símbolo. Por ejemplo, en el caso de un contactor, se representará su símbolo indicando todos sus elementos: bobina de mando, contactos principa- les y auxiliares. Así, se facilita la lectura de las fun- ciones que desempeñan las distintas partes de un mismo elemento. Sin embargo, la representación conjunta tiene un gran inconveniente: complica excesivamente el seguimiento del cableado del circuito y dificulta, también, la comprensión del funcionamiento eléctrico de dicho circuito. Representación parcialmente desarrollada Los símbolos de los diferentes elementos de los aparatos o dispositivos de una misma instalación están separados en función de los circuitos de potencia y control. No obstante, están suficientemente cerca los unos de los otros para poder trazar con una línea discontinua las uniones mecánicas entre los diferentes elementos que trabajan unidos (figura 2.23, derecha). Fíjate en la traza que une el contacto NC del relé térmico - Fl y el relé térmico en sí, y la traza que une el contactor -KM 1 Y su contacto de autoenclavamiento. La representación parcialmente desarrollada facilita la compresión tanto de las funciones que desempeñan las distintas partes de un mismo elemento (un contac- tar, por ejemplo) como del funcionamiento global del circuito. Sin embargo, este esquema también presenta un gran inconveniente que no hace recomendable su uso: la representación semidesarrollada de automatismos complicados es más difícil de dibujar debido a las trazas de los elementos solidarios mecánicamente. Además, dificulta la interpretación de los circuitos cuando éstos se complican. Este tipo de representación también recibe el nombre de esquema de conexiones o esquema de realización. Representación desarrollada Consiste en representar por separado dos esquemas en un mismo dibujo. Por un lado, se dibuja el esquema del circuito principal o de potencia y, por el otro, el cir- cuito de mando o control (incluidos los elementos de señalización si los hubiera). Esta forma de representación de los circuitos de los automatismos es la más utiliza- da y la más recomendable. Permite seguir fácilmente la conexión de los circuitos y facilita, así mismo, la comprensión de su funcionamiento. En la figura 2.24 puedes observar la representación desarrollada del mismo auto- matismo de la figura 2.23. En el siguiente apartado veremos con detalle cómo se representan esquemas de fomna desarrollada.
  • 70. Unidad dldawca 2 Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas L1 3N-SOHz 400V L2 L3 N -F2 W - ] r ~ '" ] -F3 r- ;:; -51 E- N N ~ ~ ~ L1 3N - so Hz 400V L2 L3 N - F2 [ - ~ ] ] '" - F3 [ '" '" ,---~ t , '" :;: - KM1 - --- -- ---=-, -52 E--~ : '" -- -- ----- , , ;:; N N .. '" ;": ;": « , 1 N '" ' ' t .. : -$1 E- • N o N ,, - ~ '" '" - F1 -':Y '" '" , , '" ~ - '" '" , , , , '- -- -S2E~ , - F1 , ;": ;,,:1 -, N .. '" N .. '" ::> > ;: ::> > ;: :;: C0 -KM1~_ Y M '<; 3- Fig. 2.23. E squemaconjunto V semidesarrolladodel arranque y la protección térmica deun motor de inducción. Fig. 2.24. Esquemadesarrolladodel arranquey laprotección deun motor deinducción. 2. :J 2c.. Elaboración desarrollada de esquemas En este tipo de representación, los símbolos de los diferentes elementos de un mismo dispositivo o aparato se dibujan por separado. Por ejemplo, en el caso de un contactor principal, los contactos básicos estarán situados en el circuito principal o de potencia, mientras que los auxiliares y la bobina de mando, en el circuito de mando o control. L1 3N-SOHz 400V L2 L3 - F3 1N-SOHz 230V N L1 '" '" - F2 - F1 ~ '" - KM1 N .. '" '" '" ;": ;": - F1 :;: N -KM1 ::> N
  • 71. - 52 , __1_4~;"_1_3__ Fig. 2.25. Modo de indicar las referencias delos elementos y el marcado de bornes en los esquemas. Unidad didactica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Esquema de potencia El esquema principal o de potencia se acostumbra a dibujar de forma multifilar (si es un circuito muy sencillo podemos utilizar el esquema unifilar). En él deberemos detallar todos los elementos del circuito, desde la alimentación hasta el receptor, incluidas las protecciones (fusibles, magnetotérmicos, etc.). En la figura 2.24 se indica lo siguiente: Los conductores de alimentación (L1, L2, etc.) y la tensión de alimentación (50 Hz, 400 V). La clase de los elementos (el tipo más su número de orden): -Fl o -KM1 , por ejemplo. Las referencias de los polos del circuito. Para el contactor tripolar, por ejemplo, la referencia sería 1-2, 3-4, 5-6. Para el motor, U, V, W. Aunque este ejemplo no lo contemple, es conveniente indicar también las caracterís- ticas de los hilos (sección) y las protecciones (calibre). Esto puede hacerse en el mismo esquema o bien en el documento de infonmación técnica que acompaña el esquema. El trazo de las líneas del dibujo es más grueso que el utilizado en el esquema de mando. Esquema de mando yde señalimión Suele ubicarse a la derecha del de potencia. En este esquema se representan todos los símbolos de los mandos de control de los contactores, relés y demás aparatos que componen el circuito, en un orden establecido en función de su alimentación (si es posible). Como en el caso de los circuitos de potencia, debe indicarse la clase (tipo y número de orden) de cada elemento. Observa que ahora, a diferencia de lo que sucedía en los esquemas conjunto y semidesarrolfado, para indicar el contacto auxiliar del contactor -KMl deberemos añadir aliado del contacto la referencia del contactor (figura 2.24). Dos líneas horizontales representan los conductores de alimentación. Las bobinas de mando y los diferentes receptores, lámparas, relojes, etc. se conectan directamente a la línea inferior (en la figura 2.24, el conductor del neutro). Los demás elementos de control (contactos auxiliares, auxiliares de mando y bomes de conexión) los re- presentaremos sobre el órgano controlado (bobinas o elementos de señalización). Sea cual sea la función que realicen, terminan por conectar con el otro conductor (en la figura 2.24, el conductor de la fase L1). Para indicar en el esquema de mando los aparatos externos, podemos enmarcarlos con una línea discontinua, de forma que el instalador pueda determinar el número de conductores necesarios para su conexión. Referencias de los elementos ymarcado de bornes en el esquema Deberemos escribir las referencias de los diferentes elementos que aparecen en los esquemas de potencia y de mando a la izquierda del elemento, si está en posición vertical, o bien sobre el elemento, si está en posición horizontal. En el caso del marcado de bornes, también habrá que indicarlos a la izquierda del componente y en lectura ascendente, si el elemento está posicionado verticalmente, y sobre el cornponente, si está en horizontal. Referencias cruzadas Facilitan el seguimiento de los circuitos de mando y señalización cuando éstos son complicados, ya que ello nos permite localizar rápidamente todos los elementos relacionados entre sí.
  • 72. -KTl F ig.2.26. UOIdad dld (!ica. Mando, regulación Vmaniobras en máquinas electri(as 2 3 4 5 -KTl Q -KA3 .,. ------- ~ -------~- .- r- N "' .... -KT2 -Hl N X -H2 N X Cada línea vertical de contactos tiene un número de orden en la parte superior. En la parte inferior de cada órgano de mando se indican el número de contactos auxiliares sobre los que actúa, espe- cificando si son NC o bien NA, y la línea vertical de contactos donde se encuentran. En el ejemplo de la figura 2.26 se indica que el contactar auxiliar KA3 cuenta con dos contactos NA (indicado bajo la "A") en las columnas 3 y 4 del esquema. En la columna 5, KA3 dispone de un contacto NC (indi- cado bajo la "("). Aparte de los contactares y los relés, las referen- cias cruzadas pueden indicarse para todos los ele- mentos que tengan contactos asociados. Nosotros sólo indicaremos referencias cruzadas cuando ne- cesitemos entender bien el esquema de mando. Para circuitos sencillos no resulta necesario. Referencias cruzadas en un esquemade control. Añadiremos también que hay otra forma de indicar referencias cruzadas: situando bajo las bobinas de mando el dibujo de los diferentes contactos auxiliares de que dispone. Actividades 14. Realiza el esquema de potencia de dos motores conectados a una red trifásica (400 V) con neutro mediante la protección de fusibles y la protección térmica, con dos contactares que se encarguen de conectarlos a tensión. 15. En el esquema siguiente, indica la referencia de los contactos y atribuye a cada elemento la clase y el número de orden. Señala las referencias cruzadas de forma gráfica. Para que puedas hacerlo correctamente fíjate en la siguiente información: Las bobinas de mando de las columnas 2, 3 Y9 son de contactares auxiliares. El resto de las bobinas corres- ponden a contactares principales que controlan motores. El contacto térmico de las columnas 4 y 8 corresponden a la misma protección térmica. Lo mismo sucede con los contactos de las columnas 5 y 9 por un lado, y 6 Y 10 por otro. El contacto temporizado de la columna 3 corresponde a la bobina de la columna 2. El contacto auxiliar de la columna 3 corresponde a la bobina de mando de la columna 6. El contacto tempori- zado de la columna 5 corresponde a la bobina de mando de la columna 3. El contacto auxiliar de la columna 7 per- tenece a la bobina de mando de la co- lumna 2. Los contactos auxi- liares de las colum- nas 8 y 9 correspon- den a la bobina de la columna 9. 2 3 4 s 6 7 8 9 10 11 ¡.. ~I I·~/·...
  • 73. Unidad didactlca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Automatismos básicos 1 Paro 2 Marcha -KM1 Fig.2.17. Control mediante un conmutador. -51 [ ... ~ - 52 [ ... Fig.2.28. :;: - KM1 N « -KM1 Esquema de mando de un control a l impulso de un contactar. Ac!. ------- 51 Desac!. ___---' Ac!. 52 Desee!.----' Ac!. KM 1 Desacl.l------l Vamos a ver diferentes esquemas básicos de mando sobre contactores que, más adelante, nos permitirán realizar diversas operaciones de control sobre motores. Para cada circuito vamos a representar el GRAFCET o el gráfico secuencia-tiempo, que describen su comportamiento. ~a..] Control manual mediante un (onmutador El conmutador tiene dos posiciones en las que puede quedar enclavado. La po- sición 1 (línea continua) corresponde a la posición de reposo o paro del contacto (NA). En esta posición la bobina de mando de KM1 está desexcitada. El contactor KM1 se activa poniendo S1 en posición de "marcha". No es muy aconsejable la utilización de este control, a menos que sea sobre má- quinas no peligrosas que puedan funcionar sin vigilancia. Si se produjera un corte de corriente estando S1 en "marcha", al volver la alimentación la bobina de mando de KM1 quedaría excitada y la máquina o motor sobre el que actúa se pondría en marcha. . Control al impulso de un (ontador ((Onpulsadores) Disponemos ahora de dos pulsadores: uno de paro (S1) y otro de marcha (S2), éste en paralelo con un contacto auxiliar del contactor KM1 (contacto de enclavamiento o de autoalimentación). Al estar S1 normalmente cerrado, cuando pulsamos S2 se activa la bobina del con- tactor KM1 y se cierra su contacto auxiliar (NA). Aunque liberemos S2, el contactor sigue alimentado (enclavado) a través de S1 y su propio contacto auxiliar. Para des- activar el contactor KM1 sólo debemos pulsar S1. Un automatismo en el que se utiliza el contacto de enclavamiento para garantizar la alimentación de la bobina de mando cuando se libera el pulsador que excita dicha bobina, recibe el nombre de circuito con realimentación o con memoria. Se trata, por tanto, de un circuito secuencial en el que, para la misma entrada, hallamos diferentes salidas, en función del estado anterior. Para explicar el funcio- namiento de los circuitos secuenciales se utiliza, además del GRAFCET, el gráfico secuencia-tiempo. Un gráfico secuencia-tiempo representa el estado (activado o desactivado) de los diferentes elementos del automatismo a lo largo del tiempo. En la figura 2.29 incluimos el gráfico secuencia- tiempo, el GRAFCET y las ecuaciones lógicas de este sencillo automatismo. Este control soluciona el inconveniente del control manual con conmutador. Si se produjera un corte en la corriente, el contactor se desactivaría y su contacto auxiliar se abriría. Al volver la corriente, continuaría desactivado, lo que evitaría que la máquina o motor sobre el que se ac- túa pudiera ponerse en marcha accidentalmente. la bobina de KM1 continua activada aunque se libere 52 gracias asu contacto de enclavamiento KMl ~ (52 , KM1)¡51 Fig. 2.29. D iagramas secuencia-tiempo, GRAFCET y ecuaciones lógicas que explican el funcionamiento de un circuito de marcha-paro al impulso.
  • 74. Unidad didactlca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Fig.2.30. Esquema de un circuito de marcha- paro al impulso, con paro ymarcha desde diferentes pulsadores. Fig.2.31. Ejemplo de temporización ala conexión para unaseñalización retardada. Control al impulso de un contador desde varios puntos En el caso de querer realizar un control a distancia desde varios puntos, podríamos añadir al esquema anterior los pulsadores de marcha (en paralelo) o de paro (en se- rie) necesarios. En la figura 2.30 se muestra el esquema de mando del contactor. :: -51 E ··· ~ -53 [:..'1 ~ ::' ::' .... 1-54 ti ". - 52 E :;: ::' -ss E··· ;': ::' - KMl ;': KM1 OFF (paro) KM10N (marcha) - KM1§f KM1 ~ (52 + 54 + SS + KM1) -¡51 -¡53 Circuitos de mando con temporizadores En muchísimos automatismos es necesario introducir retardos entre las diferentes maniobras que se pueden realizar. Vamos a ver algunos circuitos de control que utilizan temporizadores. Temporizador ala conexión En la figura 2.31 puedes ver el esquema de un relé con un contacto de cierre inme- diato (23-24) y otro temporizado a la conexión o excitación (17-18). Al accionar el pulsador de marcha 52 se excita la bobina del relé KT1 y se cierra su contacto de enclavamiento. El cierre del contacto garantiza que, tras liberarse 52, KT1 continúe activado. Una vez activado KT1, su contacto temporizado se activa (se cierra, puesto que es NA) pasado un tiempo de retardo t. Tras ello se ilumina la bombilla H1. Ésta perma- nece así hasta que se desactiva KT1 mediante el pulsador de paro 51. - - C: - 51 [ u - KTI ~ ~ Acl. 51 Oesacl. Act. ::' M N 52 Desac!. -52 E u - KTI ;': ". N Acl. KI1 Desac!. Ac!. :;: X -KTl Hl Oesac!. Relardo en el encendido -Hl N de H1 « N x
  • 75. Unidad didacllca 2 Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas Temporizador a la desconexión Cuando se acciona el interruptor 51 , la bobina del relé KT1 queda excitada y su con- tacto temporizado (17-18) se cierra inmediatamente. Tras ello, se ilumina de nuevo el señalizador H1. Esta situación se prolonga hasta que desenclavamos 51, hecho que desexcita la bobina de KT1. Pero su contacto no se abre entonces: al ser temporizado a la des- conexión, el señalizador H1 permanece iluminado hasta que, pasado un tiempo t, se abre el contacto temporizado. Fig.2.32. Ejemplo de temporización a ladesconexión: señalización instantánea y durante un tiempo t después delaconexión. Ejemplo 2.8 ~ I - SI [ ....... - KTI N « - KTI ~ I -Hl N X 51 KT1 H1 En el circuito de la figura adjunta puedes ver un temporizador a la conexión (KT1) que controla la lámpara H1 y la sirena H2. El circuito se activa o desactiva median- te el interruptor 51. Explica el funcionamiento del circuito y realiza el diagrama secuencia-tiempo. Solución: En el estado inicial (estado 1) los actuadores están en reposo. KA1 está desacti- vado y sus contactos en posición de reposo. La lámpara H1 está encendida y la sirena H2, apagada. Cuando conectamos el interruptor 51 (estado 2) activamos la bobina del tempo- rizador. Al ser temporizado a la conexión, sus contactos asociados se mantienen en posición de reposo, lo que deja la lámpara y la sirena igual que en el estado inicial. Transcurrido el tiempo que hemos programado con el temporiza- dor, y siempre que permanezca alimentada la bobina de mando, los contactos asociados conmutan. El contacto 15-16 se abre y el 15-18 se cierra. La lámpara H1 se apaga y la sirena H2 se activa (estado 3). Si no actuamos sobre el circuito, el temporizador mantiene activada la sirena. Para desconectarla debemos abrir el interruptor 51 (esta- do 4), hecho que desactiva la bobina del temporizador. Entonces los contactos asociados vuelven inmediatamente a la posición de reposo y el circuito a su estado inicial (1). Diagrama secuencia'tiempo. 51 KT1 HI H 2 Acl. oesilct. f-_--' Acl. Oesac!. I-_--' Ac!. r---'---, OeSi!ct. t:===--,-....:.:."..~===_ Retardo en el apagado de H1 M [- ~ -51 " ". :' :': - KTl :;¡ x - KTl -Hl -H2 N N « x E stat inicial: temporitzador K T1 desactiva!. [Q JD n 0 Acl. Desac!. A(! Oesilcl. ..--.' Ac!.
  • 76. Unrdad dldactl(a _ Mando, reguladón y maniobras en maquinas eléctricas F ig. 2.33. Control de contactares asociados. Control de contadores asociados En muchos de los automatismos que controlan procesos es necesario controlar con- tactares que trabajan de forma asociada. Por tanto, es un requisito imprescindible que un contactor esté activado para que funcionen otros, o bien que esté desactiva- do para que puedan activarse otros. t stas son las normas básicas de trabajo: Cuando queramos que un contactar (KM2) se active solamente si ya está activa- do otro (KM1), colocaremos contactos NA de KM1 en serie con la bobina de mando de KM2. o Cuando queramos que un contactar (KM2) se active solamente si no está activa- do otro (KM1), colocaremos contactos NC de KM 1 en serie con la bobina de mando de KM2. :: ~ :;( : ~KM2~. .: • N • .. oC( : KMl =(S2 , KM1) /SI Solo puede entrar en funCionamiento KM2 si NO lo ha hecho KM 1 - -51 [ ...'1' - 52 [ ... '" - KM1§( . '" . ~KM2§( : · . • N • · '" . · , KMl = (S2 , KMI) /SI Actividades 16. Monta en el taller de automatismos un circuito de control al impulso de un contactar. Utiliza un pulsador NA para la marcha y uno NC para el paro. Puedes colocar un bombilla señalizadora del estado del contactar aproo vechando un contacto auxiliar (NA) de éste. Comprueba que se verifica el GRAFCET de funcionamiento de la figura 2.29. 17. Modifica el circuito anterior de forma que sea posible ponerlo en marcha desde dos sitios diferentes y pararlo desde tres puntos diferentes. 18. En el circuito del ejemplo 2.8 sustituimos el temporizador a la conexión KT1 por un temporizador a la desconexión. Dibuja el esquema de mando resultante, teniendo en cuenta que el contacto conmutado de KT1 está temporizado a la desconexión. Dibuja también el diagrama secuencia-tiempo y explica el funcionamiento del circuito. 19. Monta en el taller el circuito resultante de la actividad anterior y comprueba que se verifica su gráfico de secuencia-tiempo. 20. En el esquema de mando de la figura adjunta puedes observar un circuito con dos relés temporizados (uno a la conexión y el otro a la desconexión) y un contactor auxiliar. Explica el funcio- namiento del circuito y realiza el diagrama de secuencia-tiempo donde aparezca el estado de: S1, las bobinas de mando KT1 y KT2, los contactos temporizados, KA3 y el señalizador H1. 21. En un detenminado automatismo debemos controlar tres moto- res. El primero lo controlaremos mediante pulsadores (marcha- paro). Los motores segundo y tercero deben controlarse con conmutadores de marcha-paro, de forma que el segundo no se pueda poner en marcha si no lo está el primero y, a su vez, el tercero no pueda entrar en funcionamiento si no lo ha hecho el segundo. Realiza el esquema del circuito de mando. ~I ~I ~I -51[-.../ -KTlYK A3. • 00 " " .. .. ~ - KT2 - KTI ~I - Hl N X
  • 77. Unidad dldactica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Elementos de protección fig. 2.34. Dispositivos de seguridad y protección deunainstalación eléctrica doméstica. Hasta este apartado no hemos profundizado en los elementos de protección de los automatismos. Sólo se ha citado en cierto esquema de potencia o de control algún fusible de protección. A partir de ahora todos los esquemas que realices deben in- cluir sus elementos de protección. En general, en el mundo industrial y doméstico, los receptores eléctricos pueden ser el origen de multitud de averías de tipo mecánico o eléctrico. Es necesario prote- gerlos para evitar que dichas averías deterioren o destruyan los propios receptores y las líneas eléctricas (y los elementos de conexión entre ambos), así como los auto- matismos eléctricos o los circuitos de maniobra que los gobiernan. Más aún, una avería puede suponer un peligro para las personas que trabajan con dichas cargas. El ejemplo más claro es el de la pérdida de aislamiento en máquinas eléctricas, que puede provocar fuertes descargas a los operarios encargados de manejarlas. Un dispositivo de protección es un elemento encargado de detectar y/o eliminar las posibles averías o incidentes que se puedan producir en las instalaciones eléctricas yen sus automatismos eléctricos o circuitos de maniobra. Los cuatro tipos de incidentes más típicos que pueden causar problemas en una instalación son los siguientes: Sobreintensidades(sobrecorrientes) osobrecargas, Son aque- llas corrientes eléctricas excepcionalmente altas que se prolongan durante un tiempo indefinido. Se producen por un consumo excesivo de las cargas conectadas al elemento generador, debido a fallos de aislamiento (co- rrientes de fuga) en las cargas, o por conexión de un ele- vado número de las mismas a un generador. Las sobrein- tensidades de corta duración (arranque de motores, conexión de instalaciones de alumbrado, etc.) se conside- ran admisibles, por lo que no es necesaria su eliminación. Cortocircuitos. Es la conexión franca (directa) de los dos polos de un circuito ge- nerador. Generalmente se producen por accidentes o descuidos. Sucede cuan- do dos terminales del generador (por ejemplo, la fase y el neutro de una toma de enchufe de la red de 230 V o dos fases de la red trifásica de 400 V) quedan conectados limpiamente entre sí a través de un conductor sin resistencia. Pue- den producir graves daños en los generadores, así como arcos y chispazos que, del mismo modo que las sobreintensidades, pueden provocar incendios. Defecto de aislamiento. Es la unión entre partes conductoras no activas o masas (carcasas o cajas de aparatos eléctricos, armarios y cuadros eléctricos, etc.) con partes conductoras activas (cables o conexiones) sometidas a tensiones nomina- les. Es necesario tomar las medidas de protección y de seguridad oportunas en los circuitos para evitar que se produzcan daños importantes en las instalaciones eléctricas, especialmente cuando hay operarios involucrados. Sobretensiones. Son producidas también por fallos, concretamente en el genera- dor, el cual proporciona un voltaje superior a su valor nominal, lo que puede perjudicar gravemente las cargas conectadas al mismo. Otra causa de sobreten- siones en las líneas de distribución eléctrica son las descargas atmosféricas ge- neradas durante las tormentas. Para evitar o minimizar los efectos de estos cuatro problemas, las actuales insta- laciones eléctricas están provistas de los elementos de seguridad y protección adecuados. Los más utilizados son los fusibles, los interruptores magnetotérmicos o automáticos, los relés térmicos, los interruptores diferenciales y los varistores.
  • 78. Untdad didac!lcJ 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas fig. 2.35. Dispositivos de protección relacionados con las averias o incidentes quedetectan oeliminan. fusible unipolar fig. 2.36. fusible tripolar Fusible bipolar Simbolos eléctricosutilizados para los fusibles. fig.2.37. Aspectodeun fusible. - - - - - - --1 La figura 2.35 muestra los dispositivos de protección en relación con las averías o incidentes que detectan o eliminan. A continuación, estudiaremos detalladamente cada uno de estos dispositivos. Fusibles Dispositivos de protección Inlerruptores Relés térmicos Interruptores Varistores automáticos diferenciales / / Cortocircuitos Sobrecorrientes Defecto de aislamiento Sobretensiones Averias O incidentes en instalaciones eléctricas . J) Fusibles Los fusibles son dispositivos que tienen la función de cortar (detectar y efimrnar) so· breintensidades no admisibles y cortocircuitos. Constan de hilos o láminas de cobre o plomo que suelen ir protegidos en cápsulas aislantes de vidrio, plástico o cerámica. Se funden (abriendo el circuito) por efecto de una sobreintensidad no admisible o un cortocircuito. Los símbolos eléctricos utilizados para los fusibles se muestran en la figura 2.36. En los esquemas eléctricos, suelen identificarse con la letra Fseguida de un número de orden. calibre de un fusible El calibre de un fusible es igual a la corriente nominal que puede circular por el mismo. El fabricante suele grabar el valor del calibre (medido en amperios, Al en el cuerpo del componente. Tiposconstructivos de fusibles Los tipos de fusibles se distinguen por su forma constructiva. En general (indepen- dientemente del tamaño que tengan), podemos hablar de las siguientes formas básicas: Fusibles de miniatura. Utilizados en multitud de equipos electrónicos. Fusibles para automóviles. Constan de un hilo de plomo introducido en una cáp· sula de plástico. El color de dicha cápsula determina el amperaje máximo sopor· tado por el fusible. O Fusibles de rosca. Son aquellos fusibles que, para su co· nexión al circuito, necesitan ser enroscados a una base portafusible. Son los más utilizados en instalaciones eléc- tricas (su calibre no supera los 100 A). Fusibles de cuchilla o fusibles NH. Es un sistema de fusibles normalizado, compuesto de la base de fusible, un cartu· cho intercambiable y un accesorio para el cambio de di· cho cartucho. Este tipo de fusibles, además, puede llevar indicadores de fusión y dispositivos de seguridad adicio- nales. El intercambio de cartuchos, al realizarse con ten- sión, debe efectuarlo personal experto. Su calibre puede ser incluso superior a 1.000 A.
  • 79. Ejemplo 2.9 Indica la categoría de fusible y el calibre necesarios para pro- teger un motor trifásico que ya está protegido contra sobrecar- gas por un térmico que tiene un valor límite de corriente de 18 amperios. Solución: Necesitamos tres fusibles de acompañamiento al térmico del motor. Por lo tanto, de catego- ría aMo El calibre debe ser el valor inmediatamente superior al de la corriente del térmico, que en este caso es 20 A. Fig.2.38. Simbolo de un magnetotérmico de cuatro polos. Unidad didáctICa 2. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Categorías y clases de fusíbles Además de los tipos constructivos, es importante conocer la categoría y la clase del fusible. La categoría hace referencía a las características del propio fusible, mientras que la clase de servicio queda determinada en función del receptor que debe pro- teger. En la práctica, la categoría y la clase de servicio de un fusible se unen en un único código de dos letras. Así pues, las dos categorías de empleo de fusibles más utiliza- das son las siguientes: O Fusibles gL o gG (de propósito general, rápidos). Evitan cortocircuitos y sobrecar- gas y están pensados para receptores que no produzcan picos elevados de co- rriente (por ejemplo, los de tipo resistivo). Fusibles aM (de acompañamiento, lentos). Evitan cortocircuitos en circuitos con receptores que producen picos elevados de corriente. Sin embargo, no prote- gen contra sobrecargas y, por tanto, se complementan con un relé térmico. Para la elección de un fusible, debemos seguir básicamente dos pasos: Elegir el tipo yla clase de fusible más adecuados. O Elegir el calibre o corriente nominal que debe soportar el fusible. El valor debe ser igual a la corriente de servicio para casos de categoría 'g' (propósito gene- ral). Si el fusible es de categoría 'a' (de acompañamiento) y está asociado a un relé térmico, su calibre deberá ser el valor inmediatamente superior al de la co- rriente del térmico elegido. Los calibres de fusible más usuales son los siguientes (en amperios): 0,5 -1 - 2 - 4 - 6 - 8 - 10 -12 - 16 - 20 - 25 - 32 - 40 - 50 - 63 - 80 - 100 - 125... 2J~J~J Magnetotérmi(os Ointerruptores automáticos Los magnetotérmicos también son dispositivos de protección que tienen la misión de cortar (detectary eliminar) sobreintensidades no admisibles ycortocircuitos en la instalación eléctrica. Dos de los parámetros característicos de cualquier magnetotérmico son: Corriente nominal o calibre (IN ): es la corriente máxima que circula por el interrup- tor automático sin producir la apertura del mismo. Corriente de magnético (1M ): es la corriente mínima que circula por el interruptor automático que produce su apertura inmediata. Esta corriente es siempre supe- rior a la sobreintensidad admisible de la instalación. Nomnalmente, se expresa en x número de veces la corriente nominal. Estos dispositivos constan básicamente de dos circuitos complementarios (figura 2.39a): un circuito térmico y un circuito magnético. El circuito térmico posee una lá- mina bimetálica (formada por dos metales con diferentes coeficientes de dilatación). Cuando una corriente importante, superior a la corriente nominal del magnetotér- mico (IN" circula por el aparato, curva ligeramente la lámina bimetálica y corta la corriente eléctrica al cabo de un tiempo, que depende del valor de la corriente. Por otro lado, el circuito magnético está formado por una inductancia por la que circula la corriente de la instalación. Si en dicha instalación se produce un cortocir- cuito y la corriente que circula por el magnetotérmico es superior a la corriente de magnético (1 M ), automáticamente este circuito cortará el suministro de corriente.
  • 80. Unidad dldactlCa. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Fig. 2.39. a) Estructura interna básica de un magnetotérmico. Fig. 2.40. b) Curva de disparo de un magnetotérmico típico. Aspecto interno de un magnetotérmico. Ejemplo 2.10 Indica el tipo y el calibre de magnetotérmico adecuados para proteger una instalación con varios motores, con una corriente máxima de trabajo permanente de 33 A Solución: Al ser una instalación con me· tores, pueden producirse pun- tas de corriente elevadas en el momento en que arrancan. Por lo tanto, escogeremos un magnetotérmico de curva D. Su calibre deberá ser de 35 A Este magnetotérmico ad- mite una sobrecarga de hasta 38,5 A. Estos dos modos de funcionamiento dan lugar a la curva del magnetotérmico co- nocida como curva de disparo (figura 2.39b), proporcionada por el fabricante. Si lla- mamos I a la corriente que pasa por la instalación que protege el magnetotérmico, tenemos tres zonas claramente diferenciadas: a) • F Térmico : , , .- .... b) 2 s ·..····!··· Desconexión térmica con sobrecargas "7Desconexión magnética con cortocircuitos 5 ms ..,.....,.._ .•...... I Si 1< 'Nestamos en la zona de trabajo normal. No hay disparo. Si 'N < I <1 M , pasado un cierto tiempo (que dependerá del valor de la corriente de la instalación) se producirá el disparo del magnetotérmico gracias a su circui- to térmico. Es la zona de tiempo inverso: cuanta más sobreintensidad, menor tiempo de apertura. Se produce así el disparo térmico. Si 1> 1 M , existe una corriente muy elevada (seguramente por un cortocircuito) y, por lo tanto, el interruptor automático se abrirá casi instantáneamente (en pocos milisegundos) gracias a su circuito electromagnético. Las curvas reales que proporcionan los fabricantes tienen una determinada toleran- cia en el tíempo de actuación (figura del ejemplo 2.1 1). Los interruptores se fabrican también en función del número de polos que cortan cuando se produce su apertura, del número de polos sobre los que realiza la pro- tección magnetoténmica y del tipo de curva de disparo. Las curvas más utilizadas en los automatismos se muestran en la tabla 2.4 (normas UNE-EN 60.898 y UNE-EN 609472). Curva B C D MA z Tabla 2.4. Tipos de ,"rvas para interruptores magnetotérmicos Disparo termico Entre 1,1 " Y1,4 1 , Entre 1,13 " Y1,45 " Entre 1,1 " Y1,4 " Entre 1,1 " Y1,4 " Disparo magnético Entre3 " Y5 " Entre 5" Y10 " Entre 10 " Y14 " Aplicaciones Indicado para instalaciones de líneas y gene· radoles con distancias de líneas superiores al uso de C. En las instalaciones de lineas·receptores, en aplicaciones generales. Cuadros de mando y protección de viviendas, por ejemplo. Instalaciones que alimentan receptores con fuertes puntas de corriente de arranque. Sólo plotección magnética para motores. E ntre 2,4" Y3,6" Instalaciones con receptores elect rónicos. Los calibres más usuales para los interruptores magnetotérmicos son los siguientes: 1,5 - 3 - 3,5 - S - 7,5 - 10- 15- 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45 - SO Y63 A
  • 81. Unidad dldactlc1) Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Ejemplo 2.11 Utilizando los datos del ejemplo anterior y consultando la curva de la figura adjunta, indica el intervalo de tiempo en el que podria disparar el térmico si la corriente que estuviera soportando fuera de 70 A. Solución: Deberemos calcular la sobrecarga en tanto por uno, (lIIN =701 35 =2) Ymarcarla sobre la gráfica (línea roja). De donde corte con las curvas D, obtendremos el tiempo mínimo en el que disparará (20 segundos) yel tiempo máximo en el que podrá disparar (aproximadamente 150 segundos). fig. 2.41. Aspectodeun relé térmico. Curva D. En azul, lazona de tolerancia en el disparo. Por encima, lazona de disparo seguro. Por debajo, lazona de no desconexión. Reléstérmicos Un relé térmico o térmico es un dispositivo de protección que detecta las sobrein- tensidades no admisibles en una instalación eléctrica. No interviene cuando ésta es admisible (por ejemplo, cuando se dan puntas normales de corriente en el arranque de motores). Es importante destacar que este elemento, por sí solo, no desconecta la instalación eléctrica, sino que necesita otro elemento (generalmente un contactor) que realice esta función. Su aplicación principal es la protección de motores de CA (en el guar- damotor). Los relés térmicos constan básicamente de una serie de bobinas (una por cada fase) enrolladas alrededor de un bimetal. En caso de sobreintensidad, las bobinas calientan las láminas bimetálicas hasta que se produce la activación de sus contactos auxiliares. Estos contactos auxiliares son generalmente dos, uno NC y otro NA. El contacto NC interrumpe la corriente de la bobina del contactor asociado al térmico, con lo que desconecta la alimentación de la instalación. El contacto NA suele activar un elemento de señalización (luminoso o acústico) que indica la incidencia. fig. 2.42. , I-F2 , , .------ , , , , : - F2 , , , ····~ i , '" , .-----0> F=--, -51 [ . . - K M' - KM1 Detalle de un térmico ysu contactor asociado para abrir el circuito de potencia. P uedes apreciar lareferenciadelos bornes deun relé térmico. Láminas blmetálicas Contactos auxiliares
  • 82. · , Unidad didaclica 1 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas fig.2.43. Curva de un térmico. 2 h 10 mm 4 mio 2 min 20 s ID s 4 s 2s 1,5 Ir 1,2 Ir N T~''' ~'''~''EFJ N 2 fig.2.44. Simbolo de un interruptor diferencial monofásico. Los térmicos se clasifican en: Tripolares. Se utilizan para proteger cargas trifásicas, monofásicas o bifásicas. Son los más utilizados en motores eléctricos. Tripolares diferenciales. Se utilizan para proteger receptores trifásicos y para de- tectar cuándo ha fallado una de las fases de alimentación. Son, por lo tanto, térmicos muy eficaces en la protección de motores trifásicos. O Tripolares compensados. Además de proteger contra sobreintensidades, son in- sensibles a posibles variaciones de la temperatura ambiente a la que estén ex- puestos. Parámetros de los relés térmicos A la hora de escoger un relé térmico (tabla 2.5). debemos fijamos en dos de sus parámetros importantes: 7,2 Ir clase 30 clase 10 SobrecO/nenle Corriente del térmico (1,) o calibre. Es el valor de la corrien- te de la instalación eléctrica donde está el relé térmico, a partir del cual las láminas bimetálicas del relé empiezan a calentarse. Mediante un pequeño potenciómetro girato- rio en la parte frontal del aparato, podemos ajustar esta corriente en un intervalo determinado. Tabla 2.S. Tiempode disparo del relé térmico enfunciónde la sobreintensidadque soporta Clase 1,2 1 , 1,5 1 , 7,21 , 10 A < 2 h < 2 min 2 - 10 s 10 < 2 h < 4 mm 4 - 10 s 20 < 2 h < 8 m in 6 - 20 s 30 < 2 h < 12 min 9 - 30 s clase de disparo. Determina el tiempo máximo de intervención del relé térmico en función de la corriente que circula por él (figura 2.43). Existen diferentes cIa- ses de térmicos, como por ejemplo 10 A, 10, 20 Y 30 (estas cifras indican el nú- mero de segundos que puede durar como máximo la punta de corriente de arranque). Es decir, la clase 30 es para aplicaciones donde la corriente de arran- que no dura más de 30 segundos. En caso contrario, el térmico dispararía. Las dos clases más utilizadas son la 10 A Y la 20. Los térmicos también permiten el reglaje de la corriente límite de disparo entre 1,05 y 1,20 veces la indicada y dispo- nen de modos de rearme que pueden ser manuales o automáticos, en función de la aplicación. _..¡l..'1 Interruptores diferenciales Los interruptores diferenciales o diferenciales son dispositivos de protección con capa- cidad de cortar la corriente de la instalación cuando detectan poSibles corrientes de fuga a tierra en instalaciones eléctricas (denominadas también comentes de defecto). Estas corrientes de fuga pueden ser ocasionadas por: Defectos de aislamiento en los elementos (generalmente, carcasas) de aparatos eléctricos, debido al envejecimiento, el calor, etc. Personas que tocan partes metálicas puestas a tensión. Contactos fortuitos de piezas móviles puestas a tensión y tierra. Errores de conexión al operar en una instalación eléctrica.
  • 83. Fig.2.45. Estructura interna básica de un interruptor diferencial. . 'II . ' . ~ . , ,- ------ - J' I ., . • l. ,l. 1 . ' -' --... - fig.2.46. Modelo comercial de diferencial para una instalación trifásica. Unidad didáctica 2. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas El diferencial para una instalación monofásica consta básicamente de tres bobinas (figura 2.45) enrolladas en un núcleo magnético (denominado toro o toroide). Por dos de ellas circula la corriente entrante y saliente de la instalación. Si no existen co- rrientes de fuga en la instalación, estas dos bobinas originan en el toro campos mag- néticos idénticos pero de signos opuestos, de forma que se contrarrestan entre sí. En estas condiciones sobre la tercera bobina no se genera tensión inducida alguna. Red de 230 V Interruptor Dílerencial Contactos NC I entrante Toroide I saliente I residual Cargas oreceptores de la InSlalaClón electflca filtro contra transitOriOS en lared eléctrICa 1 + _ 1 Ahora bien, en caso de tener corrientes de fuga, la corriente entrante será algo mayor que la saliente (siendo la diferencia igual a las corrientes de fuga derivadas a tierra). Esto da origen a un campo magnético en el núcleo que, a su vez, origina una fuerza electromotriz (f.e.m.) en la tercera bobina. Dicha fuerza activa el dispositivo de apertura del diferencial y se produce el corte de la corriente eléctrica. El filtro contra transitorios del aparato se coloca para evitar que transitorios o per- turbaciones de la línea eléctrica hagan saltar el diferencial sin que haya corriente de defecto alguna. Un parámetro importante del diferencial es la sensibilidad, definida como el valor de corriente de defecto a partir del cual el aparato debe cortar la corriente en la instala- ción en el menor tiempo posible (medido en milisegundos). Los valores típicos de sensibilidades en los diferenciales comerciales son 10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA, 500 mA, 650 mA y 1 A. En instalaciones domésticas (viviendas, comercios, etc.). el valor de sensibilidad es de 30 mA (diferencial de alta sensibilidad). En instalaciones industriales, se opta por diferenciales de 300 mA (sensibilidad media) o de 500 mA (sensibilidad baja) de tipo "superinmunizado", para que no produzcan disparos debido a los transitorios producidos, por ejemplo, en el arran- que de motores. También existen diferentes clases de diferenciales en función de la corriente de fuga, tanto si es alterna (CA) como si es continua (CC) o pulsante.
  • 84. Unidad dldacllca Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas ----------------~ a) Seccionador con fusibles b) Seccionador c) Interruptor d) Interruptor'seccionador Fig. 2.47. Símbolos de diferentes elementos de protección: (a) seccionamiento, más protección de cortocircuitos; (b) sóloseccionamiento; (c) sólo interrupción (no garantiza distancia de seccionamiento); (d) combina interrupción y seccionamiento. _1 '"1"'1 - Ql Ff8" ...... 1>1> 1> ~..V..j La alimentación yprotección de los motores En el circuito de potencia, entre la conexión a la red eléctrica y el motor o receptor de consumo elevado, encontraremos (además de los elementos de conmutación -relés y contactores-) diferentes elementos con las siguientes funciones: Elseccionamiento permite aislar la instalación del motor de la red de alimenta- ción. Para operar sobre la instalación del motor se debe proceder al secciona- miento de manera que podamos trabajar de forma segura (sus contactos abier- tos deben garantizar la distancia de seccionamiento). El seccionamiento de las instalaciones siempre se realiza cuando no están en carga. Esta función se lleva a cabo utilizando los seccionadores, que deben soportar las corrientes de traba- jo pero no pueden soportar las conexiones o desconexiones en carga. La conexión o desconexión manual de la instalación, en carga. Esta función la rea- lizan los interruptores: elementos mecánicos de conexión capaces de estable- cer, soportar e interrumpir las corrientes normales y sobreintensidades admisi- bles de la instalación. Protección contra cortocircuitos y sobreintensidades. En el apartado anterior ya hemos estudiado estas protecciones. Los elementos utilizados son fusibles e in- terruptores automáticos, magnéticos y térmicos. Protección contra fugas de corriente. La proporcionan, como ya hemos visto, los interruptores diferenciales. Actualmente, la mayoría de los fabricantes ofrecen múltiples soluciones (desde la utilización de un elemento para cada función --<:ada vez menos frecuente- hasta elementos que integran todas las funciones, como los arrancadores de motores). A continuación, veremos algunos casos. El disyuntor magnetotérmico El disyuntor magnetotérmico es el resultado de la combinación de un relé magneto- térmico con un interruptor en un mismo dispositivo. Proporciona protección contra cortocircuitos y sobrecargas. También puede ofrecer protección diferencial, en función del tipo de distribución de la red. Además, nos permite conectar y desconectar en carga. Cuando el disyuntor abre o cierra, sea cual sea la causa, el corte o la conexión es omnipo/ar (es decir, corta todos los polos simultáneamente). Funciona principalmente como guardamotor en la protección de motores de poca potencia. Dos de las características principales de un disyuntor son: El poder de corte: valor máximo de corriente de cortocircuito que puede interrumpir el disyuntor a una determinada tensión y en unas determinadas con- diciones de trabajo. Se expresa en kA. El poder de cierre: valor máximo de corriente de cortocircuito que puede establecer el disyuntor a una detemninada tensión y en unas determinadas con- diciones de trabajo. El poder de cierre es k veces superior al poder de corte, siendo el valor de k entre 1,5 Y 2,2 veces el poder de corte. Evidentemente, también se expresa en kA. Fig.2.48. Símbolo de un disyuntor magnetotérmico.
  • 85. Unidad didactica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Actividades 22. Observa el cuadro general de mando y protección de tu vivienda. Identifica los diferentes tipos de protecciones con que cuentas en tu instalación, e indica: a) Para la protección magnetotérmica, el tipo de curva y el calibre. Fíjate también en el símbolo para saber si la detección se produce en todas las fases y si la desconexión es omnipolar. b) Para la protección diferencial, fíjate en algún símbolo que indique si el diferencial es para corriente alterna; su sensibilidad y la corriente máxima que puede cortar en caso de disparo. 23. Busca tres ejemplos de fusibles cilíndricos de rosca y tres de cuchilla. Indica la referencia del fabricante, sus calibres y su categoría. 24. Un relé térmico debe proteger un motor de arranque lento, de manera que el pico de corriente de arranque se alargue poco más de 20 segundos. ¿Qué clases de térmico pondrías? 25. Busca un ejemplo de disyuntor magnetotérmico e indica su referencia y principales características. 26. Realiza una tabla que indique, para un seccionador, un interruptor y un interruptor-seccionador, la posibilidad de apertura o conexión en carga y si garantiza o no la distancia de seccionamiento. 27. Busca un modelo comercial de térmico para motores y explica sus principales características. :2 " Jr '"' Automatismos para máquinas eléctricas de CA En este apartado estudiaremos los circuitos de los automatismos que permiten el arranque, cambio de sentido de giro y frenado de máquinas eléctrica en CA. En las actividades, más adelante, te propondremos montar cada uno de estos automatis- mos y comprobar su funcionamiento en el laboratorio o taller de automatismos. Pero antes de entrar en materia vamos a ver de forma resumida las reglas básicas de se- guridad que deberás seguir en el laboratorio para trabajar en circuitos sin tensión . Te avanzamos que en este libro aprenderás mucho más sobre la seguridad en el trabajo en la UNIDAD DIDÁCTICA 4 (Mecánica básica), sobre los riesgos de utilización de las herramientas y máquinas herramientas; y en la UNIDAD DIDÁCTICA S (Cuadros eléctri- cos) sobre los riesgos eléctricos y los equipos de protección contra éstos que pue- den utilizar los operarios. 2-,.'J 11 LLas tres reglas bási(as de la seguridad elédri(a para trabajar en (irtuitos sin tensión (en baja tensión) Antes de enunciar estas tres reglas, cabe destacar que, para cada puesto de trabajo o tablero de trabajo, el taller o laboratorio debe contar con protección magnetotér- mica y diferencial adecuada. La instalación debe cumplir con todas las exigencias que detalla el REBT (Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión). El montaje de los circuitos lo debes hacer sin tensión. Sólo las comprobaciones de funciona- miento y medidas tomadas con el multímetro las debes realizar en tensión.
  • 86. Unidad didactica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas ¡Importante! Cuando tengas que tomar medidas en tensión, procura coger las puntas de prueba del multímetro por la zona aislante destinada a tal efec- to, evitando cualquier con- tacto con la punta metálica. Exceptuando los bornes o puntos de los circuitos don- de sea necesario realizar las comprobaciones, el resto de partes activas (a tensión nor- malmente) deben estar con- venientemente aisladas. Para minimizar el riesgo, tam- bién puedes tomar las medi- das con el circuito funcionan- do a tensión, utilizando el Equipo de Protección Indivi- dual (EPI) adecuado. En este caso bastaría con unos guan- tes aislantes, (tendrás toda la información sobre los EPI para riesgos eléctricos en la UNIDAD DIDÁcnCA 5). Las tres reglas básicas que describen el procedimiento de trabajo son: Primera. Abrir con corte visible todas las fuentes de tensión (interruptores y sec- cionadores). En el caso del laboratorio, deberás abrir el interruptor automático correspon- diente, de forma que dejes sin tensión tanto el circuito de mando como el de potencia. El corte será visible pues podrás ver la posición de la palanca del inte- rruptor y la leyenda (OFF o O) Segunda. Enclavar o bloquear (cerraduras, candados, bloqueos eléctricos o neu- máticos) los aparatos de corte para evitar errores humanos. Imagina que trabajáis en grupo y que tu compañero se distrae y cierra el interruptor mientras tú mani- pulas el circuito. En el caso de un laboratorio, no se suele disponer de candados ni cerraduras, pero puedes colocar algún adhesivo o cartulina de aviso sobre los interruptores magnetotérmicos. Tercera. Reconocimiento de la ausencia de tensión. Utiliza el multímetro, en modo voltímetro, para comprobar que no hay tensión. El reconocimiento lo debes efectuar con el mismo cuidado que tendrías si la instalación estuviera en ten- sión. ~L'J D.1~ Arranque de motores de CA Podemos definir el arranque de un motor eléctrico como el proceso por el que, al ser conectado al generador que lo alimenta, comienza a girar hasta llegar a una veloci- dad final, partiendo de una situación inicial de reposo. La velocidad de giro del eje de un motor aumenta progresivamente durante el arranque hasta estabilizarse en un determinado valor. En este momento, el par mo- tor que genera la máquina se iguala al par resistente que ofrece la carga accionada por el mismo, de modo que se alcanza un punto de funcionamiento estable del motor (denominado régimen en estado estacionario). Recuerda el concepto de par: es el producto de la fuerza que puede realizar (par motor) o que debe vencer (par resistente) por la distancia al eje de giro. El tiempo que pasa desde que el motor es conectado al generador hasta que todos sus parámetros (velocidad, par motor y corriente) llegan a un régimen estacionario se llama período de arranque del motor o régimen transitorio de la máquina. Exis- ten dos magnitudes importantes en el proceso de arranque de un motor: Par de arranque (M,). Es el valor del par en el eje del motor en el instante de la conexión a la corriente, cuando todavía no ha empezado a girar. Par de aceleración (M). Es el valor del par que incrementa progresivamente la velocidad de la máquina. Su valor viene dado por la diferencia entre el par mo- tor (MJ y el par resistente (M.l en cada instante del período de arranque: Si el par motor (Mm ) es mayor que el par ofrecido por la carga (M,), tenemos que M,,>O, y el motor podrá arrancar sin problemas arrastrando la carga que acciona. Por el contrario, si el par resistente es mayor que el par motor (Mm <M), entonces M" <O, y el motor no podrá arrancar convenientemente. La figura 2.49 muestra las curvas típicas de arranque de dos motores: podemos observar el par motor y el par resistente en función de la velocidad de la máquina, n. En la figura 2.49.a se apre- cian las curvas para un motor que puede arrancar sin problemas. En la figura 2.49.b tenemos el caso de una máquina que no podría arrancar. noom y Moom son, respecti- vamente, la velocidad y el par nominales en régimen estacionario.
  • 87. Fig. 1.49. C urvas típicas de arranque de dos motores, donde se muestra el par motor (Mm) yel par resistente (Mr) en función de la velocidad n de la máquina. a) Curvas para un motor que puede arrancar sin problemas, Mac > O b) C urvas para una máquina que no podría arrancar, Mac < O. Umdad dIdáctica 1 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Así pues, podemos afirmar que para que un motor eléctrico pueda arrancar, es con· dición necesaria que el par de aceleración (M,) sea positivo hasta que alcance sus valores nominales (n,om y M,om)' Pares M Pares M M. M~ Velocidad Velocidad -+______.....---'L-.. de giro n +_______~~+ de giro n a) b) II ~ J3 Arranque diredo Los únicos motores que admiten, de forma sencilla, conectarlos directamente a la red son los motores asíncronos de inducción con el rotor en cortocircuito (como los de jaula de ardilla). En ellos únicamente deben conectarse a la red los extremos de las bobinas del estator. Estos motores se caracterizan por un par de arranque que varía entre 0,8 y 2 veces el nominal y por un consumo en el arranque que puede estar entre 4 y 8 veces la corriente nominal del motor. Por lo tanto, podemos afirmar lo siguiente: El arranque directo de motores de jaula sólo es recomendable para motores de poca potencia (menos de 1 CV), siempre que sea necesario un par importante en el arranque y cuando la línea que alimenta el motor no se vea afectada por el elevado pico de corriente de arranque. Si todas las condiciones anteriores se confirman, el arranque directo resulta la mane- ra más simple y económica de arrancar un motor de jaula. En caso contrario, debe- remos utilizar otras técnicas para reducir el pico de corriente en el arranque (también se reducirá notablemente el par motor). Estas técnicas consistirán de una u otra forma en reducir la tensión de alimentación del motor en el arranque. Hablaremos de ello en los siguientes apartados. Automatismo para el arranque directo de motores de indu((ión En la figura 2.50 puedes apreciar el automatismo básico de puesta en marcha y paro de un motor de CA de inducción. Puedes observar tanto el circuito de potencia para un motor trifásico como para el monofásico. Circuito de potencia. Se ha utilizado un contactor (KM 1) Yla respectiva protección mediante un relé térmico (F1) Y un seccionador con fusibles. Circuito de mando. En el circuito de mando se ha intercalado en serie el contacto 95-96 del relé térmico que abre el circuito en caso de sobrecarga prolongada. El funcionamiento del circuito de mando es el siguiente: Si el circuito no sufre sobrecarga, al pulsar S2 se activa la bobina de KM1 y cierra sus contactos principales, con lo que se alimenta el motor. La bobina queda autoalimentada por el contacto auxiliar NA de KM1, el paro del mo- tor se produce al activar el pulsador de paro S1.
  • 88. Unidad dldachc.l 1 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Si hay sobrecarga, el relé térmico abre el contacto 95-96, de modo que cor- ta la alimentación a la bobina de KM1 y los contactos se abren. Esto hace que el motor se pare. 11 -1 ~I~I l2 11 -1~l~1 l3 - F2 N N 11 ~'~-~1 - KM1 -F1 M 3- Fig. 2.50. Automatismo básico de puesta en marcha yparo de un motor de inducción al impulso. Ala izquierda, circuitos de potenciasi el motor es trilásico o si el motor es monofásico. Ala derecha, circuitode mando. ~'~-~- - F1 '" - KMl -52['" - F1 N ; :; M KM1 • (52 + KM1) /51 / F1 1- El gráfico de secuencia-tiempo y el GRAFCET de funcionamiento corresponden al de la figura 2.29. Sólo se añade al esquema de control el contacto auxiliar del tér- mico (F1). Inversor de giro para motores de CA Los motores de CA pueden proporcionar potencia mecánica en ambos sentidos de giro. Para modificar el sentido de giro de un motor trifásico de inducción es ne- cesario invertir dos de las tres fases de la tensión aplicada al estator (figura 2.51 .b). Observa que si intercambiáramos las tres fases, el motor giraría en el mismo sentido en el que lo hacía inicialmente (figura 2.51.c). 11 l2 L3 L1 l2 l 3 L1 l2 L3 U1 V1 W1 a) c) Fig. 2.51. Inversión de giro de motores trifásicos: a) giro a derechas o directo; b) giro a izquierdas o inverso; c) giro a derechas.
  • 89. L1 3N -50 Hz 4QOV J L2 J ~l LJ N - Ql N V '" M ~ 11 o Paro motor Unidad did¡jc!ica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Automatismo inversor de giro En aplicaciones industriales, este intercambio de dos de las tres fases del motor trifá- sico se realiza mediante un par de contactares, tal como muestra la figura 2.52. - F2 2 3 4 s 6 L1 ~ '" ....~ - Fl '" '" - - KMl - KM2 - - 51 [ ... C:' - 52 [ " - KM2 -Hl - H2 N N X X N _______L____________L-__________~_____L___ ¡Ii ~I¡ 12 o Marcha derecha 13 o Marcha IZquierda KM1 0(12' KM1) /KM2 /11 /f1 KM2 o (53 , KM2) ¡KM1 /11/F1 H 1 o KM1 H2 o KM2 Fig.2.52. Automatismo para inversión de giro de un motor trifásico de inducción pasando por paro. Circuito de potencia. 5e ha utilizado un contactor (KM 1) para el giro a derechas y un contactar (KM2) para el giro a izquierdas. El motor, independientemente del sentido de giro, está protegido contra sobrecargas y cortocircuitos por el relé térmico (F1) y los fusibles (seccionador con fusibles Q1). Los contactos cruzados, normalmente cerrados, de KM 1 Y KM2 se encargan de evitar que puedan estar conectados los dos contactares a la vez. En la tabla 2.6 se indican las fases que se conectan a los bornes del motor en función de KM1 o de KM2. Fíjate bien en que cuando entra KM2 se permutan las fases L2 y L3. Tabla 2.6. (onexión tases·bornes del motor KM1 (derecha) U1 o II V1 o l2 W1 o l3 KM2 (izquierda) U1 o 11 V1 o l3 W 1 o l2 C ircuito de mando. 5i pulsamos 52, entra KM1, que queda realimentado a través de su contacto NA, y se produce el giro del motor a derechas. Al entrar KM 1 abre su contacto auxiliar Ne, que está en serie con la bobina de mando de KM2. Impide así que pueda entrar KM2 aunque se accione su pulsador de marcha. Para poder cambiar el sentido de giro necesitamos parar el motor. El pulsador de paro 51 es común a los dos sentidos de giro. De esta manera, podemos imponer las mismas condiciones de paro a los dos sentidos de giro a la vez y eliminamos el peligro de tener un pulsador de paro para cada sentido de giro: en caso de emer- gencia no hay tiempo de comprobar en qué sentido está girando el motor.
  • 90. UnIdad dldactlca 1 Mando, regulación y maniobras en m~quinas eléctricas - F2 2 3 --------------------- También se producirá el paro por disparo del térmico F1. Partiendo del motor parado, si pulsamos 53, entra KM2, que queda realimen- tado a través de su contacto NA, y se produce el giro del motor a izquierdas. Al entrar KM2 abre su contacto auxiliar NC que está en serie con la bobina de mando de KM1. Impide así que pueda entrar KM1 aunque se accione su pulsa- dor de marcha. Hemos añadido las lámparas de señalización H1 y H2 para saber en todo momento en qué sentido está girando el motor. Recuerda que debes señalizar las maniobras importantes de tu automatismo para evitar que el operario tenga que adivinar qué está pasando en el circuito. Así se obtiene una mayor seguridad en su diseño. Mejoras de circuito Con objeto de impedir que pueda producirse un cortocircuito entre fases, el blo- queo eléctrico entre contactores (mediante contactos NC de un contactor en serie con la bobina del otro) puede mejorarse de distintas maneras: 4 Podemos utilizar pulsadores marcha-paro con dos contactos 1 NC + 1 NA (figu- ra 2.53). Cada pulsador (52 o 53), antes de cerrar su contacto de marcha en un sentido, desactiva, abriendo su contacto NC, la marcha en el sentido contrario. Con este mando no es necesario pasar por el paro para efectuar el cambio de sentido, pero lo realiza bruscamente. Por esta razón, este circuito de mando sólo será válido para motores de poca potencia y con poca inercia. Así mismo, cuantas menos maniobras se realicen más durará el motor. También pueden usarse enclavamientos mecánicos entre contactores (figura 2.54). 5e venden como contactores inversores de giro. Vienen montados de forma que mecánicamente se impide la entrada conjunta de los dos contacto- res. 5u símbolo se expone en la figura 2.54 marcado en rojo. s 6 L1 ~==r--'---------------------r-----'-- - F2 2 3 4 5 6 11~=r--~--~----~--------r----T-- -F1 ·~ - KM2 N N N ;::¡ .. :' - KMl N N .. .. ;::¡ .. - $2 ..... N - KM2 « M M M M - KM 1 - KM2 '" '" M M x X - H1 - H2 N X N____~~------~~------L---~--- Fig.2.S3. Mando para el cambio de giroconpulsador de doble contacto (1 NA + NC). - F1 - $3 [-... - KM2 ::: ~ :! - KM1 N N , - ..,.j(M2< ....1··V·L ... '-' M M M M - KM1 - KM2 x X -Hl -H2 N X N ______~________-L________~_____L__ Fig. 2.54. ttf c 1 3 S 1tf c 4 1 6 Mando parael cambiode giro con contactares con enclavamiento mecánico. Recuerda: en cuestión de seguridad, ypor mucho que nos cueste admitirlo, la mecáni- ca es siempre más segura que la electricidad y que la electrónica.
  • 91. a) Ll L2 L3 Ul ~ U2 V2 W2 Unidad dldaCllca 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas r ,,' ~ Arranque estrella-triángulo Es, sin duda, el procedimiento más conocido entre los técnicos relacionados con el mundo de la automatización y el control de motores. Puede aplicarse en motores asíncronos de inducción cuyas bobinas del estator puedan ser conectadas en estre- lla o en triángulo mediante conexiones externas. A partir de una cierta potencia, los motores trifásicos de inducción permiten conec- tar las bobinas de su estator, ya sea en estrella o en triángulo, externamente (figura 2.55). Para ello, la carcasa de la máquina posee unos bornes de conexión (en con- creto, seis) que permiten una de las dos configuraciones (figura 2.56). Estos motores que permiten el acceso a los bornes de sus bobinas estatóricas desde el exterior también son denominados motores de 6 bornes. a) Ul VI Wl b) 111 Ul VI Wl O O O O O O W2 U2 V2 U2 V2 W2 Fig.2.55. a) Bobinas del circuitoestatórico de un motor trifásico de inducción. b) Bornes de conexión respectivos en la carcasa de la máquina. Los terminales de las tres bobinas se designan por uno de sus extremos con U1 , V1 y W1 (antiguamente: U, V y W), y por el otro lado con U2, V2 y W2 (antiguamente: X, YyZj. La misma carcasa tiene la /Jamada placa de características del motor, que propor- ciona los datos nominales de corriente cuando el motor se conecta en estrella yen triángulo. Además, en dicha placa el fabricante facilita otros datos de interés para el personal de montaje y mantenimiento, como el modelo de la máquina, la potencia nominal, su frecuencia de trabajo, cos j, etc. b) L1 L2 L3 Ll L2 L3 UI VI Wl ~ C·., W2 U2 V2 Fig.1.56. Bobinas del circuito estatórico de un motor trifásico de inducción: a) conectadas en estrella; b) conec- tadas en triángulo. Ventajas del arranque estrella-triángulo Las ventajas de comenzar el arranque con los bobinados en estrella se debe al me- nor consumo que tiene el motor conectado de esta forma: Con la conexión en estrella, la corriente de línea que absorbe el motor es un tercio de la que absorbe conectando sus bobinados en triángulo. Así, pa ra cualquiera delos3 conductoresde línea se cumpleque l.m • lI• Itnangulo 3
  • 92. •I UnIdad didactica 2 Mando, regulación Vmaniobras en máquinas eléctricas F ig. 2.57. Corriente y par motor en función de la velocidad de giro según esté conectado en estrella o en triángulo. Evolución de un arranque estrella- triángulo. Fíjate en la gráfica de corriente de la figura 2.57. Suponiendo que la corriente de arranque en conexión en triángulo es 6 veces la nominal, al conectar el motor en estrella baja a 2 veces la corriente nominal. Eso sí, el par que desarrolla el motor en estrella también se ve reducido en un tercio, aunque este hecho no importará mientras sea capaz de vencer el par resistente (observa las curvas de par de la figura 2.57). Una vez el motor ha comenzado a girar y se aproxima al 80% de su velocidad nominal debe cambiarse a la conexión definitiva de sus bobinados: conexión en triángulo. IlIn 71n 61n Sin 41n 31 n 21n In o corrilnte abso~bida '~~...... en triángulo ......... . " " "o , Corriente absorbida en estrella 1- -...... " . 025 0,50 0,7S M(Par) 2,5Mn 2Mn 1,5 Mn 1Mn O,SMn Par en triángulo ,/'.... ~--- ' / Par en estrella K o " ~ . 1 -ror ./ I n/ns ° 0,25 0,50 0 ,75 1 n/ns El arranque estrella-triángulo es económico, sencillo y tiene una buena relación parl corriente. De todos modos, también presenta inconvenientes: requiere un motor de seis bornes, aplicaciones con poco par de arranque (ventiladores, por ejemplo) y muestra fenómenos transitorios importantes en el arranque, Al interrumpir de golpe la corriente por los bobinados en el cambio del tipo de conexión, se produce un pico de corriente de muy corta duración pero de valor ele- vado. Esto puede reducirse con resistencias limitadoras e incrementando las etapas en el arranque, pero en la actualidad, pudiendo disponer de arrancadores estáticos muy económicos, no tiene sentido complicar la maniobra de esta forma, Automatismo para realizar un arranque estrella-triángulo El arranque debe realizarse de fonma automática, iniciándose en estrella y pasando luego a triángulo, Para ello, se necesitarán tres contactores y un temporizador, tal como puedes observar en los esquemas de potencia y mando en las figuras 2.58 y 2.59. (ircuito de potencia, El motor está protegido contra sobrecargas y cortocircuitos por el relé térmico (F1) y los fusibles (seccionador con fusibles Q1), El contactorde línea KM1 se encarga de la conexión de los bobinados a la red, Con- cretamente, conecta U1 con L1, V1 con L2 y V2 con L3, Está siempre activado para que funcione el motor, El contactor KM2 realiza completamente la conexión en estrella conectando los tres extremos libres de los bobinados del motor: U2 con V2 y W2, El contactor KM3 efectúa la conexión en triángulo conectando U1 con W2, V1 con U2 y W1 con V2, Como puedes ver, KM2 y KM3 no pueden entrar en funcionamiento a la vez porque se produciría un cortocircuito entre fases, Para evitarlo, además del enclavamiento eléctrico realizado en el circuito de mando, es recomendable utilizar el enclavamien- to mecánico (indicado en rojo en la figura 2.58),
  • 93. Unidad d,daW(a 7 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléClricas Fig. 2.58. E squema de potencia para un arrancador estrella·triángulo. - Fl N :; N ::> M .,. =; M 3- N > - KM2 m 11'1 .. _. ~ M U"l • • • • -KM3 -- --- _' __ 'C7-_ -- --- • v • N '<t O ." ....."'" """ O '" ~ '" ;: Circuito de mando. Partiendo del circuito en reposo activamos el pulsador de marcha 52. Éste conecta el contactar de línea (KM1). que quedará enclavado a través de su contacto de enclavamiento. Por estar en paralelo, también se activa el circuito de temporización (bobina de KT1). Puesto que los contactos de KT1 están temporiza- dos a la conexión entrará también el contactar KM2, y así se completará la conexión en estrella. El contactar KM3 no podrá funcionar por tener el contacto cruzado en serie de KM2 (21-22).
  • 94. Unidad didáctica 2. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Fig.2.60. Devanados de un motor con bobinados partidos. Al transcurrir el intervalo de temporización, los contactos de KT1 conmutarán. En consecuencia, se desactiva KM2 y se activa KM3 (y tiene lugar la conexión en triángulo). Los contactos asociados a KM3 desactivan, a su vez, el temporizador e impiden que pueda entrar KM2. Esta conexión será la que quedará de forma per- manente pasado el arranque. Al pulsar Sl el circuito vuelve a su estado de reposo. También se producirá el paro si dispara el térmico F1 del motor gracias a su contacto auxiliar (95-96). Mejoras del circuito Existen diferentes variantes para la realización del circuito de control, pero lo realmente importante es garantizar que haya un retardo entre la desactivación del contactor de estrella y la activación del contactor de triángulo. Los fabricantes cons- truyen relés temporizados especiales para este tipo de arranque. ¡Recuerda! Entre la conexión en estrella y la nueva conexión en triángulo es necesario esperar algunos milisegundos (de 40 ms a 100 ms) para asegurarnos de la completa apertura del contactar de conexión en estrella antes del cierre del contactar de conexión en triángulo. Con ello se evitan posibles cortocircuitos entre fases. ·~"JfLD.. Circuitos alternativos de arranque Existen diversos métodos eléctricos alternativos para el arranque y el control de mo- tores de CA asíncronos. Los citamos a continuación: Arranque de motores con devanados partidos. Es un arranque muy poco utilizado en Europa. Requiere un motor especial con doble devanado. En el arranque se conecta directamente a la red un juego de devanados (medio motor). Una vez está acabando el arranque, se conecta en paralelo el otro juego de devanados. El par de arranque no se reduce tanto como en el arrancador estrella-triángulo y tampoco tiene problemas de puntas de corriente elevadas. Arranque por resistores estatóricos y rotóricos. Quizá sea el método más antiguo para minimizar las corrientes de arranque en motores de CA. Consiste en añadir en el circuito estatórico, o bien en el circuito rotórico, resistores externos al mo- tor para aumentar así la resistencia eléctrica del motor cuando se conecta a la línea eléctrica. Arranque mediante autotransformador. Consiste en alimentar el motor a una ten- sión reducida utilizando un autotransformador. La alimentación del motor se va incrementando progresivamente hasta la desconexión del autotransformador del circuito del motor una vez finalizado el arranque. La necesidad de incorporar el autotransformador hace que este sistema sea caro y voluminoso. Arrancadores eledrónicos (estáticos) Estos arrancadores permiten la subida progresiva de la tensión de alimentación del motor, lo que evita puntas de corriente elevadas y brusquedad en el arranque. Cada día se utilizan más, sobre todo en el arranque de motores de CA de jaula, pues pre- sentan muchas ventajas: O Coste y espacio requerido reducidos. Los avances en la electrónica permiten una reducción de costes y una miniaturización muy importante (reducción en más del 50%). El mismo conjunto (a veces, de forma modular) incorpora el circuito de potencia y el de control.
  • 95. l ig. 2.61. Modelo comercial de arrancador. Unidad didactica 2 Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Reducción muy importante del cableado y del tiempo de montaje. Permiten aco- piar módulos que se interconectan sin necesidad de cableado externo (por ejemplo, el módulo para inversión de giro). Algunos modelos incorporan las funciones de protección del motor. Seccionamien- to, interruptor, protección térmica y magnética. Permiten diferentes niveles de regulación térmica y ajustes del proceso de arran- que. En los modelos más avanzados algunos ajustes pueden ser parametrizados y memorizados. Los más avanzados incorporan módulos de comunicación. Un ejemplo de este tipo son los que se conectan a autómatas programables. Convertidores de frecuencia Aunque la principal aplicación de los convertidores de frecuencia consiste en la regulación de la velocidad de los motores asíncronos, también se utilizan en el arranque progresivo de dichos motores. Además, los convertidores de frecuencia incorporan las protecciones contra cortocircuitos y sobrecargas del motor. La regulación de la velocidad del motor La velocidad de giro del campo electromagnético en un motor trifásico de CA (velo- cidad de sincronismo) es proporcional a la frecuencia de la red que lo alimenta m e inversamente proporcional al número de pares de polos (p) que tiene el motor: f n =60 0 - (2.1) , P Como estudiarás con detalle en el módulo de Electrotecnia, la velocidad de giro del motor es ligeramente inferior a la velocidad del campo o de sincronismo. Así pues, se nos plantean básicamente dos estrategias a la hora de regular la velocidad de un motor trifásico de CA: La realización del motor, en su construcción, de forma específica para poder variar la velocidad mediante la posibilidad de combinar diferentes juegos de bobinados en el estator que permita considerar diferente número de polos. La construcción de un motor de jaula"estándar" con un número fijo de pares de polos y la utilización de un sistema externo que permita variar la frecuencia de la alimentación del motor. Lo más habitual actualmente, debido al gran avance de la electrónica de potencia, es utilizar la segunda estrategia, es decir, los convertidores de frecuencia. lig.2.62. L1 L2 L3 N Recli!icadof trifásico ce Ondulador oinversor Diagrama de bloques de un convertidor de frecuencia. U ' Ul l2' Vl l3' Wl M 3-
  • 96. Unidad didáctica ¡ Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Ejemplo 2.12 Funcionamiento de un (onvertidor ovariador de frewencia Un convertidor o variador de frecuencia se basa en dos bloques convertidores: Un rectificador trifásico más condensadores de filtro. Realizan la conversión de la corriente alterna de la red a corriente continua. Un inversor u ondulador. Efectúa la función inversa, de modo que pasa la co- rriente continua a corriente altema, aunque, eso sí, con una frecuencia y valor eficaz variables. Si bien estas magnitudes pueden variar, la relación tensión/fre- cuencia debe ser constante. Los conversores de frecuencia permiten el fácil ajuste de los parámetros de control por el operador y su visualización mediante pantallas o visualizadores de LED. Tam- bién pueden incorporar la electrónica que permite la comunicación con ordenado- res o autómatas. Ventajas de los (onvertidores de fre(uencia Los convertidores de frecuencia han representado en los últimos años la solución "ideal" para la regulación de velocidad, arranque, frenado y cambio de sentido de giro de los motores asíncronos (de jaula). Su utilización es muy simple y funcionan bien incluso con pares resistentes elevados. En cuanto a la regulación de la velocidad, permiten obtener velocidades de giro desde motor parado hasta velocidades por encima de la nominal (si la mecánica del motor lo admite). Ejemplo 2.13 Un motor asíncrono trifásico de 2 pares de polos gira a 1.490 r.p.m. cuan- do conecta a una red trifásica de 400 V-50 Hz. Determina su velocidad de sincronismo. Necesitamos regular la velocidad del motor del ejemplo anterior utilizando un variador de frecuencia. Indica qué frecuencia nos tendrá que proporcionar el variador a la salida para que la velocidad de sincronismo sea de 750 r.p.m. ¿Qué valor deberá tener la tensión de alimentación del motor? Solución: Solución: Despejando de la expresión 2.1 la frecuencia, resulta que el motor deberá estar alimentado ahora a una frecuencia de 25 Hz: Substituyendo los datos del motor en la expresión 2.1, tenemos que: f ~ n, · p ~ 750 · 2 25 Hz 60 60 f 50 n ~60 . _ ~ 60 . _~ 1.500 rpm , p 2 Para que la relación tensión-frecuencia se mantenga constante la nueva tensión de alimentación deberá ser de 200 V entre fases. 2)-JU )}, frenado de motores de CA Los motores de CA pueden ser frenados tanto de forma mecánica como eléctrica. En este apartado, nos centramos en el frenado eléctrico, por ser éste el que se está imponiendo en los últimos años. Frenado por (ontra(orriente El frenado por contracorriente consiste en efectuar la desconexión del motor para conectarlo de nuevo de forma inversa. Se han de introducir los detectores adecua- dos para realizar la desconexión del motor cuando éste está parado. Si no, el motor iniciará la marcha en sentido contrario. Este sistema, aunque muy efectivo, supone un frenado muy brusco, con problemas de fuertes puntas de corriente y elevada disipación térmica. No todos los motores están preparados para estos esfuerzos mecánicos, por lo que este sistema sólo se utiliza para motores de pequeña potencia.
  • 97. Unidad didacl!ca Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Frenado por inyección de (orriente (ontinua ofrenado dinámico Este tipo de frenado consiste en desconectar el motor asíncrono de la red eléctrica y aplicar en su lugar una fuente de CC conectada en dos de sus fases. La corriente continua necesaria se obtiene, generalmente, por rectificación de la CA trifásica de la red, mediante diodos o tiristores. Al aplicar esta tensión de CC en las bobinas del estator, el flujo magnético de di- cho estator deja de girar, y permanece constante. En consecuencia, el rotor, que en todo momento sigue el flujo magnético variable giratorio cuando el motor está conectado a la CA, es frenado rápidamente. Estudiarás los fundamentos del funcio- namiento de los motores de CC y de CA en el módulo de Electrotecnia, lo que te permitirá entender el principio de funcionamiento del frenado dinámico. Este método de frenado proporciona una detención especialmente rápida de la máquina, aunque adolece de dos problemas importantes: La enérgica acción de frenado da lugar a esfuerzos mecánicos excesivamente perjudiciales para la máquina, que puede acabar deteriorándose si no es sufi- cientemente robusta. El motor soporta efectos térmicos importantes. Este sistema es bastante utilizado en los motores de jaula y los motores de anillos. Automatismo de puesta en marcha y frenado de un motor asíncrono trifásico En la figura 2.63 tienes un ejemplo de automatismo que realiza el arranque directo e incorpora el frenado dinámico del motor. Fig.2.63. Esquema de potencia y mando 11 3N - 50 Hz 400 V f parael frenadode unmotor por [§ t inyección de corriente continua. N ~1M í~ - F2 11 -Q1 N ~ >O M 3- N ~ N N M ~d ~-~ N ~ o- - F1 >O o- :: - 51 [ . ~ ::' -52 [ ... ;! :;( - KM1 ....~ ~ ~ - KM1 ro ~ ::' N - KM1 - KMl ;! N N :;( - KM2 Circuito de potencia. Para poder realizar el frenado por inyección de CC, el circui- to de potencia ha de incorporar un circuito rectificador que a partir de la señal de alimentación (después del seccionador) proporcione una tensión continua. Además, se necesitará un contactar para el frenado (KM2l, de forma que sólo pueda entrar en servicio si está desactivado el contactar de línea del motor (KM 1). Este segundo contactar es el encargado de aplicar la CC entre dos de las fases del motor durante el frenado. El circuito de rectificación para el frenado incorpora sus propias protecciones.
  • 98. Unidad didáctica 2. Mando, regulación y maniobras en máquinas eléctricas Actividades o C ircuito de control. El pulsador S2 activa la bobina del contactor KM 1, así como su enclavamiento, lo que da corriente al motor para su funcionamiento normal. Mientras, el contactor KM2 no está activado porque se mantiene abierto el contacto normalmente cerrado 21-22. Cuando se pulsa S1, el pulsador de paro, entonces KM1 se desactiva y el motor deja de recibir corriente; en conse- cuencia, KM2 se activa gracias al contacto temporizado al reposo 57-58 de KM 1. Entonces se alimenta el devanado del estator con corriente continua y se da lugar al frenado del motor, que se mantiene durante toda la temporización del contacto 57-58 de KM 1. Pasado este tiempo, se desactiva KM2 y se llega al estado de reposo. 28. Monta, en el taller de automatismos, el automatismo de arranque directo de un motor de alterna (figura 2.501. Puedes hacerlo con un motor monofásico o trifásico. Realiza la correcta selección del cableado y las proteccio- nes en función de la potencia del motor. 29. Verifica el GRAFCET de funcionamiento y el diagrama secuencia-tiempo de la figura 2.29 con los resultados experimentales de la actividad anterior: Explica detalladamente qué sucede en la puesta en marcha del sistema . Explica detalladamente qué sucede en el paro del sistema. Explica detalladamente qué sucede cuando se produce una sobrecarga del motor. Explica detalladamente qué sucede si se produce un cortocircuito accidental en los bornes del motor. 30. Monta, en el taller de automatismos, el automatismo de cambio del sentido de giro de un motor asíncrono trifásico de la figura 2.52. 31. Realiza el GRAFCET de funcionamiento y el diagrama secuencia-tiempo del automatismo de la actividad ante- rior. Verifícalos con los resultados experimentales de la misma. 32. Monta y comprueba el funcionamiento de la mejora del automatismo anterior correspondiente a la figura 2.53. 33. Monta, en el taller de automatismos, el automatismo de arranque estrella-triángulo correspondiente a las figu- ras 2.58 y 2.59. 34. Realiza el GRAFCET de funcionamiento y el diagrama secuencia-tiempo del automatismo de la actividad ante- rior. Verifícalos con los resultados experimentales de la misma. ¿Por qué es necesario el temporizador? ¿De qué depende el tiempo que debe ajustarse en el temporizador? 35. Realiza el esquema eléctrico, tanto de la parte de potencia como del circuito de mando que lo gobierna, del arranque temporizado de una máquina de CA trifásica. El sistema se activa con un pulsador de marcha (MI de tipo NA, y el motor se pone en funcionamiento 20 segundos después de haberlo pulsado. El sistema debe pa- rarse al pulsar un pulsador de paro (PI. de tipo NC. Enumera adecuadamente todos los terminales de los relés temporizadores y contactores que utilices. 36. A continuación realiza el esquema eléctrico, tanto de la parte de potencia como del circuito de mando que lo gobierna, del paro temporizado de una máquina de CA trifásica. El sistema se activa con un pulsador de mar- cha (MI de tipo NA. El motor debe pararse 20 segundos después de haber pulsado un pulsador de paro (PI. de tipo NC. Enumera adecuadamente todos los terminales de los relés temporizadores y contactores que utilices. 37. Realiza el esquema eléctrico, tanto de la parte de potencia como del circuito de mando que lo gobierna, del arranque y paro temporizados de una máquina de CA trifásica. El sistema se activa con un pulsador de marcha (MI de tipo NA, y el motor se pone en funcionamiento 20 segundos después de haberlo pulsado. Por otro lado, el motor debe pararse 20 segundos después de haber pulsado un pulsador de paro (PI. en este caso de tipo NC. Enumera adecuadamente todos los terminales de los relés temporizadores y contactores que utilices. 38. Busca tres modelos comerciales diferentes de arrancadores para motores de alterna trifásicos. Indica sus princi- pales características y los esquemas de conexión para el arranque de un motor. 39. Busca tres modelos comerciales de variadores de frecuencia y relaciona las principales funciones que pueden efectuar.
  • 99. Unidad dida(ti(a 2. Mando, regula(ión y maniobras en máquinas elé(tri(as Autoevaluadón 1. Dibuja el símbolo para un pulsador, un pulsador con dos contactos (1 NC + 1 NA) Yun final de carrera con con- tacto NA. 2. Indica 4 tipos diferentes de sensores o detectores y dibuja su símbolo eléctrico. 3. Explica las diferencias entre un relé y un contactar. 4. ¿Cómo se señalan los contactos principales y auxiliares en un contactar? 5. ¿Qué indica el número característico de un contactar? 6. ¿Cuáles son las categorías de contactares que realizan los fabricantes? ¿Las categorías son las mismas para contactares de CC y CA? 7. ¿Un relé fabricado para trabajar en CC puede funcionar en CA? ¿Por qué? B. ¿Un relé fabricado para trabajar en CA puede funcionar en CC? Si la respuesta es afirmativa, indica qué precau- ción debemos tener en cuenta al efectuar la conexión. 9. Indica algunos tipos de relés que podemos encontrar en el mercado, 10. ¿Qué es un fusible? Cita las clases más importantes, 11. ¿Qué es un magnetotérmico? ¿Para qué se utiliza? 12. ¿Qué es un relé térmico? ¿Para qué se utiliza? 13. ¿Qué es un diferencial? ¿Para qué se utiliza? 14. ¿Qué es un disyuntor magnetotérmico? ¿Qué funciones integra? 15. Indica qué tipos de esquemas eléctricos se emplean en función del número de hilos que se dibujan y del núme- ro de elementos que se representan para cada dispositivo. 16. Indica qué tipos de esquemas eléctricos se utilizan para describir los circuitos de los automatismos en función de cómo se dibujan los circuitos de mando y potencia, ¿Qué tipo es el recomendable? ¿Por qué? 17. ¿Qué estrategia se sigue para evitar de forma eléctrica que un contactar pueda activarse mientras funciona otro? 18. ¿Qué estrategia se sigue para permitir de forma eléctrica que un contactar sólo pueda activarse cuando esté activado otro? 19. ¿Cómo se garantiza mecánicamente el enclavamiento para evitar que dos contactares puedan activarse a la vez? ¿Cómo se indica en un esquema eléctrico? 20. ¿Cuál es el motivo de realizar el arranque estrella-triángulo? ¿Qué precauciones deben seguirse? 21. ¿Cómo se realiza la inversión de giro en un motor de inducción trifásico? 22. ¿Por qué la corriente de arranque siempre es mayor que la corriente nominal de un motor eléctrico? 2). ¿Cómo puede invertirse el sentido de giro de un motor de CC? 24. ¿Qué diferencia existe entre los arrancadores y los variadores de velocidad electrónicos para motores de CA? 25. ¿Qué tipos de protecciones deben incluir siempre las instalaciones con motores?
  • 100. Unidad didáctica 3 Apli(a(iones (on autómatas programables ¿Qué aprenderemos? o Qué es un autómata programable y cuál es su constitución intema. Qué tipo de elementos se pueden conectar a él y qué tipo de proce- sos puede controlar. Cuáles son los lenguajes de programación más habituales. Cómo se ejecuta un programa en un autómata. Cómo deben escribirse los programas para controlar aplicaciones sencillas. Cuáles son los aspectos básicos de su instalación y mantenimiento.
  • 101. Un idad didáctica 3. Aplicaciones con autómatas programables La aparidón de los autómatas programables ¿Cómo se automatizaba antes? Antes de la aparición del primer autómata, todos los automatismos estaban cons- truidos con relés electromagnéticos y con cableados fijos entre ellos que definían la acción de control que realizaban. Esta forma de realizar los automatismos se sigue utilizando para aplicaciones sencillas que no precisan modificaciones. Cuando había que automatizar procesos industriales de media y alta complejidad, esta forma de resolver los automatismos resultaba costosa en tiempo y dinero tanto en el momento del diseño y la puesta en marcha como en los costes de reparación o modificación. Concretando, estos inconvenientes eran los siguientes: O Poca flexibilidad: cualquier cambio suponía una variación importante en el ca- bleado. O Coste de mantenimiento elevado: al estar limitada la vida útil de los relés a un determinado número de maniobras, debía tenerse un detallado plan de mante- nimiento preventivo. Además, el coste de reparación también era elevado por- que se necesitaba mucho tiempo para determinar las averías, con las correspon- dientes pérdidas de horas de funcionamiento de las máquinas y, por tanto, de producción. • :.:.10 El primer autómata programable En 1968, el fabricante de automóviles norteamericano General Motors consideró que sería muy interesante disponer de un equipo electrónico programable o con- figurable con la misma robustez que los relés, pero más fiable y versátil que éstos. Este equipo debería permitir establecer cualquier automatismo y tener, así, una alternativa a los sistemas de relés cableados. Como respuesta a este reto de General Motors, la empresa Bedford Associates propuso un controlador digital modular (el MODICON, de "MOdular Digital CONtroler"). El MODICON- 084 es el primer autómata digital programable que se comer- cializó a escala mundial. Con un procesador muy básico, era capaz de controlar procesos secuenciales con unas buenas características de robustez, coste, maniobrabilidad, etc. La forma de establecer (programar) las "conexiones intemas" era muy intuitiva para el personal, que estaba acostumbrado a trabajar con relés y con esquemas eléctricos, y dio lugar a lo que hoy se conoce como diagramas de contactos. Como en el interior de los autómatas no había relés físicos (aunque se com- portaban como tales), los cambios en las conexiones internas eran muy sencillos y rápidos. '-.-'1 ' ••• ;;;;. "" ,-,-t'"••••-;;-••• , • 1 ,. ti .~••••• ; ti tI ~~ •••• ............ La aparición de los autómatas o controladores programables (más conocidos por su nombre inglés: PLC, programmable 10- gic controllerj supuso una verdadera revolución tecnológica e industrial que permitió redefinir el sector de la automatización. - -' -- _____••••••• Fig. 3.1. El OEC POP-8, uno de los primeros autómatas comerciales.
  • 102. l II Unidad d,daCl,ca 3 Aplicaciones con autómatas programables D écadade los 70 Década de los 80 Década de los 90 En laactualidad La evolución de los autómatas programables En la tabla 3.1 puedes observar, resumidos por décadas, los hechos más relevantes que marcan la evolución de los autómatas programables: .-_____ Ta_ bla 3.1. Evolución de los autómatas programables ~ o L os microprocesadores que van apareciendo en estadécada se van utilizando también en los autó,~~~~~,_, I Cada fabricante dota a sus autómatas de posibilidad de comunicación entre autómatas o con ordenadores. Modicon estableció el sistema Modbus; Allen'Bradley, su sistema Data H ighway; O mron, su sistema Sysway, etc. Estos sistemas de comunicación eran incompatibles entre sí. Son capaces de procesar senales analógicas (ya sean de tensión o corriente) además de las digitales. Los autómatas reducen sus dimensiones conforme aumenta la capacidad de integración de los circuitos elec' trónicos. o Aparece la programación simbólica a través del ordenador. H asta ese momento la programación sólo se realizaba mediante consolas especificas de programación para cada modelo y fabricante. L a programación simbólica supone un gran avance hacia la estandarización en la programación de los autómatas. Los fabricantes incorporan alos autómatas los estándaresde programación, de modo que prácticamente to· 1 dos utilizan el estándar lEC 61131. o T ambién se les comienzan a incorporar, de forma progresiva, estándares de comunicación que posibilitan sistemasindustriales abiertos en los que es posible lacomunicación con autómatas de otras marcas. Se producen numerosas fusiones y absorciones entre empresas fabricantes de PLe que, en muchos casos, pasan a formar parte de grupos internacionales de empresas. Esto mejora los precios, las prestaciones y la transportabilidad de las aplicaciones de unos autómatas aotros. L os P L Cde los diferentes fabricantesse parecen mucho losunos a los otros y es dificil hallar diferencias no· tables dentrode una mismagama decalidady prestaciones. Cada dia se avanza más en el camino de la conectividad mediante Internet, de modo que desde cualquier puntose pueda acceder al autómata y disponer de toda lainformación que contenga. Actualmente es común encontrar en las empresas redes de autómatas controladas por uno omás ordenadores. El avance hasta la fecha ha sido tan importante que se ha producido un cambio importante en la forma de organizar la producción. Si pocos años atrás los proce- sos de producción estaban condicionados por las prestaciones de los autómatas o controladores, hoy en día las formas de producción imponen cómo deben ser los controladores. Cada vez quedan menos barreras tecnológicas por vencer y la tecnología actual permite dar cumplimiento a cualquier estrategia de fábrica, de organización de la producción o de la producción misma de cada máquina. Actividades 1. Busca información sobre el primer autómata, el MODICON-084. 2. Busca en Internet fabricantes de autómatas. Confecciona una lista con 15 de ellos intentando ordenarlos en función de su importancia. l. Busca una definición de protocolo de comunicaciones. Apúntala y, a continuación, explica con tus propias pa- labras qué es.
  • 103. Unidad didactica 3. Aplicaciones con autómatas programables La estructura de los autómatas Fig. 3.2. E lementos que forman la estructura interna de un autómata. i Fuente de alimentación Memoria J I Microprocesador I .1 I I Los autómatas programables poseen una estructura interna muy similar entre ellos y, aunque su aspecto externo pueda ser diferente, podemos decir que son bastante parecidos. Los podemos agrupar en dos grandes grupos: PLC compactos y PLC modulares. Existen, así mismo, algunos modelos compactos muy pequeños y con unas cuantas funciones básicas que se conocen como microautómatas, microPLC o, a veces, tam- bién como relés programables. La estrudura interna Aunque el autómata puede verse como una "caja negra" con entradas y salidas para interaccionar con el mundo exterior, conviene acercarnos a su estructura inter- na, lo que nos permitirá entender mejor sus prestaciones para controlar procesos y máquinas. Todos los autómatas llevan en su interior los siguientes bloques funcionales que están interconectados a través del microprocesador (figura 3.2): O Un microprocesador (o más). Constituye el cerebro del autómata. t.ste lee y eje- cuta las secuencias del programa que reside en la memoria, de forma que, en función de los valores de las entradas, calcula los valores de salida. Además, permite operaciones adicionales, como la actualización continua de temporiza- dores y contadores intemos, el autodiagnóstico de todo el sistema para detec- tar posibles fallos de funcionamiento, etc. {}---i}- Entrada/Salida J I O La memoria. Está formada por distintos componentes que constituyen un único bloque; nos permite alma- cenar el programa de usuario mediante algún siste- ma de programación (por ejemplo, mediante una consola de programación o un ordenador personal). Desde el punto de vista de retención de los datos grabados, la memoria puede ser volátil o no volátil. La primera pierde la información en ausencia de ten- sión de alimentación, mientras que la segunda, no. I Comunicaciones PLC Control de expansión O El bloque de comunicaciones. Permite comunicar al au- tómata con el mundo exterior para programarlo, para acceder a sus datos internos (valores en memoria, valores de contadores y temporizadores, etc.) o bien para intercomunicar diferentes autómatas entre sí. ~ ~ , ~ ~ , O La entrada-salida. La forman el conjunto de elementos que permiten al autómata conectarse con el proceso que hay que controlar. Existen diferentes tipos de entradas-salidas, como verás más adelante, pero siempre con aislamiento ópti- co. Este tipo de aislamiento es necesario porque nos permite proteger la elec- trónica interior del autómata del proceso al que debe conectarse. El control de expansión. Permite la conexión del autómata con otros módulos para ampliar sus prestaciones. Es el interlocutor entre el autómata y el módulo o módulos añadidos. Los microautómatas y algunos autómatas compactos pe- queños no disponen de control de expansión. Aparte de estos bloques, todo autómata necesitará una fuente de alimentación que suministre la energía para su funcionamiento, adecuando la tensión de red a las con- diciones de tensión (normalmente 24 voltios de CC) y corriente necesarias.
  • 104. Unidad drdac!tcd l Aplicaciones con autómatas programables fi9· 3.3. Autómata compacto CPM1A de Omron. fig. 3.4. Autómata modular CQMl de Omron, con estructura europea. fi9·3.5. Autómata modular TSX Premium de Modicon-Telemecanique de estructura europea. ----------------------~ La estructura externa Como hemos dicho, los autómatas se pueden clasificar en dos grupos: los compac- tos y los modulares. Para los modulares se utilizan dos formas constructivas diferen- tes: la europea y la americana. Autómatas compactos Los autómatas compactos son aquéllos en que todos los elementos de su estructura interna están alojados en único habitáculo o caja. Los autómatas compactos corresponden a las gamas bajas de los distintos fabrican- tes y se caracterizan por: O Un coste relativamente económico. O La mayoría de los modelos compactos disponen únicamen- te de entradas y salidas digitales en un número no superior a 16 entradas y 16 salidas. Excepcionalmente, algunos mo- delos pueden tener una o dos entradas analógicas. O Disponen de la fuente de alimentación integrada, lo que permite conectarlos directamente a la red eléctrica. O Así mismo, disponen de un conjunto suficiente de instruc- ciones, temporizadores y contadores intemos, que permiten la programación del autómata para el control de instalacio- nes y/o máquinas de poca complejidad. Los autómatas compactos a veces se pueden expandir aumentando sus prestaciones. Autómatas modulares Los autómatas modulares son aquéllos en que todos los elementos de su estructura interna están distribuidos en diferentes habitáculos o cajas, llamados módulos. Los autómatas modulares corresponden a las gamas medias y altas de los distintos fabricantes y aportan una mayor flexibilidad en el control de procesos, máquinas e instalaciones, ya que son configurables tanto en tamaño como en prestaciones. Se caracterizan por los siguientes aspectos: Son más caros y voluminosos que los compactos. Permiten adaptarse al tamaño de la instalación o al proceso que controlan me- diante el acoplamiento de más módulos de entradas y salidas. Esto facilita posi- bles ampliaciones o modificaciones de las instalaciones. Nos permiten disponer de un gran número de entradas y salidas digitales y ana- lógicas, si son necesarias. Los módulos se interconectan unos con otros y forman un sistema conjunto que se sustenta sobre un carril DIN normalizado. La conexión entre módulos puede ser módulo a módulo o sobre un bastidor común (denominado rack). En función de la forma constructiva los podernos clasificar así: O De estructura europea. La fuente de alimentación constituye un módulo independiente. El procesador, la memoria y los contro- les básicos para la programación (comunicaciones con consolas o PC) constituyen otro módulo, que se acostumbra a llamar CPU (siglas, en inglés, de "Unidad de Control de Procesos"). Las entradas y salidas digitales y analógicas constituyen módu- los independientes, de forma que podemos disponer sólo de entradas digitales o de salidas digitales, o de entradas analógi- cas, etc. Son de estructura europea los autómatas de las figuras 3.4 y 3.5.
  • 105. - - ----- Unidad dldatllc 3 Aplicaciones con autómatas programables o De estructura americana. Esta forma constructiva es la que emplean también al- gunos fabricantes japoneses, y se caracteriza por separar las entradas y las sali- das (en módulos independientes) del módulo principal que contiene la fuente de alimentación y la CPU (procesador, memoria y comunicaciones). Puedes ob- servar un autómata con esta estructura en la figura 3.6. ftnJnr ~ II+"""~+~....~________
  • 106. Unidad didáctica 3. Aplicaciones con autómatas programables ¡Importante! Tipos de memoria para almacenar el programa de usuario Debe ser una memoria que permita la reescritura de forma que podamos borrarla y volverla a grabar en función de modificaciones del proceso que haya que controlar o para solucionar posibles errores. Las soluciones más habituales en los PLC comerciales son las siguientes: O Circuitos integrados de tipo RAM. Permiten la escritura, la lectura y el borrado sin pro- blema tantas veces como se desee. No obstante, en ausencia de la alimentación se pierde toda la información. Por este motivo siempre se acompaña de una bate- ría tampón que permite salvaguardar la información cuando se produce una des- conexión o fallo de la alimentación. Es una solución cada día menos utilizada. O Circuitos integrados de tipo FLASH. Es la solución que cada vez se implementa con más frecuencia, puesto que permite un elevado número de ciclos de reescritura y se trata de una tecnología muy modema y madura. No se pierde la informa- ción en ausencia de la alimentación. Compartimentación de la memoria para datos del proceso La memoria interna queda dividida en distintas áreas o zonas (figura 3.8), donde se almacenan datos de diferentes tipos. Las zonas de memoria destinadas a almacenar datos del proceso son las siguientes: O Zonas de almacenamiento de variables internas oseñales de un solo bit. tstas son, principalmente: o Los relés internos comunes. Por ejemplo, disponibles para marcas de progra- ma (variables internas de un solo bit). Los relés internos especiales yauxiliares. Disponibles para, entre otras funcio- nes, marcas intemas que conservan su valor incluso con falta de alimentación del PLC, enclavamientos, básculas, etc. o Los indicadores (denominados en inglés flags). Señalizan situaciones internas, bases de tiempo, bits de acarreo, etc., o algún posible error o alarma en el funcionamiento del autómata. Aunque realmente en memoria se trata con bits, en el argot se sigue hablando de relé o de contacto. Así pues, puedes aso- ciar que un bit a "1 " indica un relé excitado o un contacto cerrado, o que un bit a "0" indica un relé desactivado o un contacto abierto, en lógica positiva. En lógica negativa, un "1" señala relé desactivado o un contacto abierto, mientras que un "0" se refiere a un relé activado o un contacto cerrado. O Zonas de almacenamiento de datos de varios bits (8 omás bits). Esta información corresponde principalmente a: o Temporizadores y/ ocontadores. ~ Registros de uso general. Por ejemplo, para almacenar en ellos operandos y resultados en operaciones aritméticas y lógicas de varios bits, así como para almacenar señales de entrada analógicas que han sido digitalizadas por los convertidores analógico-digitales (AlO), etc. O Memoria con las tablas de imagen de las entradas ylas salidas. Las señales que provie- nen del proceso se introducen al autómata por las entradas físicas (bornes de conexión) y se guardan en una zona de la memoria imagen de entrada-salida; la CPU puede acceder a los valores lógicos de las entradas y salidas mediante es- tas tablas. De la misma forma, las acciones de control que la CPU genera también se alma- cenan en la memoria imagen antes de que sean aplicadas a los bomes de salida. Este proceso de lectura y escritura de la memoria imagen por parte de la CPU para acceder a las entradas y salidas se efectúa cada vez que el programa de usuario se ejecuta.
  • 107. Copia en los bomes de salida de los valores de la tabla de salida Escritura en la tabla imagen de salida Actividades Unidad dldactica 3. Aplicaciones con autómatas programables La ejecución de programas yel ciclo de exploración El programa de usuario se ejecuta dentro de lo que se denomina cido de exploración o cido de sean . El tiempo de ejecución del programa de usuario no puede exceder del tiempo del ciclo de scan. El ciclo de exploración del autómata consiste en: O La ejecución de procesos comunes: el autómata comprueba que las tensiones in- ternas sean correctas, verifica que no se exceda del tiempo máximo de ejecu- ción, comprueba la integridad de las memorias y de su contenido, etc. O La lectura de las variables físícas de entrada: se leen las variables físicas presentes en los bornes de entrada del autómata y se guarda su estado en la memoria imagen de entrada. Procesos comunes Ejecución del programa de usuario lectura de los bomes de entrada Escritura en la tabla imagen de entrada O La ejecución del programa de usuario: se atiende al valor de contadores, marcas internas, temporiza- dores, registros, etc., así como a las instrucciones almacenadas correspondientes al programa de usuario. La ejecución es secuencial. O La escrítura de las varíabies del programa de usuarío en las salídas: se escriben las variables de salida en la tabla imagen de salida que se reflejan en los bornes de salida del autómata. El tiempo que un autómata tarda en realizar dicho ciclo completo es variable y depende, en gran parte, de las dimensiones del programa de usuario, del número de entradas y salidas que se utilicen yde su naturaleza. En cualquier caso, existen autómatas relativamente lentos que tienen un tiempo máximo de ciclo de 100 milise- gundos. Otros autómatas, sin embargo, resuelven este ciclo en tiempos del orden de microsegundos. Fig. 3.9. E lementos que intervienen en el ciclo de sean o de exploración. 4. Busca en Internet fabricantes de microautómatas. Puede que los encuentres también con la denominación de relés programables. Elabora una lista con 10 de ellos y compara su cantidad de entradas y salidas. 5. Investiga qué son las memorias de tipo ROM yde tipo RAM. Para las diferentes variantes de cada tipo, prepara una tabla en la que se comparen las características siguientes: posibilidad de escritura y lectura, posibilidad de borrado, permanencia de los datos. 6. Busca en Internet información sobre la familia de autómatas de 5iemens 57-200 y responde a las siguientes preguntas: ¿es un autómata compacto o modular?, ¿se puede expandir? Indica las diferentes CPU disponibles y, para cada una de ellas, la capacidad de memoria y el tiempo del ciclo de exploración. 7. Busca en Internet información sobre la familia de autómatas de 5iemens 57-300. ¿Es un autómata compacto o modular? 8. Indica las principales características del autómata que tengas disponible en tu instituto.
  • 108. l. Unidad dldatllc~ l Aplicaciones con autómatas programables ----------------------~ Las entradas ysalidas Autómata Entradas Salidas F ig.3.10. Maquina o proceso controlado las entradas ylas salidas permiten laconexión del autómata con el mundo exterior. F ig. 3.11. los módulos de entradas ysalidas son similares y consisten en una regleta de bornes Que permite conectar el autómata con el mundo exterior. Aspectos generales de las entradas ysalidas El autómata se comunica con el mundo exterior mediante las entradas y las salidas. Estas entradas y salidas tienen unos bornes para la conexión de los cables que trans- portan la información procedente del sistema controlado y para el transporte de la infonmación hacia el mismo. Tanto las entradas como las salidas se consideran interfaces del autómata (enlaces entre el interior y el exterior) encargadas de varias funciones: Adaptan los niveles de tensión o corriente de la señal de entrada, procedente de los captadores, a los niveles internos de trabajo del autómata. Esta adaptación incluye el filtrado del posible ruido eléctrico que puedan contener las señales. O Codifican esta señal para que la CPU la pueda procesar correctamente. De fonma similar, las interfaces de salida se encargan de: Decodificar la información que proviene de la memoria imagen de salida. O Adaptar los niveles de tensión o corriente de dicha señal. Número de entradas ysalidas La cantidad de entradas y salidas que tiene un autómata es relativamente pequeña en el caso de los modelos compactos y puede llegar a ser muy elevada en los mo- dulares. Para que te hagas una idea, en función de si el autómata es de garna: Baja, hasta 128 entradas y salidas. O Media, entre 128 y 512 entradas y salidas. O Alta, a partir de 512 entradas y salidas. Tipos de señales ode información en las entradas olas salidas La información presente en las entradas y salidas del autómata puede ser: Digital. Solamente puede tomar dos valores, que corresponden a presencia o ausencia: no hay tensión o sí que la hay, no corriente o corriente, está cerrado o abierto, etc. Normalmente, se presenta al autómata o sale de él en fonma de una tensión de OVo de 24 Vque puede representar, respectivamente, presencia o ausencia, o viceversa, según si se opera con lógica positiva o negativa. O Analógica. Está comprendida entre un valor mínimo y uno máximo; representa la cantidad de una determinada magnitud, como puede ser la temperatura, la hu- medad, lo cerca o lo lejos que se tiene un elemento, la posición de algo, etc. Normalmente, se presenta a las entradas del autómata o sale por sus salidas en forma de una tensión comprendida entre OVY5 Vde CC, o una corriente de O a 20 mA o de 4 a 20 mA (en este último caso se puede diferenciar si se ha roto el cable o si realmente la magnitud es nula). O Especial. Se trata de señales pulsantes de elevada frecuencia que elautómata no podría procesar por sus entradas convencionales porque el ciclo de scan es de- masiado largo, o bien información procedente de codificadores y que es entre- gada al autómata o que éste genera en forma de códigos de varios bits en for- matos, velocidades o códigos especiales.
  • 109. Fig.3.12. los módulos de entradas son todos parecidos, con un filtro yunaseparación óptica de protección. UOlda~ didactica 3 Aplicaciones con autómatas programables Entradas digitales Las entradas digitales son aquéllas por las que el autómata se conecta al mundo ex- terior para recoger información digital. Su estado se refleja, a cada ciclo de sean, en la tabla de imagen de las entradas. En la figura 3.12 puede observarse la estructura intema de una entrada digital. To- das disponen habitualmente de los siguientes bloques (los componentes electróni- cos que aparecen los estudiarás en el crédito de electrotecnia): o Protecciones: un diodo, por ejemplo. Filtros: eliminan el ruido eléctrico que la se- Filtro pasa-bajar' __ O:, pto~ac::o:!:pt~ad~o~r-t!;=J-O ñal conectada a la entrada pueda contener. Indicador de estado de la entrada: un LED nos permite visualizar el estado de la entrada. ~ I I Bomes del I autómata Señal lógica interna -----...... I t-l::±:J-i:==±:!i~~~ O Optoacopladores: se traspasa la información o señal de forma óptica mediante el conjun- to emisor (LED) y receptor (fototransistor). Al otro lado del optoacoplador, el fototransis- tor entrega la señal lógica a la parte intema del autómata para que sea almacenada en F ig.3.13. I Protecciones LEO indicador del estado 1 ______ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - la tabla de imagen de las entradas. Existen diferentes tipos de entrada digitales en función de si la señal de entrada es alterna o bien continua. En cualquier caso, si se trata de entradas digitales, siempre son entradas de tensión. Comercialmente, los modelos modulares tienen módulos con 8, 16 Yhasta 32 entra- das. En el caso de 8 y 16 entradas se conectan directamente con terminales de tipo Faston. Este tipo de conexión es el que acostumbran a utilizar todos los módulos de los autómatas, ya sean analógicos, digitales o especiales. Cuando se trata de módulos de 32 entradas, no es posible utilizar este tipo de co- nexiones y se usan conectores multiterminales planos y dobles, tal como se puede ver en la figura 3.14. MODE Fig. 3.14. laconexión con los módulos delos autómatas se suele efectuar m ediante terminales de tipo faston. laconexión con los módulos demas de 16 entradas se realiza mediante conectores multiterminal.
  • 110. , : Unidad dldactica 3 Aplicaciones con autómatas programables El { E2 { E3 { E4 { Fig. 3.15. Entradas analógicas Se denominan entradas analógicas aquéllas por las que el autómata se conecta al mun- do exterior para recoger información analógica. Su valor debe convertirse en una palabra binaria para que el autómata lo pueda procesar. Un convertidor analógico-digital sirve para expresar en código binario (normalmente de 12 bits) un valor de tensión analógica en un tiempo de conversión relativamente rápido. +Entrada de tensión +Entrada de coriente -Entrada +Entrada de tensión +Entrada de coriente -Entrada +Entrada de tensión +Entrada de coriente -Entrada +Entrada de tensión Las entradas analógicas son más propias de los autómatas modulares que de los compactos, de modo que existen módulos dedicados a dichas magnitudes que incorporan, normalmente, dos o cuatro entradas analógicas en forma de tensión o corriente con diferentes rangos: en tensión continua es habitual poder operar en los rangos de OV a 5 V, de OVa l OV o de -5 V a +5 V, mientras que en corriente se acostumbra a operar entre Oy 20 mA o 4 y 20 mA. En la figura 3.15 puede observarse la constitución interna de un módulo de entra- das analógicas. Las entradas analógicas disponen habitualmente de los siguientes bloques: O Un multiplexor, que es un componente que conmuta las diferentes entradas a este único convertidor analógico-digital. Esta conmutación es muy rápida, de manera que en un ciclo de sean todas pueden pasar al convertidor. O Un amplificador que permite adecuar los niveles analógicos de entrada al fondo de escala del convertidor. Un convertidor analógico-digital. O Optoacopladores. Observa que existe una separación óptica entre todos los ele- mentos internos del autómata y los que hacen referencia al exterior del mismo. O Una CPU propia que gestiona todo el proceso de adquisición de las señales para entregar a la CPU del autómata los códigos binarios de las conversiones. Finalmente, la alimentación de estos módulos puede ser externa o estar incorpora- da en el módulo. Multi- C--C:::r--I plexor Rack-Bus [> Selección de rango Alimentación analógica Opto- acopladores Interface al bus +Entrada de coriente -Entrada Diagrama de bloques del interior de un módulo de 4 entradas analógicas, el CQM1-AD041 de Omron.
  • 111. Fig. 3.16. Módulo de salida con salidas arelé con contactos libres de tensión, que pueden conectarse acualquier carga polarizando por fuera del autómata. Unidad didáctica 3. Aplicaciones con autómatas programables l' Salidas digitales Las salidas digitales son aquéllas por las que el autómata se conecta al mundo exte- rior para entregar información digital. Su estado se refleja en los terminales de salida en cada ciclo de sean y es una copia de la tabla imagen de las salidas. En los modelos compactos acostumbran a ser las que están conectadas a los bornes externos del autómata y las que permiten conectarlo al mundo exterior. Las salidas digitales pueden estar construidas mediante: O Relés electromagnéticos. O Transistores. O Relés de estado sólido (tiristores o triacs). Salidasa relé electromagnéti(o Bornes de conexión de salidas Salidas con Salidas Si se trata de salidas a relé, acostumbran a ser contactos libres de ten- sión con una corriente nominal máxima de 1 A Y250 V de tensión alter- na. Las cargas que se pueden conectar a estas salidas son de cualquier tipo (con el límite de potencia que corresponda) y su alimentación es externa al autómata en cualquier caso. Fig.3.17. Electrónica habitual asociada a una salida a relé. Es posible que varios contactos compartan un punto común o que sean completamente independientes (figura 3.16). En los modelos compactos se pueden tener desde 6 salidas, en el caso de los microautómatas, hasta 16 o 24, en el caso de los mayores. Si se trata de autómatas modulares, se dispone de módulos de 8, 12 o 16 salidas. En muchos modelos los bornes o terminales de salida son de tipo Faston. La figura 3.17 muestra los bloques de una salida a relé. Indicador óptico de la salida .--f==:;--¡ Circuito driver para relé señalló:g~iCa~~=t-~!f:~~h-1! I Relé de salida I I interna ::: ........DI~-+h Optoacopla- do, Salidas analógicas ~ Bomes conexión ______ salida Las salidas analógicas son aquéllas por las que el autómata se conecta al mundo ex- terior para entregar información analógica. En cada ciclo de sean, esta información, que está almacenada en la memoria de la tabla de imagen de las salidas en forma de número binario, se convierte en analógica y se aplica a los bornes o terminales correspondientes. De esta conversión se encarga un convertidor digital-analógico. tste, para cada código binario de salida (acostumbra a ser de 12 bits), nos proporciona un nivel equivalente de tensión o corriente, empleando para ello muy poco tiempo (es casi inmediato). Así pues, es habitual poder operar en rangos de tensión continua de O Va 5 V, de OV a 10 Vade -5 V a +5 V, mientras que en corriente se acostumbra a operar entre Oy 20 mA o bien 4 y 20 mA.
  • 112. Unidad didactlCa 3. Aplicaciones con autómatas programables Fig. 3.18. Diagrama de bloques del interior de un módulo de 2 salidas analógicas, el CQM1- DA021 de Omron. Interface al bus Los valores analógicos que los autómatas presentan a sus salidas suelen ser con- signas para reguladores externos, tensiones o corrientes para controlar válvulas motorizadas, etc. Las salidas analógicas son más propias de los autómatas modulares que de los com- pactos; de hecho, existen módulos dedicados a estas magnitudes que incorporan, normalmente, dos o cuatro salidas digitales en forma de tensión, de corriente o de ambas, según se configure el módulo en cuestión. La figura 3.18 presenta el diagrama de bloques de un módulo de dos salidas ana- lógicas. Observa que tiene un convertidor digital-analógico para cada salida y, tam- bién, que hay una separación óptica entre el interior del autómata y las salidas físicas que se conectan al mundo exterior. Rack-Bus Optoacopladores Selectores Optoacopladores Memoria Selección de rango Optoacopladores Memoria DClDC Alimentación analógica Módulos especiales 1[9+ Salida 1 ~ diferencial f[>b : Salida 2 ~ diferencial Son módulos que gestionan entradas y/o salidas especiales que no se pueden con- siderar digitales por ser de más de un bit o por ser códigos, o para dar o recibir, en general, información especial. Hay muchos tipos diferentes, pero a modo de ejem- plo tenemos los siguientes: O Módulos de visualización. O Generadores o salidas de pulsos. O Controladores especiales de temperatura. O Reguladores PID. O Detectores/comparadores de umbral analógico. O Interfaces adaptadoras de señales. O Entradas de frecuencímetros. Entradas para teclados. O Entradas para módulos de operador (interfaces humano-máquina, HMI).
  • 113. Unidad didac!icJ 3. Aplicaciones con autómatas programables Ejemplo 3.1. ¿Qué tipo de módulo de entrada utilizarías para conectar un final de carrera?, ¿puedes hacer un esquema eléctrico representando cómo lo conectarlas? .. --- 0.0 PLC 0.1 0.2 ... ---;' .'-- 0.3 Com 24 V + Solución: 00 Un final de carrera es un simple contacto libre de tensión y, por tanto, puede utilizarse con cualquier tipo de módulo de entrada, ya sea de con- tinua o de altema. No obstante, esun elemento que permite el paso de la corriente o lo impide según esté accionado (cerrado) o no (abierto) y, en consecuencia, dicho módulo de entrada debería ser digital. Final de carrera Fig, 3.19, C onexióndeun final decarrera alas entradas de un P L C Con respecto a cómo hay que conectar un final de carrera a un módulo de entrada digital, fijate en el esquema de la figura 3.19. Se ha utilizado, para el ejemplo, un módulo con 4 entradas digitales de corriente continua a 24 V. Estos autómatas acostumbran a incorporar una pequeña fuente auxiliar para alimentar a este tipo de sensores pasivos. Actividades 9. Elabora una lista con elementos de tu casa que podrías conectar como entradas de un autómata, como por ejemplo el interruptor de la luz del comedor o el termostato de la calefacción. Indica, en cada caso, si se trata de una magnitud analógica o digital. 10. Repite la actividad anterior, pero ahora con elementos que podrías conectar como salidas de un autómata, como por ejemplo un secador de pelo o el televisor. Se trata de que identifiques entradas y salidas, no de que pienses en conectar o desconectar nada físicamente, aunque tengas un autómata. 11. Indica el número y el tipo de entradas y salidas del autómata que tengas en tu centro. Así mismo, di si es posi- ble ampliarlas con módulos de expansión. 12. En cuanto al autómata de Siemens 57-200 con CPU 214, indica el número y el tipo de entradas y salidas de que dispone. Instalación del autómata ¡Importante! Aparte de estas normas generales, los fabricantes especifican toda una serie de valores máximos para el autómata que deben res- petarse. Por ejemplo, el ni- vel máximo de vibraciones, su aceleración máxima, la resistencia mecánica a gol- pes, etc., todo ello para el correcto funcionamiento del autómata. El técnico que lo instala en el cuadro debe considerar esta infor- mación por si pudiera con- dicionar la ubicación en el armario eléctrico. Los autómatas, tanto los modulares como los compactos, se instalan en el interior de armarios o en cuadros eléctricos, ya sea sobre carriles DIN o bien directamente sobre los armarios mediante soportes atornillados. Disposición en un cuadroeléctrico No hay una situación preferente del autómata dentro del cuadro eléctrico y ello de- pende, entre otras cosas, de los demás automatismos y elementos que compartan con él dicho cuadro. Como normas generales podemos indicar lo siguiente: O Si hay elementos que disipan calor, es interesante tenerlos por encima del autó- mata para que la temperatura que generan (el aire caliente asciende) no lo ca- liente por encima de su temperatura de trabajo (normalmente comprendida entre los OO C y los 55 O C). O El cuadro donde se ubica el autómata no debe condensar la humedad y ésta debe estar comprendida entre el 30 y el 95%. O Es interesante que el autómata, puesto que de él salen una notable cantidad de conexiones, esté cerca de las regletas de bornes que le van a comunicar con el exterior del armario y tenga próxima la fuente de alimentación para que los ca- bles no deban ser innecesariamente largos.
  • 114. Unidad didactlca 3. Aplicaciones con autómatas programables Fig. 3.20. C arril D IN. Montaje ydesmontaje de módulos Los módulos del autómata pueden montarse en carriles de tipo DfN estándar de 35 x 7,5 mm conforme a la norma EN 50022 (véase la figura 3.20) o sobre bastidores específicos del mismo fabricante del autómata. Tanto los carriles DIN como los bastidores deben fijarse (normalmente mediante tomillos) a los paneles de los cuadros eléctricos. En cualquier caso, siempre se insta- larán de forma horizontal. Montaje sobre (arril DIN Los autómatas que vienen preparados para su montaje en carriles DIN llevan una pestaña en su parte superior o inferior para poder abrir el elemento que lo va a sujetar sobre el carril. Esta pestaña puede ser con muelle o a presión y, en cualquier caso, se debe asegurar que la sujeción sea firme. Con la ayuda de un destomillador, debe accionarse la pestaña por la ranura que acostumbra a incorporar. En la figura 3.21 pueden observarse los distintos pasos de esta operación. Fig. 3.21. P asos en el montaje sobre carril D IN: a) b) e) d) a) localizar lapestaña desujeción. b) Accionar lapestañacon laayuda deun destornillador paraabrirla y liberar lazonaposterior de fijación. Destomillador c) F ijar lapartesuperior del módulo al carril DIN. - - '- , d) Fijar laparte inferior del módulo y soltar el destornillador o ajustar la pestaña paraasegurar la fijación. Pestaña ' - panel Módulo 1 Módulo 2 Fig.3.22. Interconexión lateral demódulos. Para evitar que el autómata se desplace lateralmente sobre el carril DIN deben co- locarse topes laterales. En el caso de autómatas modulares, cada módulo se monta encima del carril DIN al lado del módulo anterior hasta completar todos los módulos. Las conexiones entre módulo y módulo, dependiendo del fabricante, pueden ser mediante un cable que los enlaza unos con otros o mediante un conector lateral, tal como muestra la figura 3.22. Montaje sobre bastidor orack Otros autómatas vienen preparados para su instalación en un bastidor de fondo, que se acostumbra a denominar rack y que contiene el bus que comparten los diferentes módulos. En este caso, los módulos utilizan un conector posterior que permite su fijación al bastidor. Para ampliar el número de módulos se emplean varios bastidores, que se conectan unos a otros mediante cables de conexión. Observa en la figura 3.23 el aspecto de dos autómatas modulares, uno fijado sobre carril DIN y con conexiones entre módulos utilizando conectores laterales, y otro fijado sobre bastidores y con conexiones sobre este mismo bastidor. Precauciones en el montaje Cuando los autómatas se montan en cuadros eléctricos, deben seguirse las normas básicas y distancias mínimas de montaje que cada fabricante recomienda en su manual.
  • 115. Bastidor o rack bus fig. 3.23. En la parte superior, un autómata modular fijado a un carril O IN, En la parte inferior, un autómata modular fijado a un bastidor, Puede apreciarse cómo se utiliza la ampliación con varios bastidores. Tierra 23QV Fase Neutro , : - CarrilD1N Conexión entre bastidores Posición (slot) libre Unidad didactica 3. Aplicaciones con autómatas programables En los modelos compactos es habitual dejar entre 2 y 4 cm alrededor de los laterales del autómata y entre 4 y 10 cm en la parte superior e inferior, puesto que es donde normalmente están los bornes de conexión de la alimentación, de las entra- das y de las salidas. Es importante dejar esta distancia en relación con las canaletas de cableado para garantizar la cómoda conexión de los terrnina- les. La distancia con respecto a la tapa del armario que aloje al autómata acostumbra a ser de entre 5 y 10 cm como mínimo. En los autómatas modulares, dado que las regletas de bornes acostumbran a ser verticales, las distancias de seguridad son parecidas a las de los compactos, pero teniendo en cuenta que necesitan muchos más conductores para las señales de entrada y de salida. Finalmente, debemos señalar la importancia de disponer de un espacio suficiente alrededor de todo el autómata que per- mita una circulación natural de aire y, por lo tanto, su ventila- ción, ya sea natural o forzada. Conexión del autómata En este apartado vamos ver cómo debe conectarse el autómata a los elementos del exterior del mismo, concretamente, cómo se conecta a la alimentación, a las entra- das y a las salidas, Para poderse conectar al exterior, los autómatas disponen de regletas de bornes con tornillos que permiten operar tanto con destornilladores planos como con des- tornilladores de estrella del calibre adecuado, Los cables finalizan con un terminal de tipo Faston para encajarse en los bornes del autómata y, si bien es posible hacer las conexiones sin estos terminales, no es aconsejable, Es importante, en cualquier caso, que los cables que accedan a los módulos del autómata no le creen esfuerzos mecánicos que puedan deteriorarlo. Además, los bornes de los módulos de entradas y salidas son extraíbles del propio módulo a efectos de poder sustituir este último en caso de mal funcionamiento sin tener que reconectar por entero el cableado. Por ello, la disposición de los cables de acceso debe permitir separar la bornera del módulo con comodidad, dejando cierta hol- gura en el cableado, Conexión ala alimentación La conexión de la alimentación del autómata depende de si es un modelo que se conec- ta directamente a 230 V de corriente alterna o si se alimenta a 24 V de corriente directa. I - - AC- DC + - La figura 3.24 muestra cómo se conecta a la alimentación un autó- mata que se alimenta a 24 V. En ese caso, debe disponerse de una fuente de alimentación externa que permita obtener la tensión de continua necesaria para poder alimentar al autómata, La normativa especifica que la fuente de alimentación externa ha de proporcionar una tensión de continua comprendida entre 24 V menos un 15% y 24 V más el 20%, ~ + ----.J Así mismo, es interesante poner a tierra la fuente de alimentación y el autómata mediante un cable de sección no inferior a 1 mm' . Es recomendable que dicha tierra sea única para el autómata o autó- matas que intervienen en la instalación y que no sea la misma, en la medida de lo posible, que la que utilicen motores y otros sistemas de potencia controlados por el autómata. En cualquier caso, es ne- cesario asegurarse de que la toma de tierra sea de buena calidad. ~ PLC 24V - F ig. 3.24. (anexión de un autómata alimentado en continua.
  • 116. UOIdad dldattl(' l Apli(aciones con autómatas programables ----------------~ Fig_3.25. (onexión de un autómata alimentado alared. En el supuesto de que se tenga que conectar un autómata que se alimente a la ten- sión de red (véase la figura 3.25), es muy recomendable hacerlo mediante un trans- formador separador con relación de transformación 1:1 (esto es, 230 V en primario y 230 V en secundario) que sea de una potencia algo superior a la que consume el autómata y que tenga un blindaje (una cubierta metálica que cubre los bobinados) que permita ponerlo a tierra para que no genere interferencias electromagnéticas (debidas al fiujo de dispersión, como podrás ver en el crédito de electrotecnia). Tierra Neutro 230 V/230 V : L PLC N f------' Normalmente, la tensión de red nominal que admiten los autómatas a su entrada oscila entre los 100 y los 260 V de altema, de modo que son relativamente insen- sibles a las variaciones de tensión, puesto que en su interior incorporan una fuente que admite dichas variaciones de entrada sin afectar al rango de tensiones que internamente genera para el autómata. El cable que se utilice para estas conexiones no debe ser inferior a 1 mm' de sec- ción tanto en los autómatas alimentados en continua como en los alimentados en altema. Debe prestarse especial atención en que dichos cables sean lo más cortos posible. Ejemplo 3.2 ¿Qué márgenes de alimentación en alterna admite el autómata de la figura 3.25 (el Modicon de la izquierda)? Solución: Si te fijas bien en el dibujo, debajo de los terminales L(linea) y N (neutro) puedes ver la leyen- da 100/240 YAC. Es decir, podemos alimentar en alterna entre los 100 YAC Ylos 240 YAC. (onexión de las entradas La mayoría de los módulos de entrada de los autómatas modulares, y también de algunos compactos, disponen de regletas de conexión enchufabies. En estos su- puestos, en caso de estropearse el módulo se desconecta la regleta de bornes del módulo, se sustituye éste y se vuelve a conectar la regleta al nuevo módulo. En relación con los cables, se recomienda que no superen los 3 metros entre la toma de la señal y el autómata para no tener problemas con caídas de tensión. La sección de los cables para las entradas digitales no debería ser inferior a 0,5 mm' . Para las entradas analógicas debería operarse con cable apantallado siempre que fuera posible para evitar interferencias electromagnéticas (señales eléctricas genera- das por otros circuitos ajenos y que pueden afectar a las de interés).
  • 117. Tierra Neutro Fig. 3.26. Unidad didactlca 3 Aplicaciones con autómatas programables Conexión de entradas en continua Normalmente, las entradas de los autómatas están preparadas para recibir señales de 24 V de continua. Los elementos sensores deberán polarizarse, en algunos casos porque necesiten es- tar alimentados y en otros porque deban suministrar tensión o asegurar ausencia de tensión a las entradas. Así, es imprescindible tomar la tensión continua de la única fuente disponible, que es la de alimentación. En tal caso, se deberá dimensionar la potencia de esta fuente para poder alimentar no solamente al autómata, sino tam- bién a estos elementos conectados a las entradas. AC/DC + Fig.3.27. Neutro PLC Entradas - - AC/DC + L I-+-I----'CJ--- -- 230 V /230 V N + (onexiónde las entradas de un autómata alimentado en continua. (onexión en continuade las entradas de un autómata alimentado en alterna. Por otra parte, todas las entradas del autómata comparten, normalmente, un punto común, que deberá conectarse al borne negativo de la fuente y será, por lo tanto, la referencia de tensión que cornpartan todas las entradas (en los esquernas indicados con la letra C). En la figura 3.27 puede observarse un autórnata alirnentado en alterna que tiene sus entradas preparadas para continua. En ese caso, necesitaremos una fuente adicional para alimentarlas, que tenga la potencia que los elementos conectados a las entra- das precisen. No debe conectarse nunca ningún elemento (y menos esta fuente) al secundario del transformador separador. Conexión de entradas en alterna La figura 3.28 muestra un autómata alimentado con alterna que tiene sus entradas preparadas también para 230 V de corriente alterna. En ese caso, se conectará el común de las entradas del autómata a una fase de la red y el común de los elementos sensores que se conecten a las entradas lo hará al neutro. Con ello se consigue que, si un operario desemborna la regleta de bornes de la entrada del autómata o bien ésta se desconecta, disminuya notablemente el riesgo de elec- trocución. No debe conectarse nunca ningún elemento al secundario del transformador separador. Fig.3.28. (onexión en alterna delas entradas de un autómata alimentado en alterna.
  • 118. Unidad didáctica 3. Aplicaciones con autómatas programables ----------------~ Tierra Fase 1 Neutro C Salidas i i i .1 C - - AC/DC + - Conexión de las salidas La conexión de las salidas sigue unas pautas similares a la conexión de las entradas, con algunas salvedades mínimas: si las entradas son todas iguales en cuanto a alimentarse en continua o en alterna, las salidas pueden alimentarse a tensiones diferentes, sobre todo en el caso de que sean salidas a relé. +r-- Para las salidas de continua de un autómata que se alimenta en ce la conexión debe ser en la misma fuente de alimentación (u otra distinta, pero que comparta el borne negativo), por lo que debe dimensionarse adecuadamente considerando no solamente la carga del autómata, sino la suma de cargas que se deban alimentar a las salidas. En la figura 3.29 puede verse esta situación. ~ (¡) PLC - Fig. 3.29. C onexión en continuaV /oen alterna delas salidas deun autómata alimentadoen continua. Tierra PLC L Las salidas que se deban conectar a alterna toman como punto común de la red la fase, mientras que el punto común de los actuadores toma el neutro para ayudar a la seguridad de los operarios que eventualmente trabajen en las salidas o los elementos a ellas conectados, puesto que el neutro no está so- metido a tensión. Las salidas que se deseen alimentar en continua se conectarán igual, pero tomando la tensión de una fuente de alimentación de ce. La figura 3.30 muestra la conexión de las sa- lidas de un autómata alimentado en altema. Debe tenerse especial precaución en no co- nectar los elementos de salida al secundario del transformador separador, puesto que su función es aislar al autómata y no dar tensión a los actuadores. Además, ello revertiría ne- gativamente en la potencia del mismo. N ~--------------~ Fig. 3.30. Conexión en continuaV/o enalterna delassalidas de un autómataalimentado en alterna. Ejemplo 3.3 Dibuja el esquema de conexionado de un detector óptico a un autómata con entradas digi- tales a 24 V de continua. Solución: Un detector óptico es un dispositivo electrónico que requiere una alimentación (normalmen- te de 24 V de continua) yque posee una salida en relación con la alimentación o con la masa en función de si se trata de una salida a colector abierto de un transistor PNP o NPN. En la figura 3.31 puedes observar la conexión de un detector de este tipo, simbolizado como una simple cajita con tres conductores. . . ....::- PLC 0 __ " 24 V 0.0 0.1 0.2 0.3 Com + 00 Fig. 3.31. Conexión de undetector óptico a unaentrada de un PlC.
  • 119. Unidad didáctica 3. Aplicaciones con autómatas programables Ejemplo 3.4 Dibuja el esquema de conexionado de un zumbador a un autómata con salidas a relé. Solución: Puesto que se trata de salidas a relé, se tiene libertad de elección de la tensión y la corriente que circule por los contactos de dichos relés mientras no se superen los limites de tensión y corriente máxima, que acostumbran a tener un valor de unos 250 V de alterna y 1 A. Podemos suponer que el zumbador es el típico avisador acústico que opera a 230 V Yque tiene un consumo relativamente bajo. La figura 3.32 muestra la conexión de este zumbador a una salida de un PLC. Se ha considerado un PLC con cuatro salidas que comparten un punto común, como puede verse en la parte de la conexión interior del autómata, a la que no tenemos acceso pero que debemos conocer para poder hacer la conexión. Saber cómo están dispuestos internamente los contactos de las sali- das es imprescindible para poder realizar el conexionado exterior de forma correcta. Attividades Fig. 3.32. (onexión deun zumbador auna salidadeunPLC. 13. Considera que tienes un autómata y que debes conectar a sus entradas un final de carrera conmutado, un pulsador normalmente abierto, un pulsador normalmente cerrado y un detector inductivo. Dibuja el esquema de estas conexiones para un autómata que se alimente con continua de 24 V Y en el que sus entradas sean, también, de esta tensión. 14. Supón que debes conectar a las salidas (todas a relé libre de tensión y disponibles los dos extremos del contac- to de cada salida) del mismo autómata de la actividad anterior la bobina de un contactor de 230 V de alterna que acciona un motor trifásico conectado a 400 V. Conéctale, también, la bobina de una electroválvula que opera a 24 V de continua. Mantenimiento de autómatas Los autómatas que instale una empresa pueden ser, lógicamente, de cualquier fabri- cante, pero es interesante que sean todos de la misma marca (aunque posiblemente de distintos modelos). ya que ello ofrece las ventajas de un mejor conocimiento del tipo de equipo por parte del personal técnico y una mejor capacidad de manteni- miento. Si tenemos, por ejemplo, módulos de salida a relé de dos marcas distintas, deberemos disponer de dos tipos de repuestos de dos proveedores diferentes, mientras que si son de la misma marca, esto no sucede. Esta otra ventaja es clara: la reducción en piezas distintas de recambio almacenadas en stock. Los autómatas no requieren especiales ni grandes mantenimientos y solamente deben efectuarse unas cuantas operaciones básicas que, en muchos casos, pasan por una inspección visual para verificar que no haya·ningún elemento que, de forma evidente, esté en malas condiciones.
  • 120. Unidad didacllcd J. Aplicaciones con autómatas programables Fig.3.33. Aspecto de una batería de autómata. / • Deberemos prestar, no obstante, atención a algunos elementos que describimos a continuación: O Limpieza exterior e interior. Es importante mantener limpio el cuadro eléctrico y su armario, aunque ésta es una función de mantenimiento global de la instala- ción más que de mantenimiento específico del autómata. Para limpiarlo lo me- jor es utilizar aire comprimido sin demasiada presión en lugar de líquídos o trapos húmedos. O Programa. Algunas máquinas incorporan una posibilidad de test, de modo que pueden hacerse varias secuencias de prueba fuera de lo que se considera la producción normal del autómata. El resultado de estas pruebas debe quedar documentado. O Baterías. Normalmente, es la salvaguarda del programa de usuario y las varia- bles internas, los parámetros específicos y las tablas de la imagen del estado de las entradas y salidas ante la pérdida de alimentación del autómata. El consumo es muy bajo y la vida de las baterías muy larga, aunque los sucesi- vos ciclos de carga y descarga, así como el envejecimiento progresivo, hacen que, al cabo de un tiempo, deban sustituirse para poder garantizar la integri- dad del programa. En este caso, buscaremos el modelo que especifique el fabricante y realizaremos el cambio con el autómata conectado para evitar la pérdida de información. Los autómatas nos pueden avisar del estado de la batería mediante un bit interno que cambia de estado cuando la batería está baja, o en otros casos mediante algún indicador visual o sonoro. Una vez substituida la batería, debe destinarse la vieja al reciclaje oportuno y debe pasar a formar parte del programa que la empresa tenga de reutilización, reciclaje, etc., dentro de su plan medioambiental. Elementos internos. En el interior del PLC no acostumbra a haber elementos con partes móviles a excepción de que incluyan relés electromecánicos. En este caso, en función del número de maniobras útiles que el fabricante del autómata especifique y de las maniobras que cada relé deberá realizar según el proceso que controle, podremos determinar cuándo hay que acceder a los relés inter- nos y sustituirlos por otros nuevos. Antes de abrir el autómata, deben tenerse los repuestos originales a punto o aquellos que el fabricante indique como los más adecuados. También hay que tener en cuenta que ésta es una operación a máquina parada y que, por lo tanto, debe formar parte de un plan de orden superior de paro en la empresa (durante el cambio de turno, vacaciones, fines de semana, etc.). Conexiones. Debemos asegurarnos de que las conexiones no se aflojan con el tiempo, por lo que es interesante, aproximadamente cada seis meses, volver a apretar todos los bomes de conexión. También podemos aprovechar la oca- sión para comprobar el estado de los cables (rigidez, flexibilidad, temperatura, color, tensión mecánica, ajuste a los terminales, posibles fallos de aislamiento, etc.) y, en su caso, realizar una posible sustitución de alguno o parte de ellos. Sustitución. Llegado el caso de una avería o el fin del ciclo de vida de un autómata, tenemos la posibilidad de retirarlo defini- tivamente. La documentación debe indicar en qué casos el au- tómata debe darse de baja, cuál será el procedimiento para desmontarlo y, opcionalmente, sustituirlo y, si es preciso, cómo y dónde debe reciclarse o depositarse. Fig. 3.34. Aspecto de un autómata fijado con bastidor.
  • 121. Actividades Unidad didacti(' J Aplicaciones con autómatas programables o Documentación. Debe disponerse de una carpeta de mantenimiento del armario que aloja al autómata o autómatas que contenga las hojas que detallen la perio- dicidad y el tipo de mantenimiento que debe llevarse a cabo para cada autóma- ta. También deberán indicar las inspecciones realizadas. Dicha documentación viene a ser el historial del equipo, algo imprescindible para poder tomar decisio- nes de empresa cuando sea necesario, así como una evidencia de las tareas realizadas sobre el mismo. O Personal. Es evidente que las tareas de mantenimiento deben ir a cargo de per- sonal especializado que la empresa haya formado o que tenga los conocimien- tos necesarios para poder llevar a cabo las tareas que la documentación de cada equipo indique. Así pues, no es razonable esperar, por ejemplo, que alguien cambie los relés del autómata si no lo ha hecho con anterioridad alguna vez, al menos en su período de aprendizaje, aunque es perfectamente posible que cualquier persona pueda reajustar la presión de los tomillos de los bornes de conexión habiendo recibido unas indicaciones mínimas. El personal que se destine a mantenimiento ha de tener, además de la docu- mentación, un período de adiestramiento en las tareas que la documentación indique que se deban realizar. La formación del personal es responsabilidad tanto de la empresa, que debe poner los medios, como del operario, que tiene que poner todo su interés y empeño. 15. Busca información en las páginas web de los fabricantes de autómatas (Omron, Siemens, Modicon-Telemeca- nique, etc.) sobre el mantenimiento aconsejado por el fabricante. La programación de los autómatas Fig. 3.35. Aspecto de un terminal de programación de un autómata. Un mismo autómata puede realizar diferentes funciones según se le programe. La programación del autómata no es algo que se realice de manera frecuente, salvo en la fase de diseño del control que deba realizar. Una vez está ajustado el control de un proceso, el programa que ejecuta el autómata no se modifica si no es estrictamente necesario (modificaciones en el proceso, detección de algún tipo de problema, etc.). Por lo tanto, el autómata es un elemento que no posee pantallas ni teclados integrados porque para operar no le hacen ninguna falta. Quien utiliza el autómata es una máquina o proceso, y la forma de dialogar con él es mediante sus entradas y salidas. Dotarlo de estos elementos encarecería el autómata sin jus- tificación. En los autómatas es bastante común disponer de dos o tres formas diferentes de trabajo, como por ejemplo las siguientes: O Modo "RUN" o de ejecución del programa. Es el modo normal de trabajo, que permite acceder a la memoria de la CPU, pero sólo para lectura. O Modo "STOP" o "PROG". Es el modo de programación del autómata. No ejecuta el programa de usuario y tiene las salidas desconectadas. Además de estas dos formas de trabajo, los autómatas tienen, en función de los di- ferentes modelos y fabricantes, modos de trabajo que representan variantes de los anteriores: modo de paro ("STOP") pero limpiando la memoria, modos de trabajo ("RUN") que permiten modificar el programa o algún tipo de monitorización espe- cial, etc. Los nombres de estos modos de trabajo varían según el fabricante.
  • 122. Unidad d,d3lti(a J Apliu(iones (on autómatas programables ~------------------~ ¡Importante! A pesar de toda esta nor- malización, el programa- dor de PLC necesita una seria familiarización con la forma de escribir pro- gramas para modelos de diferentes fabricantes, puesto que cada uno aca- ba utilizando dialectos del lenguaje de raíz común, que es el que especifica la norma. Instrumentos para la programa(ión de autómatas Básicamente necesitamos dos tipos de instrumentos: un lenguaje de programación (en inglés, software) y un equipo para la programación (en inglés, hardware). Para que el técnico programador pueda dialogar con el autómata en el período de programación, reparación, depuración de programas, cambio de programas, etc., se requiere una consola o un terminal que permita al usuario introducir órdenes (ge- neralmente mediante un teclado), acceder a la memoria del autómata y/o compro- bar el efecto del programa que escribe o de los parámetros que introduce. Al principio, estos terminales de programación, como el de la figura 3.35, eran es- peciales, complejos de operar, y cada autómata o familia de autómatas tenía una consola de programación propia y específica de cada fabricante y su precio podía superar con mucho el del propio autómata. En la actualidad, cada día se utiliza más un ordenador de tipo pe al que se ha carga- do un programa que proporciona el fabricante del autómata a un precio asequible, y que nos pemnite programar a uno O más autómatas de la misma familia y del mis- mo fabricante. La conexión más habitual entre el autómata y el pe es mediante el puerto RS-232 serie del pe. En el futuro, es de suponer que los autómatas incorporarán puertos USB y una entrada para red Ethernet que pemnita acceder a él mediante Internet. Los programas que proporcionan los fabricantes de autómatas tienen más utilida- des que la simple descarga y grabación del programa de usuario en la memoria del autómata. Permiten, además, leer el programa del autómata y grabarlo en el pe, monitorizar la ejecución del programa en el autómata, configurarlo, establecer pará- metros internos, cambiar el modo de trabajo del autómata, etc. Los lenguajes de programatión yla norma lEC 61131-3 Al principio, cada fabricante de autómatas estableció sus propios lenguajes de pro- gramación. Esto representaba una dificultad para el usuario al tener que familiarizar- se con distintas marcas, diferentes equipos de programación, diferentes lenguajes, y, como consecuencia, tenía un coste muy elevado. En la actualidad ha habido una fuerte estandarización, de modo que el usuario pue- de conectar a un mismo pe diferentes autómatas y programarlos, cada uno con su software, pero de una forma muy similar entre sí. Este esfuerzo normalizador que han realizado los fabricantes ha sido consecuencia de la presión de los usuarios y se ha formalizado mediante la organización intema- cional Plcopen, cuya página web puedes consultar en http://www.plcopen.org.Su resultado es la norma lEC 6113 1. La norma UNE-EN 61131 (es la norma española equivalente ala lEC 61131) en su apartado 3 define cuatro lenguajes de programación: Dos textuales: Lista de instrucciones P rogramación estructurada D os gráficos: Diagramas de contactos Diagramas de bloques funcionales
  • 123. fig. 3.36. formade hacer referenciaa entradasy salidas. Unidad dldactlC,l 3 Aplicacione! con autómata! programable! Forma de hacerreferencia alas entradas ylassalidas Según la norma UNE-EN 611 31 las entradas físicas (en bornes de entrada) se indican con el siguiente formato: I 0.1 Indica que es / t una entrada Indica el canal, grupo o módulo ~ Número de entrada del canal De forma análoga, las salidas físicas (en bornes) se indican con la letra Q. También podemos utilizar variables internas como si fuesen salidas o entradas inter- medias (no corresponden a salidas o entradas físicas, es decir, no están disponibles en los bornes o terminales de entrada o salida). Estas variables, denominadas mar- E jemplo 3.5 cas, están ubicadas en la memoria interna de la CPU del autómata. -'---'------- Indica cómo deberemos refe- rirnos a las siguientes entradas, salidas y marcas, a la hora de programar un autómata: Salida número 4 del canal 8 de salidas Salida número Odel canal 3 de salidas Entrada número 1 del canal Ode entradas Entrada número 2 del canal 1 de entradas S olución: Las salidas se indicarán como Q 8.4 Y Q 3.0. Las entradas se designarán como I 0.1 e I 1.2. En realidad, cada fabricante tiene su forma específica de direccionar (referirse o indi- car) las entradas y las salidas. Por ejemplo, los modelos SS de Siemens siguen el mis- mo formato, pero en lugar de llamar I y Q a las entradas y salidas, respectivamente, las denomina Ey A. En el caso de algunos modelos de Omron, las entradas y las salidas se indican mediante un código numérico para referirse tanto al módulo o canal como al número de entrada o salida. Los programas de muchos fabricantes de autómatas permiten decidir al programador si utilizarán el estándar 61131 o bien si programarán usando su propia variante. Los diagramas de contactos oladder diagram Consisten en la representación gráfica de la lógica de relés y de los diseños de au- tomatismos por relevo de relés. Este lenguaje (también llamado, en escalera) es el más extendido, ya que facilitó el paso a los autómatas de los técnicos en automati- zación cableada con relés. El/adder utiliza un conjunto de símbolos estandarizados (según la normativa ameri- cana NEMA) que permiten la representación de ecuaciones lógicas y de acciones. En la tabla 3.2 se representan algunos de los símbolos más utilizados. Tabla 3.2. Alguno! de lo!!ímbolo! má! utilizado! para programar en lenguaje de contacto! o ladder Símbolos Demipción Símbolo! Demipción --1 ~ Contacto normalmente -0 Salida de bobina inver' abierto (NA) sa Contacto normalmente ---( S) 80bina ----fr- de enclavamiento cerrado (NC) (con memoria) -( ) Salida directa (también -(R) Bobina llamada bobina de sao de desenclavamiento lida) (con memoria) Los diagramas de contactos se dibujan de izquierda a derecha, en secuencias de contactos. tostas representan condiciones o ecuaciones que acaban a la derecha en salidas, variables internas o bloques funcionales, y las deberemos dibujar entre líneas verticales, aunque en muchas ocasiones se omite la linea vertical de la derecha.
  • 124. UnIdad dldactJe,l 3 Aplicaciones con autómatas programables Ejemplo 3.6 Mediante los símbolos de la tabla 3.2 realiza un diagrama de contactos para programar un sistema con tres entradas (marcha, paro yrearme) ydos salidas (lámpara 1 y lámpara 2) que debe realizar lo siguiente: o Si están activadas las entradas marcha y paro debe iluminarse la lámpara 1. o Si está activada la entrada marcha y no activada la entrada rearme debe iluminarse la lámpara 2. Solución: Lo primero que debemos realizar es asignar cuáles son las entradas y las sali- das del autómata que vamos autilizar. Hemos escogido como entradas la 11 .0, la 11.1 y la 11.2 para la marcha, el paro y el rearme, respectivamente; como salidas, la 01.5 para la lámpara 1y la 0 1.6 para la lámpara 2. 1 1.0 Fig. 3.37. I 1. 1 Q 1.5 I 1.2 Q 1.6 ) A continuación dibujamos la línea vertical de la izquierda y comenzamos a dibujar la secuencia de contactos que verifica las condiciones. L enguaje gráfico de programación normalizado de diagrama de contactos. 1 0.7 T 32 1jL~N-,-T_l'_O_N---, T 32 Q 0.0 Otras funciones más complejas, como la temporización, el contar/descontar, etc., vienen representadas por bloques que tienen como símbolo un rectángulo en cuyo interior se indica la función. En la figura 3.38 puedes observar un ejemplo de tem- porizador en lenguaje KOP (es el nombre que recibe el lenguaje de contactos en los autómatas de Siemens). I--IH) Si te fijas en la figura, este temporizador estará habilitado siempre que su entrada de habilitación (IN) esté a 1. De esto se encarga el contacto de entrada 10.7. Fig. 3.38. T emporizador con retardo a la conexión, en lenguaje KOPpara autómatas 57 de 5iemens. Una vez habilitada la entrada, comienza a contar hasta que iguala el valor preselec- cionado de retardo (PT), que en este caso es 120; cuando esto sucede, su salida se activa (contacto T32), lo que activa, a su vez, la bobina de salida 00.0. Ejemplo 3.7 En un depósito, como el de la figura 3.39, con dos sondas en su interior, una indica el nivel mínimo (Sm) y la otra el nivel máximo (SM). Cuando el nivel de líquido alcance un va- lor mínimo dado por la profundidad de la sonda Sm, debe abrirse una electroválvula EV, y cuando el nivel aumente hasta un valor máximo dado por la posición de la sonda SM, debe cerrarse la válvula. Escribe en lenguaje de diagrama de contactos el programa que debería contener la memoria de usuario del autómata que controla el sistema. Solución: El cableado de las entradas (sondas sensoras de nivel) se ha conectado a las entradas O y 1 del primer grupo de entradas: SM conectada a 11.0 y Sm conectada a 1 1.1. La única salida va a la electroválvula desde la salida O del grupo 1 de salidas del autómata: EV conectada a0 1.0. El diagrama de contactos que soluciona el problema implementa un sistema secuencial. Observa que la salida también la tenemos como entrada: J 1. 1 1,1' "' ,--- ~~ 1 1.0 1.1' ,,)QIO "' ---Si no hay señal de máximo yno hay señal de mínimo indica que el tanque está vacío y, por tanto, se activa la electroválvula (deja pasar agua). Si está activada la electroválvula (está entrando agua) y no hay señal de máximo sigue activada la electroválvula. EV .. Q 1.0 PLC 11 .0 11 .1 Sm F ig. 3.39. Automatización del llenadode un depósito.
  • 125. Ejemplo 3.8 Unidad didactica J Aplicaciones (on autómatas programables La lista de instru((iones La lista de instrucciones (en inglés, instruction list o IL) también la podemos encon- trar como lenguaje AWL en los autómatas de Siemens (del alemán Anweisungliste). Es un lenguaje textual de bajo nivel (próximo al ensamblador de los microprocesa- dores) utilizado desde los primeros controladores programables, ya que éstos no disponían de posibilidades gráficas. Es útil para aplicaciones relativamente sencillas o para optimizar pequeños tramos de un programa. Únicamente se permite una sola operación o instrucción por linea de texto. Cada instrucción está formada por un mnemónico. Un mnemónico es una cadena de tex- to que ayuda a recordar el tipo de instrucción. Por ejemplo (tabla 3.3). LO se refiere a la instrucción de carga (en inglés, LOAD). Después del mnemónico la mayoría de las instrucciones presentan una variable (por ejemplo, un contacto de entrada, una bobina de salida, una marca, etc.). Tabla 3.3 Lista de instrucciones booleanas para los autómatas Sysma( de Omron lD lD-NOT AND AND-NOT OR OR-NOT OUT OUT-NOT AND-lD OR-lD END lee o carga una variable inicial no negada. lee o carga una variable inicial negada. Realiza el producto lógico. Realiza el producto lógico entre una primera variable y una segunda variable negada. Realiza la suma lógica. Realiza la función de suma lógica entre una primera variable y una segunda variable negada. Envia el resultado a una salida. Envía el resultado a una salida negada (una bobina, por ejemplo). Conecta dos bloques en serie. Conecta dos bloques en paralelo. Indica el lin de la listade instrucciones (programa). Comenta el programa de la figura 3.40. Ten en cuenta que para los autómatas Sysmac de Omron las entradas se indican así: xxyy, donde xx es el número del canal o grupo de entradas e yy es el número de entrada. De fomna análoga, las salidas las indicamos del siguiente modo: zztt, donde zz es el número del canal o módulo de salidas y tt es el nú- mero de salida. LO AND OR 0010 001 1 0100 0004 0101 Solución: Identificación de las entradasy las salidas: Entradas físicas(bomes): 0004 ~ entrada 4 del canal O 0011 ~ entrada 11 del canal O 001O~ entrada 10 del canal O Salidas físicas (bornes): 01 01 ~ salida 1del canal 1 01 00 ~ salida Odel canal 1 Fig. 3.40. AND NOT OUT Programación con lista de instrucciones. Entradas lógicas: la 4, la 10 y la 11 del canal Oy el estado de la salida Odel canal 1(0004,0010,0011 Y0100). Salida lógica: la salida 1del canal 1. Este programa define que la salida 0101 se activará cuando las entradas 0010 Y0011 estén activadas y no lo esté la 0004, o bien cuando lo esté la 0100 y no lo esté la0004 (utilizamos como entrada el estado de lasalida 0100). Ll ecuación que verifica el programa es la siguiente: 0101 =((0010·0011) + 0100) -/ 0004, donde la barra (1) significa "negado"_
  • 126. Unidad d,dact,ca 3. Aplicaciones con autómatas programables bl b2 b3 b4 - -----< Fig. 3.41. + c-- > = - < L enguaje grálico de programación normalizado de diagrama de bloques funcionales. Fig. 3.42. Un mismo programa escrito en los cuatro lenguajes de la norma lE C1131-3. Diagrama de contactos bS r-- & f-- b6 El texto estructurado Los diagramas de bloques fun(ionales (FBD) Los diagramas de bloques funcionales constituyen un len- guaje de tipo gráfico muy común en aplicaciones que im- plican flujo de información o datos entre diferentes compo- nentes de un mismo control, como pueden ser autómatas, reguladores, secuenciadores u ordenadores. Cada uno de estos elementos se considera un bloque que recibe y entrega información al resto de componentes del sistema. Se acostumbra a emplear con sistemas de control complejos y es bastante utilizado, sobre todo en Europa. Su uso queda fuera de los objetivos de este módulo. El lenguaje de t exto estructurado es un lenguaje de alto nivel con orígenes en los lenguajes Ada, Pascal y C. Puede utilizarse para codificar expresiones complejas e instrucciones anidadas y, en general, aquellas estructuras que sean difíciles de ex- presar con los lenguajes gráficos. Esta forma de programar autómatas acostumbran a utilizarla programadores expe- rimentados y formados como programadores más que como automatistas clásicos. Su estudio queda fuera de los objetivos de este módulo formativo. ¿Qué lenguaje debemos escoger? Escoger un lenguaje de programación depende de varios factores, entre otros: O El nivel de conocimientos del programador. Los lenguajes que nos proporcione el fabricante del autómata. O La complejidad de los problemas de automatización que haya que resolver. O El detalle en la descripción del proceso. O La estructura del sistema de control. O La coordinación con otras personas o departamentos. O Lo que demanda el cliente. O Etc. Los cuatro lenguajes de programación que hemos visto están interrelacionados y posibilitan resolver conjuntamente un problema común en función de la experiencia del programador. En la figura 3.42 se describen cuatro programas muy sencillos que realizan la misma acción: la salida que tiene asignada la variable ese activa (pasa a 1 lógico) cuando esté activada (es decir, a 1 lógico) la entrada que tiene asignada la variable A y esté desactivada (O lógico) la entrada que tiene asignada la variable B. Lista de instrucciones LD A AND NOT B OUT e Texto estructurado C~AANDNOTB Diagrama de bloques funcionales 1:=0-,
  • 127. Unidad dldacllca 3. Aplicaciones con autómatas programables ¡jemplo 3.9 on la figura 3.43 puedes ver el esquema de cableado del circuito de control para 'ealizar una operación marcha-paro. Permite efectuar el paro desde dos pulsadores ;1 y 52 Yponerlo en marcha desde 3 puntos diferentes, 53, 54 Y55. En paralelo con éstos, se ha dispuesto el contacto de automantenimiento para que el contactar 1uede enclavado. ~ealiza el programa para un autómata en diagrama de contactos y en lista de ins- trucciones que realice lo mismo que el esquema de la figura. Utiliza, para ello, las tablas de lista de instrucciones y de diagramas de contactos. Solución: SI [...1 @ParoSI,S2 S2[.. CD Marcha S3, 54, SS KMI Puedes observar las variables que hemos escogido en la tabla 3.4. La solución pue- Jes consultarla en la figura 3.44. KMli 0002 0000 0001 0100 I ) lO 0002 I OR 0003 0?03 OR 0004 I OR 0100 0?04 AND NOT 0000 Fig_ 3.43_ Esquema marcha-paro. Tabla 3.4. Asignación de variables P ulsador 51 0000 I AND NOT 0001 0100 Pulsador 52 0001 OUT 0100 I Pulsador 53 0002 Pulsador 54 0003 fig.3_44, Resolución del problema mediante diagrama de contactos (izquierda) y mediante lista de nstrucciones (paraSysmac de Omron). Pulsador SS Salida 0004 0100 E jemplo 3.10 .a figura 3.45 muestra el esquema de cableado del circuito de control )ara abrir una puerta corredera de un parking. Disponemos de los si- ~uientes elementos: > Un pulsador accionado por llave, 51 (contacto NA). > Un final de carrera activado cuando la puerta está cerrada (FCC), que dispone de dos contactos: 1NA + 1NC. > Un final de carrera activado cuando la puerta está abierta (FCA), que dispone de tres contactos: 2NA + 1NC. ) Dos contactares: uno para la apertura y otro para el cierre (KM1 Y KM2). ¡ Un temporizador con retardo a la conexión (Tl). :1 funcionamiento es el siguiente: 3) Situación inicial: La puerta está cerrada (por lo tanto, el contacto NA del final de carrera de FCC estará cerrado). El final de carrera FCA no está activado, de modo que su contacto NC permanece cerrado, lo que permite la activación con llave. Por otro lado, sus dos contac- tos NA impiden que entren Tl y KM2. S1 h '1 KM1 FCC FCA FCA KM2 FCC KMI T1 KM2 Fig. 3_ 45. Esquema de control paraabrir/cerrar lapuertade un parking. )) Al accionar la llave se alimenta KMl (queda enclavado por su contacto de automantenimiento) y la puerta se abre hasta que FCA actúa; entonces, su contacto NC abre y desconecta KM 1. Los otros dos contactos NA de FCA cierran y permiten la activación de Tl. e) Cuando el temporizador Tl acaba su retardo activa su contacto NA, lo que excita KM2 para cerrar la puerta. tsta seguirá ce- rrándose gracias al contacto de automantenimiento de KM2 hasta que active el FCC. La puerta queda cerrada y la maniobra preparada de nuevo para reiniciar el ciclo. naliza con detenimiento el funcionamiento del esquema cableado de la figura 3.45 y realiza el programa para un autómata en ~iagrama de contactos yen lista de instrucciones que efectúe lo mismo que el esquema de la figura . Utiliza, para ello, las tablas Se lista de instrucciones yde diagramas de contactos.
  • 128. UOIdad d.dácr.ca J. Aplicaciones con autómatas programables Solución: El programa para un PLC podría ser el siguiente, escogiendo, por ejemplo, las variables de la ta- bla 3.5: Tabla 3.5. Asignación de entradas ysalidas (onexión de elementos al autómata Pulsador llave S 1 0000 fCC final de carrera (NA) 0001 fCA final de carrera (NA) 0002 0100 LO 0000 ANO 0001 OR 0100 ANO NOT 0002 ANO NOT 0101 OUT 0100 LO 0002 TIM 1 #0150 LO 0002 ANO TIMl OR 0101 ANO NOT 0001 ANO NOT 0100 OUT 0101 ENO Fig. 3.46. 0000 0001 0002 0101 0100 f--------11 ;Ir ;lr--() 0100 I 0002 TIMl I #0150 0002 TlM 1 0001 0100 0101 f------1 1 I;Ir ;Ir e) 0101 I Abrir puerta (salida) KM1 Cerrar puerta (salida) KM2 0101 Resolucióndel problemamediante diagramade contactos (izquierda) y mediantelistadeinstrucciones (paraun PLC delaserie Sysmac deOmron). Considera que el #0150 que aparece en el temporizador TIM 1 corresponde a 15 segundos, puesto que estos elementos trabajan con una base de tiempo de 100 ms. Actividades 16. Entra a Intemet y accede a la página http://www.plcopen.org. En ella encontrarás información detallada sobre los diferentes modos de programar un autómata. Elabora una lista con estas distintas formas de programación y apunta al lado de cada una si son gráficas o de texto. 17. Indica cómo debemos referimos o direccionar las entradas y salidas de un autómata según la norma lEC 61 131, los lenguajes de Siemens y los de Omron. Considera que las entradas utilizadas son la 1,2, 3, 4 del canal Oy las salidas son la O, 4 Y7 del canal 1. 18. Explica qué es una marca interna y para qué puede utilizarse. 19. Resuelve el ejemplo 3.7 de control del llenado de un depósito mediante el lenguaje de contactos. Puedes indi- car las entradas y salidas según el lenguaje de Omron, por ejemplo. 20. Resuelve el ejemplo 3.7 de control del llenado de un depósito mediante lista de instrucciones. Puedes indicar las entradas y salidas según el lenguaje de Omron, por ejemplo. 21. Modifica el esquema de control del marcha-paro de la figura 3.43 para que pueda ponerse en marcha y pararse desde dos puntos más y además incluya un señalizador de marcha y otro de paro. Dibuja cómo conectarías estos elementos a un autómata y realiza el programa en lista de instrucciones o en diagrama de contactos. 22. Modifica el esquema de control del marcha-paro de la figura 3.43 introduciendo en serie con los pulsadores de paro un contacto auxiliar del guardamotor (abertura automática por sobrecarga y rearme manual). Dibuja cómo conectarías estos elementos a un autómata y realiza el programa en lista de instrucciones o en diagrama de contactos. 23. Realiza el programa para poner en marcha un motor de forma que la puesta en marcha esté retrasada un deter- minado tiempo (establece el retardo que quieras). Fíjate en el ejemplo 3. 10 y utiliza el mismo símbolo y forma de activar el temporizador. 24. Con respecto al ejemplo 3.10, ¿cómo instalarías un control de apertura para poder abrir la puerta del parking desde dentro? Observa que ahora sólo se puede abrir desde fuera. Supón que mientras se cierra la puerta, una persona (u otro vehículo) pasa por la zona de dicha puerta, con lo que hay peligro de sufrir un accidente. ¿Cómo protegerías a la persona (o vehículo) de esta situación?
  • 129. UOIdad dldactlca J Aplicaciones con autómatas programables 7 Para saber más... ejemplos de automatización avanzados ¡Im p ortante ! El GRAFCET, en realidad, no es un lenguaje de pro- gramación (la norma UNE· EN 611 31 no lo admite como tal), aunque existen compiladores para algunos autómatas que son capaces de traducir un GRAFCET que esté lo suficientemente detallado en un programa para un autómata en con- creto. E jemplo 3.11 En este apartado vamos a plantear diferentes ejemplos de automatización para los que presentaremos su solución utilizando como herramienta el GRAFCET, que desarrollaremos después en diagrama de contactos. El objetivo de estos ejemplos es que seas capaz de entender, con la ayuda del profesor, los GRAFCET y los pro- gramas que los desarrollan. Si eres capaz de interpretar cada etapa, sus acciones asociadas y las transiciones entre etapas, podrás realizar la comprobación de los automatismos e incluso sugerir algún cambio o modificación. El GRAFCET es una herramienta para la descripción gráfica de la secuencia que debe seguir un programa de control. En la unidad 1 se han definido sus elementos gráficos, sus normas sintácticas y los diferentes tipos de secuencias (lineales, alterna- tivas, iterativas, concurrentes, saltos, etc.). El GRAFCET define en forma de bloques las acciones que deben realizarse y las condiciones de transición entre estos bloques. Los otros cuatro lenguajes se utilizan para escribir el programa que hay dentro de cada uno de estos bloques y que el autómata debe seguir para realizar las acciones asociadas, a la vista de las condicio- nes que se den y del punto de la secuencia de que se trate. Solamente cuando los bloques del GRAFCET están suficientemente detallados, podemos asimilarlos a una forma de programar en sí mismo. El GRAFeET estnuctura la organización interna de un programa y ayuda a descompo- ner un problema de control en partes más manejables, con lo que se mantiene una visión de conjunto. Un carro móvil eaccionado por un motor de corriente continua, M, circula por un carril de una determinada máquina. El carro se pone en marcha al accionar un pulsador 5. Cuando el carro llegue al extremo de este carril se debe detener. Realiza: Fig. 3.47. a) Las etapas de un GRAFCET que solucione este sistema. b) El esquema de conexión eléctrica entre los distintos elementos que forman el sistema descrito con un autómata alimentado a continua. e) El programa en lenguaje de diagrama de contactos. Solución: a) El GRAFCET que soluciona este sistema lo pue- des ver en la figura 3.48. Consiste en una estruc- tura lineal que define 3 etapas. Comenzamos por una etapa diferente de 0, pues estamos realizando el programa de una parte del automatismo de la máquina. La etapa 5 define el estado de reposo (OFF) del motor del móvil M. Cuando se pulse 5 (5 = 1 lógico) se pasará a activar la etapa 6, con lo que la 5 ysus acciones asociadas se desactivarán yel motor del móvil se pondrá en marcha (ON). Como consecuencia de dicha marcha, el mó- vil alcanzará el extremo del carril en el que se Fig. 3.48. El motor del móvil se pone en marcha al pulsar Sy se detiene al Quedar accionado el final decarrera Tpor el propio móvil. encuentra T, un final de carrera que, al accionarse (paso a 1), accionará la etapa 7, de modo que se desactivará la 6 y sus acciones asociadas ydetendrá el motor, lo que impedirá que el móvil salga del carril.
  • 130. Unidad didáctICa 3 Aplicaciones con autómatas programables b) Deben formar parte de la conexión los elementos declarados, esto es, el autómata, el pulsador $, el final de carrera T y el motor del móvil M, asi como los elementos no declarados, como por ejemplo una fuente de alimentación para alimentar al autómata y al motor y poder polarizar los elementos de entrada $ y T. La figura 3.49 muestra la conexión de los diferentes elementos. Observa que en las entradas del autómata se conectan lo que van a ser las transi- ciones del GRAFCET, mientras que en las salidas se conectan los elemen- tos que posibilitan las acciones asociadas a las etapas. Ten en cuenta que las etapas en sí no tienen conexión física y son elementos virtuales que representan un estado posible del sistema. Fíjate en que es posible repre- sentar un mismo estado con más de una etapa. Al realizar las conexiones, debe garantizarse que la corriente que va a circular por el motor es soportada por el contacto intemo del autómata, y que la fuente de alimentación está dimensionada correctamente para poder dar servicio a todas las cargas. e) En la figura 3.50 puedes ver la solución a este ejemplo escrita en lengua- je de diagrama de contactos, según el GRAFCET de la figura 3.48. La asignación de variables realizada la tienes en la tabla 3.6. A continuación explicaremos con detalle el diagrama de contactos. Primera secuencia de contactos. La etapa 5 está activada y, por tanto, para activar la etapa 6 solamente debe pulsarse el pulsador $. Desde el punto de vista de la memoria del autómata, la etapa 5 está representada por un bit intemo, lo que se denomina una marca; con- cretamente, se ha tomado la marca 5 de la palabra O, que se represen- ta mediante MO.S. El bit de salida que representará que la etapa 6 se ha activado corresponderá al de la marca MO.6 y quedará enclavado (memorizado), de ahí que la salida contenga la palabra Set, que, al igual que en las básculas de los circuitos digitales, corresponde al en- clavamiento. Segunda secuencia de contactos. La primera consecuencia de haberse enclavado la marca MO.6 (activada etapa 6) es desenclavar la marca MO.5 (desactivada etapa 5)mediante una salida de tipo Reset. Al acti- varse la etapa 6, también debe realizarse la otra acción asociada a esta etapa: conectar el motor, que se ha decidido que se haga mediante la activación de 00.0. Después de esta acción, el móvil se va a poner en marcha. , Tercera secuencia de contactos.Con el motor en marcha (etapa 6), el móvil se desplazará hasta topar con el final de carrera T. Si T hubiera actuado (por el motivo que fuera) mientras la etapa 6 estaba desactiva- da, no habría tenido ninguna consecuencia. Cuando T actúe con la etapa 6 activada, se activará la etapa 7 (que equivale a poner a 1 el bit interno MO.7), con lo que, inmediatamente, se desactiva la etapa 6 (MO.6 pasa a O). Cuarta secuencia de contactos.Como consecuencia de haber activado la etapa 7, se realizan las acciones de control asociadas: el motor se detiene poniendo a Ola salida 00.0. ¿Lo ves? Observa la segunda se- cuencia, en la que habíamos escrito que la salida 00.0 sólo podía estar activada si lo estaba la marca MO.6 (etapa 6). En este punto, es importante que recuerdes que el programa se ejecu- ta cíclicamente como se describió en la figura 3.9, yque, por lo tanto, se puede considerar que se ejecuta muchas veces (se producen mu- chos ciclos de sean) antes de que se pase de una etapa a otra. Precisa- mente en este hecho se basa el control en tiempo real: el controlador debe ser mucho más rápido que el elemento más rápido de entre los controlados. TIerra : Fase : Neutro - - ,6' A C- DC + - QO.o COM .:r + ---< - kf> PLC - C i~),SI)OI I O·· l·· I .l. Fig. 3.49. (onexión eléctrica de los elementos del ejemplo 3.11. Elafa 5 S Etapa 6 f--- M -I . '_0f- 1 . 5 - -l1f-I---feSet ) 10.1 M 0.6 Etapa 6 Etapa 5 1----1:f---..---lReset) M 0.6 M 0.5 Motor ) Q 0.0 Etapa 7 I-----i( Set ) M 0.7 Etapa 6 f----II-----I(Rese0 M 0.6 Fig. 3.50. Programaen lenguaje dediagrama de contactos del GRAFCET de la figura 3.48. Tabla 3.6. Asignación de variables del ejemplo 3.11 Pulsador marcha S I0.1 Final de carrera T 10.0 Salida al motor Motor Q0.0 Marca deetapaS M0.5 Marca de etapa 6 M0.6 Marca de etapa 7 M0.7
  • 131. UnIdad didatllca 3. Aplicaciones con autómatas programables Ejemplo 3.12 Un autómata debe controlar una taladradora como la de la figura 3.51 . Esta taladradora se pone en marcha cuando el autómata recibe una señal T. La taladradora consta de un motor de giro'Ml, y otro M2 que acciona una leva excéntrica que da una vuelta entera y lleva con- sigo la taladradora. Con ello, se consigue el movimiento de vaivén necesario para hacer un taladro. Cuando el taladro finaliza, la leva acciona un microrruptor que genera la señal necesaria para esperar 2 segundos y reiniciar la maniobra indefinidamente hasta que se desconecte el au- tómata. La taladradora dispone de un pulsador de paro que, además de seccionar el circuito de los motores, está conectado al autómata. a) Realiza el GRAFCET del programa. b) Elabora el diagrama de contactos de este automatismo. Fig. 3.51. Taladradora. Solución: a) Un GRAFCET solución del automatismo lo puedes ver en la figura 3.52. Observa que el mismo microrruptor sirve para poner en marcha y parar los motores. Cuando el autómata reciba la señal Tentrará en la etapa cero de posiciona- miento inicial; para conseguir el correcto posicionamiento, debe poner en marcha el motor M2, que es el que va a mover la leva que acciona el micro- rruptor Fe. Si FC no estaba accionado, la leva girará hasta accionarlo, y si ya estaba accionado lo pondrá en marcha para proceder al taladrado junto a Ml. La operación de taladrado finaliza con la detección del flanco de subida de la señal FC (representado por un contacto con una P de flanco positivo en su interior). Esta condición da paso a la etapa 2, que desactiva la etapa 1 y sus acciones asociadas: se paran los dos motores. Además, en esta etapa se activa el temporizador 1. Cuando éste finalice con el retardo programado (2 segundos), se pasará de nuevo a la etapa 1, Yse iniciará una nueva operación de taladrado. b) La asignación de variables realizada la puedes ver en la tabla 3.7 y el diagra- ma de contactos puedes consultarlo en la figura 3.53. Incluye las novedades siguientes: o Incluye un contacto de flanco positivo para el microrruptor Fe, de forma que detecta el flanco positivo, es decir, el paso de abierto a cerrado (de no activado a activado). Fíjate en su símbolo, está dentro de la línea de color verde, es el de un contacto pero dentro con la letra P. iCuidado!, no lo confundas con el pulsador de paro, también llamado P. También es interesante desta- car la utilización en este progra- ma del temporizador 1 (en in- glés, timer 1). Tanto el timer 1 como el contacto asociado a su salida (valdrá O mientras tem- poriza y 1 cuando ha acabado la temporización) están indica- dos dentro de las líneas conti- nuas de color rojo. Tabla 3.7. Asignación de variables del ejemplo 3.12 Pulsador de paro P 10.0 Pulsador de inicializaciónT I 0.1 Microrruptor F C 10.2 Marcade etapa O M0.0 Marca de etapa 1 M0.1 Marca de etapa 2 M0.2 Salida motor Ml Q 0.0 Salidamotor M2 Q0.1 T o MotorM20N MotorM10N MotorM20N Motor Ml OFF Motor M20FF Temporizador ON e.tiempo - 2 segundos Fig.3.52. GRAFCET de la taladradora. T P Etapa O I AY eSe. ) M 0.0 10.1 10.0 ':Et 'c-),OO., Etapa 1 M 0.1 Etapa O Fe Etapa 1 P I AY M 0.1 10.0 Etapa 1 Se! ) M 0. Etapa O Rese0 M 0.0 Etapa 2 Rese0 M 0.2 Motor MI e )Q 00 Fig.3.53. Diagramade contactos para la taladradora.
  • 132. Unidad dldactlca 3. Apli[iciones con autómatas programables Ejemplo 3.13 Una máquina de cortar tubos, como la que puede verse en la figura 3.54, se acciona con un pulsador T. Una bobina de tubo va avanzando, accionada por un motor M, hasta alcanzar la posición de corte al tocar un final de carrera FC, momento en el que el motor Mdebe pararse. En ese instante, un cilindro neumático de doble efecto, CA, avanza para presionar el tubo con una mordaza que tiene en el extremo del vástago ytambién se acciona otro cilindro, CS, paracortar el tubo con un útil de corte. a) b) ~e~ BDR ADR BDR CA CB Fig. 3.54. ADA BDA ADA BDA Automatización de una máquina de cortar tubos. Se representan en rojo los ~¡, ~ elementos accionados y en FC verde los elementos que no están accionados en cada M caso. Una vez cortado el tubo, ambos cilindros retroceden a la vez y el motor M se acciona de nuevo para reiniciar el ciclo. Cada ci· lindro tiene dos electroválvulas, EVAvance y EVRetroceso, ydos detectores inductivos de posición, DAvanzado y DRetrocedido encima de la camisa. Realiza el GRAFCET del programa y el diagrama de contactos de este automatismo. Solución: En la tabla 3.8 puede consultarse la asignación de entradas y salidas de este ejemplo y en la figura 3.55, un GRAFCET solución de la automati- zación de la máquina. Este GRAFCET es un ejemplo de divergencia y convergencia en Y. Observa que, estando en la etapa 1, si se cumple la condición de transición de que el tubo llega al final de carrera (Fq y los cilindros A y Sestán retro- cedidos, estos se activan a la vez bajando los dos cilindros (divergencia en Y, hacia las etapas 2 y4). El hecho de que se accionen los dos cilindros a la vez no implica que los dos lleguen a su final al mismo tiempo. Tabla 3.8. Asignación de entradas, salidas y marcas del autómata a las señales del ejemplo 3.13. Señales Señal de arranque, T Señal de paro, P Final de carrera, FC Detector CA retrocedido (ADR) Detector CA avanzado (ADA) Detector CB retrocedido (BDR) Detector CB avanzado (BOA) Motor, M Electroválvula Aavance (A-EV Avance) Electroválvula A retrocedido (A·E VRetr.) Electroválvula 8 avance (S·EV Avance) E lectroválvula 8 retrocedido (S·EV Retr.) Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Etapa 4 Etapa 5 - - - Entrada I0.1 10.0 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 Salida Q00 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Marca M 0.1 M 0.2 M0.3 M0.4 M0.5 Fig. 3.5S. GRAFCET de automatización de la máquina cortatubos. Primero llega el que aguanta el tubo ydespués el que lo corta. Así mismo, al desactivarse la etapa 1, lo hacen las acciones asociadas a ésta (recuer· da las reglas del GRAFCET explicadas en la uni· dad 1). Por lo tanto, se parará el motor M. Una vez el tubo ha sido cortado, la condición de retorno para cada cilindro consiste en comprobar que esté en posición de avanzado. La verificación de estas dos condiciones pemniten la transición en paralelo a las etapas 3 y 5 (desactivación de 2 y 4). En estas etapas se realizan los retrocesos de los cilindros. En cuanto los cilindros llegan ala posición de retrocedidos (ADR·SDR) se produce de nuevo la activación de la etapa 1 (desactiva· ción de 3 y5 Ysus acciones asociadas), yvuelve a realizarse otro ciclo. Tenemos aquí la convergen· cia en Y(de las etapas 3 y 5 a la etapa 1).
  • 133. Unidad didactlca 3. Aplicaciones con autómatas programables En la figura 3.56 puedes observar la implementación del GRAFCET anterior en lenguaje d e contac- tos. Fig.3.56. Diagramade contactos que desarrolla el GRAFCET de la figura3.55. Ejemplo 3.14 T P Etapa 1 Se! ) 10.1 10.0 MO.l Etapa 3 Etapa 5 ADR SOR HHH M03 MO.5 I 0.3 I 0.5 Etapa ¡ P Motor M I AY e )QOO MO.l 10,0 Etapa 1 Etapa 3 ~ '''et ) M 0.3 MO.l EtapaS Reset) M0.5 Etapa 1 Fe ADR BOR Etapa 2 M o~oHoHorrcE~::? M 0.2 Etapa 2 Etapa 4 Etapa 1 ~. ,,~ Sel ) MDA Hf-{,eset) MO.I M 0.2 M DA Etapa 2 P A-EV Avan. Hr-{ )QO! M 0.2 10.0 Etapa 4 P B-EV Ayan. f--*--{ ) Q 0.3 M DA 10.0 Etapa 2 ADA Etilpa 3 HH )M03 M 0.2 10.4 Etapa 4 BOA Etapa 5 HH )M05 MOA 10.6 Etapa 3 Etapa 2 H ResetJ MQ.2 M 0.3 Etapa 5 Etapa 4 H Re5et) MOA M 0.5 Etapa 3 P A·EV Retr. HH )QO.2 M 0.3 10.0 Etapil 5 P B-EV Reir. HH )QOA M 0.5 10.0 En la máquina expendedora automática de la figura 3.57, cuando el importe de las monedas introducidas es correcto (variable K = 1), se da paso a que el usuario seleccione un producto de entre varios. Podrá escoger sólo entre 3 productos y se le ofrecerán 3 pulsadores (P1, P2 YP3) para dicha elección. Si pulsa más de uno, solamente le obedecerá el primero que ha pulsado, y si hay simultaneidad no hará nada hasta que únicamente se pulse uno. La expedición del producto consistirá en hacer girar una espiral accionada por un motor durante una vuelta (un motor por espiral). Un final de carrera FCx en cada espiral indicará cuándo se ha dado la vuelta entera y el producto ya ha sido expedido. Fig.3.57. MI ~((!!m!!!!mml)r- M2 Fe I Pie ~((!II!!!!!!mml)r- M3 ~((1I!II!!I!lII!III),- FC3D P3e MonedasOK E squema de la máquina expendedora y GRAFCET del automatismo (ejemplo de divergencia y convergencia en O). Solución: En las figuras 3.57 y 3.58 puedes observar el esquema, el GRAFCET y el diagrama de contactos que soluciona el problema. La secuencia del GRAFCET para este ejemplo corresponde a una divergencia y convergencia en O. Veámoslo. Observa que las condiciones para abandonar la etapa 1 pueden ser tres y corresponden a una divergencia en O: en función del pulsador se pro- duce la transición a la etapa 2 o la 3, o bien la 4, de forma excluyente entre ellas; es decir, si pasamos a la etapa 2 no es posible que se pase a la 3 o a la 4. En la figura 3.58 tienes resuelto el diagrama de contactos.
  • 134. Unidad dldá(ti(a J. Aplicaciones con autómatas programables fig. J.58. Resolución del ejemplo 3.14 con diagramas de contactos. Después de las etapas 2, 3o 4 (la que esté activada), el final de carrera correspondiente, que indica que el producto se ha expedido, da paso alaetapa 5. Aquí puedes ver la convergencia en O. Actividades Monedas 10t-rC::?MOl ,v L(Reset) M0.5 Etapa! K PI P2 P3 Etap.i2 H H f-------:;jf-+- Set ) M0.2 MQ.1 10.4 10.1 10.2 10.3 Etapa 1 K PI P2 P3 Etapa 3 H I Jr If-----,If---{ Set ) M03 MO. 1 lOA 10.1 10.2 10.3 Etapa 1 K PI P2 P3 Etapa 4 H~HSet)MOA MQ. IDA 10.1 10.2 10.3 MO.2 Etapa 3 M 0.3 Etapa 4 M 0.4 Etapa 1 Reset) MO. Eta 2 Motor MI H )QO.I MO.2 25. Realiza el GRAFCET del ejemplo 3.7. Etapa 3 Motor M2 HR"")Q02 M 0.3 Etapa 4 Motor M3 H Reset JQ 0.3 M 0.4 Etapa 2 Fe 1 Etapa 5 H Se! ) M0.5 M 0.2 10.5 Etapa 3 Fe 2 H M 0.3 10.6 Etapa 4 Fe 3 H M DA 10.7 Etapa 5 Etapa 2 Reset) M0.2 Etapa 3 Reset) M03 Etapa 4 Reset JM 0.4 26. Con la ayuda de tu profesor realiza el GRAFCET y la programación en lenguaje de contactos para el siguiente automatismo. En un determinado paso de la secuencia de montaje automatizado de unas piezas, debe introducirse una pieza dentro de otra. Estas piezas encajan siem- pre que la orientación lo permita, tal como puede verse en la figura 3.59. La maniobra se inicia con la marcha del motor M1 que permite subir y bajar la insertadora. Si las piezas encajan al primer intento, se obtiene la señal pro- cedente del detector inductivo DI, y la insertadora subirá mediante el motor M1. Si no encajan, entonces no llega la señal DI y un temporizador que se ha puesto en marcha al bajar la insertadora, pasado 1 segundo, se activa. Si el temporizador se activa, debe hacerse un movimiento de vaivén de la inserta- dora mediante un giro a la derecha con un motor M2 hasta que actúe un final de carrera FCD y otro a la izquierda con el mismo motor hasta que actúe FCI, a fin de forzar el encaje de las dos piezas. Necesariamente, con estos giros, las dos piezas se encajarán. Cuando la señal DI llegue, se accionará de nuevo la insertadora mediante M1, pero en sentido ascendente. fig.3.59. Ejemplo de insertadora automática. 27. Dibuja la conexión eléctrica del ejemplo 3.12 (taladradora) utilizando un autómata con alimentación en alterna. 28. Dibuja la conexión eléctrica del ejemplo 3. 13 (rnáquina cortatubos) utilizando un autómata con alimentación en continua. 29. Dibuja la conexión eléctrica del ejemplo 3.14 (expendedora) utilizando un autómata con alimentación en alter- na. 30. Dibuja la conexión eléctrica del ejemplo 3.7 utilizando un autómata con alirnentación en alterna.
  • 135. Unidad didáctica 3 Aplicaciones con autómatas programables Aplicaciones yventajas einconvenientes de los autómatas Actualmente es casi impo- sible encontrar un equipo industrial con una sofistica- ción mínima que no incor- pore un autómata. Los autómatas programables tienen su campo de aplicación más inmediato en los procesos de tipo industrial de cualquier clase. Al disponerse de tanta cantidad de modelos y prestaciones, es posible asegurar, sin temor a equivocarse, que existe un autómata a la medida de cada aplicación. En los últimos años se han instalado muchos ordenadores industriales de tipo PC, que son ordenadores reforzados para ser inmunes a interferencias electromagnéti- cas, despojados de todos aquellos elementos que no sean imprescindibles y con toda la capacidad de un PC, y, así mismo, con sistemas operativos enfocados mása procesos de control que a la interfaz con personas. Son una posibilidad interesante, pero su discusión queda fuera del alcance de este módulo. Campos de aplicación preferente de autómatas programables: Control de movimientos de máquinas (avanzar, retroceder, girar, subir, bajar, etc.). o Máquinas de prensar, estampar, trefilar, embutir, etc. Procesos de fabricación en lineas continuas, como embotellado, embalaje, etiquetado, pesaje, dosificación, etc. Procesos en los que se requieracontrol lógico, como ascensores, hornos, bombas hidráulicas, semáforos, manejo de materiales, calderas, puentes grúa, centrales eléctricas, lavadoras, control de motores, etc. Equipos neumáticos, hidráulicos y oleohidraulicos. C ontrol de cultivos en invernaderos, abonos enla tierra, dosifica- ción de piensos, control dedestilerías, refinerías, etc. o tndustrias de maderas, muebles, áridos, plásticos, alimentarias, automocíón, etc. tnstalaciones de procesos complejos. D omótica y control de sistemas domésticos (calefacción, lumino- sidad, etc.). ventajas de los autómatas: U san lógica programada en vez de cableada. Menor tiempo deelaboración de proyectos. o posibilidad de hacer cambios fácilmenteconunminimo coste. Mínima ocupación de espacio, poco peso y tamaiio. Menor coste de instalación, actualización y de mantenimiento. o Recalificación de la mano de obra hacia tareas más gratifican- tes. POSibilidadde gobernar varías máquinas con el mismo autóma- ta. Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Si el autómata queda pequeiio parael proceso industrial, puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de pro- ducción. facilitalaimplementación de sistemas de control distribuido y el control jerarquizado. ., E sun sistema muy fiable. Es pOSible instalarlo donde existan condiciones severas de tem- peratura, ambiente, inlluencias eléctricas y químicas, humedad, vibración, ruidos, polvo, contaminantes, cortes de energía, etc., dentrode márgenes generosos. Permite la simulación de procesos, alarmas y fallos sin influir di- rectamenteen la máquina oproceso. Inconvenientes de los autómatas: Requieren personal formado específicamente, tanto operativo como para las tareas de mantenimiento. El coste inicial de los componentes de desarrollo es considera- ble. o L atecnologíaestáaún un tanto"cerrada", puesto que no se han alcanzado suficientes estándares de compatibilidad entre autó- matas de diferentes fabricantes.
  • 136. Untdad dldactlcJ 3 Aplicaciones con autómatas programables ___A _ u _t_o_ e_ va _l_ u_ a _ ci_ ó_ n ____~r¡----------------- 1. Un autómata programable es un: 8. En temas relacionados con el control, se entiende a) Ordenador. por "tiempo real": b) Controlador lógico programable. a) Aquellas cosas que pasan en un momento de- terminado. e) Terminal especial para operarios. b) Operar a mayor velocidad que los elementos 2. Se considera que el primer autómata programable más rápidos de un proceso. fue un: e) Aquello que sucede en menos de 1 segundo. a) PDP-S. 9. El programa de usuario, en un autómata, se ejecuta: b) MODICON. a) En cada ciclo de exploración. e) CPU. b) Al principio, al poner en marcha el autómata. 3. En la estructura interna de un autómata programa- e) Cada vez que hay un cambio en el proceso con- ble hay: trolado. a) Terminales. 10. Las entradas, en un autómata, son: b) Periféricos. a) Los bornes a los que se conectan los sensores. e) CPU. b) Los bits que representan la tabla de imagen de 4. Las formas europeas y americanas se encuentran las entradas. en los autómatas: e) Fijas, las marca el fabricante y no pueden am- a) Modulares. pliarse. b) Compactos. 11. Las entradas, en un autómata: e) Tanto en los compactos como en los modulares. a) Pueden ser tanto analógicas como digitales a la 5. La diferencia entre la memoria de programa y la vez. de la imagen de las tablas de entrada y salida es: b) O son analógicas o son digitales, pero no pue- a) Que una es volátil y la otra no. den coexistir. b) No hay diferencia, es el mismo tipo de memo- e) Son en tensión, en corriente o pulsantes, pero no todas a la vez. na. e) Que una se puede rescribir y la otra no. 12. Un autómata tiene entradas digitales: 6. Las tareas comunes en el ciclo de exploración: a) Solamente si es modular. a) Se realizan una sola vez al arrancar durante el b) Solamente si es compacto. primer ciclo de exploración. e) Pueden incorporarlas tanto los modulares como b) Se realizan dentro de cada ciclo de explora- los compactos. ción. 13. Un autómata tiene entradas analógicas: e) Se realizan solamente algunas veces. a) Únicamente si es modular. 7. La memoria con las tablas de imagen de las entra- b) Solamente si es compacto. das y salidas: e) Pueden incorporarlas tanto los modulares como a) Se actualiza una sola vez al arrancar durante el los compactos. primer ciclo de exploración. b) Se actualiza dentro de cada ciclo de explora- 14. Un autómata tiene salidas digitales: ción. a) Solamente si es modular. e) Se actualiza solamente algunas veces. b) Únicamente si es compacto.
  • 137. Unidad didactlca 3. Aplicaciones con autómatas programables e) Pueden incorporarlas tanto los modulares como e) Se conecta a la red a través de una fuente con- los compactos. mutada. 15. Un autómata tiene salidas analógicas: 22. En un autómata con entradas digitales a 24 V: a) Solamente si es modular. a) Es necesario polarizar dichas entradas con una b) Solamente si es compacto. fuente externa. e) Pueden incorporarlas tanto los modulares como b) Las entradas están internamente polarizadas. los compactos. e) Las entradas no deben polarizarse. 16. Las salidas digitales, en un autómata: 23. En un autómata con entradas digitales a 230 V: a) Pueden ser en forma de tensión o en forma de a) Es necesario polarizar dichas entradas con una corriente. referencia externa. b) Pueden ser a relé o a triac. b) Las entradas no tienen polarización. e) Normalmente no incorporan transistores. e) Las entradas no deben polarizarse. 17. Las salidas analógicas, en un autómata: 24. En un autómata con salidas digitales a 230 V: a) Pueden ser en forma de tensión o en forrna de a) Es necesario polarizar dichas salidas con una corriente. referencia externa. b) Pueden controlar directamente cargas a 230 V b) Las salidas no tienen polarización. de alterna. e) Usan un tipo de relé analógico. e) Las salidas no deben polarizarse. 18. Para desmontar un módulo de un autómata mo- 25. En un autómata con salidas a relé: dular se requiere: a) Es necesario polarizar dichas salidas con una a) Un destomillador plano. referencia externa. b) Un destomillador de estrella. b) Las salidas no tienen polarización. e) Una llave Allen. e) Las salidas no deben conectarse. 19. Normalmente, un autómata, se monta: 26. La norma lEC 61131-3: a) En un carril DIN vertical. a) Es obligatoria para los fabricantes de autóma- b) En un carril DIN horizontal. taso c) Atornillado sobre el armario. b) Favorece los intereses del programador. 20. Un autómata cuya alimentación es de 230 V: c) Define 6 lenguajes de programación. a) Se conecta a la red mediante un transformador 27. La norma lEC 61131-3: separador para aislarlo. a) Define 4 lenguajes de programación. b) Se conecta directamente a la red. b) Define 5 lenguajes de programación. e) Se conecta a la red a través de una fuente con- c) No la cumple casi nadie. mutada. 21. Un autómata cuya alimentación es de 24 V: 28. Dentro de un cuadro eléctrico, el autómata: a) Se conecta a la red mediante un transformador a) Se monta en la parte superior. separador para aislarlo. b) Se monta en la parte inferior. b) Se conecta directamente a la red. e) Ocupa cualquier posición.
  • 138. Unidad didáctica 4 Mecánica básica ¿Qué aprenderemos? o Cuáles son los materiales más utilizados en las operaciones de mecani- zado y qué características tienen. O Cuáles son las operaciones de mecanizado más habituales para la rea- lización de cuadros eléctricos y qué herramientas necesitaremos para realizarlas. O Qué tipos de uniones se utilizan para la construcción y el montaje de cuadros eléctricos. O Cómo hay que representar, interpretar y medir las piezas que deben mecanizarse con el nivel de precisión exigido.
  • 139. Unidad didáctica 4 Mecánica básica ¡ Operaciones de mecanizado fig. 4.1. El montaje e instalación de cuadros eléctricos requiere el conocimiento de algunas operaciones de mecánica básica. Cuando hablamos de automatismos y cuadros eléctricos y, en general, de cualquier tema relacionado con la electricidad y la electrotecnia, pensamos rápidamente en conductores eléctricos, conectores, elementos de mando y regulación, etc., pero rara vez nos planteamos donde están colocados físicamente. Obviamente no están colocados al azar ni de forma arbitraria a lo largo y ancho de una instalación, sino que están colocados, protegidos y confinados en armarios o cuadros eléctricos seguros. Todo esto es necesario, entre otras cosas, para evitar peligrosos accidentes de trabajo por parte de los operarios de las instalaciones. Según el material utilizado en su construcción, se pueden distinguir dos tipos de armarios o cuadros: o Los armarios metálicos. Están construidos con aleaciones o combinaciones de me- tales, básicamente con chapa de acero soldada. Se instalan en forma de cofre estanco o con armarios de fijación mural o apoyados en el suelo. O Los armarios aislantes. Están construidos con material de plástico. Suelen ser tipo cofre o armarios de fijación mural bien empotrada o en superficie. Como puedes ver, el primer problema que hay que afrontar es el de elegir los ma- teriales más adecuados según la función que tengan que realizar, el lugar donde se emplacen y las propias características de la instalación. Así pues, la primera parte de la unidad la dedicaremos a estudiar los materiales y sus propiedades. Elegidos los materiales, el paso siguiente será el diseño y la representación gráfica de las piezas, de modo que su interpretación no dé lugar a dudas. Veremos breve- mente algunas pautas sobre cómo hay que dibujar e interpretar dichas representa- Ciones. En el montaje, el mantenimiento o la reparación de instalaciones eléctricas, estos armarios o cuadr.os deben ser mecanizados con multitud de operaciones que nos hace falta conocer: trazado, cortado, serrado, doblado, roscado, taladrado, trepana- do, roblonado, entre otras muchas. Por esta razón, en esta unidad nos centraremos en las operaciones mecánicas básicas, así como en las herramientas o las máquinas empleadas para su ejecución. Para llevar a cabo estos procesos correctamente serán necesarias otras operaciones, como la medición de los objetos y las piezas con los instrumentos adecuados. A ellas nos referiremos en la última parte de la unidad. Materiales para mecanizado ysus propiedades Los materiales utilizados en la construcción de automatismos y cuadros eléctricos son diversos y de diferente naturaleza. Sin embargo, en general, la mayoría de ellos son elementos metálicos y combinaciones o aleaciones entre ellos. De todos los metales, sin duda, el más recurrente es el hierro. Tanto es así que acostumbramos a clasificar los metales en dos grandes grupos: metales férricos y metales no férricos en función de si es éste o no el principal elemento. Además, tenemos el grupo de los plásticos que, en los últimos años, está teniendo una presencia cada vez mayor, no solamente en innumerable cantidad de objetos utilizados en nuestra vida diaria, sino también en los que se usan para la fabricación de elementos y componentes eléctricos y electrotécnicos. A continuación, estudia- remos las propiedades básicas de los materiales más utilizados para la construcción de cuadros eléctricos.
  • 140. UnIdad dIdáctica 4. Mecánica básica Fi9· 4.2. los derivados del hierro presentan excelentes y variadas propiedades mecánicas. Los metales férricos En la naturaleza el hierro no se encuentra como elemento solo y aislado, sino que aparece mezclado en diferentes minerales, por lo que el hierro puro o dulce es cos- toso de conseguir. Además, en estas condiciones, el hierro posee una baja resistencia mecánica y una alta tendencia a la corrosión, razones que lo convierten en un material con pocas aplicaciones industriales en estado puro. Sin embargo el hierro se convierte en un material fundamental una vez sometido a tratamientos especiales como el acero y la fundición. En general, los metales férricos presentan excelentes y variadas propiedades mecá- nicas, además de un relativo bajo precio. Los aceros El acero es una aleación férrica que contiene cantidades pequeñísimas de carbono, manganeso, fósforo, azufre y silicio. Actualmente, disponemos en el mercado de una elevada gama de aceros especiales, que incorporan, además de los elementos citados, otros como el aluminio, el níquel, el cromo, el molibdeno, el vanadio, el tungsteno, el cobalto, el selenio, el titanio y el zirconio. El acero en sus diversas formas presenta dos ventajas respecto al hierro dulce que lo hace mucho más útil: alta resistencia mecánica y baja corrosión. Según su composición, podemos diferenciar entre diferentes tipos de aceros: O Aceros bajos en carbono. Estos aceros contienen menos del 0,25 % en peso de car- bono. Son aceros blandos y poco resistentes, pero con extraordinaria ductilidad y tenacidad. Además, son de fácil soldado, mecanizables y baratos. O Aceros medios en carbono. Tienen porcentajes en carbono comprendidos entre el 0,25 % Y 0,60 %. Estos aceros tratados ténmicamente son más resistentes que los aceros de bajo carbono, pero menos dúctiles. O Aceros altos en carbono. Normalmente contienen entre un 0,60 % Y un 1,9 % en carbono. Son más duros y resistentes y aún menos dúctiles que los otros carbo- nos vistos. Son especialmente resistentes al desgaste. O Aceros inoxidables. Son aceros basados en la adición considerable de cromo y ní- quel como elementos de aleación, además de otros elementos como el molib- deno. O Aceros para herramientas. Son aceros de alta aleación utilizados en la fabricación de herramientas que contienen cantidades importantes de cromo, níquel, vanadio y wolframio. Van acompañados de tratamientos térmicos que les dan caracterís- ticas muy particulares de dureza y resistencia al desgaste y a la deformación por el calor. Las fundiciones Podemos definir las fundiciones como aleaciones férricas con un porcentaje de carbono superior al 1,76 % e inferior al 6,67 %. Las principales propiedades que presentan son las siguientes: Tienen un amplio intervalo de resistencias mecánicas y durezas. Aunque tienen una resistencia al desgaste, a la abrasión y a la corrosión relativa- mente elevada, presentan una débil resistencia al impacto. O No admiten laminaciones ni deformaciones por forja. Son frágiles y quebradizas.
  • 141. Fig. 4.3. El aluminio es uno de los elementos más empleados hoy en dia para la fabricación de cajas, carcasas y armarios para las instalaciones eléctricas, debido a su ligereza y su resistencia ala corrosión. Unidad didáctica 4 Mecánica básica Los metales no férricos Los metales industriales no férricos y sus aleaciones son, en general, resistentes a la oxidación y la corrosión atmosférica, y son recomendables para muchas aplica- ciones porque se caracterizan por su facilidad de moldeo y mecanizado, la elevada resistencia mecánica de algunas aleaciones, su gran conductividad térmica y eléc- trica o incluso un bello acabado. Normalmente estos metales son más caros de obtener. Algunos de los metales no férreos más utilizados en la industria eléctrica y electro- técnica son los siguientes: O El cobre. Es, sin duda, el material más utilizado en la industria eléctrica para la fa- bricación de dispositivos y componentes, especialmente cables e hilos. Es muy dúctil y maleable, de modo que se le puede dar forma tanto en frío como en caliente. Además es resistente al aire, al agua y a la agresión de los ácidos. Tam- bién es un buen conductor del calor. O Los latones. Son aleaciones del cobre. Actualmente existen diferentes tipos de latón: los llamados latones ordinarios, que contienen cobre y cinc, y los latones especiales, que además incorporan otros metales como aluminio, hierro, plomo o estaño. El latón es buen conductor eléctrico, ya que es más duro y fácil de trabajar que el cobre. O Los bronces.También son aleaciones del cobre. Tradicionalmente se ha llamado bronce a las aleaciones de cobre y estaño, aunque actualmente se llaman bron- ces a las aleaciones binarias (es decir, que contiene solamente dos elementos) del cobre con todos los metales excepto el cinc (que, tal como hemos visto, forma el latón). Los bronces tienen, en general, una elevada resistencia mecáni- ca y una buena resistencia a la corrosión, ambas mayores que en los latones. O El aluminio. Debido a su ligereza, resistencia a la corrosión y abundancia en la naturaleza, el aluminio es uno de los elementos más empleados hoy en día para la fabricación de cajas, carcasas, armarios, contenedores, etc., de aparatos e instalaciones eléctricas, automáticas y electrónicas. Además, en líneas eléctricas de distribución de energía, se utiliza en forma de cables e hilos eléctricos. O El estaño. Es un material muy blando y maleable. Posee un punto de fusión bas- tante bajo (232 OC). Por eso, en electricidad y electrónica, se utiliza como metal base para realizar soldadura blanda y en la fabricación de fusibles eléctricos. Debido a su resistencia a la corrosión se emplea como recubrimiento electrolíti- co de otros metales. O El plomo. En estado puro es muy blando y poco resistente. Su punto de fusión es relativamente bajo, de 327,5 oc. Además, presenta una baja conductividad tér- mica y eléctrica. Otras características del plomo son: su gran densidad (muy pe- sado) y la elevada resistencia que tiene a la corrosión de los ácidos fuertes, como el clorhídrico, el sulfúrico o el nítrico. O El cinc. Es un metal frágil y relativamente blando, que posee una resistencia me- cánica baja. El acero recubierto de cinc se denomina acero galvanizado, y se utiliza para la obtención de chapas, alambres, etc., altamente resistentes a la oxidación. O El cromo. Es un metal muy duro y muy resistente a la oxidación y a la corrosión. Debido a su gran resistencia a la corrosión frente a los agentes atmosféricos y a otros agentes químicos, se emplea para el recubrimiento electrolítico de otros metales (lo que se conoce como cromado). O El níquel. Rara vez se utiliza en estado puro, sino que se utiliza normalmente para aleaciones con otros metales a los que confiere el carácter inoxidable, aumenta la resistencia a la corrosión y mejora las propiedades magnéticas y mecánicas. De hecho, los materiales que se obtienen resultan muy resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y de los agresivos químicos.
  • 142. Unidad dldacllcJ 1 Mecánica básica fig. 4.4. Muchos de los componenles eléclricos aclualmenle se labrican con pláslicos. Actividades o El tungsteno o volframio. Dispone de un buena conductividad eléctrica y una temo peratura de fusión muy alta: 3.380 oC, por lo que su principal aplicación es la de la fabricación de filamentos de lámparas de incandescencia y de resistencias de homos eléctricos. Con el carbono, forma el carburo de volframio, que es muy duro y por ello se emplea en la fabricación de herramientas de corte (widia). Plásticos Los plásticos son polímeros de compuestos químicos orgánicos constituidos, prin- cipalmente, por carbono, hidrógeno y oxígeno. Normalmente se añaden detenmi- nadas sustancias (aditivos) que les proporcionan propiedades características que los hacen más útiles para detenminados usos. Las sustancias que fonman los plásticos son derivados del petróleo y se obtienen en indust rias petroquímicas. Podemos decir que, en líneas generales, los plásticos se dividen en tres grandes grupos, con características y propiedades muy diferenciadas: termoplásticos, ter- moestables y elastómeros. O Termoplásticos. Estos plásticos se funden fácilmente a temperaturas relativamente bajas (entre 100 oC y 130 oC) y, cuando desciende la temperatura, vuelven a solidificarse y endurecerse. Esta característica permite que sean conformados, es decir, que puedan moldearse para darles la forma deseada. Son los plásticos más utilizados comercialmente, entre ellos se encuentran el polic!oruro de vinilo (PVC), el poliestireno (PS), el po/ietileno (PET), etc. O Termoestables. Estos plásticos no pueden ser conformados una vez fabricados, ya que la adición de calor produce cambios irreversibles en su estructura y, por lo tanto, en sus propiedades fisico-químicas, por lo cual no se funden al calentarlas nuevamente. Una vez concluido el proceso de fraguado, sólo pueden mecani- zarse (cortar, hacer orificios, unir a otras piezas, etc.). Algunos de los plásticos termoestables más conocidos son las melaminas, la baque/ita, las si/iconas, etc. O Elastómeros. Más conocidos como cauchos, tienen un aspecto de goma. Se carac- terizan por su gran capacidad elástica. En particular, en la industria eléctrica, el consumo de plástico es enonme, ya que se fabrican conductores con aislamiento plástico capaces de soportar grandes tensio- nes y malas condiciones ambientales. Por estas razones, también se emplean para fabricar cajas y carcasas para la protección de aparatos de mando, y en la construc- ción de cuadros y automatismos eléctricos, tubos aislantes, soportes para mecanis- mos, carcasas para motores y un larguísimo etcétera. 1. Indica qué significan las diferentes propiedades de los materiales. Para cada propiedad, indica un material que sirva de ejemplo para explicarla. Resistencia mecánica. Fragilidad. ~ Resistencia a la corrosión. Ductilidad. Dureza. Conductividad eléctrica. Tenacidad. Elasticidad. Conductividad ténmica. 2. Haz una lista de diferentes elementos y herramientas eléctricas del taller de prácticas que utilicen algún tipo de plástico. Indica de qué tipo de plástico se trata. 3. Entre el cobre y el latón, di qué metal crees que es más adecuado para realizar los contactos de un interrup- tor.
  • 143. Unidad didacllca 4 Mecánica básica Métodos de representadón gráfica Planos ycroquis En el taller de montaje, el trabajo suele efectuarse a partir de unos esquemas, cro- quis y planos desarrollados por técnicos especialistas. En ellos se representan con sus formas y dimensiones los trabajos y las piezas que hay que hacer. En general, podemos hablar de dos tipos de documentos para estas representaciones graficas de las piezas con que se va a trabajar: O Los planos representan gráficamente, de manera exacta y en una determinada proporción, un objeto real. Se realiza con utensilios clásicos de dibujo: reglas, cartabones, escuadras, plumas estilográficas, etc., o mediante programas de ordenador especiales para estos usos. O El croquis es una representación hecha a mano alzada y, por lo tanto, menos exac- ta que los planos. -) . - .:J ~ Escalas Generalmente, las figuras y piezas dibujadas en planos y croquis no se representan a tamaño natural, a no ser que sean objetos de reducido tamaño, sino que se suelen dibujar sobre el papel en un tamaño menor, pero conservando en todo momento las formas y sus proporciones. Incluso, si las piezas son de tamaño muy pequeño, se dibujarán sobre el papel en un tamaño mayor. En estos casos, decimos que los dibu- jos están realizados a escala. La escala es la relación matemática que existe entre las dimensiones reales y las del dibujo que representa la realidad sobre un plano o un mapa. Las escalas se escriben en forma de fracción, donde: O El numerador indica el valor de un segmento lineal cualquiera de la pieza sobre el plano. O El denominador representa el valor real del mismo segmento de la pieza. Por ejemplo la escala 1:500, significa que 1 cm del plano equivale a 500 cm (es decir, 5 m) en la realidad. Otros ejemplos de escalas son 1:1 (escala real o natural), 1:10, 1:50,5:1,50:1, etc. 1. :; Vistas yproyecciones de una pieza Normalmente, las piezas no se representan en tres dimensiones tal y como las ve- mos a simple vista, como si fueran fotografías. En efecto, en los dibujos industriales se emplea generalmente un sistema de representación denominado sistema de pro- yecciones ortogonales. En ocasiones, para piezas de difícil mecanizado, se añade alguna perspectiva de las mismas. Además, en los planos y croquis se indicarán todas las aclaraciones perti- nentes para la completa y fácil interpretación, así como para la correcta ejecución del trabajo. Lo más importante es que viendo el plano (dibujo en dos dimensiones), la persona que tenga que hacer el trabajo se haga una idea exacta de la pieza representada, tal y como si la estuviese viendo realmente en tres dimensiones. O Mirando la pieza desde arriba, obtenemos sobre el plano horizontal la planta.
  • 144. Unidad d,dacI,ca ~ Mecánica básica Fig.4.6. Proyecciones de las caras deun sólido sobre los tres planos de proyección: alzado, plantay perfil. 1----.. O..--1 Fig.4.8. Representación en tres dimensiones de una pieza y representación de dos de sus vistas. o Mirando la pieza de frente, obtenemos sobre el plano vertical el alzado o la eleva' ción. O Mirando la pieza desde un lado obtenemos sobre el plano de perfil la vista co- rrespondiente, llamada vista lateral o perfil (figura 4.5). Estas tres vistas, llamadas diédricas (alzado, planta y perfil). son las que debidamente relacionadas (y eliminando el cuerpo del espacio), ofrecen la adecuada representa- ción en dos dimensiones de dicha pieza sobre la lámina de dibujo (figura 4.6). Fig. 4.5. Proyecciones de las caras de unapieza de madera sobre los tres planos de proyección: alzado, planta y perfil. e Q o o db I I I I A fin de mostrar todas las características físicas de una pieza, en el sistema de pro- yecciones ortogonales se dibujan todas o sólo algunas de sus caras. El número de vistas dibujadas depende de la complejidad de la pieza, aunque casi siempre se escogen las tres que hemos comentado (alzado, planta y perfil). Sin embargo, en ocasiones es necesario que haya más de tres. Observa que si introducimos la pieza en el interior de un cubo, y utilizamos todos los planos de proyección posibles, obtendremos las seis vistas totales (figura 4.7). d e f nOD Fig.4.7. Número total de vistas posibles de unapieza. En casos de piezas muy simples o con ejes de simetría, como por ejemplo el caso mostrado en la figura 4.8, es suficiente con solamente una o dos caras para represen- tar sobre el papel dicha pieza.
  • 145. ¡Importante! Nunca tomes medidas so- bre el dibujo con la regla, puesto que si está realizado a escala, el valor será erró- neo. Fig.4.9. Dos ejemplos sencillos de acotación. A(tividades Unidad dldiic!ica 4. Mecánica básica El dibujo de una pieza no es suficiente para que ésta pueda fabricarse si no va acom- pañado de la indicación de sus medidas reales sobre el dibujo o plano. La acotación es la operación de indicar numéricamente las dimensiones reales de una pieza en el dibujo, de acuerdo con una serie de reglas normalizadas, con indepen- dencia de que el dibujo esté o no a escala. Para que una acotación se pueda considerar buena es imprescindible que sea fácil- mente interpretable y que ofrezca la máxima claridad. La figura 4.9 muestra un ejem- plo sencillo de acotación. Algunas reglas básicas de acotado son: O Las cotas se colocarán de forma clara y perfectamente visible. O Se colocarán flechas de cota que limitan el alcance de las medidas. O No se omitirán medidas, pero tampoco se repetirán innecesariamente. O Las cotas se repartirán por las diferentes vistas de las caras de la pieza, teniendo en cuenta la claridad del dibujo, y no amontonando cotas en una sola vista. O Las cotas se colocarán preferentemente por el exterior de las piezas. O En dibujos técnicos, las medidas se expresan siempre en milímetros. Observa que las puntas de las flechas deben dibujarse dentro de los límites de la lí- nea de cota, pero si el espacio no lo permite, se pueden añadir fuera. 4. Dibuja un croquis de una herramienta del taller (unos alicates o unas tijeras por ejemplo) o una pieza del taller que te entregue el profesor. Una vez realizado, añade al croquis sus correspondientes acotaciones. 5. Dibuja un croquis de un mueble del aula o taller (una silla, archivador, mesa, etc.). Una vez realizado, añade al croquis sus correspondientes acotaciones. 6. Dibuja las tres vistas diédricas nece- sarias para representar las siguientes piezas. 7. Dibuja las tres vistas necesarias para representar las siguientes piezas. 8. Dadas las siguientes vistas de una pieza, intenta levantar un croquis a mano alzada que la represente en tres dimensiones. ¡ I ¡ L_I-J I'r---.../ I I I I I I I I (0-0 i I ¡ I - I I I
  • 146. Unidad dldacllca 4 Mecánica básica ·d Operaciones de mecanizado La tarea de trazado ha pa· sado hoy en día a un se· gundo plano, puesto que las modernas máquinas de mecanizado, la incorpora· ción de ordenadores indus· triales y las últimas técnicas de trabajo, muchas veces basadas en la informática, hacen casi innecesario el trazado a mano. Fig.4.10. Procedimiento de trazado. Las operaciones de mecanizado son todos aquellos procesos mecánicos destinados a transformar ciertos materiales en una pieza funcional (es decir, que sea útil); en nues· tro caso, se concreta en la creación de amnarios o cuadros. Además, el mecanizado permite conseguir una terminación óptima del objeto o la pieza, sin producir ninguna deformación que pudiera dar lugar a su deterioro o mal acabado. Todos los materiales que hemos visto pueden ser mecanizados, aunque lógicamen· te no con todos ellos se trabaja con la misma facilidad. Por ejemplo, es mucho más fácil mecanizar una caja de aluminio o de cobre que una de titanio o acero. Para mecanizar un objeto o una pieza usaremos unas herramientas manuales o unas máquinas herramientas. Para que el mecanizado sea correcto, la herramienta que se utilice debe ser más dura que el material que hay que mecanizar. A continuación, estudiaremos las operaciones de mecanizado usadas comúnmente en la industria y en la elaboración de cuadros eléctricos. Operaciones de marcar ytrazar Las operaciones de trazado y marcado consisten en la señalización del contorno, las Ií· neas, los ejes de simetría de los agujeros o las ranuras que hay que realizar sobre la superficie exterior de una pieza. Generalmente, el marcado y el trazado es una operación previa al ajuste y mecani· zado de la pieza. Piensa que, de la correcta realización de este trabajo, depende la exactitud de las operaciones restantes. Las herramientas y los útiles más empleados para el trazado son los siguientes: La punta de señalar otrazar. Es una varilla de acero terminada en punta cónica temo piada y muy afilada. La punta de trazar debe conservarse afilada y no emplearse para otros usos. O El granete. Es un cilindro de acero temninado en punta. Se emplea para señalar o marcar puntos de apoyo o guía, para el compás o la punta de la broca. O El compásde trazar. Se utiliza para el trazado de arcos de círculo, determinar pero pendicularidades, transportar distancias y marcar divisiones equidistantes. El más empleado es el compás de puntas, sencillo o con un muelle. Las escuadras. Las llamadas escuadras lisas son instrumentos que tienen un ángu- lo fijo (900 o diferente) entre dos superficies planas. También existen otros tipos como las escuadras de solapa, las falsas escuadras (o transportadores de ángu- los) y la escuadra universal (también conocida como goniómetro). O Reglas. Utilizadas para la medida de distancias de forma directa, aunque con es- casa precisión.
  • 147. ...... F ig. 4.11. Diferentes tipos de alicates. Fig.4.12. Tornillo de banco. Unrdad dldacl!ca 4. Mecánica básica Operaciones de sujeción Otra de las operaciones previas que se realizan antes de mecanizar es la de sujetar la pieza. Así pues, una vez el material esté sujeto y no se mueva podremos cortarlo, limar- lo, agujerearlo, etc., con las herramientas correspondientes y con la máxima precisión. Las operaciones de sujeción sirven para mantener un material en una determinada posi- ción para que se pueda trabajar con él con otras herramientas. Las principales herramientas de sujeción son: los alicates, el tornillo de banco, los sargentos y las pinzas y agarradores. Los alicates Como ya sabes, son herramientas muy versátiles. Además de sujetar sirven para do- blar piezas y cables, cortar hilos, etc. Están formados por un mango, recubierto de material aislante y una mandíbula. Los hay de diferentes tipos, los más importantes son los siguientes: O Alicantes universales. Son los más extendidos, ya que se utilizan para múltiples usos. Tienen una constitución bastante robusta. Alicates cortaalambres. Se utilizan para cortar conductores eléctricos y alambres. Para conservar siempre su zona cortante en buenas condiciones, deberán man- tenerse bien engrasados. O Alicates de punta redonda. Empleados para curvar hilos y chapas y hacer terminales de conexión. O Alicates de puntas planas, De aspecto parecido a los universales, son más finos y menos robustos que éstos. Se emplean para doblar conductores y alambres rí- gidos y pequeños trozos de chapa. O Alicates de puntas dobladas. Se utilizan en casos semejantes a los anteriores, pero, por la forma de sus puntas, curvadas unos 90°, son apropiados para trabajar en sitios inaccesibles. El tornillo de banco El tornillo de banco es una herramienta de sujeción acoplada al banco de trabajo. Su función es la de inmovilizar piezas sobre el banco. Está formado por dos bocas o mordazas, una fija y otra desplazable a través de un eje roscado, que se acciona mediante el giro de una manivela. Se caracterizan por la medida de las mordazas, la forma de las guías, la longitud de las bocas y el tipo de base, fija o móvil. Al utilizar el tomillo hay que tener en cuenta las propiedades de los materiales, pues si son frágiles podrán deformarse o romperse si se aprietan demasiado. Por otra parte, la pieza debe estar lo suficientemente apretada para evitar que se mueva o se caiga durante las operaciones que se realicen. Los sargentos ogatos Los sargent os son instrument os de sujeción o presión. Están formados por dos brazos, uno fijo en un extremo y el otro móvil que se desliza sobre una guía. Este último lleva aparejado un tornillo que se acciona al girar el mango al que va unido y es el que ejerce la presión sobre la pieza. Las pinzas yagarradores Las pinzas son herramientas muy útiles para la sujeción y la colocación de placas de circuito impreso, tomillería fina y piezas muy pequeñas. Los agarradores son útiles porque se cierran fimnemente para sujetar cables cuando se desea soldar o pemni- ten llegar a piezas pequeñas de difícil acceso.
  • 148. Unidad dlda!tlca l Mecánica básica Fig. 4.13. Tijeras de sobremesa y procedimiento de corte de plancha. Opera(iones de (orle Las operaciones de corte son las destinadas a dividir un material en dos o más tro- zos. Estas operaciones se realizan a través de diferentes procedimientos, según la he- rramienta utilizada: cizallado, aserrado y cincelado y burilado. Veremos también las operaciones de cortado y manipulación de cables. Cizallado El cizallado incluye las operaciones que cortan el material sin desprender VI- rutas. Estas operaciones se realizan con máquinas de corte manuales o accionadas con motores. o Las máquinas de corte manuales son las tijeras de sobremesa y las cizallasde pie. O Entre las impulsadas a motor tenemos las cizallas-guillotinas, y las tijeras ycizallas mecánicas o a motor. Aserrado El aserrado es el corte de un material con desprendimiento de viruta. Tiene la ventaja sobre el cizallado que se puede aplicar a espesores mucho mayores. El aserrado se realiza con la sierra de mano o con sierras mecáni- cas. Esta última la estudiaremos en el apartado de máquinas herramientas. La sierra de mano consta del arco de la sierra, que sirve para sujetar y tensar la hoja de sierra, y de la hoja, que es la parte activa de la operación. La forma correcta de manejo de la sierra se mues- tra en la figura 4.14. La sierra tiene que formar un ángulo entre 20 y 30° con la superficie de la pieza. Fig. 4.14. Sierra de mano ydetalle del procedimiento de serrado.
  • 149. Unidad didactica 4. Mecánica básica Cincelado yburilado El cincelado y burilado tienen como objetivos: O Trocear o cortar chapas o perfiles delgados sin desprendimiento de viruta. O Rebajar material sobrante en una parte determinada de la pieza a trabajar por desprendimiento de virutas (cincelado exterior). O Ranurar en desbastes superficies interiores (cincelado interior). El tincel Ocortafrío El cincel es un útil cortante en forma de barra rectangular terminada en cuña y fabri- cada en acero duro templado en la punta. Se suele fabricar en diferentes tamaños según el trabajo al que se destine. Consta de tres partes: la cabeza, sobre la que se golpea el cincel; el cuerpo, de sección rectangular u oval para agarrarlo, y el filo o cortante. Fig.4.15. Cincel yproceso de cincelado. Fig.4.16. Pelacables y cortado de cables con las tijeras de electricista. Material sobrante Plela para Cincelar El buril ylas gubias Ambos tipos de herramientas son formas especiales de cinceles y se emplean para trabajos más especificos, como abrir canales rectos o curvos. O Buril. Tiene la arista cortante en sentido transversal a la sección de cuerpo. Tiene, por consiguiente, la longitud del filo mucho menor, por cuyo motivo se emplea para abrir canales o ranuras. O Gubias. Son útiles muy semejante al burilo al cincel plano, pero su boca o filo suele ser redondeado o curvado. Pueden ser de formas muy variadas, según el trabajo al cual sean destinadas. Cortado ymanipulación de cables Ya hemos hablado del carácter versátil de los alicates para los trabajos de electricista y concretamente para la manipulación y cortado de cables. Pero, como ya sabes, existen otras herramientas especificas para realizar estas funciones: las tijeras y nava- jas de electricista y el pe/acables.
  • 150. Unidad didactlCa·1 Mecánica básica F ig. 4.17. Dos tipos diferentes de limas. Fig. 4.18. D etallede la operación de limado. Opera(iones de desbastado ylimado Las operaciones de desbastado ylimado consisten en rebajar o pulir la superficie de una pieza, arrancándole o erosionando pequeños trozos de la misma, con el empleo de una lima adecuada. El limado se realiza por frotación, deslizando suave y acompasadamente la lima so- bre la superficie que hay que rebajar. En el limado se pueden distinguir estas tres operaciones básicas siguientes: O El desbastado. Se realiza empleando una lima de picado basto, que arranca mate- rial en grandes limaduras. Este limado deja profundas rayas en la superficie de la pieza. O El afinado oaplanado. Se hace empleando, prime- ramente, limas de picado entrefino y, a conti- nuación, limas finas, lo que hace que la superfi- cie de la pieza que se está trabajando quede libre de huellas apreciables a simple vista. O El pulido o acabado de las piezas. Se logra con una lima fina sobre la que se deposita tiza. La tiza se hace pasar entre los dientes de la lima, hasta que queden rellenados. El pulido debe realizar- se ejerciendo poca presión sobre la lima y guar- dando especial atención en que ésta se man- tenga sin limaduras adheridas al picado, ya que, de lo contrario, éstas podrían rayar la superficie que se tiene que pulir. Cuando se desea limar materiales muy duros como el hierro o el acero, deben emplearse limas de pica- do fino, y para materiales blandos como el cobre, el aluminio, etc., limas de picado basto. Para el plomo y la madera se emplean limas especiales llamadas escofinas. Fig. 4.19. Fijate en lapostura correcta para limar, especialmente en laposición de los pies.
  • 151. Fig.4.20. Procedimiento de doblado de una chapa. Actividades Unidad didáctlc" 4. Mecánica básica Operaciones de doblado ycurvado El doblado o plegado es una operación mecánica que modela una chapa, un perfil, un tubo o una pieza mecánica en varias caras o secciones con un cierto ángulo entre ellas. Por su parte, el curvado de chapas es una operación mecánica que consiste en do- minar la chapa sobre un soporte cilíndrico de modo que ésta adquiera la misma curvatura. Herramientas de per(usión El ejemplo más claro de curvado es el de la obtención de tubos cilíndricos a partir de una plancha completamente plana. El doblado y el curvado pueden realizarse manualmente y en frío si los materiales son de poco espesor. Para realizar estas operaciones necesitaremos, además de las herramientas de sujeción que ya he- mos visto, las herramientas de percusión. Para chapas o perfiles gruesos se necesi- tará el empleo de máquinas de prensado y, además, en muchas ocasiones, con- vendrá realizar un calentamiento previo del material para poder llevar a cabo el trabajo con mayor facilidad. Son aquellas herramientas que sirven para golpear un material o una herramienta. Esta acción es muy habitual en las operaciones de corte con el cincel (que ya hemos visto), de doblado, de aplastamiento, de clavado, etc. Las herramientas de percusión más importantes son el martillo y la maza. Ambas están formadas por dos piezas: el mango y la cabeza. En el mercado existen muchos tipos según el uso al que irán destinados. La diferencia fundamental está en el tama- ño y, sobre todo, en la forma y el material de la cabeza. 9. Elabora un esquema o mapa conceptual con todas las operaciones de mecanizado y las herramientas implica- das que hemos visto en este apartado. 10. El "pico de loro" es un tipo de alicates que no hemos visto. Busca información sobre esta herramienta, dibújala e indica que tiene de especial respecto de unos alicates universales. 11. Explica las diferencias que hay entre los procesos de cizallado, serrado o cincelado para cortar un material. Indi- ca para qué materiales y situaciones está recomendado cada uno de ellos. 12. Busca información sobre los diferentes tipos de limas que existen para trabajar con el hierro y clasifícalas ade- cuadamente según: la forma de la lima, el tamaño y las características del picado. Indica para qué trabajos está recomendada cada una. 13. Explica las técnicas, las herramientas y el proceso que seguirías para hacer un pliegue de 90°en una plancha de hierro de 2 mm de espesor.
  • 152. Unidad dldactlCa 4 Mecánica básica Uniones Fig. 4.11. Tornillos ytuercas de diferentes tipos y tamaños. Forma parte de las operaciones de mecanizado la unión de diferentes piezas o elementos para formar un conjunto. Las uniones se pueden dividir en dos grandes grupos: las desmontables y las fijas. O Las uniones desmontables. Son aquellas que se pueden montar y desmontar varias veces sin modificar el tipo de unión y sin que sus piezas resulten dañadas. Las uniones roscadas son las más importantes y las trataremos a continuación. Sin embargo, es conveniente saber que hay otros tipos no roscados como los pasa- dores (o clavijas). las chavetas, las lengüetas, los ejes estriados y las guías. O Las uniones fijas. Son aquellas que una vez realizadas no se pueden desmontar sin riesgo de romper las piezas que componen el conjunto. Hay de varios tipos: re· bladas, soldadas, pegadas o clavadas. Por su importancia en los procesos de mecanización en este libro veremos las dos primeras. Uniones roscadas Ros(as, tornillos ytuertas El elemento fundamental de este tipo de uniones es la rosca. Una rosca es una hélice construida sobre un cilindro, con un perfil determinado y de una manera continua y uniforme. Si la hélice es exterior, tenemosel conocido tornillo, si, por el contrario, la hélice es interior, tenemos una tuerca. La parte saliente de la hélice recibe el nombre de filete o hilo, mientras que el canal que queda entre ellos se llama entrada. Para permitir la estandarización universal de tornillos y tuercas, independientemente de su fabricante, las roscas se normalizan según diferentes sistemas internacionales, en la actualidad los sistemas más empleados son los siguientes: O El sistema de roscado ISO métrico (adoptado en España por UNE). O El sistema Whitworth (BSW). Herramientas para atornillar ydestornillar Los destornilladores Se usan principalmente para sujetar, apretar y aflojar torni- llos con ranura en su cabeza. Tienen tres partes: el mango, el vástago y la boca o punta. Los destornilladores deberán estar siempre provistos de mango aislante, generalmente de plástico. El tamaño del destomillador debe ser apropiado al tamaño y al tipo del tornillo que hay que apretar o aflojar. La punta pue· de adoptar en su extremo diversas formas: plana, Phil/ips o es- trella, Posidrivo de 6 ranuras, Al/en o hexagonales, Torx, etc. Los destornilladores deben mantenerse siempre afilados y no tienen que utilizarse para otros usos que los mencionados aquí. Además, cuando se trabaja en circuitos bajo tensión no deberemos tocar nunca el vástago ni la boca. Fig. 4.21. Dilerentes tipos de destornilladores ydetalle de sus puntas.
  • 153. e) d) e) ~=:.. I fig. 4.23. Llaves fijas de diferentes tamaños: a) Llave acodada de estrella; b) Llave fija plana; e) Llave inglesa; d) Destornilladores·llave o de vaso; e) Llaves Allen. fig. 4.24. Remachadora yremaches. Unidad dldac1lc , Mecánica básica Las llaves Son herramientas de acero o acero al cromo-vanadio (material muy resistente) que sirven para apretar y aflojar tuercas y tornillos. En el montaje de automatismos y cua- dros eléctricos son imprescindibles. Las más conocidas son las siguientes: O Llaves fijas planas. Son las más empleadas y pueden ser de una o dos bocas. Sir- ven para tornillos y tuercas de cabeza hexagonal o cuadrada. O llave inglesa oajustable. Llave extensible y muy utilizada, cuya cabeza se ajusta a la medida de la tuerca o tornillo mediante un tornillo sinfín. O Llaves de estrella. Empleadas sólo cuando es posible un pequeño desplazamiento de la llave. O Llaves de tubo. Son llaves fijas para tuercas hexagonales. Se emplean en lugares inaccesibles para otras llaves. O Oestornillador-llave. Es un destornillador especial con la boca hexagonal y hueca que permite colocar tuercas y tornillos con este tipo de cabeza. O Llaves Allen. Sirven para tornillos con cabeza hexagonal interior. Uniones roblonadas oremachadas El roblonado es un procedimiento de ensamblaje por el cual se realiza una unión fija de dos o más piezas mediante roblones, más conocidos como remaches. Los remaches deben colocarse en materiales resistentes al martilleado, que no sean frágiles. Los remaches son varillas cilíndricas, generalmente de acero dulce, cobre, aluminio o algunas de sus aleaciones, con cabeza en uno de sus dos extremos. Es- tán compuestos del cuerpo cilíndrico, llamado vástago o espiga, y de la cabeza. El procedimiento de remachado se puede realizar de estas dos formas: O Introducimos el cuerpo del remache en los agujeros de las chapas que se tienen que unir y martilleamos la parte sobrante de modo que quede una nueva cabe- za que garantice la unión. Para diámetros superiores a los 10 mm esta operación suele realizarse en caliente. Mediante remachadoras automáticas. Introducimos la cabeza del remache en los agujeros de las chapas que deben unirse y mediante la remachadora se ex- trae la espiga de la cabeza. Así pues, la cabeza del remache se deforma y se hace más ancha y corta, consolidando la unión.
  • 154. Unidad didác!ic I 1 Mecánica básica fig. 4.2S. Soldador eléctrico y rollo de estaño. Uniones soldadas El soldado o la soldadura es la unión física de dos o más piezas metálicas para formar una sola pieza por medio de la aplicación de calor. Generalmente, se incorpora al- gún metal que, fusionado con las piezas, da resistencia mecánica a la unión. Podemos diferenciar entre diferentes tipos de soldadura, los más importantes son: la soldadura blanda, la soldadura fuerte y la soldadura oxiacetilénica. Soldadura blanda Es muy utilizada para soldar hilos, cables y componentes eléctricos, pero también se utiliza para la unión de chapas, piezas de latón, hojalata, cobre o bronce y en solda- dura de tubos, por ejemplo en instalaciones de fontanería y gas. Se basa en el aprovechamiento del efecto Joule junto con la aportación de otro material de fácil fusión, normalmente estaño, plomo o aleaciones de ambos meta- les. Este tipo de soldadura se emplea generalmente para soldar piezas empleando temperaturas inferiores a unos 200 o c. Las herramientas típicas para fundir el estaño o el plomo son la lamparilla (lámpara), normalmente de butano, y el soldador eléctrico. lámpara de butano. Es de bajo peso, económica, y fácil de emplear. Está formada por una pequeña bombona de gas y un mechero. El mechero lleva incorporada una llave de paso para regular la salida del gas y de la llama. Para encenderla, se aplica la llama de una cerilla a la boca del mechero y se abre lentamente la llave hasta que el gas se inflame. Soldador eléctrico. Aunque tenemos de diferentes tipos y formas, todos ellos se basan en una resistencia eléctrica alojada en una pieza tubular refractaria. Una punta de cobre, insertada en el extremo de la pieza refractaria, se calienta al conectar el soldador a la red eléctrica. Así se consigue en la punta la temperatu- ra necesaria para la fusión del estaño. La pieza refractaria que contiene la resis- tencia va recubierta con un mango aislante térmico y eléctrico para poder coger el soldador sin problemas. Existe un tipo de soldador eléctrico, llamado soldador rápido, que va provisto de un transformador con el secundario conexionado a una punta especial que, al ser re- corrida por la corriente eléctrica, se calienta rápidamente produciendo la fusión del estaño. La forma del soldador es de pistola, con un gatillo que permite encenderlo. El tamaño y la potencia del soldador deben ser adecuados a la pieza que se tiene que soldar. Soldadura fuerte También se basa en la producción de calor por efecto Joule. En este caso, el mate- rial que se aporta suele estar en forma de varillas metálicas de composición parecida a los metales que hay que unir. Básicamente son dos los tipos de soldadura eléctrica fuerte: por arco y por puntos.
  • 155. Fig. 4.26. Soldadura por arco voltaico. Actividades Unidad dldac!lca 4. Mecanica basica Soldadura por arco Se utiliza un transformador que proporcione una gran cantidad de corriente en su secundario (reduciendo la tensión). En la salida del transformador se conectan dos cables flexibles. Un cable se une con la pieza metálica que hay que soldar gracias a una pinza con mango aislante. El otro se une a otra pinza, a la cual se fija un electrodo o varilla con revestimien- to especial. Al separar ligeramente este electrodo, se forma un arco luminoso que engendra ca- lor suficiente para fundir el material de las piezas en el punto de unión y de la propia varilla, de modo que se soldan las piezas. De esta forma, la varilla se va gastando progresivamente. Soldadura por puntos Es un método similar al anterior y muy utilizado en la industria automovilístíca. El principio de funcionamiento está basado en el calor producido por la corriente eléc- trica en los puntos de contacto. Se emplea una máquina con unos brazos metálicos, rematados en unas puntas de cobre aleado con cadmio, cromo, tungsteno, etc. Los brazos son articulados manualmente por el operario o automáticamente mediante ordenador o autómata programable, de forma que abren o cierran las puntas, oprimiendo entre éstas las piezas que se sueldan. Las corrientes oscilan entre los 1.000 A y los 100 kA. Soldadura autógena uoxia(etiléni(a Emplea como fuente de calor para fundir los metales que hay que soldar la llama de un soplete alimentado por una mezcla de oxígeno con un combustible, general- mente acetileno, que se quema con él. El acetileno se inflama a los 350 oC y produ- ce una llama muy luminosa al arder en el ambiente. Tanto el oxígeno como el acetileno se suministran independientemente en bom- bonas o botellas, equipadas con válvulas de abertura y manómetros indicadores de presión. El dispositivo que utiliza el operario para realizar la soldadura, y por donde sale la llama, es conocido como soplete. Los gases en combustión son capaces de alcanzar temperaturas del orden de 3.160 o c. 14. Pon el nombre que corresponde a cada tipo de boca para los siguientes destomilladores. 8 15. Haz un listado exhaustivo de la tomillería habitual en traba- jos de mecanizado para electricistas: tipos de tomillo, tuer- cas, arandelas, etc. 16. Explica el principio de funcionamiento de los diferentes tipos de soldadura que has estudiado en este apartado. Am- a o plia un poco tu información e indica algunas aplicaciones de cada uno de ellos. e d e 17. En la construcción y en el montaje de un cuadro eléctrico, indica las diferentes uniones que realizarás. Señala para cada una de ellas el tipo de unión de que se trata y cómo se ejecuta. 18. Si como futuro técnico en electricidad debes montar tu caja de herramientas, indica aquellos utensilios que deberías tener en tu caja. Haz una lista con las herramientas que serían imprescindibles y otra con aquéllas de las que podrías prescindir, aunque es aconsejable tenerlas.
  • 156. Unidad didactica 4. Mecánica básica Fig.4.27. Broca helicoidal típica. Operaciones (on máquinas herramientas Hoy en día, muchas de las operaciones de mecanizado expuestas en los apartados anteriores pueden realizarse utilizando unas máquinas herramientas. Las máquinas herramientas son las que llevan incorporada una herramienta que es mo- vida por acción de un motor. Estas máquinas tienen como objetivo sustituir el trabajo manual por el trabajo automático en la fabricación de piezas, o llevar a cabo operaciones que son prác· ticamente imposibles o muy difíciles de realizar a mano (trabajos peligrosos, de mucha precisión, etc.). En nuestro trabajo como montadores de cuadros eléctricos, la operación más habi· tual que realizaremos con una máquina herramienta es el taladrado. Sin embargo, existen otras operaciones, más propias del entomo industrial, que debemos cono· cer: el torneado, el fresado, la rectificación y el aserrado. Operaciones de taladrado El taladrado tiene como objetivo la realización de agujeros por corte de virutas sobre un determinado material. Brocas La herramienta con la que se realizan los taladros es la broca. Consiste en una barra de acero templado con una hélice a lo largo de su superficie, afilada de tal manera por un extremo de la hélice que, al girar, penetra en el cuerpo que hay que taladrar, de modo que va cortando pequeñas porciones (virutas). Hoy en día, las brocas más generalizadas son las llamadas brocas helicoidales. Las demás pueden considerarse brocas especiales (brocas helicoidales de más de dos ranuras, de pezón, fresas, brocas para avellanar, brocas con ranuras, brocas de aguo jeros para lubricación, etc). La taladradora Para realizar la operación de taladrado, hay que dar a la broca dos movimientos básicos: un movimiento principal de rotación, para obtener la velocidad de corte adecuada, y otro de avance o penetración, en la dirección de su eje. Estos dos mo- vimientos los obtenemos por medio de una máquina herramienta llamada taladra· dora o simplemente taladro. Las taladradoras se dividen en diferentes tipos, en función de su constitución y com- plejidad. Las más comunes son las siguientes: O Taladradoras de columna. El armazón principal está constituido por una columna redonda, en la cual se apoya el brazo, capaz de deslizarse verticalmente y girar sobre ella. O Taladradoras de sobremesa. Parecidas a las anteriores, tienen menor tamaño, y per- miten colocarlas encima de un banco o mesa. O Taladradora portátil. La más estandarizada, ya que por su bajo precio es una herra· mienta imprescindible, no solamente en el taller mecánico o eléctrico, sino tam- bién en casa. Las brocas suelen sujetarse a las taladradoras por medio de unas pinzas llamadas portabrocas.
  • 157. UOIdad dldactlca Mecánica básica La colocación de la broca debe hacerse de forma que no oscile ni resbale o patine durante el taladrado. tosta debe quedar bien fijada y centrada, y el portabrocas debe estar siempre limpio para evitar que una posible acumulación de suciedad o virutas haga que la broca quede mal posicionada. Jamás deberá golpearse ni forzarse el portabrocas. Fig. 4.28. Proceso de taladrado con taladradora de sobremesa. Es muy importante en el proceso de taladrado seleccionar la broca adecuada según el material que hay que taladrar, elegir la velocidad de taladrado correcta y refrige- rar la broca, si fuera necesario. ~1 (~ . Otras operaciones Las operaciones anteriores, como el uso del taladro o de una sierra automática, son muy comunes y realizadas a menudo por aficionados al bricolaje. A parte de las operaciones presentadas, existen otras que necesitan una gran destreza por parte del operario: el torneado, el fresado y la rectificación. También veremos la opera- ción de aserrado con sierra automática. Aunque algunas de estas operaciones se pueden realizar con máquinas herramien- tas portátiles, hoy en día, existen máquinas controladas por ordenador, denomina- das máquinas herramienta con control numérico o máquinas herramienta con CNC (computer numerical control/el") para realizar estas operaciones. El control numérico es un sistema de gobiemo automático de máquinas que, bá- sicamente, consiste en transmitirles una serie de órdenes de trabajo (secuencia de operaciones) por medio de un programa de ordenador. El torneado Es la operación mecánica que consiste en trabajar o mecanizar una amplia variedad de cuerpos de revolución (cilindros, conos, esferas, etc.) y practicarles roscas de diferentes tipos y formas utilizando una máquina-herramienta llamada torno. Las operaciones principales del torneado son las siguientes: Cilindrado.Obtención de superficies cilíndricas de revolución. Roscado. Obtención de roscas, tornillos y espárragos en el caso de roscado exter- no, y de tuercas en el caso de roscado interno. Taladrado.
  • 158. Fig. 4.29. Unidad didactica 4. Mecánica básica El fresado Es la operación mecánica que consiste en trabajar o mecanizar cuerpos prismáticos mediante el arranque de viruta, como por ejemplo el mecanizado de superficies pla- nas, la realización de ranuras, los dientes en piezas y engranajes e, incluso, el trabajo en superficies curvas y alabeadas. Estas operaciones se efectúan mediante herramientas de corte especiales llamadas fresas, montadas sobre una máquina herramienta conocida como fresadora. La rectificación Es una operación de conformación de piezas en la cual el material sobrante que se encuentra sobre la superficie de una pieza es eliminado por granos abrasivos de una herramienta denominada mola. Las máquinas herramientas sobre las cuales se monta la mola reciben el nombre de rectificadoras. El aserrado L a rectificación permite un mejor acabado de las piezas. Al hablar de las operaciones de serrado hemos hecho referencia a la utilización de sierras mecánicas. Las hay de varios tipos: Actividades O (irculares. La herramienta de corte es un disco metálico. O De vaivén. Consiste en una hoja dispuesta en una máquina que realiza unos mo- vimientos similares a la serrada manual. De cinta. El corte lo realiza una cinta cerrada que se mueve siempre en el mismo sentido. De todos modos, como hemos comentado, su utilización se concentra en el entorno industrial, por lo que para el montaje de cuadros emplearemos habitualmente la sierra manual. 19. Con la taladradora se realiza a menudo una operación denominada achaflanado. Indica qué es, cómo se realiza y para qué sirve. 20. Infórmate en una tienda especializada en material mecánico o en Internet sobre los tipos de broca existentes: tamaños, materiales de fabricación y aplicaciones. 21. Imagínate que debes realizar un agujero de 8 milímetros de diámetro en una plancha de hierro de 10 centíme- tros de grosor. Indica lo siguiente: El tipo de taladradora y de broca (material, diámetro y forma) que necesitarías. Si te haría falta alguna pieza de sujeción. El proceso de realización de la operación. El equipo de protección necesario. 22. Como futuro técnico en electricidad, realiza una lista con aquellas operaciones de mecanizado estudiadas en esta unidad didáctica que creas que son necesarias para el montaje de automatismos y cuadros eléctricos. 23. Los términos siguientes se refieren a diferentes tipos operaciones de mecanizado hechos con máquinas herra- mientas. Indica en qué consisten: el cilindrado, el refrentado, el roscado, el cajeado o ranurado, el taladrado, el moleteado, el mandrinado, el afinado. 24. ¿Qué mejoras aporta la aplicación del control numérico en las operaciones de mecanizado hechas con máqui- nas-herramienta?
  • 159. Unidad d,dacl,ca 4. Mecánica básica La seguridad en las operaciones de mecanizado Normativa mano de seguridad laboral A nivel nacional, la política de seguridad y salud laboral viene descrita en la Ley de Prevención de Riesgos Laborales (LPRL), de 8 de noviembre de 1995. Esta ley se sustenta sobre el artículo 40.2 de la Constitución y en la Directiva marco europea 89/391 ICEE y, también, en los compromisos adquiridos con la Organización Interna- cional del Trabajo sobre la seguridad y salud de los trabajadores. La Constitución en su artículo 40.2 dice: «Asimismo, los poderes públicos fomenta- rán una política que garantice la formación y readaptación profesionales; velaran por la seguridad e higiene en el trabajo y garantizarán el descanso necesario, mediante la limitación de la jornada laboral, las vacaciones periódicas retribuidas y la promo- ción de centros adecuados». Por otro lado, la Directiva marco europea 89/391/CEE establece las medidas que deben aplicar los países miembros para la mejora de la seguridad y salud de los trabajadores Los objetivos que pretende conseguir esta ley son: Prevenir los riesgos profesionales para la proteger la seguridad y la salud. Eliminar oreducir los riesgos derivados del trabajo. Informar yfomentar la participación de los trabajadores en la prevención de acciden- tes y enfermedades profesionales. Además de esta normativa básica, hay que añadir la gran cantidad de legislación en función del sector empresarial o industrial. También existe normativa de ámbito de aplicación autonómico y local, y una gran variedad de normas que detallan las carac- terísticas que deben cumplir y la forma de ensayo de una gran variedad de equipos y elementos de protección (individuales o no). El Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo publica unas guías orien- tativas, de interpretación y aplicación de los diferentes reglamentos que aplican y desarrollan la LPRL. Por ejemplo, es importante para este ciclo formativo conocer la publicación de la Guía técnica para la evaluación y prevención de los riesgos relacio- nados con la protección frente al riesgo eléctrico, donde podrás encontrar mucha más información sobre seguridad en trabajos eléctricos. En esta unidad vamos a centrarnos en relacionar los riesgos laborales a los que como trabajador puedes estar expuesto en las operaciones de mecanización, en la siguien- te unidad nos referiremos a los riesgos en los trabajos eléctricos. Después, vamos a estudiar los diferentes equipos de protección que puedes encontrar en el mercado para protegerte de aquellos riesgos que no puedan ser eliminados o reducidos, por otros medios.
  • 160. Unidad d,dactica 4. Mecánica básica La responsabilidad de empresas y trabajadores En su artículo 14, la Ley de Prevención de Riesgos Laborales exige que la empresa garantice la seguridad y la salud de los trabajadores a su servicio en todos los aspec- tos relacionados con el trabajo. Así, en el marco de sus responsabilidades, la empre- sa promoverá la prevención de los riesgos laborales y adoptará las medidas que sean necesarias para la protección de la seguridad y la salud de los trabajadores. El artículo 17 establece la obligación de las empresas de proporcionar Equipos de Protección Individual (EPI) adecuados a los trabajadores, para la realización de sus funciones y, además, de velar por su uso correcto según el tipo de tareas. El artículo 29 especifica que los trabajadores deben velar, mediante sus posibilida- des y el cumplimiento de las medidas de prevención que se adopten en cada caso, por su propia seguridad y salud en el trabajo y también por el de las personas o trabajadores a los cuales afecta la actividad profesional. Los trabajadores están obli- gados a: O Utilizar y cuidar correctamente los equipos de protección individual. O Colocar, después de usarlo, el equipo de protección individual en el lugar indi- cado para ello. O Informar de inmediato a su superior jerárquico directo de cualquier defecto, ano- malía o daño apreciado en el equipo de protección individual utilizado que, a su juicio, pueda entrañar una pérdida de su eficacia protectora. O Contribuir al cumplimiento de las obligaciones establecidas por la autoridad competente con el fin de proteger la seguridad y la salud en el trabajo. Cooperar con el empresario para que éste pueda garantizar unas condiciones de trabajo que sean seguras y no entrañen riesgos para la seguridad y la salud de los trabajadores. 1 Origen de los accidentes con herramientas ymáquinas-herramienta portátiles En la mayoría de las operaciones de mecanizado que vayas a ejecutar en tu vida profesional como técnico para el montaje de instalaciones de automatización y de cuadros eléctricos usarás herramientas manuales y con máquinas-herramienta portá- tiles eléctricas (taladros, fresas, destornilladores, radiales, sierras de calar y circulares, etc.) como has estudiado en el apartado anterior. La mayoría de los accidentes en el uso de las herramientas manuales, y también de las máquinas-herramienta, tienen su origen en tres factores: utilización no adecuada de la herramienta. Se usa para una función para la cual no fue diseñada o bien, aunque corresponde la función, la herramienta no tiene las di- mensiones adecuadas a la tarea. Podríamos encontrar una gran variedad de ejemplos de uso inadecuado: Utilización de destornilladores o limas para hacer palanca o como cincel. Utilización de destornilladores con la punta no adecuada o bien de tamaño no adecuado a la tarea.
  • 161. Unidad dida(ti(a 4. Mec~nica básica o Utilización de destornilladores sin aislamiento en trabajos eléctricos. o Utilización de llaves fijas o bien alicates para golpear, en lugar de un martillo. Utilización de llaves fijas de dimensiones no acordes con el esfuerzo, y de tu- bos sobre llaves para incrementar el par. Golpear con el mango de la herramienta, por ejemplo, de un martillo. Utilización de cinceles demasiado largos o demasiado cortos, o bien con un temple no adecuado al material sobre el que se trabaja. Utilizar cinceles para hacer palanca o como destornilladores. o Escoger una hoja de sierra no adecuada, en material y tipo de dientes, al ma- terial que se debe cortar. o Herramienta en mal estado omal mantenida: Por ejemplo: Destornilladores con la punta en mal estado, mellada o sin filo o bien con mango rajado. o Martillos u otras herramientas con el mango flojo, rajado, desportillado o con astillas. Cinceles con rebabas o con filos mellados, o bien faltos de afilado. Alicates o tenazas con las puntas degastadas, holguras en el eje, filos de la boca mellados o deformados, cuadriculado o estrías desgastados (en alicates de agarre). Llaves fijas con las mordazas desgastadas, deformadas o melladas, husillo con exceso de holgura o desgastado. Limas sin mango, con mango rajado o sin la correcta sujeción a la lima, dientes muy gastados o embotados, o bien engrasados. o Desconocimiento de la técnica de trabajo. Por ejemplo: En el uso de martillos: Coger el mango demasiado cerca de la maza, golpear con exceso de violencia o sobre una pieza o herramienta templada no prepa- rada para ello. En el uso de destornilladores: Atornillar o desatornillar oblicuamente, sostener la pieza sobre la que se trabaja con la mano o utilizar una llave para aumentar el esfuerzo. En el uso de alicates y tenazas: Sujetar de forma incorrecta la pieza, golpear sobre las mordazas con un martillo para cortar, apretar poco o en exceso. En el uso de llaves fijas: utilizar tubos prolongadores para aumentar el par, usar la llave al revés, empujar en lugar de tirar. En el uso de limas: sostener la pieza sobre la que se trabaja con la mano, lim- piarla golpeando con otros objetos. En el uso de sierras: rozar con objetos metálicos si las hojas son para madera, utilizar demasiada fuerza, no sujetar adecuadamente la pieza y no utilizar un ángulo de serrado adecuado. En el uso de cincel y el buril: golpear de forma oblicua sobre él, utilizarlo en distancias cortas, hacia las personas.
  • 162. • I Unidad didactica 4. Mecánica básica Ejemplo 4.1 Indica para las siguientes má- quinas-herramienta un ejemplo de utilización no adecuada, he- rramienta en mal estado o con un mantenimiento inadecuado yde desconocimiento de la téc- nica de trabajo. ¡Importante! Cuando las herramientas no se estén utilizando se deberán ordenar y guardar en si- tio adecuado, caja o carro de herramientas, por ejemplo, evitando el riesgo de lesio- nes por dejarlas en sitios peligrosos (pueden ocasionar caidas si se tropieza con ellas, o caer sobre alguien, etc.). Los accidentes con máquinas-herramienta eléctricas,tienen los mismos tres factores, que acabamos de ver, como origen de accidentes. Piensa que éstas consisten en un motor eléctrico cuya fuerza motriz del eje acaba manejando una herramienta: hoja de sierra, broca, fresa, cincel, tija y punta de destornillador, etc. Máquina- Utilización Herramienta Desconocimiento de la herramienta no adecuada en mal estado técnica de trabajo ¡"'O;, "" ""<ó Utilizar un taladro No tener en cuenta el diámetro Taladro para acero cuando con el cable en mal de la broca yel material para queremos agujerear estado, perdida de fijar el número de revoluciones una pared de ladrillo. aislamiento. de la broca. Elegir una hoja no No mantener vertical la Sierra de adecuada al tipo de Sierra sin resguardo sierra de calar e imprimir un calar material y al grosor de protección o con el esfuerzo en el sentido del corte de la pieza quese va resguardo roto. excesivo. a cortar. i1iJ !h Riesgos que generan las herramientas ylas máquinas-herramienta portátiles Algunos de los riesgos que generan el empleo de las herramientas y máquinas-he- rramienta son los siguientes: O Proyección de fragmentos, que pueden provocar lesiones oculares y quemadu- ras (partículas incandescentes), entre otras. O Sobreesfuerzos que pueden ocasionar lesiones musculares y óseas. O Golpes, erosiones y cortes, sobre todo en extremidades superiores. O Ruidos y vibraciones. O Generación de polvo. O Quemaduras. Además, las máquinas-herramienta portátiles, casi todas eléctricas, presentarán ries- gos de tipo eléctrico como los contactos directos e indirectos. En el uso de soldadores, existe el riesgo de lesiones oculares y de quemaduras, por las partículas incandescentes y por contacto con el soldador. Cuando el diseño de la herramienta -o bien de la máquina-herramienta-, los sistemas de protección colectiva ylos procedi- mientos ymétodos de trabajo no sean suficientes para eliminar los riesgos, los trabajadores deberán utilizar los Equipos de Protección Individual que sean necesarios. Los EPI deben ser el último recurso en la eliminación de los riesgos ysiempre se deben utilizar como medida de protección complementaria a las anteriores.
  • 163. Unidad dldactlca 4. Mecánica básica Ij ') Medidas para evitar riesgos en las operaciones de me(anizado Las medidas necesarias para reducir o suprimir riesgos se pueden deducir al analizar el origen de los accidentes (apartado 4.4.3) y se pueden resumir en las siguientes: O Se deberá utilizar la herramienta o máquina adecuada al trabajo. O El operario realizará siempre una inspección visual para comprobar el estado de mantenimiento de la máquina o herramienta. O Se deberá utilizar la herramienta o máquina según las instrucciones o procedi- mientos de trabajo establecidos. O En ningún caso debe eliminar ni inutilizar ningún de sistema de protección que incorpore la máquina: por ejemplo, quitar la protección de una amoladora o ra- dial, manipular interruptores de las máquinas, utilizar fijaciones no proporciona- das por el fabricante para máquinas portátiles, etc. Equipos de Prote((ión individual Se define un Equipo de Protección Individual (EPI) como cualquier equipo destinado a ser llevado o sujetado por el trabajador para que le proteja de uno O varios riesgos que puedan amenazar su seguridad en el trabajo, así como cualquier complemento o accesorio destinado a tal fin (RD 773/ 1997). Clasificación ytipos de EPI Los EPI deben responder a las condiciones existentes en el lugar de trabajo, ser adecuados a los riesgos a proteger y adecuarse a la parte del cuerpo del trabajador, mediante los ajustes adecuados. Los podemos clasificar en función de la parte del cuerpo que protegen. Parte del cuerpo que protegen Protección de la cabeza (en su totalidad o sólo el cráneo, cara, ojos, oídos y vias respiratorias). Tronco (en su totalidad o sólo pecho, espalda, hombros, abdomen o cintura). Extremidades superiores: dedos, manos, muñecas, brazos ycodos. Extremidades inferiores: pies, tobillos, rodillas y piernas. Piel Ejemplos de EPI Cascos, gafas, pantallas, cascos auditivos, tapones, mascaras, etc. Ropa de seguridad, fajas, mandiles, etc. Guantes, manoplas, manguitos, dedales, etc. Zapatos y botas de seguridad, etc. Ropa y guantes de seguridad. También se pueden clasificar, en función del riesgo del cual protegen, en tres cate- gorías: O EPI de categoría I ode riesgo mínimo. Son aquellos cuya eficacia la puede el usuario juzgar directamente, así como percibir sin peligro para su integridad los efectos de los riesgos cuando éstos son graduales. Son EPI de categoría 1 , los que pro- tegen al su usuario de: o Agresiones mecánicas de efectos superficiales.
  • 164. Unidad didac!ica 4. Mecánica básica ilmportante! Para asegurarte de que un EPI cumple con las exi- gencias esenciales de se- guridad y salud, deberás comprobar que lleva el marcado CE. Además, le deberá acompañar un fo- lleto informativo en el que figurarán las instrucciones de uso, mantenimiento, revisión, resultados de los ensayos realizados, refe- rencias a normativas que cumple, etc. Productos de mantenimiento poco agresivos o nocivos que provoquen efec- tos fácilmente reversibles (guantes de protección contra soluciones detergen- tes diluidas, etc.). Riesgos derivados de la manipulación de piezas calientes con temperaturas de exposición para el operario que no superen los 50° e(guantes, delantales de uso profesional, etc.). " Agentes atmosféricos que no tengan la consideración de excepcionales ni extremos (gorros, ropas de temporada, zapatos y botas, etc.). Pequeños golpes y vibraciones que no afecten a las partes vitales del cuerpo y que no puedan provocar lesiones irreversibles (cascos ligeros de protección del cuero cabelludo, guantes, calzado ligero, etc.). La radiación solar (gafas de sol). EPI de categoría 11 o de riegos medío o grave. Son aquellos que no pertenecen a la ca- tegoría I ni a la 1 1 1 , que a continuación se detalla. O EPI de categoría 111 o de ríesgo alto, muy grave o de muerte. Son aquellos que deben proteger de accidentes muy graves con posibles consecuencias de muerte o de lesiones importantes y que no se pueden descubrir a tiempo. Son EPI de cate- goría 111, los siguientes: Mascarillas con filtros, que protegen contra aerosoles sólidos y líquidos o con- tra los gases irritantes, peligrosos, tóxicos o radiotóxicos. Equipos de protección respiratoria, completamente aislantes de la atmósfera, incluidos los destinados a la inmersión. Equipos de protección temporal limitada contra las agresiones de tipo quími- co o contra radiaciones ionizantes. Equipos de intervención en ambientes cálidos, equiparables a una tempera- tura ambiente igualo superior a los 100 o c, independientemente de la exis- tencia de llama o de emisión de infrarrojos. Equipos de intervención en ambientes fríos, equiparables a una temperatura ambiente igualo inferior a -50 o c. Equipos destinados a la protección de las caídas desde altura. " Equipos destinados a proteger contra los riesgos eléctricos (los veremos en la siguiente unidad). EPI más comunes para la protección en operaciones de mecanizado Los equipos de protección individuales que más vas a utilizar, como técnico de ins- talaciones electrotécnicas e industriales, son los siguientes: O (asco de seguridad (categoría 1 1 ). Se utilizará siempre que exista, en realización con el trabajo, riesgo de impactos en la cabeza. Ya sea porque caigan materiales u objetos sobre el operario, o bien porque él mismo se caiga. En estos casos su uso es personal y obligatorio. Gafas o pantallas faciales (categoría 11). Se utilizan cuando exista el riesgo de choque o impacto con partículas o cuerpos sólidos, proyección o salpicadura de líquidos, productos cáusticos o metales fundidos, polvo y humos, sustancias gaseosas irritantes, y radiaciones o deslumbramientos.
  • 165. Fig. 4.30. Pantalla facial, gafas, guantes, tapones y casco Fig. 4.31 . Señales que indican la obligación de utilizar E PI. Actividades Unidad dldiÍcllca 4. Mecánica básica o Guantes, manoplas ymanguitos (categoría 11). Se utilizarán en la manipulación de materiales y herramientas para reducir el riesgo de los golpes, erosiones, cortes, etc. También para protegernos de los efectos corrosivos de productos quími- cos. o Zapatos ybotas de seguridad (categoría 1 1 ). Ya sea con plantilla o puntera reforzada nos protege de golpes, cortes y pinchazos en los pies. El calzado de seguridad debe adecuarse al medio de trabajo existente (por ejemplo, si debe ser aislante, conductor, no debe dejar penetrar el agua, etc.). Estos EPI pueden pasar a ser de categoría III si incorporan propiedades que prote- gen de los riesgos eléctricos. - Señalización indicativa de la obligación de usar EPI En los lugares de trabajo en que sea necesario el uso de EPI existirán las señales correspondientes para indicarlo. En la figura 4.31 se indican los pictogramas o seña- les que indican la obligatoriedad de EPI más habituales para la protección contra riesgos eléctricos. 25. Haz una tabla de 3 columnas, en la primera debe figurar cada una de las máquinas- herramienta presentadas al apartado 4.6.; en la segunda, los riesgos derivados del uso de cada máquina y, en la tercera, los EPI más ade- cuados para protegerse de ellos.
  • 166. Unidad dldac!ica 4. Mecánica básica Metrología yoperaciones de medida La metrología es la ciencia que estudia la medida de las diferentes magnitudes, los sistemas de unidades y establece los requisitos para la fabricación de los instrumentos de medida. al TT v ~ lectura correcta lecturaerrónea bl ~____----.. o 10 20 30 40 I I I I I Fig. 4.32. Error de paralaje (a) y error de apreciación (b). Durante el proceso de fabricación de una pieza o cualquier otro objeto es necesario controlar aspectos como las dimensiones que tiene, el estado de su superficie, etc. La metrología realiza el estudio de estas mediciones. Medir es la operación mediante la cual establecemos cuántas veces una magnitud es mayor o menor que otra tomada como unidad o referencia. Podemos efectuar multitud de mediciones: longitud, superficie, volumen, ángulos, peso y masa, fuerza, tiempo, temperatura, diferentes magnitudes eléctricas, etc. La medición ylos errores Al efectuar mediciones es inevitable cometer errores. A nivel general, los podemos clasificar en dos tipos: O Errores accidentales. Se deben a la manera en cómo efectuamos la medida. O Errores sistemáticos. Se producen a causa de las características del instrumento empleado, Errores aleatorios oaccidentales Se cometen por la forma de efectuar la medida y pueden ser, principalmente, de paralaje y de apreciación, Ambos vienen dados en instrumentos analógicos que tienen agujas indicadoras, O Error de paralaje. Se comete en instrumentos de aguja cuando, al observar la aguja indicadora del aparato, la visual no es perpendicular a la escala y se lee una des- viación mayor o menor que la real. O Error de apreciación. Depende de la dificultad con la que se aprecie la lectura cada vez que la aguja indicadora se detiene entre dos divisiones de la escala, Errores sistemáticos Se cometen al realizar una medición como consecuencia de las cualidades intrínsecas de los instrumentos utilizados para la medida y el método empleado, Sólo pueden ser corregidos empleando aparatos más precisos o modificando las condiciones o los métodos de medida, Básicamente, podemos hablar de dos tipos de errores: O Error absoluto (E,l. Se define como la diferencia entre el valor obtenido en la medi- da (Xm l y el valor verdadero o convencional ()("l de la magnitud, E ~X - X , m , Si no se conoce el verdadero valor, debemos tomar varias medidas y aceptar como valor la media aritmética de los valores medidos. Observa que este error puede ser positivo o negativo dependiendo de si Xm es mayor o menor que X" O Error relativo (E,l, Se define como el cociente entre el error absoluto y el valor con- vencional de la magnitud ()(,,). E = ~ = Xm-Xo r Xo Xo Observa que este error es un valor adimensional. También suele expresarse en tanto por ciento (error relativo porcentual); es decir: E ~ ~ · 1 00~ , X,
  • 167. UnIdad dldactIC3 4 Mecánica básica Ejemplo 4.2 Al medir la longitud de una pieza se obtienen los valores siguientes: 23,1; 23,6; 22,8; 23,5 cm. Indica qué valor debemos esco- ger como valor real de la longitud de la pieza. Solución: Como desconocemos la longitud exacta de la pieza, el valor más probable de la medida será la media aritmética de los valores, y éste será considerado el valor real de la medida. Valor medio = 23,1 + 23,6 + 22,8 + 23,5 = 23,25 cm 4 El error en cada medición es la diferencia entre cada medida y la media: 23,1 -23,25 =-0,15 23,6 - 23,25 = 0,35 22,8 - 23,25 = - 0,45 23,5 - 23,25 = 0,25 El valor absoluto de los errores de cada medición es el siguiente: 0,15; 0,35; 0,45; 0,25. El valor medio de todos losvaloresabsolutoses el error absoluto: Fig.4.33. Metro, cintamétrica y regla graduada. 0,15 + 0,35 + 0,45 + 0,25 = 0,3 cm 4 En el ejemplo anterior, se ha calculado también la media de los errores absolutos de las med idas efectuadas respecto de la media calculada. Los errores absolutos nos dan una idea de la calidad de la medida. Por ejemplo, en una superficie de 3 metros de largo y 60 centímetros de ancho no es lo mismo cometer un error de 6 centíme- tros en la medida de la anchura que de la longitud. El error relativo es el cociente del error absoluto y el valor que se asigna a la medi- da. En el caso anterior, en 60 cm el error relativo es de :0 = 0, 1 Y en 3 m, 3~0 = 0,02. Los errores relativos se expresan en tanto por ciento, que en este caso son los siguientes: 0,1 x 100 = 10 % de error en anchura 0,02 x 100 = 2 % de error en longitud A continuación estudiaremos aquellos instrumentos de medida para magnitudes lineales y angulares. Algunos son sobradamente conocidos, como la cinta métrica; otros, por lo contrario, no tanto, y conviene conocerlos. Metros yreglas graduadas Los metros y las reglas graduadas son instrumentos que permiten medir magnitu- des lineales (longitudes, espesores, etc.). O Los metros son cintas o varillas graduadas en centímetros o milímetros, construidos en madera, acero, latón o aleacio- nes de aluminio. Por comodidad, el más utilizado es el metro arrollable, de hasta unos 5 m, y cuya cinta va introdu- cida en el interior de una cajita. O La cinta métrica, de más longitud que el metro arrollable, generalmente de 20 m o 50 m, suele estar realizada de fibras textiles reforzadas o plástico. O La regla graduada es una barra rígida de plástico, de made- ra, de aluminio, de acero, etc., de sección rectangular. La longitud oscila entre los 10 cm y los 2 m. Conviene indicar que en todos estos instrumentos, la precisión obtenida nunca podrá ser mayor que la menor división de ellos.
  • 168. Unidad dldactica 4 Me(ánica básica Fig. 4.34. Tipos de medidas con el pie de rey: 1) medidas de espesores y diámetros exteriores; 2) medidas de diámetros interiores; 3) medidas deprofundidades. El pie de rey ocalibrador Estructura del pie de rey El pie de reyes un instrumento muy útil para la medida de magnitudes lineales como pequeñas longitudes, profundidades, espesores, diámetros, etc. Consta bási· camente de dos partes: O Una regla de acero graduada en sus bordes en milímetros y pulgadas, y doblada en escuadra por un extremo, de modo que constituye la boca fija. O Una regla menor, también doblada a escuadra, llamada (ursor o corredera, que se desliza porfrotamiento suave sobre la primera y constituye la boca móvil. El desplazamiento de la corredera se logra presionando sobre un pulsador, que lle- va unido de forma solidaria. En la figura siguiente se observan estas tres zonas: O (on las bocas de exteriores podemos medir espesores y diámetros exteriores. O (on las bocas de interiores podemos medir diámetros interiores. O (on la varilla podemos medir profundidades. I J El pie de rey lleva los bordes biselados, en uno de los cuales tiene una graduación auxiliar especial llamada nonio, nonius o vernier que, al desplazarse, lo hace solida· riamente al cursor o la corredera. La lectura se realiza en la regla fija, pero el nonio nos permite apreciar una fracción de la unidad impresa en la regla fija. El nonio generalmente está dividido en 10 unidades (aunque, para aumentar la precisión, existen también de 20 y 50 divisiones). El valor de una de sus unidades se calcula viendo la longitud que abarcan sobre la regla superior las diez unidades de la reglilla y dividiendo ese valor en 10 partes. Bocas interiores 1 Boca móvil Fig. 4.35. P artes del pie de rey.
  • 169. Unidad didactlca 1. Mecánica básica Pro(edimiento de medida Para conocer el valor de una medida escribiremos el número tomando las primeras cifras de la regla fija y la última cifra (generalmente el primer decimal), y la calculare- mos por medio de la reglilla auxiliar (el nonio). Fíjate en la medida de la figura 4.36. Lee en la regla fija (la superior) la distancia que va entre su cero y el cero del nonio. En este caso será de 12 mm. o A continuación, la siguiente cifra de la medida (las décimas) búscala en la escala del nonio (la inferior) y será la del número de ésta cuya posición coincida justamente con una división de la regla. Como la cifra que coincide con una división de la escala superior es 65, la medida será de 12,65 mm. O El resultado se expresa con una incertidumbre, igual a una división del nonio; en este caso 0,05 mm. Por lo tanto, la medida se dará como 12,65 ± 0,05 mm. Fi9. 4.36. ---~--~~---~--,,-~--------....... Medidarealizada(on el pie derey: 12,65 mm. Ejemplo 4.3 Determina la lectura de los pies de rey de las figuras adjuntas: 2 :3 4 ~I !lfl~1Y'¡14',Ll,J'~lV fft'i't'ftL¡.u.uu;~ 0123 456 7 8 9 ° O,06mm • '" - - . . " Solución: 20,00 mm y 20,45 mm. Tipos de pie de rey Actualmente, en el mercado existen multitud de pies de rey, como el pie de rey con indicador comparador, el digital, el de tipo Torner, para la medida de regatas, para trazar, etc.
  • 170. Unidad dldaCllca 1 Mecánica básica Fig. 4.37. Micfómelro. Ejemplo 4.4 Micrómetro ypálmer En medidas de longitudes o espesores de mucha precisión y pequeño valor se em- plea el tornillo micrométrico o, simplemente, micrómetro. Es un instrumento de pre- cisión que toma medidas con más exactitud que el pie de rey (del orden de micras). Los usados para medir exteriores se llaman pálmer. Estos instrumentos constan de: O Un cuerpo principal, en forma de herradura que lleva una tuerca graduada en sentido longitudi- nal. Está graduado con divisiones cortas (0,5 mm) y largas (1 mm). O Un tornillo micrométrico graduado en centésimas de milimetro, con un mango que se ajusta en la tuer- ca y que representa un tambor graduado con 50 divisiones. El valor de cada vuelta del tornillo es de 0,50 mm. Cerrado el micrómetro, el cero de la tuerca y del tambor coinciden. Por cada vuelta del tambor, el tornillo micrométrico avanza 0,5 mm. Para utilizar el micrómetro, se coloca entre las dos bocas o puntas la pieza cuya longitud o espesor desea medirse, de modo que se cierran las puntas hasta que se vea que la pieza queda ajustada. Nunca debe forzarse. La lectura se obtiene al añadir a las divisiones de la parte fija las centésimas indica- das en el tambor. Cuando la vuelta no es completa (menos de 0,5 mm) la medida se aprecia observando las divisiones del tambor. Observando la lectura del micrómetro de la figura, indica las medidas en cada caso. ___ --.......,~- -'" 0 - - - - ' g = - 25 Solución: En el primero queda al descubierto en la escala longitudinal la marca situada entre el milímetro 4 y el 4,50. Así pues, indica que la longitud buscada es 4,00 mm y algo más. Sobre el tambor circular del tomillo queda señalada la marca correspondiente al número 49, entonces las centésimas buscadas que hay que añadir a la cifra serían de 0,49 mm. De esta forma, la medida de longitud completa queda de la forma siguiente: 4,00 mm + 0,49 mm = 4,49 mm. En la lectura del segundo, podemos leer que la indicación en la escala horizontal es de 8,50 mm y algo más. Ese algo más lo concretamos a partir de la escala circular del tornillo, y es de 0,22 mm. La lectura, por lo tanto, será de 8,50 mm + 0,22 mm = 8,72 mm.
  • 171. Unidad didactica I Mecánica básica Actividades 26. Al medir el espesor de una pieza se han tomado las medidas siguientes: 4,32; 4,31; 4,35; 4,29; 4,33; 4,35 mm. Calcula el valor real del espesor, el error absoluto y el valor relativo. 27. Determina la lectura que indica cada uno de los pies de rey siguientes. 28. Determina la lectura que indica cada uno de los micrómetros siguientes. 29. Actividad práctica. Una plancha de chapa de 1,5 a 2 mm de espesor, 250 mm de ancho y 300 mm de alto simulará la puerta de un pequeño armario eléctrico. Esta puerta debe mecanizarse de modo que en ella se ubiquen tres pulsado- res, un voltímetro y un amperímetro analógico. Para los pulsadores se deberá realizar unos agujeros de diámetro de 26 mm y para el voltímetro y el amperímetro mecanizar la plancha hasta conseguir dejar unos agujeros de forma cuadrada de 60 x 60 mm. La ubicación en la puerta del cuadro se indica en el croquis.
  • 172. Unidad dldawca 4 Mecánica básica ____ Au _t_ o_ a_ va _l_ u_ a_ d _ ó____~r¡----------------- 1. Las aleaciones del cobre son denominadas: b) Alicates universales. a) Latones. e) Alicates de puntas dobladas. b) Galvanizados. d) Alicates cortaalambres. e) Niquelados. 7. El cizallado es una operación que se ejecuta con: d) Bronces. a) Las tijeras de sobremesa. 2. Llamamos acero galvanizado al: b) La sierra de mano. a) Acero aleado con grandes porcentajes de cro- e) El cincel. moy níquel. d) El burilo la gubia. b) Acero con tratamientos térmicos que le dan características muy particulares de dureza. 8. Las escofinas realizan funciones de: c) Acero recubierto de cinc. a) Sujeción. d) Acero recubierto de estaño. b) Corte. 3. Los cauchos son: e) Limado. a) Termoplásticos. d) Taladrado. b) Termoestables. 9. ¿Cuál de los siguientes tipos de uniones se clasifi- e) Elastómeros. ca como desmontable y no roscada? d) No son plásticos. a) Las realizadas con tomillo-tuerca. b) Las realizadas con pasadores (clavijas). 4. Respecto a las formas de representación pode- c) Las soldadas. mos decir que: a) En un plano que representa una pieza las cotas d) Las clavadas. indican las medidas del dibujo. 10. Para atornillar tomillos con cabeza hexagonal inte- b) Un croquis se deberá realizar a escala. rior utilizaremos: e) En un plano, independientemente de la escala, a) Un destornillador. las cotas indican las medidas reales de la pieza b) Llaves fijas o de tubo. u objeto que se representa. d) Un fabricante proporcionará la información téc- c) Unos alicates. nica sobre sus aparatos, piezas, etc., mediante d) Llaves Allen. croquis de éstos. 11. El soplete es un dispositivo que se utiliza para: S. El granete es: a) Una herramienta para marcar y trazar. a) La soldadura blanda. b) Una herramienta para perforar. b) La soldadura por arco. c) Una herramienta para cortar. c) La soldadura por puntos. d) Una herramienta para desbastar. d) La soldadura oxiacetilénica. 6. Para doblar conductores y alambres rígidos y pe- 12. La mola es la herramienta que se acopla: queños trozos de chapa, es conveniente utilizar: a) Al tomo. a) Alicates de puntas planas. b) A la fresadora.
  • 173. e) A la rectificadora. d) A la taladradora. n. Un error de apreciación en la medida es: a) Un error sistemático. b) Un error accidental. e) Un error de paralaje. d) Un error absoluto. 14. Con el pie de rey podremos medir profundida- des: a) Con las bocas interiores. b) Con las bocas exteriores. e) Con la varilla. d) Con el pie de rey no se pueden medir profun- didades. 15. Para medir el diámetro interior de un tubo utiliza- remos: a) El micrómetro. b) Las bocas exteriores del pie de rey. e) Las bocas interiores del pie de rey. d) La varilla del pie de rey. 16. En el trabajo, necesitas disponer de EPI para com- plementar la protección contra los riesgos mecáni- cos existentes. Indica la respuesta adecuada: a) El empresario sólo tiene la obligación de com- prar los EPI y comunicar al trabajador que los tiene a su disposición. b) El trabajador decidirá si le va bien utilizarlos o no. Algunos a veces le pueden resultar incómo- dos y puede decidir no utilizarlos. e) El trabajador no tiene ninguna responsabilidad si no utiliza los EPI que el empresario ha puesto a su disposición, después de haber realizado formación en seguridad e higiene en el traba- jo y de encargar inspecciones periódicas para comprobar que los operarios siguen las medi- das de seguridad. Unidad didáctica 4 Mecánica básica d) El empresario debe realizar una evaluación de los riesgos y poner medios materiales y forma- ción para reducirlos al máximo. No es suficien- te con comprar EPI. 17. Indica los motivos principales que originan los ac- cidentes en la utilización de herramientas: a) El precio de las herramientas: cuanto más caras más seguras. b) Desconocimiento de la técnica de trabajo. c) Uso no adecuado al trabajo. d) Mal estado o deficiente mantenimiento. 17. Indica cuáles de las siguientes situaciones pueden ser origen de un accidente por usar una herramien- ta no adecuada. a) Utilizar un tubo extensor para reducir el esfuer- zo que hay que hacer al aflojar una tuerca. b) Utilizar un destornillador sin aislamiento en tra- bajos eléctricos. e) Colocar un disco de corte en una amoladora para desbastar una pieza. d) Eliminar la protección en una radial. 18. De los siguientes equipos de protección indica cual de ellos no es un EPI a) Un casco. b) Unos guantes. e) Una señal de uso de EPI. d) Una pantalla para soldadura. 19. Indica cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas: a) Unas gafas de sol, para un vigilante de la playa, no constituye ningún EPI. b) Unas gafas de sol, para un vigilante de la playa, constituye un EPI de categoría 1. c) Una máscara de protección para un pintor que trabaja con aerosoles tóxicos, constituye un EPI de categoria 11. d) Unas botas de seguridad que proporcionan aislamiento eléctrico, son de categoría 111.
  • 174. Unidad didáctica 5 Cuadros elé(tri(os ¿Qué aprenderemos? Qué es un cuadro eléctrico. O Qué tipos de cuadros eléctricos hay y para qué se emplean. O Cómo realizamos el cableado de un cuadro eléctrico. O Cómo ubicamos e identificamos los aparatos que incorpora el cuadro eléctrico. O De qué medidas de seguridad debemos dotar a un cuadro eléc- trico. O Qué operaciones eléctricas de verificación debemos realizar a un cuadro. O Qué pruebas funcionales debemos efectuar a un cuadro eléctri- co.
  • 175. Unidad dldaCllca 5 Cuadros e!t!ctricos Ele((ión y(olo(ación de (uadros eléctri(os Fig. 5.1. Aspecto de un cuadro eléctrico. ¿Qué son ypara que sirven los cuadros eléctricos? La envolvente utilizada para alojar y fijar los diferentes elementos constitutivos de un circuito eléctrico recibe el nombre de cuadro eléctrico. Habitualmente suele ser un armario o caja de protección, en cuyo interior se montan los equipos y dispositivos bajo tensión, los materiales asociados de mando, medida, señalización, regulación, etc. y la aparamenta de control, seccionamiento y protec- ción. Además de albergar los elementos eléctricos, el cuadro eléctrico debe servir tanto para proteger a éstos de los rigores ambientales (temperatura, humedad, polvo, etc) o mecánicos (vibraciones, desplazamientos, etc.), como para proteger el entorno inmediato del cuadro de las anomalías que pudieran producirse en su interior (des- cargas eléctricas, derivaciones, fallos de tierra, sobretensiones, explosiones, etc). La forma y el tamaño de un cuadro eléctrico pueden variar notablemente de- pendiendo de su funcionalidad, del número de dispositivos que incorpora, de su lugar de emplazamiento y de su accesibilidad. En este sentido, la norma UNE EN 60439-1 de 2001 establece los requisitos en baja tensión para los conjuntos de aparamenta de serie (CS) y derivados de serie (CDS). Consecuentemente, se hace indispensable su consulta cuando deseamos construir o modificar un cuadro eléctri- co acorde con la normativa . Los principales factores que determinan la elección del tipo de cuadro eléctrico a emplear vienen dados por: O El número, volumen o peso de los dispositivos eléctricos que incluye el cuadro. O El grado de estanqueidad que el cuadro presenta frente a agentes ambientales externos y la protección que ofrece respecto de malfuncionamientos intemos. El grado de protección mecánica que el cuadro presenta frente a golpes o caídas. El aislamiento eléctrico y accesibilidad que el cuadro presenta al ser manipulado.
  • 176. UnIdad didaCl1cd 5. Cuadrol eléctricol Aspectos relacionados con la protección de los cuadros eléctricos Prote((ión contra el acceso alas partes peligrosas, la penetración de cuerpos sólidos extraños yla penetración de agua La norma UNE 20324, equivalente a la norma europea EN 60529, establece un sistema de codificación para indicar los grados de protección proporcionados por la envolvente contra el acceso a las partes peligrosas, contra la penetración de cuer- pos sólidos extraños y contra la penetración de agua (tabla 5.1l. Este código está formado por dos números de una cifra cada uno, situados inmedia- tamente después de las letras IP, e independientes uno del otro. O La primera cifra característíca índica la protección de las personas contra el acce- so a partes peligrosas, limitando o impidiendo la penetración de una parte del cuerpo humano o de un objeto cogido por la persona. Esta cifra está en el rango de Oa 6 y, a medida que aumenta, indica que el cuerpo sólido que la envolven- te deja pasar es menor. O La segunda cifra indica la protección contra los efectos perjudiciales debidos a la penetración de agua. Esta cifra está en el rango de Oa 8 y, a medida que au- menta, indica una mayor estanqueidad de la envolvente. Valor o 2 3 4 5 6 7 8 Tabla S.l. Descripción de lo! grado! de protección IP dela envolvente Primera cifra Segunda cifra NO protegida NO protegida P rotegida contra los cuerpos sólidos Protegida contra la calda vertical de gotas de agua de más de 50 mm Protegida contra los cuerpos sólidos Protegida contra la calda de gotas de agua con una de más de 12 mm inclinación máxima de 15' Protegida contra los cuerpos sólidos Protegida contra lluvia Ilna (pulverizada) de más de 2,5 mm Protegida contra los cuerpos sólidos de mas de 1mm Protegida contra las proyecciones de agua Protegida contra la penetración de polvo Protegida contra los chorros de agua Totalmente estanco al polvo Protegida contra fuertes chorros de agua o contra la mar gruesa P rotegida contra los efectos de la inmersión durante un tiempo limitada Protegida contra la inmersión prolongada Por ejemplo una envolvente con una protección IP 55 significa: 5. Protegida contra la penetración de polvo. 5. Protegida contra los chorros de agua. Hay códigos IP en los que cualquiera de sus cifras son X. Esto significa que la envol- vente no ha sido ensayada en ese aspecto o que no es necesaria para una aplicación en particular. Por ejemplo, IP3X, que indica que la envolvente proporciona una de- terminada protección contra la penetración de cuerpos sólidos, pero que no ha sido ensayada en lo referente a la protección contra la penetración del agua. En algunas ocasiones, las cifras características pueden sustituirse por símbolos, tal como se muestra en la tabla 5.2.
  • 177. Grado IK IK00 IK 01 Energla U) 0,15 Masa (kg) 0,2 Aflura (mm) 70 Ejemplo 5.1 Unidad d,dá¡h¡a 5 Cuadros eléctricos Tabla 5.2. Simbologia de derlos grados de prole¡dón IP Valor Equivalenda Primera dfra Equivalenda Segunda dfra • 3 4 s 6 7 8 U --m m• profundidad maxima Protección contra los impactos mecánicos La norma UNE-EN 50102 establece un sistema de codificación para indicar el grado de protección proporcionado por la envolvente contra los impactos mecánicos. Este código, llamado IK, se designa mediante un número comprendido entre 00 y 10, Ysiempre se representa con dos cifras. Cuanto mayor es el número, mayor es el aguante de la envolvente a la energía del impacto mecánico. En la tabla 5.3 se indican los diferentes grados de protección IK con la energía del impacto asociada a cada uno y, también, la equivalencia en peso y altura de caída de la pieza de golpeo sobre la envolvente. Tabla 5.3. Oesuipdón de los grados de proleceión IK IK 02 IK 03 0,20 0,35 0,2 0,2 100 175 IK 04 0,50 0,2 250 IK OS 0,70 0,2 350 IK 06 0,5 200 IK 07 2 0,5 400 IK 08 S 1,7 295 IK 09 10 S 200 IK 10 20 S 400 ¿Qué grado de protección presenta una envolvente identificada con la referencia: IP 65 - IK 06? Solución: La primera cifra IPes 6 y la segunda, 5. Consecuentemente, de la primera columna de la tabla 5.1 deducimos que es totalmente estanca al polvo y, de la segunda, que protege su interior contra chorros de agua. Asimismo, la tabla 5.3 nos indica que podrá aguantar energias de impacto de 1 J (caídas de masas de 0,5 kg desde 20 cm de altura).
  • 178. Fig. 5.2. Aspecto de envolvente tipo armario. ~ Tipos de cuadros eléctricos Dependiendo de su aspecto, la envolvente utilizada para construir un cuadro eléctri- co recibe el nombre de armario, pupitre o caja. Armarios Los armarios son envolventes de protección pensados para alojar en su interior un gran número de elementos eléctricos, cableados de cierta complejidad y equipos eléctricos pesados o voluminosos. Fabricatión yvariedad de armarios Habitualmente se fabrican con chapa de acero y disponen de todos los accesorios necesarios para garantizar la estanqueidad, robustez y accesi- bilidad que la industria exige. En el mercado podemos encontrar una gran variedad de armarios con formas, dimensiones y características mecánicas diferentes. Atendiendo a sus medidas, se comercializan tanto los que han sido diseñados para ser colgados en la pared como aquellos otros más voluminosos y pesa- dos. Los primeros se sujetan a ella mediante espárragos, y los segundos están situados en el suelo y, en determinadas aplicaciones, pueden lle- gar a permitir el acceso de personas a su interior. Habitualmente, las envolventes tipo armario se montan para alojar los diferentes equipos y dispositivos empleados para alimentación y distri- bución eléctrica, automatismos, protección y medida, control y mando, climatización, etc. y, por lo general, disponen de una puerta con llave para impedir que el personal no autorizado los manipule. Los materiales utilizados en su fabricación son el hierro fundido pintado al horno, el acero inoxidable, la chapa de acero pintada por pulverización, el poliés- ter y, en menor medida, el poli-cloruro de vinilo (PVC). Nivel de prote((ión de los armarios Se recomienda que el grado de protección de un armario para automatismos no sea inferior al de un IP 54-IK 07. Sin embargo, en ambientes con riesgo de explosión debemos instalar envolventes antideflagrantes que cumplan unos requisitos más exigentes y acordes con la normativa. En este sentido, la norma UNE-EN 50018 des- cribe los requisitos que debe cumplir la envolvente antideflagrante en función de su ubicación y de las características especiales de su entorno. Una envolvente antideflagrante debe ser capaz de soportar la explosión interna de una mezcla inflamable que haya penetrado en su interior, sin sufrir avería en su es- tructura. Tampoco puede transmitir la inflamación interna por sus juntas de unión u otras comunicaciones con la atmósfera explosiva exterior para la que está prevista. Consecuentemente, debe cumplir los requisitos siguientes: O Contener una explosión interna sin deformación permanente. Garantizar que la explosión no pueda transmitirse a la atmósfera circundante. O Presentar en cualquier punto exterior una temperatura inferior a la temperatura de auto ignición de los gases o vapores circundantes. Una envolvente que cumpla los requisitos anteriores vendrá identificada en lugar visible con el símbolo:
  • 179. Fig. S.3. Aspecto de un pupitre de maniobra. Fig. S.4. Aspecto de cajas para uso eléctrico. Unidad didactica s. Cuadros el~ctricos Pupitres Los pupitres son armarios eléctricos con una forma que los hace especialmente ap- tos para manipular los aparatos que, usualmente, se disponen en su panel frontal. Suelen incorporar los dispositivos de mando y/o visualización de los automatismos que frecuentemente acciona el personal encargado del proceso de producción. Por lo general disponen en lugar accesible los instrumentos de maniobra utilizados para interactuar con el proceso (controladores, reguladores, registradores, etc.). los sistemas de visualización (pantallas de ordenador, displays, indicadores luminosos, etc.) y los elementos de actuación (pulsadores, interruptores, conmutadores, etc.). En un lugar más resguardado, además, suelen incorporar aquellos otros aparatos y elementos que no requieren ser tocados habitualmente, como son los sistemas de alimentación, los autómatas, los dispositivos de seguridad, el sistema de cableado y conexión, etc. Cuando, entre otras, el pupitre cumple la función de alojar el material eléctrico pro- pio de un armario, la envolvente debe cumplir el grado de protección de éste. Ésta es la razón por la que determinados tipos de pupitres incluyen partes guarnecidas con acceso mediante llave. Cajas Las cajas son envolventes de menor tamaño que los armarios. Generalmente están colgadas en la pared y pensadas para alojar un número mínimo de elementos eléc- trícos. Se utilizan para realizar derivaciones de conexión eléctrica. Dependiendo del lugar de emplazamiento y de las características del ambiente donde se sitúan, las cajas deben cumplir con el mismo grado de protección que los armarios y los pupitres. Aunque generalmente suelen estar fabricadas con materia- les plásticos (poliéster, PVC, etc.). también encontramos cajas estancas, realizadas en fundición y aptas para su ubicación en ambientes con riesgo de explosión. Accesorios auxiliares El montaje de cualquier cuadro eléctrico conlleva la elección, además de la envol- vente, de los accesorios auxiliares para la fijación de los equipos y dispositivos in- cluidos en el esquema eléctrico y, también, de aquellos otros rnateriales necesarios para realizar la conexión y canalización del cableado. Debemos tener presente que cualquiera de las operaciones de mecanizado a las que sometemos la envolvente en el proceso de montaje puede provocar la pérdi- da de sus cualidades de protección y estanqueidad. Consecuentemente, siempre elegiremos los accesorios de montaje más apropiados, cuidando de mantener la integridad del cuadro eléctrico frente a los requisitos que exige la aplicación.
  • 180. Untdad didáctica Cuadros eléctricos Fig. 5.5. Diferentes tiposdeplanchas de montaje. Fig. 5.6. Anclajedeelementosmediante un carril de fijación. Plan(has de montaje Las planchas de montaje son las placas que sirven de base para fijar los diferentes elementos constitutivos del cuadro eléctrico. Se ubican en el interior de los armarios y pupitres, atornillándolas a éstos en orifi- cios de rosca ciega dispuestos en el interior de la envolvente. De esta rnanera, las planchas soportan el rnecanizado requerido para fijarlos dispositivos, sin el riesgo de perforar las paredes de la envolvente. En el mercado podemos encontrar una gran variedad de planchas de montaje que, habitualmente, suministran los fabricantes de las envolventes y que se adaptan per- fectamente a las medidas de éstas. Dependiendo de la aplicación, podemos utilizar las metálicas de acero o chapa galvanizada o las aislantes, fabricadas en baquelita o algún tipo de material plástico. c::::>c;::>c;::>==c;::oc::::>c;::o== <:><::>c::::><::>c::::> c::> c::::><::>C>=<::><::> = =c;::> c;::>= = =<::><::>== <=> c:.==c=>c::>c:::>c:>oc:::>c::::>c::=>c:> c:::oc:::>c::>c::>=.::.c::.C;::>C:::>C::::>C::=>c::I === =c:::>c::>== =-=== =<::>-=-===c;::oc::::>c::>== = c:>c::>== <=> <=>=c:>c=>e:>c::>c:::> ======c:::><::>c:::>e:>c:::::>c:::> ==c:>c::>== =c::;:>c::>=== c:::::> <::> c::::>== c::::> c::><::> <::>=<::> <::> c:>c:o= ===c:>c::::>c=>=== ==c::::oc:::>c;::>c::::>====c:>c:::> c:>c:::oc;::>c;::oc:::>c::::>c::::>c;::oc;::>c;::;>c::::>= e:::::>C:>C::::><::>===c::::>==== <::>c:>c::> c:>c;::>c=> ==== = eo c:>c::::>c:>c::::>c::::>======= c:::::>.oc:>c;::>c::=oc;::oc:>c:>==c::::o c::::>c::>c::::><::>-=-= = = ===-=- <::>0:=>========== c:>= c::> c::>c::::>c::::>== = ==c::> =======c;::oc:::>=== =====c::::>c::>c::::> c:::>c::>c:=>c=> =====C::::>e><::>==== = == =<=>===<::>==c::::> gggggg~ggggg C::::> C:> C;::O=<=>c::::>c::::> = ==e> C::O c:::>c::>c::>==-=-=c::>c:.=== C::::>C::::>C::::>e:::::>c::::>c::::>c::::>C::::>e>c::>C::::>C::::> c::>c::::>c::>c:::>===c=>==== c:::>c:>oc::>=====c:::> Carriles de fijadón o o o o o o o o Una alternativa, y en ocasiones complemento, al uso de la plancha de montaje lo constituye el carril de fijación. Se trata en un perfil de acero calibrado que se sujeta mediante tornillos al bastidor del cuadro eléctrico. Sirve para el soporte y fijación de dispositivos eléctricos, tales como: interruptores, magnetotérmicos, diferenciales, portafusibles, instrumentos de control, regletas de conexión, etc. Uno de los carriles más utilizado es el denominado carril DIN. Es una pletina que, mediante dos aletas laterales dispuestas a lo largo, permite asegurar fácilmente el anclaje de los elementos al ejercer una pequeña presión sobre la pestaña que éstos Incorporan. En el mercado existe una gran variedad de formas y medidas de carriles de fijación DIN. Sus dimensiones, las recoge la nor- mativa, tal como describimos a continuación: DIN EN 50035 NS/P: Carril de 32 mm de anchura, 15 mrn de altura y 1,5 o 2 m de longitud (figura 5.7a). O DIN EN 50022 NS-35-15/P: Carril de 35 mm de anchura, 15 mm de altura y 2 m de longitud (figura 5.7b). DIN EN 50022 NS-35/ P: Carril de 35 mm de anchura, 7,5 mm de altura y 1 o 2 m de longitud (figura 5.7c). DIN EN 50045 NS-MB: Carril de 15 mm de anchura, 5,5 mm de altura y 1,25 m de longitud (figura 5.7d). Fig. 5.7. D iferentes tipos de carriles de fijación DIN.
  • 181. Fig.5.8. Diferentes tipos de canaleta. Fig.5.9. Pasacables, tapones yjuntas. Fig. 5.10. Columnas separadoras. Unidad didáctica 5 Cuadros eléctricos Canaletas La conducción y ramificación del cableado interno de un cuadro eléctrico la po- demos realizar ayudándonos de la denominada canaleta. Se trata de una moldura alargada cuadrangular, ranurada o lisa, generalmente de PVC, formada por una base y una tapa. La base se asegura al bastidor del cuadro o a los carriles de fijación mediante clips estriados, remaches o tornillos. La tapa cierra fácilmente el conjunto una vez dispuestos los conductores eléctricos que discurren sobre la base. Colocaremos canaleta ranurada cuando a lo largo del cableado debamos realizar ramificaciones o derivaciones que modifiquen el número de conductores que dis- curren por el interior de la canaleta. Por el contrario, instalaremos la canaleta lisa cuando debamos salvar distancias de cableado en las que no se produzcan entradas o salidas de conductores a la canal. Pasa(ables ya((esorios de fijadón Con frecuencia será necesario prever en el cuadro eléctrico la salida o entrada de cables desde el exterior, distribuir o disponer en su interior los elementos a una cier- ta profundidad o con una determinada separación y, también, anclarlos o fijarlos de manera adecuada. Para realizar cualquiera de las operaciones anteriores existe en el mercado una gran variedad de accesorios. Entre los de uso más común podemos citar los pasacables, los tapones y juntas, las columnas separadoras y la tornillería específica. Pasacables, tapones yjuntas Los pasacables, también llamados prensaestopas son elementos de latón o nylon que se utilizan para evitar daños en las fundas de los cables que atraviesan las pare- des de los cuadros eléctricos. También se utilizan para mantener la estanqueidad y el grado de protección de éstos. Generalmente disponen de una rosca que les per- mite ser sujetados a la pared de la envolvente mediante una arandela y una tuerca y, en su interior, incorporan una junta de goma, en forma de arandela, que garantiza el cierre al comprimirse por la acción de una tuerca exterior de ajuste. ) ¡- El pasacables puede utilizarse, también, para tapar orificios inútiles en las paredes de la envolvente. En estos casos se sustituye la arandela de goma interna por otra completamente cerrada, o por un tapón que se rosca a la base del prensaestopas. Sin embargo, para este propósito, cuando el grado de protección lo admita pode- mos emplear tapones o juntas. Columnas separadoras En ocasiones surge la necesidad de fijar elementos de dimensiones distintas a la plancha de montaje. Este hecho puede provocar una disposición irregular en la al- tura de los dispositivos y la conveniencia de calzar estos equipos con las columnas o separadores. Estas columnas las podemos elegir en latón, nylon o una combinación de ambos materiales, dependiendo del grado de aislamiento eléctrico que requiera nuestra aplicación.
  • 182. Unidad dldáctl(d S Cuadros eléctricos Fig. 5.11. l ornilleria. Actividades lornillería Finalmente, hablaremos brevemente de la tomillería empleada para fijar los acce- sorios y dispositivos que incluye el cuadro eléctrico. Debemos pensar que existe un tipo de tomillo apropiado para cada uno de los materiales que empleamos como soporte de sujeción (chapa, madera, hierro, etc.) y que éste suele ser fabricado con materiales de diferente naturaleza (nylon, acero inoxidable, latón, hierro, etc.). La forma de su cabeza puede hacerlo apto para disimularlo en un chaflán (cónica, avellanada, gota de sebo, etc) o para incorporar arandelas (cilíndrica, alomada, etc) y, también, para decidir su forma de apriete (estrella, Allen, hexagonal, etc.). Por último, dependiendo de la fortaleza y aguante de la fijación, deberemos elegirlo atendiendo a su tipo de rosca (métrica, Whitworth, etc.) y a su diámetro. En la medida de lo posible, cuando montamos un cuadro eléctrico debemos procu- rar utilizar la menor variedad de tomillos posibles. Debemos unificar el tipo, tamaño y rosca de éstos. Asimismo debemos emplear arandelas de presión para la fijación de equipos y dispositivos sometidos a vibración . También debemos emplear las herramientas adecuadas en el apriete y suprimir las rebabas y los bordes cortantes cuando realizamos cualquier operación de mecanizado. 1. Busca información sobre el grado de protección que debería tener una envolvente, con cinco interruptores para alumbrado, ubicada: a) en un jardín y b) en un parking. Describe sus características más importantes en ambos casos. 2. Busca en Intemet tres empresas fabricantes de envolventes e indica el grado de protección máximo que pre- sentan sus armarios, pupitres y cajas. 3. Describe el uso de diez elementos que puedan montarse sobre carriles de fijación DIN. 4. Explica por qué puede ser necesario el empleo de tomillería de nylon y columnas aislantes y describe una apli- cación. Cableado de (uadros Fig. 5.12, Tipos de conductores eléctricos. La operación de cableado persigue la finalidad de conectar entre si los diferentes elementos de un cuadro eléctrico e implementar el circuito eléctrico de un automa- tismo de acuerdo con el esquema previamente confeccionado. Los conductores eléctricos Para realizar el cableado de dispositivos empleamos los denominados conductores eléctricos o cables, esto es, hilos de cobre o aluminio, generalmente aislados por una cubierta, que permiten el transporte y la distribución de la alimentación y de las señales de control y maniobra. En el mercado podemos encontrar una gran variedad de conductores eléctricoscon características eléctricas y mecánicas diferentes. Atendiendo al material conductor tenemos los de uso más común, fabricados en cobre recocido, o los menos habitua- les, en aluminio, para aplicaciones específicas. A su vez, el material conductor puede estar formado por un único hilo macizo (rígi- do) o por varias hebras trenzadas (flexible). Finalmente, como material aislante se emplea el PVC, la goma de silicona, el poliuretano, la fibra de vidrio, etc.
  • 183. La norma UNE 20434 espe- cifica las referencias con las que los fabricantes deben identificar los conductores eléctricos aislados de ten- sión hasta 450/750 V. Estas especificaciones correspon- den a un sistema armoniza- do (documento HD 361 de CENELEC) y, por lo tanto, son de aplicación en todos los países de la Unión Eu- ropea. En la referencia de un cable no deben constar necesa- riamente siglas en las diez posiciones posibles, sino que sólo se utilizan las es- trictamente necesarias para reflejar las características esenciales del conductor. Unidad dida(ti(a 5 Cuadros eléctricos Requisitos para el cableado de cuadros eléctricos Básicamente, los requisitos que debe cumplir un conductor eléctrico utilizado para el cableado de cuadros eléctricos son: O La intensidad admisible en régimen permanente. Es la corriente eléctrica que sopor- ta de forma continua el conductor sin superar su temperatura de trabajo. Está en estrecha relación con la sección del conductor, esto es, cuanto mayor es la sec- ción del conductor, mayor será la intensidad que éste podrá conducir sin sufrir calentamiento. O La temperatura máxima de operación. Es la temperatura máxima que puede so- portar el conductor sin perder sus cualidades de aislamiento. Este parámetro está relacionado con la intensidad admisible en régimen permanente y con el propio valor de la temperatura ambiente que rodea el conductor. O La naturaleza del aislante. El material aislante que cubre el conductor debe estar en consonancia con las características ambientales de su entorno. Aspectos tales como el exceso de humedad o de temperatura, la presencia de productos co- rrosivos, las vibraciones o tensiones mecánicas, etc. condicionan enormemente el empleo de un tipo de aislante u otro y hacen que, de su correcta elección, dependa en gran medida la seguridad de la propia instalación. El sistema utilizado para identificar los conductores consiste en una secuencia de siglas en la que cada una de ellas, según su posición, tiene un significado previa- mente establecido en la norma. En la tabla 5.4 mostramos algunas de las especifi- caciones de la norma que afectan directamente a los conductores empleados en el cableado de cuadros eléctricos. Posición 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tabla 5.4. Designación de condudores eh'!ctricos Sigla Significado H Cable según normas armonizadas 01 T ensrón 100/100 V 03 Tensión 300/300 V 05 Tensión 300/500 V 07 TenSión 450/750 V R Aislamiento de goma natural S Aislamiento de goma de silicona V Aislamiento de policloruro de vinilo (PVC) V2 AISlamiento de mezcla de PVC (serviCio de 90"C) V3 Aislamiento de mezcla de PVC (serviCio baja temperatura) V4 Aislamiento de PVC retlculado C4 Pantalla de cobre en forma de trenza. I Cubierta exterior de trenza de fibra de vidllo R Cubierta exterior de goma natural S Cubierta exterior de goma de silicona V Cubierta exterior de PVC V2 Cubierta exterior de mezcla de PVC (serVICio de 90"C) V4 Cubiertaexterior de PVC reticulada V5 Cubiertaextellor de mezcla de PVC (resistente al aceite) Ninguno Cable cilíndllco H Cable plano, con o sin cubierta, cuyos conductores pueden separarse - - - ·F Cable flexible para servicios móviles (clase 5de UNE 21022). ·H Cable extra-flexible (clase 6 de UNE 21022) -K Cable flexible para instalaciones fijas (clase 5 de UNE 21022). -R Cable rigido, de sección errcular, de varios hilos -U Cable rígido, de sección errcular, de un único hilo N Número de conductores x G mm' Signo Xen ausenCia de conductor amarillo/verde EXistencia de un conductor amarillo/verde Sección nominal
  • 184. Unidad d,dalt,(a s. Cuadros elé(tri(os Ejemplo 5.2 ¿Qué características presenta un conductor eléctrico, cuyo código de identificación es H07RR-F 3G6? Solución: Si consultamos la tabla 5.4, obtenemos: H: Cable según normas armonizadas. 07: Tensión 450/750 V. R: Aislamiento de goma natural. R: Cubierta exterior de goma natural. Cap: Cable cilíndrico -F: Cable flexible para usos móviles(clase 5). 3: Tres conductores. G: Existencia de un conductor amarillo/verde. 6: 6 mm' de sección cada conductor. Relación entre la intensidad yla sección en un conductor eléctrico Según sea monofásica o trifásica la tensión alterna de suministro, para deterrninar la intensidad que circulará por un conductor en régimen de trabajo permanente pode- mos emplear las expresiones siguientes: Monofásica: Trifásica: Donde: I es la intensidad en amperios (A). P es la potencia en vatios 0N). U es la tensión en voltios M. I = -:-:--,P - - U· cOSqJ (51 ) (52) cos qJ es el denominado coseno de fi o factor de potencia. Hay dispositivos que cuando se conectan a una tensión alterna se comportan como una carga resistiva pura; es el caso de las bombillas incandescentes o halógenas, los calefactores, etc. Cuando el consumo de este tipo de dispositivos es el dominante en una instalación, podemos considerar el coseno de fi igual a la unidad (cos qJ = 1). En cambio, cargas reactivas o inductivas como las que suponen los motores eléctricos o las reactancias de las lámparas fluorescentes pueden hacer decrecer el factor de potencia de la instalación hacia valores menores que la unidad (entre 0,85 y 0,98). Esto, consecuentemente, se traduce en un mayor consumo de energía eléc- trica y en un incremento del coste económico. Si conocemos la intensidad que debe circular por un conductor eléctrico, resultará fácil determinar cuál debe ser su sección sin tener que calcularla. Bastará con buscar su valor en alguna de las muchas tablas homologadas existentes. En la tabla 5.5 pro- porcionamos la relación de valores de sección e intensidad para conductores unipo- lares, utilizados en el cableado de cuadros, a una temperatura ambiente de 30°C. Tabla 5.5. Relación entre la sección y la intensidad en conductores eléctricos Intensidades admisibles en conductores unipolares a 300 ( de temperatura ambiente le((ión (mm') 0,1 0,71 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 Inlensidad (A) 5 7,5 10 13 18 24 31 43 58 76 94 114 145 176 203 234 267 314
  • 185. Unidad didatlica Cuadros eléctricos Ejemplo 5.3 ¿Oué sección deberá tener el cable de un calefactor eléctrico de 3.500 W si, a una temperatura ambiente de 30"e, lo alimenta- mos con una tensión altema monofásica de 230 V? Solución: Si utilizamos la expresión (5.1), con un cos <p ~ 1(carga resistiva), tenemos: P 3.500 U . cos qJ 230. 1 ~ 15,22 A De la tabla 5.5 elegimos la sección de 2,5 mm' , ya que corresponde a la de una intensidad de 18 A que es igualo inmediata- mente superior a la calculada de 15,22 A. Ejemplo 5.4 ¿Oué sección deberá tener el cable de un motor eléctrico de 3.500 W y un cos <p ~ 0,9 si, a una temperatura ambiente de 300 e, lo alimentamos con una tensión alterna trifásica de 230 V? Solución: Utilizando la expresión (5.2) para una carga inductiva, tenemos: P 3.500 U· v'3. coSqJ - 230 · 1,732·0,9 = 9,76A De la tabla 5.5 elegimos la sección de 1mm' , ya que corresponde a la de una intensidad de 10 A, que es igualo inmediatamen- te superior a la calculada de 9,76 A. Fador de corrección de la intensidad por efedo de la temperatura El incremento de la temperatura ambiente que rodea al conductor puede provocar que éste trabaje por encima de su temperatura máxima d e operación, con la consi- guiente degradación d e sus cualidades d e aislamiento y la disminución de su vida útil. Consecuentemente, el valor de la intensidad que adm ite el conductor a una cierta temperatura ambiente debe corregirse a la baja cuando esta temperatura aumenta. En la tabla 5.6 proporcionamos los factores de corrección, en función de la temperatura, que debemos aplicar a las intensidades de la tabla 5.5. Tabla 5.6. Fador de corrección de la intensidad por efecto de la temperatura ambiente Factor de corrección (fl ) T emperatura ambiente en "C 30 0,93 0,87 0,79 O,7t 35 40 45 50 0,61 55 0,50 60 El efecto de la temperatura ambiente hace que debamos corregir las intensidades d e la tabla 5.5 cuando la temperatura ambiente que rodea los conductores es igualo superior a 35 o c. Así, para un intervalo concreto de temperaturas ambiente, d ebemos multiplicar las corrientes de la tabla 5.5 por el correspondiente factor de temperatura FTobtenido d e la tabla 5.6. Ejemplo 5.5 ¿Oué sección debería tener el cable del ejemplo 5.4 si pasáramos a trabajar con una tempe- ratura ambiente de 45 °e? Solución: De la tabla 5.6deducimosque, a una temperatura ambiente de 45°e,el factor de corrección que hay que aplicar a las corrientes de la tabla 5.5 es FT= 0,79. Así, el conductor de 1mm' de sección que a 30 °e permitía la circulación de 10 A, a la tem- peratura de 45°e sólo permite 10· 0,79 ~ 7,9 A. Aquel otro de 1,5 mm' que a 30 °e aguantaba 13 A, ahora sólo soporta 13 . 0,79 ~ 10,27 A. En consecuencia, y dado que la corriente requerida por el motor era de 9,76 A, la sección del cable deberá ser ahora de 1,5 mm' .
  • 186. Unidad d,dacl,cd" Cuadros eléwicos Fig. 5.13. Aspeclo de bornes y reglelas de conexión. '. l · , ••••• Fig. 5.14. Identificadores de cables. Fig. 5.15. Bridas. .' '" Identifi(ación de elementos en un (uadro eléctri(o La identificación del cableado y los aparatos que forman el cuadro eléctrico se convierte en indispensable cuando el circuito eléctrico adquiere una mínima como plejidad. Esto nos obliga, ya de buen principio, a confeccionar el esquema eléctrico empleando referencias para identificar los elementos que éste incluye. Cualquier reforma, modificación o ampliación posterior que sufra el cuadro facilitará la intervención del personal técnico que realiza estas operaciones, y le permitirá ac· tuar sobre la instalación con unas mínimas garantías de eficacia y seguridad. Elementos de conexión Junto con los conductores y las canaletas, en la operación de cableado utilizamos otros materiales útiles para conectar e identificar elementos. Entre éstos, destacan los bornes y regletas, los identificadores de cables, las bridas y los terminales. Bornes yregletas Los bornes de conexión son elementos que nos permiten realizar los empalmes de conductores de forma segura. Por lo general, utilizamos aquellos que se montan en carriles DIN y que, en el interior de una carcasa plástica, incorporan un puente metálico que permite fijar los conductores mediante tornillos. Los encontramos de diferentes tamaños, formas y corrientes de utilización, lo que permite agruparlos para conformar regletas de conexión fácilmente identificables Identificadores de (ables Los identificadores de cables son unos anillos de plástico, de diferentes colores y diámetros, que se fijan en los extremos de los conductores permitiendo el marcado y la identificación de éstos. Cada anillo puede llevar grabado un número entre Oy 9, o una letra, para permitir la identificación y la personalización cuando agrupamos varios de ellos. Bridas Las bridas son cintas de nylon, estriadas transversalmente, que permiten cerrarse sobre si mismas abrazando los cables que discurren por su interior. En ocasiones las utilizamos para realizar agrupaciones de conductores afines a la salida de las cana· letas, en el interior de cajas, o en lugares donde se requiere una cierta flexibilidad del cableado. Terminales de (onexión Los terminales de conexión se grapan a los extremos de los conductores para evitar el deshilachado de sus hilos y facilitar su embornado. Existe una gran variedad de tipos, tamaños y formas de terminales en función de las características mecánicas de la conexión. Los de uso más frecuente para bornes y regletas de carriles DIN son los punteados, pero también los encontrarnos abiertos (tipo horquilla) y cerrados (tipo arandela) para fijación directa con torni- llos, o aquellos otros machos y hembras en los que la conexión se efectúa por presión (tipo Faston). Fig. 5.16. Empleo de terminales para las conexiones de elementos.
  • 187. letra A B Unidad dIdáctIca, (uadros eléctricos Identificación de aparatos La norma lEC 61082 describe la manera en la que debemos indicar los aparatos y las conexiones de una instalación, tanto en la representación del esquema eléctrico (referencia de aparatos, de contactos principales y auxiliares, de bobinas de mando, etc.) como en lo referente al posterior cableado del cuadro eléctrico (marcado de regletas, identificación de cables, etc.). De acuerdo con la citada normativa, la totalidad de los aparatos que conforman un automatismo se marcan con una letra (excepcionalmente dos) seguida de un número. La letra identifica la función del aparato, mientras que el número, que va detrás, (de libre elección) debe servirnos para identificar el aparato entre varios de los incluidos en la instalación. Tabla 5.7. Letras utilizadas para identificar los aparatosde un circuito eléctrico Aparato Equipos opartes de equipos de serie Transductores de magnitudes eléctricas Ejemplos Autómata programable, regulador de velocidad, amplificador, etc. Termopar, detectores (proximidad, termoeléctrico, fotoeléctrico), dinamóme· tro eléctrico, transductor de presión o temperatura, etc. ( (ondensadores o G H K KA KM Dispositivos de temporización y memoria, operadores binarios Material diverso Dispositivos de proteCCIón Equipos de alimentación Aparatos de señalización Relés y contactores en general Relés de automatismos ycontactores auxiliares (ontactores de potencia Inductancias M Motores N SubconJuntos que no sean de serie P Q R S T u v w x y 1 Aparatos de medida y prueba Aparatos mecánicos de conexión para circuitos de potencia Resistencias Interruptores manuales para la conexión de circUitos de control Transformadores Modufadores y convertidores valvulas electrónicas y semiconductores V ias de transmisión, guias de ondas, antenas Bornes, clavijas, zócalos Aparatos mecanicos accionados eléctricamente Elementos de compensación, filtros, limitadores Operador combinatorio, interruptor de décadas, línea de retardo, relés mo· noestables y biestables, aparato de memoria, etc. Elementos de alumbrado, calefacción y otros no incluidos Fusibles, limitador de sobretensión, pararrayos, relés de protección de co· rriente y tensión, etc. Generador, alternador, convertidor rotativo de frecuencia, baterias, OSCilado, res, inversores, etc. DISpositivos de señalización ópticos y acusticos En automatismos de potenCia se utiliza KA y KM (ontactor auxiliar de temporizaCión, todo tipo de relés (ontactor pJlncipal de motor oresistencia Bobina de inducción, bobina de bloqueo, etc. Instrumento indicador, registrador, contador, conmutador horario Disyuntor magnetotérmico, seccionador, interruptor diJ erencial, interruptor de potencia, guardamotor, etc. Resistencia, potenciómetro, reostato, shunt, termistancia, etc. P ulsador, interruptor deposición, selector, conmutador, etc. Transformador de tensión e intensidad (onvertidor de frecuencia, variador de velocidad, discriminador, demodula· dor, codificador, rectificador, ondulador autónomo, etc. T ubo de vacío, tubo de gas, tubo de descarga, lampara de descarga, diodo, transistor, tiristor, rectiJicador, etc. Hilos de conexión, cables, Juegodebarras, etc. (lavija y toma de conexión, clips, claviJ a de prueba, regletas de bornes, bornes de salida de soldadura, etc. E lectrofreno, embrague, electrovalvula, electroiman, etc. Equilibrador, corrector, transformador diferencial, filtro, etc.
  • 188. Unidad didactica 5. Cuadros eléctricos a) Bipolar b) Tripolar c) Tetrapolar Fig. 5.17. Marcado de contactos principales: a) Bipolar. b) Tripolar. e) T etrapolar. Identificación de bornes En este apartado la norma contempla el marcado de los contactos principales de potencia, de los contactos auxiliares, de las bobinas de mando y de las regletas. Aunque ya hemos hablado de la identificación de los bornes en la unidad didáctica 2, lo volvemos a incluir en esta unidad, dada su importancia para el correcto cablea· do de los cuadros. Marcado de contados principales Para marcar los bornes de los contactos principales, incluidos los de los relés térmi· cos, utilizamos una única cifra de 1 a 4 en equipos bipolares, de 1 a 6 en aparatos tripolares o de 1 a 8 en tetrapolares. El borne de entrada se marca con un número impar, y el de salida con el número par inmediatamente superior (figura 5.17). Marcado de contados auxiliares Los contactos auxiliares se marcan con dos cifras. La cifra de las decenas debe in- dicar el número de orden del contacto en el aparato, reservando el número 9, y si es necesario el O, para los contactos auxiliares de los relés térmicos. La cifra de las unidades se corresponde con el estado y función que mostramos en la tabla 5.8. Tabla S.8. Identificación del estado y la función de un contacto auxiliar Cifra unidades Función del contacto Ejemplo (L as decenas indican el orden del contacto en elaparato) 1-2 De apertura(NC) )-4 De cierre (NA) S31 631 ~.....~ 1,2-4 C onmutado D eapertura especial { {. 5·6 (temporizado, disparo de térmICo...) 16 16 D ecierreespecial (tem- 1 17 1 17 7·8 porizado, disparo de tér' 118 118 mico...) Conmutado espeCIal 7!'Sd 2 S 5-6-8 (temporizado, disparo de térmico...) 16 ¡'s 26 128
  • 189. Unidad didacllc." (uadros eléclricos Tabla 5.9. Identificación de mandos electromagnéticos Marcado de bobinas de mando Bobinas de mando electromagnélico F ig.S.18. Un devanado ,l; ~ Identificación de bornes en un cuadro eléctrico. Dos devanados ~ ~ Marcado de regletas A~' A02 Los bornes de las bobinas de mando elec- tromagnético se marcan con una letra (A o 8) seguida de un número de borne. Los bornes de aparatos con un único devanado se marcan como A 1 Y A2 y, aquellos que incorporan dos devanados, como A 1 Y A2 para el primero y 81 Y 82 para el segundo (tabla 5.9). Cuando cableamos un cuadro eléctrico es conveniente que los bornes de conexión conformen corno minimo dos grupos de regletas; un primer grupo para los circuitos de control y otro grupo para los circuitos de alimentación y maniobra. En el grupo de los circuitos de control, los bornes de cada regleta se marcarán me- diante un código alfanumérico formado por una primera letra común a todos los bornes, usualmente la X, seguida de un número identificador del grupo. Por ejem- plo, Xl, X2, X3, etc. Sin embargo, para el grupo de los circuitos de alimentación y maniobra, los bornes de las regletas se marcan con los códigos específicos que recogemos en la tabla 5.10. Tabla 5.'0. Códigos utilizados para el marcado de bornes en regletas de maniobra °potencia Códigos de marcado LHH3·N·PE L1-L l-L3-P¡ L -N -PE L ' -Ll-P U-V-W-Pe ° K-L -M -PE U ·V-PE°K-L-PE A-B-L..., ele función de los bornes Alimenlación lelrapolar, 3 fases, neullo (N) y lierra (PE). Alimentacióntripolar, 3 fases y tierra (PE). A limentación monofásica simple, fase, neutro (N) y tierra (PE). Alimentación monofásica compuesta, 1 fases y tierra (PE). Salidas a motores trifásicos conposible conexión de lierra (PE). Salidas a motores monofásicos con posible conexión de tierra. Salidas a resistencias. Identificación de cables Es recomendable identificar todos los conductores del esquema con las mismas marcas que llevarán visibles físicamente en los montajes eléctricos. Cada conduc- tor o grupo de conductores conectados al mismo potencial (punto equipotencial) deberá llevar un número único igual en todo su recorrido y que será distinto del de otras conexiones equipotenciales. Físicamente, dicha marca debe fijarse al conduc- tor en lugar visible y cerca de todos y cada uno de los terminales de conexión. La identificación de conductores se realizará general- mente mediante un número. Si deseamos distinguir en- tre grupos de circuitos (de control, de alimentación y de maniobra), podemos utilizar caracteres alfanuméricos. Para los circuitos de alimentación se reservan las siglas L, para las fases de alimentación, N, para los neutros, y PE, para los conductores de tierra o protección. En la figura 5.18 mostramos un ejemplo donde, además del marcado de bornes en una regleta de alimentación y maniobra, podemos observar el marcado de conductores.
  • 190. Unidad d,dacllca, Cuadros elétlricos Ejemplo 5.6 Interpretar el esquema del circuito que se muestra en la figura 5.19. Explicar qué es y para qué sirve cada uno de los dispositivos que incluye. Solución: Observando el esquema podemos entender que se trata del bloque de poten- cia de un automatismo que emplea una alimentación trifásica (L1, L2 y L3), para actuar sobre un motor de alterna (M1) a través de los contactos principales de un disyuntor 01, de los contactos principales de un contactor (KM1) y, finalmente, del circuito principal de un relé térmico (F1). En caso de producirse un cortocircuito, el disyuntor de protección, 01, asegurará la desconexión de todo el conjunto. La protección contra posibles sobrecargas eléctricas queda asegurada por el relé térmico F1, ya que sus contactos auxiliares, fomnando parte del circuito de control, suelen emplearse para desconectar el contactor KM1 cuando se produce una sobrecarga. Fig. 5.19. E squema de un automatismo eléctrico. Actividades :1:1:1 Ql~--~--~ KMl --- --- N .. <O M ~ Fl N .. <O MI 5. De acuerdo con la corriente máxima que figura en los interruptores magnetotérmicos de tu vivienda, determina la correspondiente sección mínima que deberían tener los conductores eléctricos conectados a ellos. 6. Busca infonmación sobre el factor de potencia que presenta un motor trifásico de potencia aproximada a 3.500 W, y calcula la corriente que podría consumir cuando lo conectáramos a una tensión trifásica de 400 V. 7. Elige un interruptor automático (disyuntor) para alimentar el circuito anterior. Ubicación de aparatos ymedidas de seguridad en cuadros eléctricos Fig. 5.10. Distribución de equipos en un cuadro eléctlico. La correcta ubicación de aparatos y dispositivos en el interior de un cuadro eléctri- co se convierte en fundamental cuando nos proponemos garantizar aspectos tales como la accesibilidad y la seguridad de la instalación. A((esibilidad Por accesibilidad debemos entender la facilidad con la que algo puede ser usado. En el montaje de cuadros eléctricos esto conlleva, antes de la mecanización de las envolventes, la planificación del lugar en el que fijaremos cada uno de los eqUipos y la determinación de la ruta por donde discurrirán los conductores. La planificación del lugar de fijación de los equipos debe contemplar, además de las condiciones especificas de instalación que imponga el fabricante del equipo, as- pectos tales como: la facilidad de manipulación del equipo, su peso, su emisividad o susceptibilidad al ruido eléctrico o al calor, etc.
  • 191. fig. 5.21 . Manipulación de los equipos de un cuadro eléctrico. Unidad dldactica 5 Cuadros eléctricos Ubicación de aparatos de frecuente manipulación Los equipos y aparatos que se manipulan con frecuencia deben emplazarse en los armarios en un lugar, tal que, resulte cómoda la intervención y vigilancia del opera- dor. Esto todavía es más evidente cuando se trata de equipos de medida y visualiza- ción, de accionamientos manuales de parada y emergencia (pulsadores de parada, pilotos de alarma, etc.) o de aquellos otros utilizados para establecer los parámetros de control del proceso. - - - -. - ~ fig. 5.22. Usualmente, los equipos indicadores, reguladores, registra- dores, interruptores automáticos, pulsadores de arranque o parada, pilotos de maniobra, etc., suelen instalarse en los pa- neles frontales de armarios y pupitres en la forma que muestra la figura 5.21. Los cuadros pueden, además, llevar una tapa transparente para evitar el depósito de polvo sobre los ele- mentos, particularmente, en aquellas instalaciones donde es- tos dispositivos, que deben estar a la vista, no están sometidos a una manipulación frecuente. Debemos señalar, una vez más, que la mecanización de cual- quiera de las paredes de la envolvente puede provocar la pérdida del grado de protección para la que fue diseñada. Consecuentemente, en estos casos, siempre deberemos bara- jar la posibilidad de elegir envolventes con una segunda tapa de cierre para asegurar su grado de estanqueidad. Por lo general, los equipos eléctricos o electrónicos compactos (autómatas, fuentes de alimentación, variadores de velocidad, etc.) y los mecanismos auxiliares de conexión y desconexión (algunos interruptores de maniobra, diferenciales, fusibles, etc.) suelen instalarse en el interior de armarios y pupitres, colocados sobre bandejas o fijados a placas de montaje o carriles DIN. ' I~ Equipos y dispositivos ubicados en el interior de uncuadro eléctrico.
  • 192. • I Unidad didáctica 5. Cuadros eléctricos Ubicación de aparatos pesados A menos que existan razones que lo desaconsejen, los equipos pesados debemos situarlos en la parte inferior de los armarios y pupitres. Soportados por bandejas o fijados a placas de montaje, estos equipos deben ser perfectamente anclados para evitar vibraciones, golpes o caídas (figura 5.23). Un equipo pesado no necesariamente tiene la propie- dad de ser robusto; es el caso de los transformadores de alimentación. Por su idiosincrasia, éstos son aparatos pe- sados y, sin embargo, sensibles a golpes o vibraciones, en los que cualquier rozadura de los conductores que conforman su devanado puede provocar un cortocircui- to y la consiguiente destrucción del transformador. Circunstancialmente, hay cuadros eléctricos que incor- poran equipos eléctricos o electrónicos voluminosos y delicados, tales como: centralitas de comunicación o medida, ciertos autómatas, controladores, reguladores, etc., que, además, requieren de una cierta protección adicional. En estos casos, para guarecer los equipos podemos compartimentar el armario con las bandejas, perfiles y bastidores que nos suministran los fabricantes para este propósito. Fig.5.23. Los diferentes equipos deben estar debidamente anclados para evitar vibraciones, golpes o caídas. Emisividad ysusceptibilidad al ruido eléctrico oal calor Compatibilidad electromagnética Un aspecto importante que cabe destacar cuando montamos un cuadro eléctrico es la compatibilidad electromagnética (EMq admitida por los equipos que instalamos. Entendemos por compatibilidad electromagnética la capacidad de cualquier aparato, equipo o sistema para funcionar de fonma satisfactoria en un entorno electromagné· tico y, a la vez, no provocar perturbaciones electromagnéticas sobre cualquier otro equipo de ese entorno. Consecuentemente, la compatibilidad electromagnética debe ocuparse de dos problemas diferentes: O Emisividad electromagnética. El aparato, equipo o sistema no debe ser fuente de interferencias que afecten a otros equipos de su entorno. Susceptibilidad electromagnética. En un entorno hostil de radiaciones electro· magnéticas, el aparato debe ser capaz de operar adecuadamente. Desde hace algunos años todos los aparatos eléctricos y electrónicos que se comer- cializan en la Unión Europea deben estar homologados y cumplir los requisitos de emisividad y susceptibilidad electromagnéticas que la normativa exige. Un aparato que verifique estos requisitos será identificado con las siglas CE. En instalaciones en las que queramos aumentar el grado de compatibilidad electro· magnética de ciertos equipos o aparatos, podemos proceder a blindarlos con en· volventes de chapa de acero e instalarlos sobre bandejas o bastidores en el interior de los cuadros eléctricos.
  • 193. Unidad didáctICa 5 Cuadros eléctricos Exceso odefecto de temperatura en el interior del cuadro Otro aspecto que condicionará la ubicación de los aparatos es el exceso, o el de- fecto, de temperatura en el interior del cuadro. Dependiendo de las características de la envolvente y del sistema de climatización empleado, deberemos colocar los equipos en uno u otro lugar. Dado que el aire caliente tiende a ocupar el espacio superior de un recinto cerrado, debemos evitar la ubicación de ciertos equipos electrónicos en estas zonas y, en general, prescindir de instalarlos cerca de cualquier fuente de calor. Hacemos notar que el exceso de temperatura, en muchos casos, es la causa del funcionamiento anómalo de un aparato y que puede derivar en una avería importante del mismo. Aunque menos frecuente, tampoco debemos olvidar el malfuncionamiento de equipos que operan a temperaturas inferiores a las que los fabricantes recomien- dan. Éste puede ser el caso de equipos que trabajan en el interior de armarios instalados a la intemperie. Como medida de precaución, cuando la temperatura de trabajo en el interior del cuadro no sea la apropiada (por exceso o por defecto), debemos plantearnos la instalación de algún sistema que acondicione el ambiente interno del cuadro. Sistemas de acondicionamiento del ambiente interno del cuadro Para acondicionar climáticamente un armario, el mercado nos ofrece una gran variedad de soluciones. Desde aquellos sistemas simples de recirculación de aire mediante ventiladores, hasta aquellos otros más sofisticados que nos permiten man- tener de forma automática la temperatura interior del armario en torno a un valor de consigna previamente establecido. La disposición de los sistemas de ventilación en el interior de los cuadros dependerá del método utilizado en la recirculación de aire. Hay ocasiones en las que se precisa insuflar aire al armario para crear una sobrepresión interna que evite la entrada de polvo, en cambio, en otros casos, lo recomendable será evacuar el calor del interior del cuadro forzando la salida de un cierto caudal de aire. Las aberturas de ventilación practicadas en las pare- des de la envolvente deben incorporar los accesorios (ventiladores, filtros, rejillas, protectores, molduras, juntas, etc). Estos accesorios, los facilita el fabricante para un método de acondicionamiento en particular. En el interior del cuadro, además, deberemos ubicar los aparatos de tal manera que faciliten la circulación del flujo de aire y eviten taponamientos o zonas sin ventilar. En general, siempre será necesario mantener en perfecto estado de funcionamiento el sistema de climatización de un cuadro eléctrico. Dependiendo del sistema elegido, deberemos realizar unas ope- raciones periódicas de mantenimiento y verificación. En el caso de sistemas de ventilación tenderán, sobretodo, a la limpieza de filtros. En el de aquellos otros destinados al acondicionamiento del clima en el interior del cuadro tenderán a la comprobación de compresores, termostatos y resistencias de caldeo. Fig. 5.24. Algunos sistemas de ventilación pensados para su instalación en cuadros eléctricos.
  • 194. Unidad didáctica 5. Cuadros eléctricos fig. 5.25. Cableado de dispositivos en el panel de un cuadro elé(trico. , , lit '" • V -160 ~ fig.5.26. Detalle de un embarrado en el interior de un cuadro elé(trico. Trazado del cableado El método de cableado que habitualmente se sigue se basa en la utilización siste- mática de las referencias de los bornes de los aparatos que están consignadas en el esquema de circuitos. Este procedimiento se traduce en un ahorro de tiempo dado la rapidez de la ejecución, la claridad, la fácil interpretación y la eficacia durante la explotación (modificaciones, reparación de averías, etc.). Frecuentemente va acompañado de un plano de disposición o de implantación del material para facilitar la localización de los elementos, o de un esquema comple- mentario de las conexiones exteriores. Id ' , .. .. ..c • '- Para cablear tanto el circuito de potencia como el de control, se debe leer la referen- cia de los bornes del aparato en el esquema de circuitos y realizar las conexiones, de sección adecuada, entre las referencias correspondientes en el equipo. En la tirada de cables, habitualmente conducidos mediante canaletas, nos deben servir de referencia los paneles frontal, fondo y laterales de la envolvente. En cual- quiera de estos paneles, la canaleta siempre debe discurrir siguiendo una orienta- ción horizontal o vertical y, en ningún caso, debemos admitir tiradas oblicuas. Antes de cablear será conveniente estudiar concienzudamen- te la distribución de los aparatos, la ubicación de las regletas de conexión y el recorrido de la canaleta, con objeto de sim- plificar el cableado y reducir la longitud de los conductores. En ciertas instalaciones, la distribución de energía en el interior del cuadro se realiza mediante embarrados, esto es, pletinas de cobre desnudas (facilitan la disipación de calor), de gran sección, por las que pueden llegar a circular corrientes impar· tantes. Las pletinas se montan sobre soportes aislantes, fijados a perfiles o a placas de montaje mediante los apropiados medios de conexión (tornillos, bridas, etc.), y discurren por el interior del armario sirviendo como tomas de alimentación para los equipos y dispositivos que la requieran (figura 5.26). Por su especial idiosincrasia, estos embarrados deben ubicarse en los armarios en lugares de acceso restringido, exentos de ambientes húmedos o corrosivos, fuera del alcance del personal no autorizado y con la zona de emplazamiento debidamen· te señalizada con el icono de peligro eléctrico. El empleo de esta señal no se reserva únicamente para este tipo de instalaciones ya que, en lugar visible, es obligatoria su colocación en cualquier cuadro eléctrico que instalemos. fig. 5.27. Señal de peligro elé(tri(o.
  • 195. UOIdad didac!ica 5. Cuadros eléctricos Seguridad Por seguridad debemos entender la exención de peligro o daño que presenta un objeto. Respecto de un cuadro eléctrico esto se traduce en la facultad que el cuadro debe poseer para operar de forma correcta sin provocar situaciones de peligro o causar daños a las personas que operan con él. Riesgos de trabajar con electricidad El riesgo que supone trabajar con la electricidad se ve agravado porque nuestros órganos sensoriales no están capacitados para detectar su presencia. Esto hace que los materiales electrizados, esto es, aquellos que presentan una diferencia de ten- sión significativa con respecto a tierra puedan ser la causa de electrocución (choque eléctrico) o quemaduras de personas y el origen de explosiones e incendios graves. Entre los daños más significativos originados por la energía eléctrica cabe destacar: O Los choques eléctricos por contacto con elementos en tensión (contacto eléctri- co directo). o con masas puestas accidentalmente a tensión (contacto eléctrico indirecto). O Las quemaduras por choque eléctrico o por arco eléctrico. O Las caídas o golpes como consecuencia de choque o arco eléctrico. O Los incendios o explosiones originados por la electricidad. Efectos del contacto eléctrico sobre la salud La incidencia sobre la salud de las personas provocada por un contacto eléctrico depende de la intensidad que circula por el cuerpo y, por ley de Ohm, de la impe- dancia que éste presenta. Tabla 5.11. Impedancia del cuerpo humano en función dela tensión de contacto La impedancia que ofrece el cuerpo humano al paso de la corriente no es constante, ya que varía dependiendo del nivel de tensión, del tiempo de contacto, de la frecuencia, del estado de hume- dad de la piel, de la superficie de contacto, de la presión ejercida y de la temperatura. En la tabla 5.11 proporcionamos los valores de impedan- cia del cuerpo humano en trayectos de mano a mano, o de mano a pie, para superficies de con- tacto comprendidas entre 50 cm' y 100 cm'. Tensión de contacto (V) 25 50 75 125 220 Impedancia media del 50%dela población (en Q) Piel seca Piel húmeda Piel mojada Piel sumergida 3.875 2.500 1.000 1 500 2.990 2.000 875 440 2.470 r 1.700 710 I 360 1.750 1.200 670 335 1.350 950 650 325 Dependiendo de la magnitud y de la frecuencia, la corriente eléctrica produce en el cuerpo hu- mano los efectos que indicamos en la tabla 5.12 (para el personal femenino, los valores de co- rriente de la tabla deben multiplicarse por 0,7). Tabla 5.12. Efectos de la corriente sobre el cuerpo humano limites corriente continua Limites corriente alterna (50 Hz) Desde: Hasta: Desde: Hasta: Desde: Hasta: Desde: Hasta: Efectos sobre el hombre (mA) (ms) (mA) (ms) (mA) (ms) (mA) (ms) Sin percepción 2 f 0,5 Sensación de cosquilleo 2 200 10 0,5 200 10 Contracción muscular 30 2.000 500 10 12 2.000 500 10 Umbral de fibrilación 200 1.000 1.000 10 50 1.000 1.000 10 Probabilidad fibrilación: 5% 200 1.000 1.600 10 70 1.000 1.600 10 P robabilidad fibrilación, 50% 400 2.000 2.000 10 180 1.000 2.000 10
  • 196. Unidad drdélctlCa 5. Cuadros eléctricos F ig. 5.28. Riesgos eléctricos por contactos directos e indirectos. Ejemplo 5.7 Contados diredos ycontados indiredos En la manipulación de cuadros, la existencia de riesgo eléctrico es debida a dos causas diferentes. O La primera causa la constituye el contacto directo con elementos de conexión (terminales, regletas, bornes, cables, etc.) sometidos a tensión (figura 5.28a). O La segunda, el contacto indirecto con los elementos metálicos del cuadro que presentan potenciales eléctricos anormalmente elevados (figura 5.28b). R _ -===------. 5 _-=-=-__....: T _____ R ___--, 5 _ _ _..., T -==...=-• ...LI R 5 _ _ _--:::=-" T ____ a) Contactos directos R ___-1 5 ___--1 T --=--n ------ b) Contactos indirectos Con las regletas de conexión se presenta una situación peculiar: de una parte, de· ben estar en un lugar accesible para facilitar la conexión de los cables y, de otra, esta accesibilidad conlleva un riesgo de contacto eléctrico directo debido a errores o descuidos. Para evitar el riesgo eléctrico de contacto directo debemos utilizar regle· tas con la tomillería de fijación embutida (como los bomes montados sobre carriles DIN) y, si es el caso, protegerlas adicionalmente con carcasas plásticas. Salimos del baño con la piel mojada y manipulamos un calefactor de pelo conectado a una tensión altema de 125 V. ¿A qué riesgos eléctricos nos exponemos si se produce un contacto directo durante 1 segundo? Solución: De la tabla 5.11 obtenemos un valor de impedancia de 670 Q , para un cuerpo mojado sometido a una tensión de 125 V. Por ley de Ohm, y de acuerdo con la expresión (1.2), la intensidad que recorrería nuestro cuerpo en el caso de producirse un contacto directo sería: U 125 1=-=-=0 186A R 670 ' De la tabla 5.12, ypara la circulación de una corriente alterna de 186 rnA durante 1 segundo, deducimos que existiría una pro- babilidad del 50% de sufrir una fibrilación ventricular, esto es. una sucesión de movimientos caóticos del corazón con posible parada cardiaca. Con referencia al riesgo eléctrico producido por contacto indirecto, será necesario crear una red equipotencial de tierra a la cual conectemos todos los materiales metálicos del cuadro (puertas, carcasas, bandejas, perfiles, etc.). En muchos casos, la propia naturaleza conductora de estos elementos y el contacto mecánico que establecemos entre ellos al montarlos pueden ayudarnos a distribuir el potencial de tierra. Sin embargo, como medida de seguridad, siempre será conveniente instalar conductores adicionales para conseguir el nivel equipotencial de tierra y evitar que las partes metálicas sean susceptibles de transferir tensiones peligrosas y, conse- cuentemente, de aumentar el riesgo de accidentes eléctricos.
  • 197. Actividades Unidad dldac!ica 5 Cuadros eléctricos Para realizar las conexiones equipotenciales de tierra con unas ciertas garantías debemos emplear los materiales apropiados que el mercado nos ofrece y, además, tener en cuenta algunas reglas básicas al realizar esta operación. Por ejemplo, una buena solución para distribuir el potencial de tierra en las puertas y bandejas de una envolvente metálica pasa por la utilización de cintas de cobre trenzado (figura 5.29), o de conductores de cobre con la cubierta de color amarillo-verde, fijados con tornillos o bridas. Sea cual sea el tipo de conductores utilizados en la distribución del potencial de tie- rra, se recomienda que sus secciones no sean inferiores a la mitad de la que posee el conductor principal de torna de tierra a la entrada del cuadro y que, si los cables son de cobre, estas secciones nunca sean menores de 2,5 mm'. La puesta a tierra en un cuadro debe ir acompañada de la instalación de un interrup- tor diferencial para que, en el caso de producirse un contacto indirecto, desconecte el circuito eléctrico en el rnenor tiernpo posible. Como es sabido, en condiciones normales, la intensidad que circula por los dos hilos de alimentación de un aparato es la misma, es decir, la corriente que "entra" al aparato es igual a la que "sale". Ante la presencia de un contacto indirec- to, la corriente que es conducida a tierra a través del cuerpo hurnano provoca una diferencia entre las corrientes de entrada y salida que es detectada por el interruptor diferencial hace que éste "salte" y corte la tensión de suministro. Fig. 5.29. Detalle del establecimiento del potencial de tierra en la puerta de un armario eléctrico. 8. Busca en Internet inforrnación sobre dos sisternas de aire acondicionado empleados para aclimatar la tempe- ratura en el interior de un armario eléctrico. Describe sus características e indica la conveniencia de emplear un sistema u otro. 9. Enrolla el cable de un calefactor eléctrico, o un secador de pelo, coloca en el interior del ovillo un termómetro y conecta el aparato a su rnáxirna potencia durante 5 minutos. Transcurrido este tiempo, apaga el aparato y anota la temperatura que ha alcanzado el cable. Ahora déjalo enfriar durante un tiempo, extiende totalmente el cable y adósale el termómetro con cinta aislante. Repite la prueba otros 5 rninutos y vuelve a tomar la tempera- tura. Explica a qué se debe la diferencia de temperaturas que habrás observado entre la primera y la segunda prueba, y a qué ley eléctrica obedece este fenómeno. 10. Examina la etiqueta de características del interruptor diferencial de tu vivienda. Observarás que aparecen dos valores de corriente. ¿Qué significado tiene cada uno de ellos? 11. Con la piel húmeda, qué intensidad circularía entre la mano y el pie al producirse un contacto directo durante 2 segundos, con una tensión continua de 75 V. De acuerdo a los datos de la tablas 5.11 y 5.12, qué efectos produciría. 12. Busca información sobre el tiempo de corte que presenta un interruptor diferencial de uso doméstico y descri- be contra qué riesgos eléctricos nos protege.
  • 198. Unidad dldac!lca S (uadros eléctricos Equipos de protección para la prevención de los riesgos eléctricos Ejemplo 5.8 A la hora de prevenir los riesgos eléctricos, además de la protección que incorporan las instalaciones, debemos tener muy presentes dos tipos de equipos: Los equipos de protección individual (EPI). Los equipos de protección contra riesgos eléctricos, que no tienen carácter de «individual». La diferencia para establecer esta clasificación la podemos encontrar en la propia definición de los equipos de protección individual, que hemos visto en la unidad anterior. Entre los diferentes equipos de protección contra riesgos eléctricos que se relacionan a continuación indica, atendiendo a la definición de EPI, indica cuáles son EPI ycuáles no. Banqueta aislante, pértiga aislante, destornillador con aislamiento 1.000 V, guantes aislantes, calzado aislante. Solución: Material de protección contra riesgos eléctricos Es un EPt Guantes aislantes Calzado aislante No es un EPt Banqueta aislante Pértiga aislante Destornillador con aistamiento de 1.DOOV Justificación L OS guantes aistantes yel calzado los lleva colocados el operario para protegerse del riesgo eléctrico y su uso es individual NO es de uso individual, no la lleva puesta el operario ni la sujeta para realizar trabajos eléctricos. Aunque esta herramienta tenga un aislamiento eléctrico que la hace adecuada para los trabajos eléctricos, lafinalidad del destor· nillador es apretar o aflojar tornillos. Equipos de protección no (onsiderados EPI La principal característica que deben tener estos equipos es presentar un elevado aislamiento eléctrico que limite la intensidad que pueda circular a través de ellos y, por tanto, a través del trabajador en el caso de accidente eléctrico. Los equipos más habituales que engrosan este grupo son: Herramientas especiales para trabajos eléctricos. Incorporan, respecto de las mismas herramientas no pensadas para trabajos eléctricos, aislamiento eléctrico en aquellas zonas de la herramienta que deben estar en contacto con el operario o bien que, accidentalmente, puedan ser accesibles por el operario (fíjate en la figura 5.30). Alfombras aislantes de goma ode caucho, que dispuestas en el suelo de la zona donde se deben realizar los trabajos eléctricos, aumentan la resistencia eléctrica entre el trabajador y tierra. Las alfombrillas sólo protegen al trabajador de los contactos con salida a tierra. Ante un accidente eléctrico en el cual se ofrezca otra trayec· toria (imagina un operario que está tocando una pared o alguna estructura me· tálica que ofrezca un circuito a tierra diferente de la salida por los pies) la alfom- brilla no nos protegerá.
  • 199. • •• F ig.5.30. Pértiga aislante con herramienta cambia fusibles ybanqueta aislante. (50famel) Fig. 5.31. Pictograma de doble triángulo. Unidad dldaclca 5 Cuadros eléctricos l Banquetas aislantes. Su funcionamiento es análogo a la alfombrilla pero elevando el plano de trabajo. Es preferible su uso al de la alfombrilla en superficies donde haya charcos de agua que pudieran inundar la alfombrilla, reduciendo su aisla- miento eléctrico. Los materiales más utilizados son los plásticos y la madera. O Pértigas aislantes. Consisten en una barra o en un tubo telescópico que tiene la parte por donde la debe manipular el operario de material aislante. La cabeza de la pértiga puede tener diferentes herramientas o detectores acoplados (detecto- res de tensión, sierras cortacables u otras herramientas). Permiten realizar los trabajos garantizando una distancia de seguridad respecto de las partes activas de la instalación (partes que están normalmente a tensión). Elementos de señalización de los riesgos eléctricos y dispositivos de bloqueo para evitar maniobras accidentales en las instalaciones. Equipos de prote((ión individual para riesgos eléctricos Como hemos señalado antes, para que los equipos de protección se consideren EPI deben ser llevados o sujetados por el trabajador y deben estar diseñados con el objetivo principal de protegerle de los riesgos que se pueda encontrar en la realiza- ción de su trabajo. Todos los EPI para trabajos con equipos en tensión deben estar marcados con un pictograma de doble triángulo como indica la figura 5.31. A continuación vas a ver diferentes referencias a normas que regulan diferentes tipos de EPI. Estas referencias no están incluidas para que las memorices sino para que puedas consultarlas y ampliar la información que aquí te presentamos, si te resulta necesario. Los EPI más habituales para la protección de riesgos eléctricos deben cumplir con los requisitos básicos de seguridad e higiene (Directiva europea 89/6867CEE). y además verificar las propiedades que se resumen a continuación, para cada tipo: El casco de seguridad Consiste en un casco básico que protege de los mismos riesgos ya explicados en la unidad anterior. Además, todos los cascos incorporan algún requisito (obligatorio u opcional) relacionado con la protección eléctrica. Por ejemplo: Los cascos de protección para la industria en general (regulados por las normas UNE-EN 397, UNE-EN 812 Y UNE-EN 14052) pueden incorporar de forma op- cionalla protección contra contactos eléctricos accidentales, de corta duración, hasta una tensión de 440 V. Los cascos para bomberos deben ofrecer la protección contra contacto eléctrico accidental hasta 440 V. Los cascos aislantes para utilización en instalaciones de baja tensión, deben ofre- cer obligatoriamente protección contra contactos eléctricos de hasta 1kV en CC o bien 1,5 kV en CA. Estos cascos son de clase O.
  • 200. Unidad dldacllca Cuadros eléctricos F ig. 5.32. Visera facial. Fig.5.33. Ropa de protección. Fig. 5.34. Guantes de protección. Pantallas yviseras faciales Además de esta protección genérica, las pantallas que cumplen con la norma UNE- EN 166 son las únicas que proporcionan protección contra los riesgos originados por el arco eléctrico de cortocircuito (la energía que se disipa puede llegar a fundir los metales que causan el cortocircuito y proyectarlos contra la cara del operario). Para indicar la protección de una pantalla facial contra riesgos eléctricos, en el campo de uso de la pantalla se marcará ésta con el número 8. Ropa ovestuario de protección Respecto de los riesgos eléctricos, podemos diferenciar entre tres tipos de prendas en función de la norma aplicable: O Prendas antiestáticas (UNE-EN 1149), para evitar la acumulación de carga electros- tática que puede provocar la generación de chispa eléctrica, y como consecuen- cia, generar explosión o incendio en atmósferas explosivas. Prendas aislantes (UNE-EN 50286) para ser usadas en instalaciones a baja tensión. Las debe utilizar personal cualificado que realiza trabajos en tensión (o en zonas próximas a instalaciones en tensión) hasta los 500 V en CA y 750 V en Ce. O Prendas conductoras (UNE-EN 60985) para su uso por operarios cualificados que realizan trabajos en alta tensión (hasta 800 kV en CA y hasta los 600 kV en CC, de tensión nominal). También debemos considerar si el vestuario ofrece protección contra los efectos térmicos de un arco eléctrico. La regulación de los requisitos que debe cumplir este tipo de ropa se encuentra en la norma UNE-EN 61482. Protecciones para manos ybrazos Los miembros superiores están sometidos a muchos riesgos en la mayoría de los trabajos. Podemos afirmar que es la zona del cuerpo con mayor estadística de acci- dentes laborales (acumulan, aproximadamente, el 35 % de las lesiones tanto de origen mecánico como térmico, químico o eléctrico). Estas protecciones se clasifican en dos grupos: Por un lado, tenemos guantes y ma- noplas (según norma UNE-EN 60903) y, por otro lado, los manguitos de material aislante para trabajos en tensión (según UNE-EN 60984). El material principal de fa- bricación de los guantes y manoplas aislantes es el caucho natural (de mayor grosor cuanta más tensión haya que soportar). En muchos casos, si los guantes aislantes no tienen una resistencia mecánica consi- derable a la abrasión o perforación, se deberán colocar sobre ellos unos guantes de cuero que garanticen la protección mecánica. Actualmente existen en el mercado compuestos para guantes eléctricos que también garantizan una elevada resistencia mecánica. Existen seis clases de guantes y manoplas aislantes para trabajos eléctricos, en fun- ción del nivel de tensión máxima de utilización: elase Voltaje efi,.z (CA) Voltaje (ee) 00 500 750 O 1.000 1.500 7.500 11250 2 17.000 25.500 3 26.500 39.750 4 36.000 54.000
  • 201. Fig. 5.35. Bota aislante. Unidad didattlca Cuadros eléctricos Los manguitos aislantes protegen de los contactos accidentales con elementos en tensión. Se clasifican como los guantes y manoplas (pero varian las tensiones máxi- mas de utilización). Calzado de uso laboral El calzado de uso laboral ya sea de seguridad (UNE-EN 20345), de protección (UNE- EN 20346) Y de trabajo (UNE-EN 20346) puede incorporar de forma adicional pro- piedades eléctricas, y puede ser, además: O Calzado conductor, con una resistencia eléctrica baja (inferior a 100 kQ), evita exce- siva acumulación de cargas electrostáticas que pueden originar la chispa eléctri- ca, en caso de descarga. No se debe utilizar en trabajos con tensión. Calzado antiestático, con una resistencia eléctrica intermedia (entre 100 kQ Y 1.000 MQ). Se utiliza para disipar cargas electrostáticas ofreciendo una cierta pro- tección contra choques eléctricos en caso de defecto de equipos hasta los 250 V de tensión de funcionamiento. No se debe utilizar en trabajos en tensión. Calzado aislante. Permite la protección en condiciones extremas derivadas de tra- bajar en ambientes húmedos o mojados, siempre que se trabaje a baja tensión (máximo 100 V de CA, nunca en alta tensión). En estos casos, la humedad o suelos mojados reducen la resistencia de contacto y aumentan el riesgo. El calzado aislante se clasifica en función de la tensión nominal de la instalación en la que o en cuya proximidad se utilice: O Clase 00, para una tensión máxima de 500 V de CA o 750 V de Ce. Clase O, para una tensión máxima de 1.000 V de CA o 1.500 V de Ce. El uso de calzado aislante, complementado con alfombras o guantes aislantes, será efectivo para reducir los riesgos de corrientes de contacto que tengan salida a tierra a través de los pies. Evidentemente, no proporcionará protección frente a contactos con diferentes vias de salida del cuerpo. Marcado de los EPI para riesgos eléctricos Todos los EPI deben estar correctamente marcados, según indicación de la normati- va que los regula. A modo de ejemplo, presentamos el marcado de unos guantes aislantes. Fig.5.36. E jemplo del marcado de un guante aislante. NOlmativa.de _ EN 60903:2003 refelencla lEC 60903:2002 Símbolo 1 ),u a Il11bajo _ COII lesión 03 4 / Re - ClasefCategolia Mes y año de 06 - fab, icolción 10 - Talla de guantes HillUell) tle lote - LOT XXXX ( E0333 Fecl•• :;::::::;;~·:.:·,+ ---+------+- ~ I -'-r-------r=- I 1----';---, 1 1 L vel_ ;'_ di_ C '_' __ + -=_ ==.:-_:.=== .==-"---,, Actividades 14. Haced un listado de los diferentes equipos de protección para la prevención de riesgos eléctricos que tenéis en el taller y describid sus caracteristicas. Fijaos en el marcado.
  • 202. 11 Unidad dldactJca S Cuadros eléctricos Verificació i prova del quadre Fi9. 5.37. Termografia de un interruptor magnetotérmico con una de sus conexiones insuficientemente apretada. En la figura se detecta, mediante una coloración amarilla, que el deficiente apriete del cable en el borne provoca un aumento de resistencia de la conexión y, consecuentemente, un calentamiento de la zona de contacto. Para garantizar la operatividad de un cuadro eléctrico debemos realizar las oportu- nas verificaciones y ensayos que tiendan a asegurar que la instalación de los equipos que conforman el cuadro ha sido realizada correctamente y que éstos funcionan bajo las condiciones eléctricas y ambientales para los que se diseñaron. Verificación de la instalación El correcto funcionamiento de la instalación pasa por observar cuidadosamente el conjunto de operaciones que a continuación se describen: Conformidad de la instalación Esta operación la realizaremos siempre con el cuadro eléctrico desconectado de la alimentación para lo que, previamente, deberemos desconectar los aparatos sec- cionadores más próximos a la zona de trabajo. Básicamente, consiste en: (,) Comprobar físicamente que la instalación coincide con el esquema de circuitos confeccionado, verificando la continuidad de las conexiones de alimentación, maniobra, tierra, etc. y la ausencia de cortocircuitos, cruces o derivaciones a otras redes o a tierra. O Comprobar si el material eléctrico instalado es conforme con las prescripciones establecidas y que no presenta ningún daño visible que pueda afectar a la segu- ridad. Comprobar la existencia de medidas de protección contra choques eléctricos por contacto o derivados de fallos de aislamiento. Verificación de los elementos de conexión En los materiales utilizados para la conexión de aparatos debemos comprobar que éstos estén fijados a sus soportes sin que puedan aflojarse por si mismos. También debemos comprobar que los conductores posean la sección correspondiente sin posibilidad de deslizarse de su ubicación y que el contacto quede perfectamente asegurado sin dañar a los cables. Asimismo, evitaremos la existencia de bordes cor- tantes que puedan dañar los conductores, el desgarro de sus cubiertas aislantes y los esfuerzos mecánicos o dobleces que puedan deformarlos permanentemente. Una de las causas más frecuentes de avería es la que provocan las conexiones mal aseguradas. Este hecho puede provocar el aumento de temperatura de conductores y aparatos que, en muchos casos, derivan en explosiones o incendios. La figura 5.37 muestra el aspecto de una fotografía tomada con infrarrojos (termografía) que denun- cia la presencia de un mal contacto en el borne de un interruptor magnetotérmico.
  • 203. Operaciones tales como las de comprobar la sujeción de prensaestopas o pasacables, verificar los aros de estan- queidad, evitar la tracción o rotación de cables, etc., deben realizarse para evitar males mayores. Tabla S .ll. Clases de temperatura de los aparatos eléctricos clase de Temperatura temperatura superficial máxima ('C) 11 450 12 300 T3 200 T4 135 T5 lOO T6 85 F ig. 5.38. Termografia de dos magnelotérmicos trabajando cerca del limite de la corriente admisible. En color amarillo, la fotografía infrarroja pone de manifiesto el calentamiento que sufren los dosinterruptores cuando son atravesados por corrientes de trabajo anormalmente altas. Unidad dldacllca 5 Cuadros eléctricos Verificación de la estanqueidad de la envolvente Como ya señalábamos al tratar de las envolventes, las entradas de alimentación y las entradas o salidas de los cables de maniobra deben efectuarse sin alterar el grado de protección de la envolvente. Dado que este principio también debe respetarse en todas aquellas operaciones de mecanizado a las que sometemos la envolvente, deberemos comprobar el grado de estanqueidad de pasacables, prensaestopas, juntas, aberturas de ventilación, etc., para evitar la entrada de polvo o gases que puedan provocar arcos o chispas. También deberemos verificar el correcto funciona- miento de los sistemas de ventilación o acondicionamiento de aire que impidan tra- bajar fuera de los márgenes de temperatura previstos en el interior de los cuadros. Verificación de la temperatura de operación Ninguno de los aparatos del cuadro debe superar la temperatura máxima de ope- ración establecida en sus características. Para los aparatos eléctricos, los valores de temperatura máxima se agrupan en clases tal como recoge la tabla 5.13. Habítualmente, el aumento de temperatura de un aparato eléctrico provoca la reducción de su resistencia mecánica, la degradación de su nivel de aislamiento y posíbles daños a partes eléctrícas vecinas. Como ejemplo de un mal dimensionado de aparatos, en la figura 5.38 observamos la termografía de dos magnetotérmicos trabajando con intensidades próximas a su valor limite. Pruebas de fundonamiento Las pruebas funcionales a las que debemos someter un automatismo dependerán, en cada caso, de la propía naturaleza del automatismo, de las características de la instalación y de los aparatos que incorpore el cuadro eléctrico. No obstante, hay una serie de pruebas elementales que siempre será necesario realizar al trabajar con automatismos eléctricos; entre ellas cabe destacar: O La medida de la resistencia de puesta a tierra. O La medida de las tensiones de alimentación y auxiliares. O La comprobación de los elementos de seguridad. O La medida de las corrientes de fuga. La comprobación de sensores, actuadores y equipos de control y medida. Cuando realizamos trabajos con elementos bajo tensión hemos de considerar no sólo el riesgo de contacto eléctrico, sino también la posible formación de arcos eléc- tricos por cortocircuito. En estos casos, además del equipo de protección personal (casco, gafas, calzado aislante, ropa ignífuga, etc.), debemos emplear en cada caso el material de seguridad más adecuado (herramientas y guantes aislantes, compro- badores, alfombras o banquetas aislantes, etc.) y, además, ropa resistente al calor (tipo ignifugo, algodón, etc.) para que no se inflame en caso de producirse un arco. En ningún caso es recomendable el uso de ropa acrílica.
  • 204. Unidad dldactlCa 5. Cuadros eléctricos Tanto en alterna como en continua, las medidas de tensión las realizamos em- pleando un instrumento como el voltímetro, cuidan- do de evitar cortocircuitos con las puntas de prueba al tomar la medida. Medida de la resistencia de puesta atierra Esta operación debe ser realizada por el personal técnico competente mediante el uso de un te/urómetro, esto es, de un equipo que determina el valor de la resistencia de tierra a partir de la inyección de una corriente alterna conocida, a una frecuencia superior a los 50 Hz, y de la caída de tensión que esta corriente produce. La medida debe ser realizada en las condiciones que la norma establece y efectuada sobre la conexión principal de tierra de la instalación. Medida de las tensiones de alimentación yauxiliares Es una prueba importante consistente, de una parte, en medir el valor de la tensión de suministro a la entrada del cuadro y en todos aquellos puntos donde se produce alguna derivación o conexión y, de otra, en verificar el nivel de todas aquellas ten- siones auxiliares utilizadas para la alimentación de dispositivos específicos como los sensores, los actuadores, etc. Comprobación de elementos de seguridad Esta tarea persigue la verificación y prueba de todos los elementos de seguridad que incorpora la instalación. El trabajo debe contemplar, de una parte, la revisión del estado de los elementos y la aprobación de sus principales características y, de otra, la prueba real de estos dispositivos mediante los convenientes ensayos de funcionamiento. Entre otras, las operaciones que se derivan de esta tarea son: O La revisión del estado de los fusibles y el examen de la corriente máxima para los que éstos están dimensionados. O La comprobación del accionamiento de los interruptores y la verificación de su corriente de disparo. O La comprobación del de los interruptores magnetotérmicos y la verificación de su corriente máxima de corte. O La revisión del estado de los sistemas de climatización de los cuadros eléctricos y la comprobación de su funcionamiento. O La revisión del estado y la prueba de los pilotos luminosos y de los pulsadores o interruptores de parada, alarma y emergencia. O La comprobación de la equipotencialidad de tierra en todas las partes metálicas de la instalación. Medida de las corrientes de fuga Esta medida la realizaremos empleando una tenaza amperimétrica que posea una sensibilidad mínima de 1 mA, y la colocaremos de tal manera que abrace simultánea- mente los conductores activos (de fase y el neutro). Dado que la pinza realiza la suma vectorial de las corrientes que pasan por los conductores que abraza, la medida obtenida debe ser igual a cero. Si no fuera así, hemos de suponer que la instalación tiene una corriente de fuga que circulará por los conductores de puesta a tierra. La comprobación de sensores, actuadores yaparatos En esta operación debemos comprobar la señal que generan los diferentes senso- res de la instalación y verificar que están presentes allí donde se las requiere. Tam- bién deberemos realizar la prueba de los actuadores, accionándolos con las corres- pondientes señales de maniobra a la vez que verificamos su correcta operación. La prueba de funcionamiento de un automatismo debemos realizarla por fases. Los diferentes bloques funcionales, o subconjuntos, que lo conforman deben compro- barse y verificados individualmente. Una vez efectuada la revisión por separado, los arrancaremos en fases sucesivas hasta completar la puesta en marcha global de la instalación.
  • 205. Unidad dldactlca S Cuadros eléctricos Autoevaluación 1. Al hablar de cuadros eléctricos, qué debemos entender por envolvente. 2. Cita tres tipos diferentes de envolventes y describe su utilización. 3. ¿Qué grado de protección presenta un armario catalogado de IP 54 -IK 06? 4. ¿Qué requisitos se le exige a una envolvente antideflagrante? s. Cita tres tipos de planchas de montaje y los posibles materiales de qué están hechas. 6. ¿Qué es un prensaestopas? ¿Para qué se utiliza? 7. Cita cuatro materiales utilizados en la cubierta de conductores. 8. ¿Qué características presenta un conductor eléctrico de código H05SS-F 3x2,5? 9. ¿Qué debemos entender por factor de potencia? 10. ¿Qué factor de potencia presenta un motor trifásico de 11 kW cuando, conectado a 400 V, consume una co- rriente de 20 A7 11. Cita algunas de las ventajas que nos proporciona la identificación de elementos en un cuadro eléctrico. 12. En un esquema, qué aparato puede ser aquél cuya referencia comience por K. 13. ¿Qué entendemos por esquema de un circuito? 14. ¿Qué dos cuestiones fundamentales debemos garantizar al ubicar los aparatos de un cuadro eléctrico? 15. Cita dos cuestiones que debamos contemplar para mejorar la accesibilidad de los elementos de un cuadro eléctrico. 16. Explica los conceptos de emisividad y susceptibilidad al ruido eléctrico. 17. ¿De qué factores depende la intensidad que recorre nuestro cuerpo en un contacto eléctrico directo? 18. ¿Qué entendemos por contacto eléctrico indirecto? 19. ¿Qué impedancia presenta el cuerpo mojado de una mujer ante el contacto directo con una tensión de 75 V? 20. ¿Qué entendemos por fibrilación ventricular? Búscalo en internet. 21. Describe brevemente las cuatro operaciones que debemos realizar al verificar una instalación eléctrica. 22. ¿Qué entendemos por termografía? 23. Describe brevemente las cinco pruebas funcionales que debemos realizar en cualquier instalación eléctrica.
  • 206. nidad didáctica 6 etección ydiagnóstico eaverías en automatismos Jbleados yprogramados lué aprenderemos? ~ Qué es una avería y qué tipo de averías pueden producirse. ~ Qué diferencias hay entre las averías en los automatismos cableados y en los programables. A detectar, identificar, evaluar y analizar averías.
  • 207. Unidad didáctICa 6 Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados Las averías ysus tipos Fig.6.1. Evitar averias es un principio básico que debe regir en cualquier instalación. La mejor avería es aquella que no se produce y la mejor reparación, aquella que no debe realizarse. Aunque parezca una evidencia, debe procurarse que esto sea así porque una avería, por su propia naturaleza, comporta un funcionamiento anormal que aparece en el momento más inesperado y produce daños a distinta escala que inciden, en mayor o menor medida, en todo el sistema productivo de la empresa. Evitar y prevenir averías es un principio básico que debería regir en cualquier ins- talación y que se basa en la técnica que se denomina mantenimiento preventivo. Cuando se ha producido una avería, la reparación de la misma se conoce, también, como mantenimiento correctivo. No obstante, es inevitable que se produzcan averías y, por tanto, deben tenerse en cuenta algunos principios básicos para enfrentarse a ellas con el objetivo de que afecten lo menos posible a la empresa en su conjunto. Inciden(ias de las averías en los sistemas automatizados Los tipos de averías que nos podemos encontrar los podemos clasificar, atendiendo a su incidencia en la producción de la máquina o del sistema automatizado, en le- ves, moderadas y graves. Averías leves Las averías leves son aquellas que no inciden en la producción de la máquina o del sistema automatizado, es decir, se puede operar igual aunque persista indefinidamente esta deficiencia. Se debe tener especial cuidado con este tipo de averías porque, al no afectar a la producción, se van dejando sin resolver y la instalación puede llegar a alcanzar un estado de dejadez lamentable. Todos los elementos del sistema tienen su función y aunque ésta no esté asociada directamente a la producción, lo está a la máquina. Ello sucede, por ejemplo, con señalizadores de situaciones de la secuencia. Averías moderadas Las averías moderadas son aquellas que inciden en la producción de la máquina o del sistema automatizado, si bien con una intervención de urgencia, a menudo a cargo del mismo operario del sistema, la máquina puede seguir en producción. Como ejemplo de este tipo de avería podemos citar las operaciones que el sistema realiza de manera automática y que, ante una avería, el operario puede efectuar de forma manual, lo que permite la continuación de la producción, aunque a veces no al mismo ritmo. Averías graves Las averías graves son aquellas averías que inciden en la producción de la máquina o del sistema automatizado hasta el extremo de que la máquina no puede seguir en producción. Las averías graves conllevan costes elevados para las empresas, pues se detiene la pro- ducción a la vez que se mantienen los costes (salarios, alquileres, gastos fijos, etc).
  • 208. 1, Unidad didawca', Detección V diagnóstico de averias en automatismos cableados V programados Fig. 6.2. Averías en automatismos cableados Cada vez quedan menos máquinas o procesos cuya tecnología de automatización sea cableada. No obstante, existen dos casos en los que pueden encontrarse este tipo de automatismos: máquinas o procesos antiguos y máquinas o procesos muy sencillos. En el caso de máquinas o procesos antiguos el principal inconveniente con el que puede topar el técnico es que no exista ninguna documentación sobre la misma: ni esquemas eléctricos, ni hojas de procedimiento de puesta en marcha, de instalación o de mantenimiento. Algunos automatismos muy sencillos puede que tampoco ten- gan ninguna instrucción escrita sobre qué debe hacerse en caso de avería. Los elementos que mayoritariamente forman los automatismos cableados son los relés electromagnéticos, los temporizadores, los contactores y los elementos de protección, como fusibles, relés térmicos, magnetotémnicos y diferenciales. Las averías en este tipo de automatismos acostumbran a estar relacionadas con el deterioro de los elementos que lo componen a causa de su uso y envejecimiento. Un buen mantenimiento revierte en una notable escasez de averías, y las que se pro- ducen acostumbran a ser muy repetitivas, de manera que se ponen de manifiesto los puntos negros de la instalación y las deficiencias de diseño. El coste de reparación de este tipo de averías es relativamente bajo porque no se trata de materiales de coste elevado. Además, la mayoría de los componentes son de muy buena calidad (ya no se encuentra, prácticamente, material mediocre en el mercado) y muy robustos, por lo que el número de averías que se dan es realmente escaso al poder operar todos los componente sin problemas durante muchas horas. El tiempo para solucionar las averías en los automatismos cableados depende más del tiempo de determinación de la avería y de la obtención de los elementos de repuesto, que del tiempo de reparación. La reparación consiste, en la mayoría de los casos, en destornillar los bornes de los elementos estropeados para separar los cables de conexión y en sustituir dichos elementos, atornillando nuevamente los cables a los bornes. Tanto en el caso de instalaciones antiguas como en el de instalaciones sencillas, debería destinarse un tiempo para realizar pliegos de instrucciones que detallen las pruebas funcionales encaminadas a resolver las averías que, opcionalmente, pue- dan presentarse, más allá de un mantenimiento preventivo básico. Armario de relés en un automatismo cableado. • ·"
  • 209. Unodad dldactlca o Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados Vprogramados Fig. 6.3. Elementos especiales en automatismos programables. Actividades Averías en automatismos programables Los automatismos programables acostumbran a ser relativamente modernos y, por lo tanto, diseñados por personal que sabe que se podrán modificar a lo largo de su vida útil, que se deberán mantener y que han de ir acompañados de una documen- tación básica relacionada con dicho mantenimiento específico de la instalación. Los automatismos programables, aparte de compartir algunos elementos con los cableados, presentan elementos especiales conectados con los autómatas progra- mables. Lógicamente en un automatismo programable el tipo de averías que puede darse es mucho mayor que en el caso de los cableados, porque incluye más componen- tes que son altamente sofisticados y pueden presentar averías propias. Así, por ejemplo, puede estropearse el terminal del operador y que el proceso prosiga sin la posibilidad de interacción entre el operador y el automatismo. Este tipo de avería no es directa por cuanto no afecta al controlador (al autómata) o a una parte directamente relacionada con el control. Puede haber, por lo tanto, averías de tipo leve, moderadas y severas. El coste de este tipo de averías, respecto a la repara- ción, es más elevado que en las instalaciones cablea- das, aunque, en realidad, el número de las mismas que se dan es realmente escaso porque los materiales son de muy alta calidad, robustos y certificados en relación con su capacidad para operar sin problemas durante un elevado número de horas. El tiempo que se necesita para efectuar una reparación es algo superior al de las instalaciones cableadas. Mientras que es fácil guardar en el almacén un relé o un contac- tar, no se acostumbra a tener almacenados autómatas, ordenadores o terminales de operador, dado su elevado coste. Así, al tiempo de determinación de la avería debe añadirse el de obtención del repuesto. Su sustitución acostumbra a ser una operación muy rápida, ya que se trata en todos los casos de conexiones enchufabies me- diante conectores o regletas extraíbles de bornes. Si la avería la presentan los elementos convencionales, el coste de la reparación yel tiempo que ésta requiere es el mismo que en un automatismo cableado. La gran cantidad de lógica alojada en los armarios con automatismos programables permite, en muchos casos, programar parte del equipo para diagnosticar averías (autodiagnóstico) o para ayudar a los técnicos a detectarlas. Así, el tiempo de detec- ción de las averías puede reducirse mucho. 1. Completa la tabla siguiente indicando las diferencias relativas a las averías que hay entre los automatismos cableados y los programables: Detección de la averia Tipos de averias y frecuencia de aparición Coste de reparaCión Tiempo de reparación Automatismos ,abl.ados Automatismos programables
  • 210. l. Unidad dldactoca 6 Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados Métodos de detección yanálisis de averías Métodos de detección de averías Las averías las detecta, primeramente, el operario o personal que se encarga de la explotación de la máquina, equipo o proceso automatizado. La persona que detec- ta la deficiencia de funcionamiento la comunica a quien proceda para que el perso- nal técnico competente se haga cargo de la situación: detecte el origen del defecto, dictamine si es un error de operación (falta de tensión, falta de materia prima, etc.) o una avería, la gravedad de la misma y pueda proceder a su reparación en el mínimo tiempo posible y la máxima eficacia. Así, es imprescindible que el personal destinado a la detección de averías sea alguien que conozca a fondo el equipo completo, la mecánica y el automatismo eléctrico, ya sea cableado o programable. Este conocimiento procede: del estudio de la documentación, si la hubiere; del trabajo preventivo; de la documentación del mantenimiento que se haya generado con el tiempo, y de los ensayos fuera de producción que se hayan hecho con el equipo. Si bien el desarrollo del método de detección de una avería varía con cada equipo, en general deben seguirse los siguientes pasos: 1. Hay que hablar con el operario para que explique qué ha sucedido exactamen- te y cuáles son los síntomas que le hacen creer que se ha producido una avería. Debe consultársele su opinión al respecto y si considera que es un problema mecánico o eléctrico. 2. Deben analizarse las explicaciones del operario para descartar un origen me- cánico de la avería. En cualquier caso, ya se descarte o no la parte mecánica, tienen que comprobarse las tensiones del sistema, es decir, es necesario ver si están dentro de su valor nominal y si alimentan los elementos clave (autómata, protecciones, etc.). 3. Descartado el error mecánico, si las tensiones son correctas debe pensarse en un fallo del automatismo. El operario vuelve a tener protagonismo en este pun- to, puesto que sus indicaciones nos serán de gran ayuda y aclararán el punto en que la secuencia no progresa. 4. Cuando se determina el lugar de la secuencia que no ha progresado, se debe comprobar cada uno de los sensores, tanto los necesarios para progresar a la nueva etapa como los de la etapa anterior (un fallo en éstos también puede impedir la progresión). 5. Si la parte mecánica no ha alcanzado las posiciones en las que los sensores actúan, deberemos realizar un posicionado manual de la parte mecánica para que estos elementos actúen. 6. Si se detecta que algún sensor no opera correctamente siguiendo el procedi- miento que detallaremos más adelante, debe ser sustituido en el menor plazo posible. 7. Si no se detecta ningún sensor con errores de operación y se dan todos los elementos para que la secuencia prosiga y, no obstante, no prosigue, se debe intentar reiniciar el proceso completo haciendo un paro general del equipo y un reposicionamiento de la parte operativa (la parte mecánica). 8. Si se trata de un automatismo programable deben verse iluminados los LEO que señalen que las entradas de interés están activadas o desactivadas, según interese. Si el LEO de una entrada no se enciende, significa que hay un error entre el sensor y el autómata, y es ahí donde habrá que dirigir el trabajo.
  • 211. Unidad didáctica 6. Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados l' Fig. 6.4. E l personal destinado a la detección de la avería debe conocer a fondo el equipo. 9. Si el error persiste en el mismo lugar de la secuencia, se debe estudiar, en caso de ser un automatismo cableado, si el relé o relés que han de actuar están en buen estado. Una forma cómoda y rápida de hacer esta valoración es sustitu- yéndolos por otros relés nuevos. 10. Si tampoco se consigue asi el avance de la secuencia se debe verificar que no exista un problema de conexión; con el tiempo y la operación, los tenminales pue- den aflojarse. Es interesante detenminar con un polímetro la continuidad de las conexiones y reapretar todos los bomes y conexiones. No debe dejarse ningún cable por remover con las manos tirando suavemente de él para ver si está co- rrectamente sujeto a su punto de conexión, ya sea tenminal, soldadura o bome. 11. Si el automatismo es programable y tiene un autómata que no activa el punto de la secuencia que corresponde, debe verificarse si el LED de indicación de salida activada está iluminado o no. Si está ilumi- nado, significa que el autómata opera correctamente, pero que el circuito que controla no responde. En consecuencia, hay que dirigir la atención a este circuito. 12. Si no se encuentra ningún error en las salidas y en los actuadores, deberemos leer desde un terminal de programación el programa del autómata y analizar qué sucede. Otra actuación interesante es recar- gar el programa que debiera haber en el autómata y reiniciar toda la máquina o equipo, tanto la parte mecánica como la eléctrica. 13. Puede suceder que ninguna de las acciones anteriores delaten el origen del fallo; éste es el peor escenario posible porque significa que el equipo debe estar bastante tiempo parado y que se tiene que verificar su operación desde el principio de la secuencia, paso a paso y siguiendo todos los elementos que intervienen. Sin duda, en algún punto aparecerá la causa de la avería. En los automatismos programables existe la posibilidad de analizar el correcto fun- cionamiento del controlador desconectando las entradas del proceso al autómata y utilizando secuenciadores (emulan los sensores de la máquina). También podemos comprobar las entradas y salidas del autómata desconectándo- las del proceso y conectándole un bloque de interruptores que simulan entradas digitales y utilizar bloques de salidas a señalizadores para comprobar las salidas. Do(umentos para el análisis yevalua(ión de las averías De las averías hay que extraer algo bueno, como de casi todas las cosas de la vida. Si se tiene un historial de averías correctamente llevado al día, es más fácil hacer un aná- lisis, una evaluación y hasta una previsión de lo que puede suceder, esto es, estimar cuándo se puede producir otra avería, su tipología, etc. En este sentido, es importan- te disponer de la ficha de revisiones o mantenimiento y el plano de situación. La ficha de revisiones omantenimiento La ficha de revisiones o mantenimiento es una ficha o una hoja de cálculo donde se relacionan las incidencias de cada automatismo y elemento que forma una automa- tización. Si junto con las especificaciones de una máquina o proceso (que ya deberían incluir un plan de mantenimiento preventivo, que, si no lo tiene, debe realizarse), se dispone de una tabla en la que se pueda especificar qué le ha sucedido y cuál es el estado de cada elemento de la instalación durante una revisión de mantenimiento periódico, es posible conocer los puntos más fuertes y los más débiles de la instalación.
  • 212. Unidad dldactlca 6 Detección y diagnóstico de averlas en automatismos cableados yprogramados Ejemplo 6.1 Una determinada máquina envasadora y etiquetadora, como la que se puede ver en la figura 6.5, llena y etiqueta una caja con cuatro productos que se acciona con un pulsador T. La caja llega vacia, mediante una cinta transportadora accionada por un motor Mi, Yse detiene delante de la envasadora cuando se acciona un detector óptico DO. El brazo de la insertadora va hacia atrás mediante el motor M3 hasta que un final de carrera FCP señala haber alcanzado la parte posterior, donde se encuentran los productos a la espera de ser envasados (en otra cinta). Cuando el brazo está sobre el nuevo producto, abre la pinza de sujeción (cerrada por muelle) accionando el electroimán El y, a la vez, desciende mediante el motor M2 hasta que FCllo indica. Entonces libera el electroimán, cerrando la pinza, y hace subir la insertadora hasta su extremo superior indicado por el fina l de carrera FCS. Una vez allí, mediante M3, gira hasta la parte anterior indicada por un final de carrera FCA. Lo siguiente que hace es bajar de nuevo mediante M2 hasta que FCllo indique y allí acciona el electroimán El durante 0,5 segundos, a la vez que sube hasta FCS y hace que un contador cuente que ya se ha envasado un producto y compruebe si ya hay cuatro. Puesto que no hay cuatro pro- ductos, la insertadora empieza a repetir toda la secuencia de ir a buscar un producto y dejarlo en el interior del envase, y cada vez incrementa en una unidad el contador y verifica si ya se tienen envasados cuatro productos. Los elementos utilizados por esta máquina, que se reproduce en la figura 6.5, son los motores y sensores siguientes: 1 pulsador T 1 motor Mi 1 motor M2 1 motor M3 1 electroimán El " 1 detector óptico DO .) 1 final de carrera FCP 1 final de carrera FCI 1 final de carrera FCS 1 final de carrera FCA Sobre este automatismo, responde las siguientes cuestiones: Indica si es suficiente para el técnico de mantenimiento la información proporcionada. En caso de que no lo sea, señala qué tipo de informa- ción necesitaría. Realiza una tabla para el mantenimiento del automatismo en la que figuren para cada tipo de elemento la periodicidad de las revisiones, su estado, las fechas de revisión y la persona responsable. Solución: M3 O-'::P'--.J.-'-~ M2 O-_!~~lLJ.>------"M ~FCI DO --Jo ~ Ml Fig.6.5. Ejemplo de una máquina envasadora. Es evidente que esta sencilla relación no da información sobre el tipo de elementos de que se trata y que, por lo tanto, es la información que requiere un programador, pero no un encargado de mantenimiento. Falta completar la lista con el tipo de ele- mento físico que corresponde para poder establecer qué tipo de pruebas o inspecciones deben hacerse con cada uno de ellos o, sencillamente, para el caso de tenerse que sustituir, saber qué tipo de elemento es ycuál su referencia y, si es necesario, hasta su proveedor. Así, un ejemplo de la información adicional que necesita el técnico de mantenimiento puede ser: Pulsador de marcha y de paro mecánicos, con grado de protección IP-65, sin piloto luminoso, de la marca Telemecanique, modelo de tipo XAL con un pulsador verde de marcha y otro rojo de paro. Detector óptico de reflexión, de la marca Keyence de tipo PZ-M31 autocalibrado, de 30 mm de detección, etc. La descrip. ción de elementos debería realizarse en una tabla como la que se presenta en la tabla 6.1. En la tabla 6.1, presentamos un ejemplo de ficha o tabla de mantenimiento del automatismo. Uno de los aspectos importantes es poder agnupar los elementos que deben revisarse según su periodicidad de revisión, es decir, habrá elementos que se tendrán que revisar a diario, semanalmente, mensualmente o en fechas concretas. De esta forma, debería contarse con más de una hoja que contuviera los elementos de la tabla que hemos usado de ejemplo, agrupando los dispositivos por su periodicidad. Naturalmente, esto se justifica en instalaciones que incorporen una elevada cantidad de dispositivos por revisar, porque en ins- talaciones pequeñas, con una hoja ha de ser suficiente, o bien con un formato que permita trabajar de una forma cómoda, eficaz y rápida. En ocasiones, el mismo técnico de mantenimiento puede elaborar estas hojas.
  • 213. Unidad didacllc" 6. Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados Elemento Pulsador T Del. óptiCO DO F. carrera FCS F . carrera FC/ F. carrera FCA F. carrera FCP Electroimán El Motor MI Motor M2 Motor M3 Actividades Tabla 6.1. Relación de los automatismos sujetos arevisión en una instalación. Tipo Periodicidad Situación Planos de situación Trabajo de revisión Fecha Inspector Previsla Real Nombre Firma Un documento que acostumbra a acompañar las hojas de revisiones o manteni- miento es el plano de situación. En el plano de situación se nos indica en qué zona, dentro del armario, está ubicado cada elemento que forma parte del au- tomatismo. La situación de los elementos se indica mediante coordenadas del tipo letra-número, como puede observarse en la figura 6.6. Evidentemente, cada modificación de componentes que se dé dentro del armario debe reflejarse en una nueva hoja o anota- ción que, de forma clara y sin ambigüedad alguna, identifique la situación de cada nuevo elemento. Fig. 6.6. Plano de situación de diferentes elementos de un armario de control. 2. Intenta rellenar la tabla 6.1 teniendo en cuenta que se trata de la máquina descrita en el ejemplo 6.1. Considera que debes disponer, para cada elemento de la tabla, al menos una periodicidad y un tipo de operación por realizar. 3. Haz una lista de aparatos y máquinas y pruebas que, según tu criterio, podrías comprobar si funcionan bien estando en producción y estando fuera de producción, como por ejemplo un televisor. iCuidado! toste es un ejercicio que debes hacer en una hoja de papel, en ningún caso debes llevarlo a la práctica.
  • 214. Umdad dtdacllca 6. Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados Efectos observados ysus posibles causas Síntoma, avería ydisfunción Cuando un operario obseNa síntomas de avería en un proceso o má- E l operario observa un sintoma quina, el primer paso que deberá realizar el técnico es identificar las posibles causas de estos síntomas y establecer si son realmente de una avería o disfunción. ylo asimila auna anomalia + Se avisa al técnico ¡ El técnico escucha Llamamos síntoma a aquello que se obseNa como anormal dentro del funcionamiento habitual de una máquina o equipo y que llama la aten- ción del operario o supeNisor (ya sea una persona o un ordenador). las explicaciones del operario Entendemos por disfunción aquella deficiencia de funcionamiento que se debe a alguna causa ajena a la máquina o al equipo (suciedad, cuer- pos extraños, bloqueos, etc.). Si se dictamina la causa como disfunción es porque no existe ningún componente de la máquina dañado. yhace su propia observaCión ¡ El técnico determina una lista En ocasiones, puede que la naturaleza del equipo y su sofisticación haga que el operario no pueda expresar con exactitud datos que ayuden al técnico a poderse hacer cargo de la situación. Si se trata de un equipo automático en el que no inteNiene el operario, debe haber indicaciones en los paneles de operador o en el tipo de interfaz que se utilice para que el técnico pueda interpretar los síntomas de anomalía. de posibles causas de la anomalía + Se hacen las acciones orientadas averificar si se trata de la causa X '----l Se descarta dicha posible causa yse pasa a valorar la siguiente, X=X, 1 I No + ¿Se trata de la causa X? Sí Una vez ha determinado las posibles causas de los síntomas, esta- blece, a su criterio, un orden de prioridad según pueda deberse más a unas causas que a otras. También hace un conjunto de pruebas o medidas con el objeto de determinar, de entre todas, la causa del síntoma obseNado. Ya se sabe una causa ~~~ "" Identificación de las causas de los síntomas observados del sistema observado. Fig.6.7. Procedimiento para determinar las causas de las averías. Has de tener en cuenta que, a veces, un síntoma no se debe a una sola causa, sino que puede ser fnuto de varios factores, por ello, no debes descartar la posibili- dad de hacer un chequeo exhaustivo de todo el sis- tema. Los síntomas pueden ser generados por cuatro grupos de causas, que deben comprobarse en la secuencia que se presenta. Primero: Hay que comprobar las tensiones de servicio Las primeras causas que deben considerarse son las que tienen relación con las tensiones a las que trabajan los circuitos. Si no están dentro de los márgenes ad· misibles, los sensores activos (que están conectados a tensión) pueden operar de forma incorrecta. Así, elementos como relés y contactores puede que no lleguen a cerrarse o a mantenerse cerrados por falta de corriente de excitación en las bobinas. Los controladores no operarán correctamente y algunos se detendrán. Segundo: Hay que comprobar los sensores yelementos de entrada Cuando el sistema no responde a las señales enviadas por los elementos de entrada (pulsadores, microrruptores, finales de carrera y sensores en general), se deberá iden- tificar cuál es el elemento que no provoca el efecto deseado y planificar su repara- ción o sustitución. Puede ocurrir que los sensores respondan correctamente, pero el elemento de control no sea sensible a dichas actuaciones; en estos casos, se deberá tener en cuenta el hecho de que la señal del sensor llegue correctamente al control.
  • 215. Unidad dldactlcd 6 Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados Fig. 6.8. Las primeras causas que deben considerarse son las que tienen relación con las tensiones. Tercero: Hay que comprobar los actuadores oelementos de salida En este caso se trata de defectos relacionados con acciones que no se realizan. Una vez se ha verificado el correcto funcionamiento de las entradas, del control y de las tensiones del sistema, cabe pensar que son los dispositivos de salida, como relés, contactares, lámparas, calefactores, válvulas, etc., los que no actúan. Puede que el controlador no opere correctamente y no entregue al dispositivo de salida la tensión o corriente dentro de los márgenes útiles y que dicho dispositivo no responda correctamente. Cuarto: Hay que comprobar los elementos de control Las causas relacionadas con el controlador son las que más tiempo ocupan porque requieren hacer avanzar la secuencia de control hasta determinar el punto en el que fallan; en estos casos hay que investigar, entre los elementos relacionados con este punto, cuál es el responsable del fallo. En la investigación de las causas que provocan los síntomas es muy útil disponer de listados que relacionen los efectos observados y sus posibles causas. Te presenta- mos un ejemplo en la tabla 6.2. Tabla 6.2. lista de causa, efectos yacciones de los elementos de entrada ysalida más habituales en una instalación Efecto observado Posibles causas Actuación No se acciona mecánicamente. Inspeccionar el elemento mecánico que debe accionarlo. No recibe tensión en sus bornes. Inspeccionar laconexión. Un final de carrera o microrrup- tor no opera correctamente. Está estropeado internamente. Reemplazarlo. No recupera la posierón porque tiene el muelle Reemplazarlo. roto. No recibe alimentación. Está sucio y no puede operar bien. Un detector óptico no opera Está estropeado. correctamente. Está desalineado. No detecta objetos. NO da señal de salida. NO recibe alimentaerón. Está sucio y no puede operar bien. Un detector IOductivo o capaer- Está estropeado. tiVD no opera correctamente. Está desalineado. Está más allá de su distancia de detección. No recibe alimentación. Un pulsador no opera correc- Estásuero y no puede operar bien. lamente. Se calienta mucho. Está estropeado Seguir el cableado de la alimentación hasta dar con el defecto. L impiarlo convenientemente. Sustituirlo. Alinearlo y atornillarlo con fuerza. Alinear los objetos o el delector. Acercarle más los objetos por detectar. Seguir el cableado de la alimentacrón hasta dar con el defecto. Limpiarlo convenientemente. Sustituirlo. Alinearlo y atornillarlo con fuerza. Se debe de haber movido; hay que analizar las causas de este movimiento y sujetarlo mefor. Seguir el cableado de la alimentación hasta dar con el defecto. limpiarlo convenientemente. Circula demasiada corriente por sus contactos o puede que la lámpara indicadora, si la lleva. esté en mal estado. Sustituirlo
  • 216. Unidad dldaClica 6 Detección y diagnóstico de averlas en automatismos cableados y programados Tabla 6.2. li,la de cau,a, efeclo, y accione, de lo, elemenlo, de enlrada y ,alida ma, habiluale, en una in,lalación Efe<lo ob,ervado Una lámpara señallZadora no se ilumina cuando de- biera hacerlo. Un relé no se activa. Un contactor no se activa. Posibles causas Está fundida. Lleva demasiadas maniobras de encendido-apagado. Actuación Comprobarla conectándola directamente atensión. Calcularlas en funCión del régimen de la máquina. Ha supetado el límite de horas de servicio indicadas por el Consultarlo en el catálogo del fabricante. fabricante. H arecibido una sobrelensión. Si se sospecha, se puede dejar un registtador gráfico en paralelo con la lámpara durante dias osemanas. los elementos que la deben accionar no opetan Debe segUirse completamente el circuito de la lámpara y veriltcar el correctamente. correcto funcionamiento de lodos sus elemenlos. Tiene la bobina rola oquemada. NO hace buen conlaclo con el zócalo. No reCibe sulicienlelensión. No recibe tensión. Tiene labobina rola oquemada. Hace ruido de taleo. No recibe suficiente lensión. No recibe lensión. Demasiadas maniobras. Sacarlo del zócalo o desconeclarlo complelamenle y darle su lensión nominal. Ver si la brida de sujeción eslá rola osi hay vibtaciones. Sujelarlo mejor. Analizar por qué no la recibe siguiendo el circuilO al que eslá coneclado. Comprobar lodos los elemenlos que participan en dársela. Desmonlar labobina ycomprobarla con un ohmímetro. Ver si la espita de sombra eslá rola. Analizar por qué no la recibe siguiendo el circuilo al que eslá coneclado. Comprobar lodos los elemenlos que parlicipan en dársela. Preventivamenle susliluirlo según una planificación relacionada con el numero de maniobras máximo. Un contactar se calienta en Corriente nominal excesiva. Reducirla ocambiar los conlaclos por olros más robuslos. exceso. El entrehierro no cierra bien. Conlaclos delellotados. limpiarlo ymllar si hay obJelos oparles inlernas que se hayan rolo. Suslituirlos. El relé térmico ha actuado. El motor ha lenido problemas yhaconsumidomás corrienle Inspeccionar SI exisle algún problema con la carga del motor o con el de la normal duranle demasiado tiempo. propio motor. los fusibles uOltaS prolec' Ha habido un cortocircuito o una sobrecarga notable en la InspeCCIonar los posibles elemenlos que lo hayan ocasionado y si el ciones han actuado. instalación. cableado está en buen estado. NO recibe tensión. una electrováfvula no cie- rrajabre. Está bloqueada mecánicamente. Un motor no gita. El motor se calienta en Tiene la bobina rota oquemada. Está bloqueado mecánicamente. Tiene los devanados quemados. Ha actuado el térmico. No ha actuado el contactor. No ha reCibido tensión del variador de frecuencia. No ha recibido tensión del arrancador. Gita en un sentido, pero no en el otro. Falta una odos lases. Está mal conectado. exceso. le llega más tensión de la que le corresponde. Demasiada frecuencia. Demasiada carga mecánica. Defectos en los bobinados. Comprobar todos los elementos que participan en dársela. E studiar sus partes móviles ymirar si puede moverse. Desmontar, si es posible, la bobina ycomprobarla con un ohmimelro. Mirar si se trata de un bloqueo de la carga odel propio eje (cojinetes, juntas, entrehlerro, etc). Rebobinar osustituir según dISponibilidad ycoste. Rearmar el térmico no sin antes valorar el porqué de su actuación. Posible averia en el contactar. Estudiar por qué el variador no ha actuado. Estudiar por qué el arrancador no ha actuado. Analizar el contactar que da el sentido de giro que no se tiene. Anahzar fusibles yproteCCIones. Estudiar la conexión si es en estrella otriángulo. Analizar la causa midiendo las tenSiones alo largo de lalinea. Si está conectado aun variador de frecuencia, estudiar disminuirla. Estudiar si el dimensionado es correcto o han aumentado los rozamlen· tos, fricciones ocarga. Comprobar que no haya espllas en cortocircuito.
  • 217. Unidad didaCllc., 6 Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados ------ Formulación del diagnóstico Superada la fase de identificación de la causa o causas de los síntomas, debe emi- tirse un diagnóstico. El diagnóstico es determinante de la situación en que queda la máquina o proceso a partir de este momento, por lo que es esencial que se cata- logue la causa como disfunción o como avería y, en este último caso, considerarla leve, moderada o grave. Si se trata de una disfunción, por lo general, es muy sencillo enlazar la fase de diag- nóstico con la de reparación, pero si se trata de una avería deberá considerarse su grado para poder establecer un plan de reparación. En resumen, la reparación depende del diagnóstico y éste debe ser lo bastante ajustado para tener la máquina o el equipo detenido el mínimo tiempo posible para no penalizar la operación del mismo y que el coste de la reparación y del proceso de manufactura detenido sea el menor posible. 4. ¿Cuál es la diferencia entre avería y disfunción? ¿Cuál de los dos es más grave? 5. Dibuja un diagrama de flujo de la secuencia que deberás realizar para identificar las causas que ocasionan sín- tomas de una avería en una máquina. Identificación de los elementos averiados Toda técnico de manteni- miento debe conocer per- fectamente la simbología normalizada que le afecta. Ha de saber interpretar co- rrectamente los diferentes tipos de esquemas eléctri- cos que explican las instala- ciones y los automatismos de las máquinas y los pro- cesos. En muchas ocasiones una avería que provoca el mal funcionamiento de muchas partes de la máquina tiene una sola causa localizada en un único elemento, que está estropeado. Otra situación que se puede presentar, mucho más costosa en tiempo y dinero, es una cadena de averías. En este caso, el mal funcionamiento de un elemento pro- voca la destrucción o mal funcionamiento de un segundo elemento, el cual, a su vez, provoca lo mismo en un tercero, y así sucesivamente hasta llegar a un elemento final. Tener un buen plan de mantenimiento y un histórico de averías nos ayudará en esta tarea. Si no se dispone de esta documentación, existen diferentes posibilidades: O Identificar los síntomas de la avería y relacionarlos con sus posibles causas. So- bre este proceso, ya hemos hablado ampliamente en el apartado anterior. O Hacer pruebas y medidas que conduzcan a la localización de la avería. O Disponer de ayudas del propio automatismo. O Tener sinópticos de señalización. O Tener preparado un sistema que entregue un código de avería. A continuación veremos las diferentes posibilidades propuestas. Para todas ellas será imprescindible que el técnico interprete correctamente toda la documentación técnica del automatismo o automatismos de la máquina o proceso. También debe reconocer visualmente los principales tipos de componentes de las instalaciones y las máquinas. Así mismo, es conveniente que disponga de la información técnica de los sensores y detectores.
  • 218. UOIdad d,dactlC,l 6 Detección y diagnóltico de averíal en automatilmol cableadol y programadol Fig. 6.9. Final de carrera y microrruptor. Selección de pruebas ymedidas que deben realizarse Las pruebas que deben efectuarse frente a una avería son, primeramente, determinar si es un fallo mecánico o eléctrico. Si la avería es eléctrica, lo primero que se compro- barán serán las alimentaciones y, posteriormente, los sensores y actuadores. Comprobación de las tensiones de alimentación Mediante un polímetro nos aseguraremos de que: El autómata reciba tensión. La fuente de alimentación tenga la tensión de entrada y salida correcta. En los transformadores, las tensiones de primario y secundario sean correctas. En los magnetotérmicos, térmicos y fusibles tengamos la misma tensión antes que después. O Los contactores que están accionados tengan la misma tensión antes que después. Los contactores que no están accionados tengan tensión antes pero no después (mirando el esquema se puede seguir perfectamente qué tensión debe tener cada contactor en sus contactos) Los contactores y relés que reciben tensión en su bobina realmente estén encla- vados. Los indicadores luminosos (lámparas de neón, incandescentes, paneles, etc.) in- diquen correctamente. Comprobación de los sensores ydetectores Los sensores que existen en el mercado y que usan las máquinas y equipos son muchos y muy diferentes, por lo que no es posible establecer aquí el método par- ticular para probar el correcto funcionamiento de cada uno de ellos. No obstante, los elementos más frecuentemente utilizados en la automatización industrial deben ser conocidos, a nivel de verificación, por cualquier técnico de mantenimiento. Las pautas y procedimientos que hay que seguir para los elementos más habituales son los siguientes: Finales de carrera, micrDrruptDres ydetectores de posición mecánicos Contienen una o más secciones de contactos conmutados que se activan mediante una palanca, rueda, etc. que está enlazada con el sistema mecánico e indica la posi- ción de alguna de sus partes. Las pruebas pueden ser con tensión o sin tensión. (on tenlión. Debe utilizarse un polímetro como voltímetro y verificar que el final de carrera opera como interruptor, abriendo o cerrando el circuito del que forme parte al accionar mecánicamente la palanca, rueda o elemento de activación que posea. Sin tenlión. Deben desconectarse los conductores de los bornes del dispositivo que se verifica. Después, utilizando un polímetro como medidor de continuidad (o como ohmímetrol. se verifica que accionando el dispositivo se tenga continuidad o se deja de tener continuidad según sea un contacto normalmente abierto o cerrado. Es importante, en la verificación de este tipo de elementos, mover lateralmente las palancas o ruedas de accionamiento, además de hacerlo en el sentido y forma con- vencional para el que se diseñaron, a fin de asegurar que la operación sea correcta y que no dependa del sentido de la fuerza que se ejerza sobre ellas.
  • 219. Unl d dldacticrl 6 Detellión y diagnóstico de averías en automatismos cableados y programados Fig. 6.10. Detectores inductivos. Detectores de proximidad inductivos ocapacitivos Son sensores que acostumbran a llevar tres conductores, dos de ellos para la ali- mentación y el tercero para indicar la actuación del dispositivo. La alimentación nor- malmente es continua a 24 V y, aunque soporta una importante tolerancia, debe ve- rificarse mediante un polimetro que recibe tensión dentro del margen de trabajo. Estos dispositivos, cuyo aspecto puedes ver en la figura 6. 10, tienen un consumo que puede superar los 100 mA. Puede ser interesante verificar si consumen lo que el fabricante del sensor especifica, como medida de que en su interior los circuitos activos consumen aquello que es razonable. Es posible que, por su electrónica intema, el conductor, que es la salida de estos sensores, no entregue salida a menos que esté conectado a una carga. Normalmente, si estos sensores funcionan correctamente, aproximando un objeto metálico cerca de su zona frontal, deben conmutar la salida. Acostumbran a incor- porar un pequeño indicador LEO para señalar cuándo actúan y cuándo no. En el caso de los sensores inductivos solamente deben responder frente a la presencia de objetos metálicos más o menos ferromagnéticos. En el caso de los capacitivos, deben responder frente a cualquier objeto. Se puede verificar si la distancia a la que detectan es la que inicialmente estaba prevista para el correcto funcionamiento de la máquina. Es aconsejable despejar la zona de detección y mantener limpio el sensor y sus cercanías. Detectores ópticos Los hay de diferentes tipos, formas y tamaños, entre los que operan por interrupción de un haz infrarrojo entre un emisor y un receptor y los que operan por reflexión sobre un objeto del haz, que rebota y regresa a la cápsula que contiene el emisor y el receptor. En el primer caso hay dos elementos, el receptor y el emisor, y en el segundo, únicamente uno, que realiza las dos funciones. Cuando es un elemento único, como es el caso que puedes observar en la figura 6.11, que contiene el receptor y el emisor, debe ser tratado tal como se ha descrito para los sensores inductivos y capacitivos, ya que acostumbra a presentar tres con- ductores: dos para darle tensión de polarización y uno para la salida, que puede ser, también, en lógica positiva o negativa. Normalmente, estos detectores formados por una pareja emisor-receptor incluyen uno o dos diodos LEO, uno de cada color, que señalan si el detector actúa o no. tsta puede ser la primera verificación que puede hacerse. Si no opera correctamente cuando se le acerca un objeto sobre el que la radiación infrarroja pueda rebotar, debe limpiarse la óptica con un paño húmedo de agua. Nunca deben utilizarse alcoholes ni disolventes de ningún tipo porque dañarían la superficie del sensor, que consiste en un filtro especial. Si la avería persiste, debe comprobarse que la tensión y el consumo están en los márgenes correctos. Cuando se trata de un emisor y un receptor sueltos, puede suceder que estén simplemente desalineados y que no se "vean" mutuamente. Normalmente, el emisor tiene en- cendido un LEO cuando emite, y el receptor, otro cuando recibe luz infrarroja; ésta es una primera ayuda para la de- tección del estado de funcionamiento del conjunto. Fig.6.11. D etectores ópticos.
  • 220. Unidad didactica 6. Detección y diagnóstico de averías en automatismos cableados y programados Fig. 6.12. Pulsadores. Fig.6.13. Reléy zócalo. Pulsadores yconmutadores mecánicos Las pruebas que debemos realizar son las mismas que para los detectores de posi- ción mecánicos o finales de carrera. Relés Una de las averías más frecuentes cuando se sospecha del mal funcionamiento de un relé es que se ha aflojado de su zócalo. Una simple presión lo devolverá a su posición correcta y restablecerá, así, el contacto perdido entre los terminales y el zócalo. Debe tenerse cuidado de no pegar el relé al zócalo porque ello dificultaría su ma- nipulación en el futuro. También es frecuente la rotura de bridas de sujeción, sobre todo en equipos sometidos a vibraciones y a movimientos en general, y algo más raro en equipos fijos. Otra situación mecánica que puede darse (rara, pero no imposible) en relés que tengan accionamiento manual es que éste se haya quedado enclavado. Si no se aprecia ninguno de los problemas anteriores se deberá extraer el relé de su peana y con un ohmímetro medir la resistencia de la bobina, que debe ser muy baja, aunque nunca nula (estaría en cortocircuito) ni demasiado elevada (podría es- tar rota). Si las pruebas sin tensión son positivas debe probarse el relé ap!icándole la tensión correspondiente según el fabricante. Si un relé en vacío (sin carga en sus contactos) se acciona con tensión en la bobina, pero no vuelve a su posición inicial cuando se retira la tensión, se puede sospechar que su muelle de retorno está deteriorado y deberá sustituirse el relé completo. Si no se acciona, puede que haya un bloqueo mecánico. Igualmente se deberá sustituir. Contactores Cuando se sospeche que un contactor no funciona correctamente, lo primero que deberá comprobarse es si su bobina está en condiciones, sacándola del contactor (la mayoría pueden abrirse) y viendo si su valor óhmico coincide con el señalado por el fabricante; en cualquier caso, deberá presentar una resistencia bastante baja. Si la bobina está correcta, se examinará el grado de limpieza de los contactos, tanto de los auxiliares como de los de potencia, así como su desgaste. En los modelos de mayor potencia es frecuente sustituir solamente los blo- ques de contactos, pero no la carcasa ni la bobina. Debe 11 , ti , . ..!.-, l ~ ,;a T, l3 , 5 ....".,... '....lS' . c' • U¡" O"_ Q~" '''Tal ". ' M I .. ~. _neo. . ••l_...u ~ TIPO: DI S 8 1 tenerse cuidado de quitar la tensión cuando se trabaja con estos elementos y no deben rayarse nunca ni rascarse; en todo caso, deben sustituirse. Si el contactor hace ruido al accionarse es posible que no llegue suficiente tensión a la bobina o que esté deterio- rada, o bien que tenga la espira de sombra deteriorada. También puede suceder que el circuito magnético no se cierre completamente y que en el entrehierro aparezca el ruido. Debes tener presente que si limpias la superficie de los entrehierros tienes que hacerlo con algún disolvente, pero que sobre todo no debes rayarlo, puesto que se trata de superficies rectificadas y sumamente lisas y finas para poder encajar a la perfección sin pérdidas. Fig.6.14. Contactor.
  • 221. Unidad didáctic I 6 Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados F ig. 6.15. Indicadores luminosos de neón. Ayudas ala identificación de averías por parte del automatismo El automatismo puede participar en la determinación de la avería si se le prepara convenientemente para ello. Aprovechando las situaciones imposibles (por ejem- plo, que una pieza se encuentre en dos sitios distintos a la vez, que un motor gire en ambos sentidos al mismo tiempo, que un cilindro avance y retroceda a la vez, etc.) es posible establecer señalizaciones que son de gran ayuda a la hora de detectar averías. Así mismo, es posible, también mediante señalizadores, saber en qué punto de la secuencia se encuentra un automatismo para determinar, así, qué elementos son los que están relacionados directamente con esta parte de la secuencia. Estas ayudas son añadidos a las funciones de control básicas del automatismo y, por lo tanto, siempre conllevan un sobrecoste adicional que normalmente se justifica por el ahorro de tiempo (y, por lo tanto, de dinero) en la detección de las averías. En todos los casos, las ayudas al diagnóstico de averías son soluciones a medida que, al igual que los controladores, son específicas para cada máquina o proceso (no se pueden exportar de unas máquinas a otras). Solamente comparten la idea básica de detectar errores de funcionamiento. Identificación en automatismos cableados En el caso de los automatismos cableados es relativamente sencillo establecer siste- mas de ayuda al diagnóstico de averías sin un gran sobrecoste de la instalación. Dado que en general se trata de sistemas sencillos o antiguos, se acostumbra a disponer, en paralelo con cada bobina de relé y de contactar (que no son muchas), de un indicador luminoso de tipo neón (que no se funde y, por tanto, no dan lugar a duda de si están apagados o no señalan correctamente). En ocasiones se dispone en contactos auxiliares de los contactares o en contactos no utilizados de relés para verificar que, no solamente la bobina recibe tensión, sino que, además, el dispositivo actúa cerrando su bloque de contactos. Seguir el desarrollo de una secuencia es sencillo porque, por lo general, no se trata de secuencias complejas y, por lo tanto, se puede determinar en qué punto se da el mal funcionamiento y acotar mucho el problema, puesto que solamente se tratará de comprobar el funcionamiento de los sensores y actuadores relacionados con el punto de la secuencia que falla. De todos modos, si se trata de un sistema cableado antiguo de notable compleji- dad, debe intentarse localizar los puntos principales y más básicos de la secuencia para poder hacer una acotación razonable de la zona y los elementos sensores y actuadores que pueden crear una avería y aprovechar contactos libres de los relés existentes. Identificación en automatismos programables En el caso de los automatismos programables también es especialmente sencillo establecer sistemas de ayuda al diagnóstico de averías sin un gran sobrecoste de la instalación. En general, se trata de identificar las causas que sean un error y delatar- las mediante la programación oportuna en el autómata, con un indicador luminoso. Como puedes observar en el ejemplo 6.2, cuando se trata de lámparas de señaliza- ción es muy sencillo para un técnico determinar la causa del paro de la máquina y la avería que se ha dado. Símplemente, ha de señalar cuál de los dos detectores es el que no opera correctamente y sustituirlo. Posteriormente, accionará el pulsador de rearme Rm y, si no hay otro error, el sistema continuará operando.
  • 222. Unodad dodáctoca 6. Detección y diagnóstico de averias en automatismos cableados y programados Ejemplo 6.2 Se dispone de un sistema motorizado de vaivén formado por una lanzadera mecánica accionada por un motor de corriente continua y dos finales de carrera, FC1y FC2. Este dispositivo se utiliza para recoger material procedente de procesos continuos. Se pide hacer un sistema de detección de averías. Solución: En la figura 6.16 se puede ver la situación descrita por el enunciado 'y una posible solución que consiste en colocar dos lámparas de incandescencia de la misma tensión que el motor o algo superior para asegurar que no se funda, en paralelo con el motor. Dado que el motor gira en ambos sentidos, para saber en qué sentido está gi- rando se utilizan lámparas de distintos colores, una para cada sentido de giro. Al tratarse de corriente continua, para asegurar que no se encenderán lasdos a la vez, se incorpora un diodo en serie con cada una de ellas, que soporte sobradamente la corriente que va a circular por la lámpara. Esta conexión asegura que se puede conocer la tensión aplicada en el motor y, por lo tanto, cuál es la situación del relé K, si está abierto o cerrado: Si la bobina no tiene tensión, únicamente puede estar encendida la lámpa- ra roja, puesto que el circuito sitúa esta polaridad en el motor. Si la bobina tiene tensión, van a estar encendidas las dos lámparas verdes. Fig. 6.16. Indicador de averia en una máquina de vaivén. Si solamente está encendida la lámpara verde correspondiente a la bobina, los contactos del relé están en mal estado. Si se enciende únicamente la lámpara verde correspondiente al motor, se han soldado los contactos. Si se encienden la lámpara verde de la bobina y la roja del motor, hay un cruce. Ejemplo 6.3 Tenemos dos detectores inductivos, DA y DR, sobre un cilindro neumático que señalan la si- tuación de vástago avanzado o de vástago retrocedido. Este cilindro lleva el número 1 y forma parte de una instalación con más cilindros como éste. De las cuatro combinaciones binarias que se pueden presentar a las entradas del autómata pro- cedentes de estos dos detectores, tres son posibles y una es un error (si ambos están accionados a la vez, puesto que no es posible que el vástago esté en los dos extremos de su carrera a la vez). Se pide establecer un sistema de ayuda a la detección de esta situación anómala. Solución: ECO QO.O PLC 11.0 I 1.1 12.1 Cilindro 1 Rm En la figura 6.17 se puede observar la situación descrita por el enunciado y una posible conexión a un autómata. Debería introducirse una línea más en la programación del autómata y hacer algunos cambios en el resto del programa para poder estar en armonía con la nueva línea que se plantea introducir. DR DA Rm ECl Evidentemente, tal como señala la línea de programación de la figura, si se dan a la vez ambos detectores, se activará la salida 00.0, en la que habrá una lámpara de señalización que pasará a iluminarse indicando una situación de error en el cilindro 1 (fC1). No obstante, se toma la deci- sión de detener la máquina en cuestión, de forma que se activa una marca (la M7.7, por ejem- plo), que se dispondrá en forma de contacto negado en serie con todas las líneas del programa que accionen una salida física;,lógicamente, las salidas en cuestión serán operativas mientras M7.7 no esté activada, pero en caso de estarlo (error en el cilindro) las salidas no se accionarán, y las que lo estén, quedarán desactivadas. "~Io1 1to UO~ M7.7 M 7.7 Fig. 6.17. Indicador de avería en un cilindro. Esta misma marca también debería impedir que entrara alguna etapa del GRAFCET que rija la evolución de la secuencia de la máquina en la que esté este cilindro. Así mismo, M7.7 se utiliza para enclavar el error y, de forma independiente a lo que suce- da ya con ambos detectores, el error permanecerá hasta que se accione un pulsador de rearme (Rm) que se ha instalado para poder apagar la lámpara de alarma y desactivar la marca M7.7 de forma que el sistema prosiga en el punto que estaba antes de detectarse el error.
  • 223. Unidad dldactlcd h Detección y diagnóstico de averlas en automatismos cableados y programados Fig.6.18. Sinóptico. Fig.6.19. Código de 3 indicadores que señala hasta 8 situaciones distintas de un automatismo. Utilización de sinópticos Un sinóptico es una representación gráfica simplificada e idealizada de una máquina o de un proceso. Esta representación señala las partes principales de la máquina o proceso y, me- diante indicadores luminosos, ubicados en los lugares del gráfico correspondientes, el estado de los elementos que se encuentren físicamente allí, ya sean sensores, actuadores o medidas. Es posible señalar cuándo actúa un sensor, cuándo lo hace un actuador, ya sea un motor, una válvula, etc., o presentar en un display la medida de una tensión, una corriente, una potencia o una cantidad cualquiera que nos interese conocer. En los sinópticos se pueden disponer, también, pulsadores y accesorios que permitan operaciones como si se estuviera frente al pupitre de control. La observación de estas señales sobre el sinóptico, procedentes del proceso o máquina, pueden dar al técnico información precisa sobre el tipo de avería que se está produciendo o, al menos, acotar la zona defectuosa. Los sinópticos pueden estar cerca de la máquina o proceso, formar parte del mismo pupitre de controlo estar a una cierta distancia, junto con otros sinópticos de otras máquinas o procesos dentro de una sala de control centralizado o de vigilancia de la producción. Así mismo, pueden estar realizados con sencillas técnicas de impresión sobre metacrilatos o plásticos impresos y adheridos a los pupitres de controlo, en el caso de los equipos de gama media y alta, formar parte de las pantallas de termina- les de operador con mayores o menores prestaciones. Los sinópticos pueden contener señales que sean de utilidad a los técnicos para evaluar la naturaleza y gravedad de una determinada anomalía o avería que se pueda generar. En los sistemas más sofisticados se puede disponer de registros his- tóricos de señales (para ver cómo evolucionan en el tiempo diferentes señales) que, mediante programas de ordenador, se pueden analizar para determinar el origen de una avería. En los sistemas sencillos no se acostumbra a alcanzar tanta sofistica- ción, pero en los sistemas complejos la tarea del técnico puede requerir una notable preparación personal para poder manejarlos. h,",~J.d... utilización de códigos de avería Hemos visto que era posible añadir alguna lógica, cableada o programada para accionar elementos señalizadores luminosos que permitian poner de manifiesto algunas situaciones anómalas. Sin embargo, hemos remarcado que debía tenerse cuidado con la cantidad de situaciones que se pretendían detectar, porque podía ser extremadamente costoso. 166 üG'(p Algo que permite solventar, en parte, este inconveniente es la utilización de una caja con varios indicadores luminosos que se conecte a un conector del automatismo. Una misma caja sirve para una gran cantidad de automatis- mos y solamente se conecta a la máquina en caso de avería. 2 3 O F F OFF O F F OFF OFF ON OFF ON O F F O F F ON ON ON O FF OFF ON OFF ON ON ON OFF ON O N ON Averla N inguna Cilindro 1 Motor MC C ilindro 2 Válvula 72 Detector 17 F alta carga En los automatismos con terminales de operador es posible utilizar dichos terminales para presentar códigos o, directamente, los mensajes asociados a cada código, de forma que el técnico pueda conocer la situación del au- tomatismo en todo momento. Por otra parte, en los automatismos programables más sencillos, si se dispone de algunas salidas libres del autómata, es posible hacer algunas modificacio- nes en el programa para que, con estas salidas, se pueda representar una avería. Si se trata de automatismos cableados complejos, es posible construir un armario específico para la detección de averías que utilice un pequeño au- tómata que codifique sobre unas pocas salidas las averías que se consideren.
  • 224. Unidad dldactica 6 Detección y diagnóstico de averías en automatismos cableados y programados Fig. 6.10. Incorporación de un mando manual puro en un motor de doble sentido de giro. Observa Que, en posición manual, el motor sólo dependera de los pulsadores marcha, paro y del selector de sentido de giro (derecha o izquierda). El mando automatico, consecuencia de la información de los sensores yde las etapas en las Q ue se encuentra el automatismo, no afectara al motor. Posi(ionamiento manual de la parte me(áni(a Es interesante en un automatismo mantener la posibilidad de un posicionamiento de la parte mecánica que se esté revisando para poder ubicar cada pieza en una posición que permita que los sensores estén accionados o no. Para ello, el automa- tismo debe tener un conmutador que permita seleccionar el funcionamiento auto- mático O el funcionamiento manual. La actuación manual debe estar permitida solamente a personal autorizado y cono- cedor del funcionamiento del equipo para que no sea posible llevar a cabo acciones que puedan destruir la parte mecánica o la eléctrica. Por este motivo, no es extraño que los conmutadores que pasan el control de modo automático a modo manual se accionen con una llave que tiene la persona o el equipo responsable. El paso a manual, normalmente, debe ir precedido de un paro de la máquina (la máquina se detiene, pero no se queda sin tensión), de forma que no sea posible la actuación manual estando las partes móviles en movimiento. Cuando se pasa al modo manual, una cierta cantidad de pulsadores que estaban sin servicio pasan a ser operativos (en la figura 6.20, pulsadores de marcha, paro y conmutador de sentido de giro). L1 L2 L3 m=#1 Es frecuente que sean pulsadores con indicadores luminosos en su interior que, en el momento del paso a manual, se iluminan y señalan, así, que pasan a ser operativos. Cada uno de ellos permite una posible acción sobre algunos o todos los actuadores de la má- quina o equipo y, por lo tanto, es posible realizar maniobras a lazo abierto (que no dependen de los sensores), algo que siempre tiene sus riesgos. En este sentido es importante confiar la manipulación de estos pulsadores a personas autorizadas y conocedoras, en pro- fundidad, del funcionamiento automático del equipo para que no se haga ninguna operación que pueda conducir a que se estropee cualquier parte o elemento del sistema. A(tividades - - KM2 A pesar de ello, el mando manual directo es bastante arriesgado y lo razonable es plantear mandos semiautomáticos en vez de ma- nuales puros, dado que incorporan seguridad a la vez que precisión en los posicionamientos finales de las partes móviles y permiten impedir actuaciones contradictorias. Las actuaciones contradictorias deben quedar protegidas por co- nexión (aunque en sistemas programables también pueden llevar protecciones por programa, pero no únicamente por una cuestión de normativa europea) de forma que no sea posible accionar a la vez un pulsador de giro a la derecha y otro de giro a la izquierda de un mismo motor porque se formaría un claro cortocircuito. En tal caso, debe disponerse de un conmutador de tres posiciones (paro, izquierda, derecha) en lugar de dos pulsadores o de un circuito en el que al accionar un pulsa- dor se impidiera la actuación con el otro, como ya se explicó en la unidad 2. 6. De una selección de relés, pulsadores, finales de carrera y contactares realiza la comprobación de continuidad para cada uno de los contactos y comprueba también, cuando sea necesario, el estado de las bobinas. 7. Para el caso del ejemplo 6.3, codifica en una hoja las averías que se podrían dar en el caso de que se tuvieran dos cilindros y detenmina cuántas lámparas señalizadoras debería tener la caja de códigos de avería.
  • 225. Unidad didac!lca 6 Detección Vdiagnóstico de averias en automatismos cableados y programados Autoevaluación r i---------- 1. El mantenimiento correctivo hace referencia a: c) La ficha de mantenimiento. a) La prevención y evitación de averías. b) La localización de la avería. c) La comunicación de la avería. d) La reparación de la avería. 2. Una avería que incide en la producción de la máqui- na pero que permite que ésta siga en funcionamien- to con una intervención de urgencia se considera: a) Leve. b) Moderada. c) Grave. d) Si no incide en el funcionamiento de la máqui- na, no se puede considerar avería. 3. Indica cuál de las afirmaciones siguientes no es co- rrecta respecto a las averías en sistemas cableados: a) Acostumbran a estar relacionadas con el dete- rioro de los elementos que los forman a causa de su uso y envejecimiento. b) El coste de reparación es alto porque se trata de materiales de coste elevado. c) La reparación consiste normalmente en la susti- tución de los elementos averiados. d) El tiempo de reparación está condicionado a lo que cuesta obtener los elementos de repuesto. 4. Indica cuál de las afirmaciones siguientes no es correcta con respecto a las averías en sistemas programables: a) El número de averías es relativamente escaso porque los materiales son de muy alta calidad. b) El tipo de averías puede ser muy amplio debido a la gran cantidad de elementos que integra. c) La sustitución de los elementos que los componen acostumbra a ser una operación bastante lenta. d) Las averías pueden ser leves, moderadas y se- veras. 5. ¿Cuál es el primer paso que hay que seguir ante la aparición de síntomas que nos adviertan sobre una posible avería? a) Comprobar las tensiones del sistema. b) Verificar que no exista un problema de co- nexión. c) Comprobar cada uno de los sensores. d) Escuchar los argumentos del operario sobre los síntomas de la avería. 6. ¿Qué documento nos indica en qué zona, dentro del armario, está ubicado cada elemento que for- ma parte del automatismo7 a) El plano de situación. b) La ficha de revisión. d) El esquema de conexión. 7. Cualquier observación que detecte cualquier anormalidad en el funcionamiento habitual de una máquina o un equipo recibe el nombre de: a) Disfunción. b) Avería. c) Síntoma. d) Defecto. 8. Si un final de carrera no opera correctamente por no recibir tensión en los bornes, procederemos a: a) Inspeccionar la conexión. b) Reemplazarlo. c) Inspeccionar el elemento mecánico que debe accionarlo. d) Limpiarlo. 9. Si sospechas del mal funcionamiento de un relé, lo primero que deberás verificar es: a) Que no se haya aflojado el zócalo. b) Que se haya quedado enclavado. c) Que se hayan roto las bridas de sujeción. d) Que esté cortocircuitado. 10. La representación gráfica simplificada e idealizada de una máquina o de un proceso es: a) Un plano de situación. b) Un señalizador. c) Un sinóptico. d) Un diagrama. 11. Si el entrehierro de un contactor no cierra bien y hace que éste se caliente, deberemos: a) Cambiar los contactos. b) Reemplazar el contactor. c) Limpiar el entrehierro y mirar si hay objetos o partes internas que se hayan roto. d) Comprobar que el cableado esté en buen estado. 12. Para que el paso del control de modo automático a modo manual se produzca con el mínimo riesgo para el funcionamiento de la máquina, es conve- niente: [Marca la opción incorrecta] a) Que la actuación manual solamente pueda rea- lizarla personal autorizado. b) Proteger el conmutador con una llave a la que tenga acceso todo el personal. c) Plantear mandos semiautomáticos en vez de manuales puros. d) Proteger por conexión (o por programa) las ac- tuaciones contradictorias.
  • 226. Unidad didáctica 7 Reparación de averías en automatismos cableados V/o programables ¿Qué aprenderemos? ~ O Cómo hay que preparar una reparación y qué aspectos deben cuidarse. o Qué pruebas deben hacerse después de una reparación. O La importancia de observar las normas y seguirlas o crearlas si no existen.
  • 227. Unidad didáctica 7 Reparación de averias en automatismos cableados y/ o programables La reparadón osustitudón Fig. 7.lo ¿Reparar o sustituir?Es el primer dilema que hay que resolver ante una averia. Reparar es volver a poner en buen estado un elemento dañado. La reparación puede consistir en una manipulación del elemento dañado para vol- verlo a poner en servicio o en la sustitución de dicho elemento por otro idéntico o que tenga la misma funcionalidad. Elementos que hay que reparar osustituir ¿Reparar osustituir? Una vez se ha determinado la causa de una avería (no de una disfunción) y se ha hecho un diagnóstico sobre su causa, deben determinarse los elementos que se deben reparar o sustituir. Para saber si nos resulta más conveniente reparar o sustituir deberemos comparar el tiempo en el que el sistema estará fuera de servicio en cada caso y, también, el coste y la dificultad de la reparación frente al coste de adquisición del elemento nuevo. Efectivamente, si se trata de un elemento de un coste elevado es importante valorar la posibilidad de repararlo. Por ejemplo, en el caso de motores eléctricos especia- les o de potencias elevadas, acostumbra a ser más económico rebobinarlos que sustituirlos por otros de nuevos. También puede valorarse, aunque pueda salir más caro, el hecho de reservar el equipo averiado y comprar otro de nuevo. Así pues, se dispondrá de piezas de repuesto para futuras reparaciones. Planificación de la reparación Pero esto no debe ser todo. La planificación de la reparación una vez realizado el diagnóstico de la avería deberá incluir los aspectos siguientes: O Elementos que hay que sustituir y/o reparar. O Elementos que deben comprobarse. O Actuaciones. O Herramientas e instrumentos. O Elementos para RRR (recuperar, reutilizar, recicla~. Además de determinar cuáles son los elementos que hay que sustituir y/o reparar, debe aprovecharse el tiempo de máquina parada para comprobar otros elementos de los que se sospeche que puedan haber quedado afectados o que sea conveniente ve- rincar en lo relativo a si operan correctamente o no (lámparas que puedan estar fundi- das, pulsadores agarrotados, manetas de accionamientos, conmutadores rotos, etc.). Este tiempo también puede ser aprovechado para adelantar tareas de mantenimien- to y operaciones preventivas; aunque estén planificadas para más adelante, el hecho de realizarlas antes permitirá que la máquina no tenga que pararse más tarde. Otro elemento fundamental es poder planificar las tres erres, es decir, dictaminar qué elementos se deben recuperar, reutilizar y reciclar. A continuación, aclararemos cada uno de los términos: O Recuperar. Una o más partes constituyentes del elemento sustituido pueden aprovecharse para ser repuestos. O Reutilizar. El elemento que ha sido sustituido se reparará cuando se pueda o cuando llegue un repuesto, y quedará en situación operativa para poderlo vol- vera utilizar cuando haga falta.
  • 228. Unidad dldáCflca 7 Reparación de averlas en automatismos cableados y/ o programables Ejemplo 7.1 o Reciclar. Hay elementos que no permiten ningún tipo de reparación, por ejem- plo, el rodete de una bomba que ha quedado sin álabes, fusibles fundidos, bloques de contactos soldados, entre otros. Deben destinarse a contenedores de reciclaje. El cuidado del medio ambiente es un tema con el que cualquier técnico d ebe ser sensible y, además, fonma parte de las buenas prácticas asociadas a su trabajo. Es posible que el fabricante de una máquina o de un automatismo de la máquina proporcione un manual de mantenimiento en el que indique determinadas opera- ciones de mantenimiento y trabajos de reparación. Si es así, acostumbran a indicar los recambios necesarios, las herramientas, el procedimiento o la operativa de tra- bajo, el tiempo previsto, el destino de las partes defectuosas o los líquidos o mate- riales obtenidos en la reparación. Imagínate la situación siguiente: Una máquina no funciona. El operario ha observado que se encendía la luz de alarma que indica que un elevador de carga no ha funcionado cuando debía y que se ha producido un paro general de la máquina. Se ha pedido al técnico de mantenimiento que vuelva a poner en servicio la máquina. Solución: El técnico, cuando recibe el aviso, se desplaza hasta la máquina. Síntomas: Ve la lámpara señalizadora de error y comprueba que corresponde, efectivamente, al motor del elevador de carga. Pregunta al operario si ha observado alguna otra anomalia o si se ha encontrado con esta situación alguna otra vez con anterioridad. El operario le responde que es la primera vez que sucede y que hoy están trabajando con más carga que la normal. Causas: El técnico sospecha que puede que el motor del elevador esté trabajando a un régimen de marcha por encima del previsto y que ha actuado alguna protección. Consulta en susdocumentos la parte correspondiente a la sección del esquema en la que se trata de dicho motor y accede al armario que contiene el cuadro eléctrico. En el esquema, los elementos que están entre la red y el motor son los fusibles, el magnetotérmico, el contactar y el térmico. Losfusibles están antes que tres circuitos, en uno de los cuales se encuentra el magnetotérmico al que está conectado el circui- to del motor en cuestión y otros dos circuitos con sus respectivos motores. La potencia de cada uno de los tres motores es la misma. Verificación de la posible causa 1. Mira el contactar del motor. Observa que no está accionado. Lee en sus características que es de 30 A. o Verificación de la posible causa 2. Fíjate, también, en el relé térmico y observa que no ha disparado, que está ajustado al valor máximo y que este máximo corresponde a 45 A. Verificación de la posible causa 3. No han actuado ni el magnetotérmico general ni los fusibles. Ambos elementos son de 45A. Verificación de la posible causa 4. El técnico, con un voltimetro, mide si hay tensión entre fases a la entrada del contactor y comprueba que es la de red, 400 V, Yque está dentro de los márgenes correctos. Verificación de la posible causa S. Mide a la salida del contactor y no hay tensión; tampoco la encuentra a la salida del térmico. A continuación, eléctricamente, ya se encuentra elmotor. Lo siguiente que el técnico hace es ir a la parte de la máquina donde se encuentra fisicamente el motor. Solicita la colaboración de un mecánico para que aparte las protecciones y las chapas que impiden acceder al motor y, cuando puede acceder a él, nota un fuerte olor a quemado. Con el polímetro mide si hay alguna tensión entre la carcasa del motor y la parte metálica de la máquina, para ver si puede tocarlo con las manos sin riesgo de electrocución. Señala cero voltios y, por lo tanto, puede tocar el motor. El motor está muy caliente y sospecha que se haya podido quemar. Abre la tapa de bornes y desconecta el motor. Necesita un medidor del estado de los devanados de un motor. No lo lleva en este momento y va al taller a buscarlo. Regresa a la máquina y mide los devanados. Están abiertos y, por lo tanto, el motor se ha quemado. En la placa de características del motor lee que la corriente nominal es de lOA. En la documentación se dice que se trata de un motor asíncrono de jaula de ardilla.
  • 229. Unidad didactlcd 7 Reparación de averias en automatismos cableados y/ o programables Diagnóstico: El motor se ha quemado, posiblemente, porque el ajuste del térmico estaba al máximo de corriente y este máximo de corriente es muy superior a la nominal del motor; el técnico sabe que el ajuste del térmico debe estar, en cualquier caso, entre el 5 yel 20% por encima de la corriente nominal del motor (esto es general para todos los motores) y que, por lo tanto, el térmico está mal dimensionado y no supone una protección real para el motor. Tampoco es una protección el magnetotérmico, ya que está protegiendo tres motores a la vez. Los fusibles son de un calibre excesivo para ser una protección eficaz. Aparentemente el térmico no está correctamente dimensionado y el resto de protecciones no ha sido suficiente para proteger el motor frente a un régimen de carga excesivo, y ha acabado quemándose. Actuación: El técnico resuelve que deben hacerse las acciones siguientes: o Elementos que hay que sustituir: - El motor, porque es más económico sustituirlo que rebobinarlo, y la reparación se llevará a cabo con mucho menos tiempo. - El térmico, porque está mal dimensionado, aunque no estropeado. o Elementos que deben repararse: ninguno. o Elementos que hay que verificar: En el plazo de espera del motor de recambio se debe hacer lo siguiente: - Comprobar el magnetotérmico para verificar que actuará en el caso de superar su corriente nominal. - Comprobar que los térmicos de los otros motores están dimensionados y ajustados al valor que se indica en la documen- tación. Es razonable sospechar que si un térmico ha sido modificado, pueda haber otros elementos que hayan corrido la misma suerte. o Actuaciones: - Desenroscar el motor de la bancada y aprovechar para limpiarla juntamente con los elementos adyacentes. - Limpiar los sensores y los elementos eléctricos que estén en las inmediaciones. - Mirar en la programación de las tareas de mantenimiento preventivo si en esta máquina algunas de ellas pueden hacerse aprovechando su tiempo de paro forzosa (mientras el proveedor trae el motor). - Indicar la situación de paro de la máquina y el motivo del paro a los mecánicos de mantenimiento para que, opcional- mente, puedan hacer trabajos en este plazo de tiempo, aprovechando la situación. - Investigar qué ha pasado para que el térmico causante del defecto no sea el que está indicado en la documentación y que esté completamente mal dimensionado y tomar las decisiones pertinentes. Elementos para RRR (recuperar, reutilizar, reciclar): - El térmico se recupera ya que, no es que esté estropeado, sino que está situado en un circuito impropio. - El motor quemado se destina al contenedor de reciclaje de metales. Determinación del tiempo previsto de trabajo En el apartado anterior no se ha hecho referencia al tiempo concreto que se requie- re para la reparación, y solamente se han mencionado las tareas que se pueden realizar durante este tiempo, aprovechando el paro de la máquina o del equipo averiado. El tiempo concreto que dura una reparación depende única y exclusivamente de la disponibilidad del material de sustitución, de disponer de las herramientas y los equipos necesarios para llevarla a cabo y del tiempo de mano de obra necesario para cambiar los elementos averiados por los nuevos. Además, a este tiempo, debe añadírsele el de reposición de las partes móviles de la máquina o del equipo, la reposición de la materia prima o, en general, las acciones necesarias para que la máquina o el equipo puedan seguir desarrollando su labor productiva con normalidad.
  • 230. Unidad dldáctlC,¡; Reparación de averías en automatísmos cableados V/o programables A(tividades Normas de seguridad Vamos a recordarte en este apartado que debes cumplir todas las normas de se- guridad que afectan a tu especialidad como técnico o técnica de mantenimiento de equipos e instalaciones electrotécnicas. Las normas de seguridad y los riesgos que pretenden minimizar los estudiarás a fondo en un módulo de Seguridad en las instalaciones eléctricas. Ten en cuenta que para poder ejecutar la fase de reparación en primer lugar debes considerar la seguridad de las personas y, después, la seguridad de los equipos y bienes. En relación con los equipos y los bienes, los elementos que tengan que sustituirse serán reemplazados, en cualquier caso, por componentes homologados por alguna agencia certificadora a fin de asegurarse de que se cumplen unas nonmas detenminadas. Esta homologación es preceptiva con vistas a la seguridad de la máquina y de su funcionamiento. Una máquina o un equipo se considera segura cuando lleva el marcado "CE", es decir, incorpora seguridades intrínsecas, de diseño, que evitan que los operarios sufran accidentes. Por ejemplo, una cizalla o una prensa no actua- rán hasta que el operario esté a una distancia prudencial, que es donde estarán los mandos que accionan la máquina, y la parte móvil y peligrosa estará protegida por rejas, cerramientos, etc. A parte de la seguridad que proporcionan las normas enfocadas a la protección de las personas que operan con la máquina en la fase de producción, debes considerar los riesgos en las tareas de mantenimiento y su reparación. En estos casos, el téc- nico debe acceder a cualquier punto de la máquina, incluidas las zonas peligrosas, y puede que haya pruebas que se deban hacer con la máquina en marcha y con el técnico dentro de la zona de peligro. Debes respetar todas las normas de autoprotección (pantallas, guantes aislantes, calzado, etc.), verificar la seguridad eléctrica de la instalación (tomas de tierra, ais- lamientos, protecciones diferenciales y magnetotérmicas) y, además, utilizar herra- mientas y equipos adecuados a esta labor. 1. Entra en la página de Internet http://europa.eu.intlcomm/enterprise/mechan_equipmentlmachinery/direct/ proposal.htm. A partir de ella, intenta localizar la directiva del Parlamento Europeo y del Consejo relativa a las máquinas por la que se modifica la directiva 95/ 16/CE. 2. Busca en un diccionario el significado de la palabra punzonado e intenta hacer una lista de tres situaciones en las que, mientras se repara un equipo de cualquier tipo, podrías correr el riesgo de "punzonarte". 3. Halla, en libros o en Internet, cuál es la diferencia entre una radiación ionizante y una radiación no-ionizante, y atribuye situaciones de riesgo frente a ambas. 4. Busca infonmación relativa para poder responder la pregunta siguiente: ¿Se debe tener la ISO 9001 o la ISO 9002 o equivalente para poder disponer de un marcado CE? Aprovecha para leer algunas nociones relativas a las normas ISO 9001 Y9002. S. Haz una lista con los elementos que pueden o deben llevar la marca CE. Búscalo en Internet. 6. Intenta descubrir dónde tiene su sede CENELEC, un organismo que elabora normas. 7. Busca empresas españolas que puedan dar la autorización al marcado CE. 8. Busca en Internet información que te penmita responder las preguntas siguientes: ¿Qué es la "autocertifica- ción"?, ¿quién puede hacerla y en qué casos?
  • 231. Unidad dldáctll. Reparación de averías en automatismos cableados y/ o programables Recambios, instrumentos ymateriales • necesarios Ejemplo 7.2 Al cambiar un determinado elemento de un automatismo el fabricante aconseja colocar también los tornillos nuevos. ¿Deberíamos considerar los tor- nillos como un recambio singu- lar o estándar? Solución: El tornillo puede ser estándar si se puede obtener en cualquier ferreteria o establecimiento del ramo. También puede ser singular si su calibre, su cabeza, su lon- gitud o su paso de rosca son especiales. Lo nomnal, si el fa- bricante aconseja su sustitución junto con el recambio, es que los proporcione con éste. Los recambios ysus tipos Un repuesto o un recambio es una pieza, un elemento o una parte intercambiable de un equipo o de una instalación que sustituirá la pieza original cuando su estado de uso lo aconseje para lograr el buen funcionamiento del equipo o la instalación. También podríamos decir que se trata de una pieza idéntica a ciertas partes de la máquina que se fabrican con el objetivo de sustituir las originales cuando lleguen al final de su vida útil. Piensa que, normalmente, la vida útil del repuesto es menor que la del equipo al que pertenece. Se tienen dos tipos de repuestos: O Estándar, Es el que tiene unas normas de fabricación que no le relacionan directa- mente con el equipo al que pertenece y, por norma general, su uso es indepen- diente de dicho equipo, ya que puede servir para múltiples equipos de distinta naturaleza. No es difícil encontrarlo en el mercado y, por ello, no acostumbra a ser necesario disponer de él en grandes stocks. Su coste es relativamente bajo. O Singular. Es el que ha sido concebido para formar parte de un equipo concreto y que difícilmente puede servir para otro tipo de equipos. Obtenerlo es un pro- ceso largo, por lo que es conveniente tenerlo en stock. Su coste puede ser muy elevado, no necesariamente en términos de lo que cuesta el repuesto, sino en términos de las pérdidas que se pueden llegar a tener si no se dispone de él oportunamente. Normalmente, la práctica totalidad de los repuestos necesarios para cualquier auto- matismo son de tipo estándar y obtenerlos no tiene ningún tipo de dificultad. Inclu- so si no se encontrara exactamente el modelo que se pretende sustituir, se puede tener un fácil acceso a elementos equivalentes que desarrollan la misma función, ya que es un tipo de equipamiento que forma parte de los catálogos de componentes de la mayoría de los fabricantes de automatismos. Preparación de los recambios Los elementos que se sustituirán pueden ser muy variados (relés, contactares, bobi- nas, contactos, escobillas, juntas, sondas, etc). No es posible hacer una lista comple- ta de estos elementos porque dependen de cada aplicación y tienen una naturaleza muy distinta. Además, es posible que tengas que cambiar lubricantes, aceites, etc. Debes tener en cuenta que en determinadas operaciones (por ejemplo cambiar una sonda de nivel dentro de un depósito) pueden comportar el vaciado y posterior llenado (una vez cambiada) de líquidos de diferente naturaleza. En cuanto a preparar el material, deben tenerse en cuenta los aspectos siguientes: O Que el material necesario esté disponible en cantidad suficiente. O Que el material sea apto para la sustitución. O La actualización del inventario. O La restitución del material en almacén. O El estudio sobre qué debe hacerse con el material retirado. En todas las empresas existen repuestos que se consideran estratégicos, sin los cuales la empresa quedaría paralizada o podría tener unas pérdidas económicas o materiales considerables.
  • 232. Unidad dida(llc" 7 Reparación de averias en aulomalismos cableados y/ o programables F ig.7.1. L os automatismoprogramables requerirán lareprogramación del dispositivo. -------.1 Selección de herramientas yaccesorios Las herramientas que hay que seleccionar deben ser las que se requieran para cada operación pero recuerda que, en la mayoría de los casos, los componentes de tipo eléctrico están sujetos mecánicamente a máquinas o soportes y, por lo tanto, es imprescindible que dispongas de las herramientas básicas para deshacer uniones roscadas: llaves fijas y llaves inglesas, destornilladores y alicates de diferentes tipos. No tener las herramientas disponibles cuando se lleva a cabo la operación de man- tenimiento supone un coste adicional importante: además del incremento en el coste de la mano de obra, al incrementarse el tiempo, existe un coste asociado a la máquina o al equipo que está parado y, evidentemente, no produce. Olvidar una herramienta o no tenerla a mano cuando se necesita es una pésima práctica profesional que revierte siempre en un deterioro del prestigiO personal del técnico. Según el tipo de tarea que deba realizarse se necesitarán accesorios que no formen parte ni del material ni de las herramientas ni instrumentos. Como ejemplo de acce- sorios para las reparaciones podemos tener a nuestra disposición: una escalera, un arnés para sujetarse a una fijación, un andamio, una manta para poner debajo del equipo que hay que reparar, un utensilio de plástico que recoja las posibles fugas de líquidos que se desprendan de una determinada maniobra o para evitar que alguna pieza que se caiga pueda perderse, etc. Selección de instrumentos de medida Para el técnico de mantenimiento en automatismos los instrumentos eléctricos más comunes son los siguientes: el polímetro, el comprobador de continuidad, la pinza amperimétrica, el vatímetro, el medidor del sentido de giro de un motor, etc. Los instrumentos de medida nos permitirán comprobar que las magnitudes eléctricas asociadas al automatismo o a la máquina que se debe reparar coinciden con los valores esperados. En la fase de preparación de la reparación nos deben permitir, por un lado, verificar el estado eléctrico de los repuestos (aislamientos con respecto a carcasas, continuidad en bobinados, etc.) y, por otro, la comprobación de los valores eléctricos de la instalación para poder llevar a cabo la reparación. Por ejemplo, si la repara- ción es sin tensión, deberemos comprobar con el voltímetro que realmente no haya tensión. Para los automatismos programables será necesario trabajar con un ordenador portátil con el que se pueda recargar el programa de un autómata, monitorizar algún detalle relativo a sus entradas o salidas o a sus marcas internas, contadores, etc. Este ordena- dor debe tener instalado el programa que permita comunicar con el autómata y aquellos documentos que nos dejen realizar la consulta rápida de detalles asociados con la tarea que se esté haciendo, como las hojas de mantenimiento o de reparación. El ordenador debe ser considerado como una herramienta cuando esté destinado a tareas de mantenimiento y reparación, y no debe contener otros programas que los estrictamente necesarios para estas labores. No seria comprensible que incorporara programas que no tuvieran relación directa con la actividad técnica. Además del instrumental eléctrico, en determinadas operaciones son necesarios instrumentos de medida o marcaje mecánicos: niveles, cintas de medida, medido- res de ángulos, etc.
  • 233. Fig.7.3. Unidad d,dactica 7. Reparación de averlas en automatismos cableados y/ o programables Selección de la indumentaria La ropa, los guantes, el calzado, etc., que se utilizan durante las tareas de manteni- miento o de reparación van estrechamente asociados a cada tarea. Forman parte de la indumentaria los elementos siguientes: o Ropa O Guantes O Calzado de seguridad O Fajas O Lentes de seguridad O Cinturones de seguridad O Gafas para soldador O Arneses Mandiles O Protección auditiva Chalecos de malla O Tapón auditivo Conos de vialidad señalizadores O Protección respiratoria O Equipos para lluvia O Cascos protectores O Etc. Los zapatos, por ejemplo, deben ser de puntera reforzada para protegerte los pies de objetos que caigan al suelo de forma involuntaria, y deben ser de suela aislan- te para impedir que puedas sufrir descargas eléctricas hacia tierra a través de tu cuerpo. Procura mantener el calzado en buen estado y no permitas que presente deterioros graves, ya que es un elemento de seguridad en el trabajo que depende directamente de ti. Para revisar cualquier averia es necesario llevar el equipo de protección individual apropiado.
  • 234. Unidad dldactlca 7 Reparatión de averias en automatismos cableados y/ o programables Ejemplo 7.3 Inspección previa ala reparación Antes de realizar la reparación o la sustitución, es recomendable llevar a cabo una inspección previa sobre el terreno del estado de los elementos sobre los que debe- remos trabajar para asegurarnos de que todo sucederá según se haya planificado. Es especialmente aconsejable cuando se trate de operaciones que no se hayan hecho con anterioridad, que estén mal documentadas o, incluso, que no lo estén. También es recomendable si el operario nunca ha hecho esta tarea antes o bien si ha habido modificaciones en la instalación. Esta inspección tiene, pues, como objetivo ahorrar imprevistos que puedan distor- sionar la buena marcha de la reparación y del tiempo y el coste asociado a ella. Na- turalmente, en el tiempo de planificación para la preparación de la tarea, debe te- nerse en cuenta el tiempo que conlleva esta inspección, en caso de que se realice. Imagínate la situación siguiente: Un operario de mantenimiento inicia su tumo de trabajo con una orden de reparación por parte del técnico del tumo anterior. Éste le proporciona el diagnóstico de la avería y la reparación que debe efectuarse. La reparación consiste en sustituir la bobina de un contactor de un determinado equipo. El técnico, a partir de esta información, lleva a cabo la planikación de la reparación: mira si hay recambios, calcula el momento idóneo y el tiempo que necesita para realizar la reparación, repasa las herramientas, los instrumentos y la indumentaria para la reparación, establece o consulta el procedimiento de reparación, etc. ¿Será conveniente que el técnico realice una inspección previa antes de la reparación? Solución: Al ser una avería cuyo diagnóstico no ha hecho este técnico, más que conveniente es imprescindible que realice una inspección que le permita revisar y comprobar toda la información que le haya proporcionado el técnico del turno anterior. Además, inspec- cionará sobre el terreno todo lo que deba desmontar o cambiar en la reparación con la intención de comprobar si será posible llevarla a la práctica tal como la tenía planificada. A continuación, te presentamos una situación (inventada) que puede suceder en la realidad. El técnico de mantenimiento, al realizar la inspección, descubre lo siguiente: o En alguna operación de mantenimiento o actualización de la máquina, algún técnico, de forma poco profesional, ha añadido conductoresen el interior del armario y, como consecuencia, el contactor queda escondido detrás. Esta situación no ha que- dado bien documentada y, por lo tanto, no la podría prever sin la inspección previa a la reparación. o Al apartar un poco los cables para ver mejor el contactor, el técnico, con la luz de su lintema, observa que por estos cables se ha deslizado algún líquido, ha mojado los tornillos que sirven para poder abrir el contactor y acceder a su bobina y los ha oxidado. Como consecuencia de esta inspección previa a la reparación, el técnico ampliará el tiempo de reparación previsto y añadirá a su lista de accesorios un spray desoxidante para asegurarse que el destornillador actuará eficazmente para abrir el contactor y incluirá en la lista de repuestos dos tornillos nuevos para sustituir los oxidados. Finalmente, el técnico redactará un informe indicando el estado interior del armario y estudiará cómo puede corregirse el in- conveniente que supone tener estos conductores que alguien añadió sobre la instalación original. No sólo dificultan el acceso a diferentes automatismos previamente existentes, sino que también facilitan la entrada de sustancias corrosivas en el interior del armario. Actividades 9. Localiza en libros o en Intemet otras definiciones de lo que es un repuesto o un recambio, en el ámbito de la automatización industrial. 10. Busca la definición de la palabra consumible y piensa en las diferencias y las similitudes que tiene con las pala- bras repuesto y recambio. Redacta un texto de media página como máximo en el que relaciones los térm inos.
  • 235. Unidad didáctica 7. Reparación de averías en automatismos cableados V/ o programables Protocolos de mantenimiento yde reparación Fig. 7.4. Bloque de contactos de un contactar. La manera más fácil de realizar las operaciones de mantenimiento y de reparación es disponer de un protocolo de reparación o de sustitución, según el caso. Este proto- colo figurará en una hoja (en un fichero de ordenador y en su versión impresa) y re- cogerá tanto los materiales como las herramientas, los instrumentos y los accesorios necesarios para poder llevar a cabo la reparación de una forma y en un orden que permitan saber cuánto tiempo se tardará en hacer cada tarea. Esto ha de permitir, en consecuencia, tarifar la reparación y cuantificar el coste asociado. Los elementos que formarán el protocolo y que se deberán tener en cuenta en estas fichas o documentos son, al menos, los siguientes: O Elemento que hay que sustituir o mantener O Material de repuesto O Disponibilidad en almacén O Proveedor O Número de personas O Herramientas O Accesorios O Instrumentos O Indumentaria O Protecciones O Pruebas antes de la sustitución O Pruebas después de la sustitución O Inspección previa O Tiempo estimado de preparación O Tiempo estimado de reparación Evidentemente, diferentes elementos de una instalación pueden tener la misma ficha o una de parecida. Por otra parte, cuando se trata, por ejemplo, de sustituir el bloque de contactos de maniobra de un contactor de elevada corriente, siem- pre nos referimos a una operación similar para cualquier contactor, y se diferencia, básicamente, en la ubicación y la especificidad de cada entorno. La operación es la misma para todos los contactores en general. Es muy importante determinar el número de personas ne- cesarias para una intervención concreta cuando se hace una hoja de planificación de reparación. Hay tareas que un solo técnico no puede realizar porque le faltan manos. Además, tampoco pueden enviarse más personas de las necesarias a causa del sobrecoste que ello implica. El equilibrio es la medi- da exacta, aunque no siempre es fácil de encontrar sin haber hecho físicamente antes las operaciones que se describen. Si es éste el caso, no dudes en pedir ayuda externa porque es una señal de la correcta medida de tu posibilidad de esfuerzo y del límite de tus recursos técnicos y materiales.
  • 236. Unidad didáctica 7. Reparación de averlas en automatismos cableados y/ o programables Ejemplo 7.4 Hay que elaborar una ficha que contenga el protocolo de cambio del bloque de contactos (puedes ver la figura 7.4) de un de- terminado contactar de un equipo de lavado industrial. Solución: Equipo Elemento lavadora - 3 Contacto de maniobra del con/actor K73 tipo OIlMSOO de Klockner'Moeller Material de repuesto S tock Número de personas Accesorios Indumentaria Instrumentos Herramientas Protecciones Pruebas despuésdel cambio T iempo estimado de preparación Observaciones (ontactos de tipo HKDllM para JOO A Sí P roveedor Repuestos Industriales, S.A. - 2personas - 2escaleras de madera de 2 tramos - 2 arneses - Ropa de trabajo - (alzado antideslizante - 1 pollmetro - 1 pinza amperimétrica - llave armario marca Himel tipo OlN - llaves fijas 6-7, 8-9,14'15 - Llave estrella 8·9 - Destornillador Philips de 4 mm - Destornillador plano de 2mm - Hay que asegurarse de que la toma de tierra esté conectada antes de tocar nada. - Debe verificarse con el polimetro que entre la toma de tierra yel neutro no haya tensión. - Dar tensión al equipo. - Verificar que alos bornes de bobina llegan 230 V. - Verificar que ala entrada hay 400 V entre fases. - (onectar a mano empUjando manualmente el bloque de contactos con la punta del destornillador y verificar que ala salida hay 400 V entre fases. - Verificar que, por fase, hay unos J5 A. - Inspeccionar visualmente que no se observen chispas importantes ala desconexión de los contactos del contactor. JO minutos T iempo estimado de reparación 20 minutos Se ha establecido que sean dos técnicos los que realicen esta reparación porque en un momento determinado es necesario empujar el bloque de contactos manualmente para asegurar que las tensiones a la salida del contactar son correctas; un solo operario no puede sujetar el polímetro, poner las puntas de prueba en los bornes pertinentes y empujar el bloque de contactos, todo a la vez. Actividades 11. Intenta hacer una ficha para sustituir un relé en un automatismo que inventes, que esté situado en un armario de 1 m de alto situado a 50 cm del suelo. 12. Confecciona una lista con las herramientas que necesitarías para cambiar un autómata programable por otro igual. U. Haz una lista con las piezas de ropa e indumentaria que, a tu juicio, necesitarías para cambiar un motor de 10 kg de peso. 14. Intenta encontrar en libros o en Internet diferentes formas de asignar referencias a las piezas que forman el stock de un almacén.
  • 237. Unidad d,d3c!ic3 7. Reparación de averías en automatismos cableados y/ oprogramables Realización de las operaciones de sustitución de elementos oreparación Es muy importante que tengas la capacidad de tra- bajar con otras personas en la misma tarea. En cambio, no supone ninguna mejora en el resultado del trabajo el hecho de que tomes la iniciativa siempre en todo o que no la tomes nunca. Una herramienta que se tra- te correctamente y se la uti- lice únicamente para lo que fue concebida puede durar muchisimo tiempo. No es de extrañar que se mellen unos alicates de corte que se usan para cortar cable de acero o que se desafile la punta de un destornilla- dor que se haya utilizado para rascar la suciedad de una superficie metálica, o que se desajusten unos alicates universales que se han empleado para gol- pear un clavo. En este apartado trataremos de los diferentes aspectos que intervienen en una ope- ración de sustitución de elementos o de su reparación. Estos elementos serán de tipo personal, material y económicos, y de optimización. Aspectos de tipo personal Cuando se trata de sustituir una pieza, ya sea por cuestiones de mantenimiento o porque se efectúa una reparación, la actitud que tengas como persona encargada debe ser de absoluta responsabilidad. Esta responsabilidad se manifiesta asegurán- dose de que se está siguiendo el orden adecuado, respetando todas las normas de seguridad, etc. Como hemos comentado con anterioridad, es importante tener documentado en un cuaderno de hojas de reparación la secuencia de operaciones conveniente para hacer cada sustitución o tarea de rnantenirniento o reparación. El orden es funda- mental, y seguirlo es la clave del trabajo bien hecho. Es posible que alguna operación de mantenimiento o reparación deba hacerla rnás de una persona. De hecho, en el plan de trabajo y en el docurnento que describe las operaciones que deben realizarse para una determinada tarea, debe indicarse si lo hace una persona solamente o si van a participar más de una. Finalmente, debes considerar que, a veces, las cosas no salen como se espera y que hay elementos que no estaban previstos en las hojas de reparación, incluso puede que dichas hojas no existan. En este caso, cada operación se debe improvisar sobre la marcha. Pueden pasar todos los imprevistos que puedas imaginar. Frente a ellos, solamente podrás utilizar tu imaginación y la capacidad para resolver problemas. Tendrás que adaptarte a nuevas situaciones y tomar las decisiones operativas ade- cuadas para poder resolver el caso de forma rápida y satisfactoria. Aspectos rela(ionados (on los materiales Es clave ensayar el repuesto antes de efectuar la operación de sustitución. Si se sus- tituye un elemento defectuoso por otro elemento defectuoso, no solamente no se ha resuelto el problema, sino que se ha perdido tiempo, dinero y, posiblemente, se vea muy deteriorado el prestigio profesional del técnico encargado de la tarea. Así mismo, es importante que las herramientas seleccionadas se encuentren en buen estado. No es admisible, por ejemplo, un destornillador plano con la punta mellada o uno de estrella que tenga redondeada la punta, unos alicates universales que no abran o cierren con facilidad, una mordaza que ha perdido el aislamiento... Existen múltiples motivos por los que una herramienta se puede estropear; por lo tanto, cuando por su uso una herramienta se desgaste, debe ser sustituida de forma inmediata. Otro aspecto que debe cuidar el técnico es el de los instrumentos que se seleccio- nen para una tarea de reparación o de mantenimiento. Debe tener las baterías en buen estado, los cables de prueba con el aislamiento íntegro, la longitud adecuada y las puntas correctamente afiladas. Si se prevé que debe hacerse una medida en la que un solo operario no pueda sujetar las dos puntas de prueba y el instrumen- to, o que no lo pueda tener en un lugar accesible o suficientemente visible, tendrá que considerar la conveniencia de pedir a algún compañero que le ayude en estas mediciones.
  • 238. UnIdad dldaolCJ 7 Reparación de averías en aulomalismos cableados y/ o programables Los instrumentos que se seleccionen deben ser los adecuados para las magnitudes que se tienen que medir. Por ejemplo, si se miden miliamperios, posiblemente, no sea razonable utilizar una pinza amperimétrica, ya que, generalmente, están diseña- das para medir corrientes más elevadas. Cuando se efectúa la tarea de reparación o mantenimiento, deben retirarse junto con la pieza sustituida aquellos elementos que, opcionalmente, no deban estar en el armario del automatismo. Además, a la vez que se realiza la sustitución, debe aprovecharse para hacer una limpieza básica y una inspección superficial de todos los elementos que forman el sistema. Esto permitirá que se pueda reflejar en la hoja de mantenimiento y/o en la de re- paración no solamente el resultado de la reparación, sino también el estado de los diferentes elementos que componen el sistema. De este modo, quedará constancia de ello y pasará a formar parte de la infonmación relacionada con este elemento o con el sistema en su conjunto; esta infonmación será importante para la actualización del plan de mantenimiento preventivo del sistema. 1 Aspectos económicos yde optimización Una correcta preparación de los materiales, herramientas, accesorios e instrumentos favorece que la operación de reparación se realice con mayores garantías de segu- ridad, fiabilidad y calidad laboral, que deben acompañar las labores de un técnico profesional, exigente y responsable. I TIempo limpIeza c_ on_ ta_ ct_ os_---'_ R _ es_ to_d _ e--l L operaciones Tiempo máquina parada Con una persona El beneficio de la empresa está en el coste del tiempo en el que el sistema detenido no pro- duce beneficios a la empresa, sumado al coste de operarios que no efectúan trabajo alguno mientras la máquina o sistema en el que traba- jan se encuentra parado. Esto es muy impor- tante a la hora de asignar una o varias personas a las tareas de reparación. Mano de obra (loperi3f10) Pérdida de producción Coste de la reparación Fig. 7.5. Comparación del cosle y del liempo asociado auna tarea de reparación omantenimiento electuada por una persona opor dos personas. Así pues, en el ejemplo 7.4 podrían participar dos personas si el tiempo de limpieza de los contactos fuera muy largo, ya que se justifica el coste de tener dos operarios porque el tiempo resultante experimenta una mejora que com- pensa este coste. Quizás este ejemplo, que se representa en la figura 7.5, no sea muy real pero es lo suficiente- mente sencillo como para ayudarte a compren- der esta idea. Desde el punto de vista económico es de gran interés seguir el procedimiento de reparación que en cada caso sea necesario, ya que es el que tiene un tiempo asignado y, por lo tanto, un coste cuantificable con anterioridad al trabajo. En caso contrario es muy difícil hacer un presupuesto y señalar la conveniencia de que una tarea la realice un detenminado número de técnicos. Una reparación debe ser, en cualquier caso, una operación rentable a partir de la cual el equipo queda en una situación de operatividad satisfactoria. Si no es así, debe estudiarse la sustitución del equipo averiado. Hay averías que salen más caras de reparar que si se compra otro equipo, con la ventaja de que tecnológicamente es más nuevo y que, por lo tanto, su durabilidad va a ser mayor sin prácticamente mantenimiento, con una probabilidad de avería prácticamente nula y con una ex- pectativa de vida muy favorable, a la vez que, posiblemente, incorpore funciones que el equipo anterior no tenía.
  • 239. Unidad dldactlcd 7 Reparación de averías en automatismos cableados y/ o programables Ejemplo 7.5 Imagínate la sítuación siguiente: Se debe cambiar la bobina de un contactor porque se ha quemado. ¿Qué orden se seguirá para hacer la operación de sustitución? Esta sustitución debe realizarse con el automatismo alimentado. Solución: Estableceremos a continuación una posible solución a este supuesto. Aspectos previos: Con el repuesto, las herramientas, los accesorios y los instrumentos preparados se debe acceder al sitio donde físicamente se encuentre el contactor. Si está indicado hacer el cambio de bobina sin desconectar la tensión del automatismo es porque se puede realizar esta opera- ción abriendo el contactor sin desmontarlo del carril o de la chapa a la que esté sujeto. Si se tuviera que desmontar el contactor, deberia ser, en todo caso y por simples cuestiones de seguridad, una operación sin tensión. Puesto que la sustitución debe realizarse con el automatismo alimentado, es importante que se haya previsto ponerse calzado con suela aislante para asegurar que cualquier contacto fortuito con un elemento que lleve tensión pueda provocar el paso de corriente a través del cuerpo hasta tierra. Recuerda que la corriente con la que actúan los interruptores diferenciales industriales es de 300 mA. Por debajo de esta corriente (más que suficiente para matar una persona si atraviesa su cuerpo), los interruptores diferenciales no actúan como protección abriendo el circuito que contiene la fuga de corriente. Secuencia de actuación: Así protegido y con todo preparado (en el taller ya se habrá ensayado el repuesto y hacer las medidas funcionales y eléctricas básicas de impedancia, inductancia, continuidad, etc., para garantizar que funciona correctamente), la secuencia de operaciones que hay que realizar es la siguiente: 1. Si está dentro de un armario metálico, se debe comprobar con el voltímetro que no hay tensión entre la parte metálica (hay que prestar atención en no tocar partes pintadas, ya que generalmente son un aislante) y cualquiera de las fases de la ten- sión de alimentación. Hay que comprobar posteriormente que tampoco existe en la chapa interior del armario que sustenta el automatismo (y el contactor). 2. Si está en un armario de plástico, hay que comprobar con el voltímetro que no hay tensión entre la chapa interior del arma- rio que sustenta el automatismo (y el contactor). 3. Prestando atención en que el destornillador no toque ningún elemento conductor o provoque un cortocircuito, debe des- montarse la tapa del contactar para dejar a la vista la bobina. 4. Hay que retirar, en su caso, el bloque de contactos con unos alicates de punta, poniendo especial cuidado en sujetar dicho bloque de contactos por la carcasa de material aislante que les une. 5. Se deben aflojar los bornes A1 YA2 de la bobina y extraer los cables de conexión al circuito para liberar la bobina. 6. Es necesario extraer con unos alicates de punta la bobina del interior del contactor intentando no tocar ningún elemento conductor, ni la herramienta, ni la bobina al salir. 7. Antes de introducir la nueva bobina, es importante limpiar los contactos de potencia en el extremo donde entran en con- tacto con los de la parte móvil. Esta limpieza puede efectuarse con bastoncillos que lleven algodón en sus extremos y que se hayan impregnado en algún tipo de limpiador especifico o universal que no sea conductor y que también teníamos pre- parado. Los contactos de la parte móvil se limpian con un paño. 8. Hay que asegurarse de que el interior del contactor esté limpio y que no tenga objetos móviles sueltos, paredes rotas o resquebrajadas o requemadas... Se tratará de aprovechar que el contactor está desmontado para hacer una valoración de su estado de conservación general y de si, a criterio del técnico, puede dejarse hasta la siguiente revisión o bien si es intere- sante pensar en cambiarlo. Estas observaciones se reflejarán en la hoja de reparación con el encargo de que se traslade el dictamen a las hojas de mantenimiento. 9. Debe introducirse la nueva bobina en el contactor con los mismos alicates de punta y asegurarse de que alcanza su posición definitiva y correcta. 10. Hay que volver a conectar los cables de los conductores de bobina a los bornes del contactor. 11. Debe introducirse el bloque de contactos móviles. 12. Es necesario cerrar el contactor. 13. Debe cerrarse el armario. 14. Hay que intentar verificar el correcto funcionamiento del contactor (con el equipo en tensión, posiblemente esté en marcha) si la fase de operación del equipo lo permite. 15. Si no se puede verificar la operación justo en este momento, pasará posteriormente por la instalación para preguntar al operario si las operaciones esperadas se han efectuado correcta y oportunamente. Si es posible, deberá procurarse estar presente en el momento en que la operación se efectúe para poder valorar, de primera mano, el correcto funcionamiento del repuesto dentro del conjunto del automatismo.
  • 240. Unidad dlddctlCd 7. Reparación de averías en automatísmos cableados y/ o programables A(tividades 15. Intenta hacer una descripción ordenada de las operaciones que, a tu criterio, deberían realizarse para sustituir un fusible de 65 A. Busca en Internet cómo es un fusible de este tipo y deduce qué herramientas necesitarás para efectuar este cambio. 16. Es posible que a ti te corresponda recoger en envases selectivos las pilas y las baterías que se deban desechar. Busca información sobre qué debes hacer con ellas en el caso concreto de tu población y si tu ayuntamiento tiene un seNicio de recogida para las empresas o un centro especial al que dirigirse. 17. ¿Cuál es el ensayo previo que harías con un motor de inducción de repuesto que debes sustituir? ¿Qué pará- metros mirarías? ¿Qué instrumentos utilizarías? Verificación del funcionamiento del automatismo Ejemplo 7.6 Usamos un polimetro de cia- se 1 para medir la tensión de red, con el conmutador situa- do en la posición de lectura de tensión alterna de, como mucho, 600 V. ¿Cu ál es la lectura que debemos dar por buena si la tensión real es de 230 V? Solución: Un polímetro de clase 1 con fondo de escala de 600 V pue- de cometer un error máximo de 6 V (el 1% de 600); por lo tanto, será admisible cualquier valor que se separe 6 V de 230 V. Una vez la avería ha sido reparada, será necesario verificar si el funcionamiento de la máquina es el óptimo. Esto requerirá una serie de pruebas y comprobaciones antes de ponerla de nuevo en funcionamiento. Pruebas paramétricas ypruebas funcionales A la hora de verificar el funcionamiento de un automatismo, existen dos tipos de pruebas: paramétricas y funcionales. O Las pruebas paramétricas hacen referencia a las medidas que se deben hacer en el automatismo para verificar que se ajusta a los valores especificados. Estas medi- das deben realizarse con unos instrumentos adecuados, precisos, fiables y moder- nos, que son los que deben estar a disposición del técnico de mantenimiento. O Las pruebas funcionales hacen referencia a aquellas verificaciones que se realizan para determinar si el automatismo cumple con su función, es decir, si las funcio- nes que realiza cumplen con las especificaciones que se habían dado sobre el equipo que hay que controlar. Tareas de verificación Es aconsejable, antes de hacer cualquier prueba de verificación, comprobar que todas las conexiones del sistema están totalmente apretadas. Es especialmente im- portante verificar que la toma de tierra esté instalada y que sea operativa, ya que de ello depende tanto la seguridad de las personas como la de los bienes. Seguidamente se determinará si las protecciones (fusibles, magnetotérmicos y dife- renciales) son de los calibres indicados por el fabricante del equipo o, al menos, si están ajustados a aquello que especifique la hoja de características del equipo o la hoja de reparación o mantenimiento. También se verificará la regulación de los relés ténrnicos, si los hubiere. Vistos estos pasos previos, se puede entrar a verificar si el resultado de la reparación o de la operación de mantenimiento ha sido exitosa. Ten en cuenta que en este apartado no trataremos de las pruebas que deben hacerse al recibir un automatis- mo nuevo y ver si cumple con las especificaciones dadas por el fabricante, sino que se trata de fijarse en los pasos que es conveniente seguir para determinar si la ope- ración de sustitución de una pieza por un recambio ha sido correcta.
  • 241. Unidad didactica 7. Reparación de averías en automatísmos cableados y/ o programables Actividades Cada automatismo y cada elemento que se haya sustituido a causa de una repa- ración o de una operación de mantenimiento deben tener un protocolo de verifi- cación posterior a esta tarea. No obstante, en este apartado, no es posible tipificar uno por uno cada elemento porque incluso tratándose del mismo elemento, si está en equipos distintos, puede tener un trato diferente. En cualquier caso deberás revisar que la sujeción sea adecuada, que los terminales de los conductores estén fuertemente sujetos a los bornes, que el elernento sustituido opere correctamente, sirnulando que entra en servicio (si ello es posible), que cuando este elemento deba actuar dentro de la secuencia de operaciones lo haga correctamente, que el aspec- to general de la operación sea correcto, etc. Es importante detallar en la hoja de informe correspondiente las operaciones reali- zadas, así como señalar con alguna marca que las operaciones indicadas en la hoja de reparación se han realizado y el resultado que se ha obtenido. Síempre debe haber un apartado de observaciones en las que el técnico pueda reflejar aquellos aspectos que no tengan un lugar concreto en la hoja y que, a su criterio, deban quedar reflejados en ella. Llevarán la fecha, el nombre y la firma del técnico en la casilla que corresponda. Como ejemplo, se consideran algunas operaciones típicas de inspección y manteni- miento de una instalación eléctrica; tanto para el cuadro eléctrico general como para los cuadros secundarios y los equipos, puede regir el siguiente criterio orientativo: Acción Contrastado y ajuste de los aparatos demedida eIndicadores Verificación de las protecciones, fusibles y pilotos Verificación de lapuesta a tierra de las instalaciones, aparatos y máquinas Medida de lapuesta a tierra Medida del aislamiento Reapretado de conexiones y bornes principales Consumo de fases de los cuadros principales y secundarios limpieza general Alumbrado de emergencra Revisión de luminarias Nivel de ruido de extractores Anclaje, alineación y cOlinetes en motores Estanqueidad de los cuadros eléctricos Frecuencia Diaria (D) Semanal (1) Mensual (M) M M + S S Anual (A) t- M D D f comprObaCión de potencia .s , by·pass einterruptoresde sistemas de alimentación ininterrumpida (SAl) Control de sobrecalentamiento de SAl 1 D -< 18. Busca en Internet fabricantes de polímetros y compara características entre modelos similares. 19. Busca en tu población un comercio que venda polímetros. Consulta el precio de diferentes modelos que con- sideres que puedan ser de utilidad a un técnico de mantenimiento. 20. Busca en Intemet fabricantes de medidores de humedad y de pH y compara características entre modelos simi- lares. 21. Busca en Internet explicaciones sobre tacómetros e indica la diferencia que hay entre los que dan una medida analógica y los que dan una medida digital.
  • 242. Unodad didáctICa 7 Reparación de averias en automatismos cableados V/o programables --~----l ____ A_ u_ to _e_v_ a_ lu _a _(_ io _ 'n ____~rr------------------- 1. La medida de corriente se hace: 7. Un repuesto es singular cuando: a) En paralelo con el circuito por el que circule a) Solamente se tiene uno. esta corriente. b) Desconectando y separando del circuito el ele- b) Solamente se sustituye una vez. mento que se desea medir. c) Lo usa un único equipo. c) En serie con el circuito por el que circule dicha corriente. 8. Un repuesto es común cuando: 2. Se considera que un polímetro es de clase 1 cuando: a) Es frecuente usarlo. a) Puede medir hasta 1 kV. b) Se sustituye varias veces. b) Tiene un error máximo del 1%. c) Lo usa más de un equipo. c) Tiene mucha categoría. 9. Las normas europeas (EN) son: 3. La exactitud es: a) La desviación máxima de la salida en relación a e) Medios para ayudar a los fabricantes a cumplir un patrón. con las directivas de seguridad. b) La capacidad para discernir entre dos valores b) Son insuficientes para satisfacer los requisitos muy iguales de la magnitud de entrada. de las directivas de seguridad. e) La proximidad al valor real de la medida. e) Son obligatorias aunque no ofrecen detalles 4. Si se tiene una línea con cargas que presenten sobre soluciones recomendadas que siguen las directivas. componentes armónicos: a) Es interesante disponer protecciones contra 10. Las normas europeas (EN): armónicos. a) Son una forma de añadir costes a los equipos b) Este tipo de cargas no existe. que se fabrican en otros países. e) Estas cargas no son un problema que deba b) Son una guía práctica para satisfacer los requisi- considerarse. tos de las directivas de seguridad. S. Un repuesto es recuperable cuando: e) Son de seguimiento voluntario. a) Es fácil encontrarlo en el equipo al que pertenece. b) Procede de una pieza reparada. 11. Las normas europeas (EN) son: e) Después de haberlo perdido, se vuelve a en- a) Algo que obliga a los fabricantes y comprado- contrar. res de maquinaria. 6. Un repuesto es desechable cuando: b) Algo que en sí mismo es insuficiente y se nece- a) No es rentable repararlo. sitan agencias normalizadoras. b) Está estropeado. a) No son obligatorias pero ofrecen detalles sobre soluciones recomendadas que siguen las diree- e) Está muy sucio. tivas.