CIRCUITOS ELECTRICOS 6 SESIONES_A.pdf

ACTUALIZACIN PROFESIONAL IPN CECYT 3 ESTANISLAO RAMREZ RUIZ

1 Mdulo: Circuitos elctricos Recopil: Ing. Juan Jos Del Carmen Cervantes. Fecha de revisin: 02-Marzo-2013. Archivo: 1.Programa_IPN-2013

Av. Central S/n Col Valle de Ecatepec.

Ecatepec Edo. De Mxico. Telfono: 57296000 Ext: 74027

E-mail: [email protected]

Mdulo: Circuitos de control elctrico Duracin: 30 horas. Competencia particular: Distingue y comprende los diferentes tipos de sistemas de control elctrico para interpretar diagramas de escalera y automatizar sistemas, empleando diferentes tipos de sensores industriales. PROGRAMA GENERAL:

1. Circuitos de control elctrico 2. Elementos de control 3. Diagramas de escalera 4. Controladores de temperatura

CONTENIDO TEMTICO:

1. Circuitos de control elctrico a. Definicin b. Funcionalidad c. Elementos de un circuito de control d. Simbologa internacional

2. Elementos de control a. Sensores industriales b. Temporizadores c. Relevadores y contactores d. Botones

3. Diagramas de escalera a. Estructura e interpretacin b. Reglas para la construccin de diagramas c. Ejercicios: contactos en paralelo, en serie, enclavamientos, temporizaciones. d.

4. Controladores de temperatura a. Definicin y funcionamiento b. Tipos c. Sensores de temperatura

i. Termopar ii. RTD

iii. Termistor iv. Indicadores de temperatura v. Termmetros de infrarrojo






CIRCUITOS DE CONTROL ELCTRICO Definicin El control es de forma general la adecuada operacin de una serie de elementos que nos darn una respuesta deseada en base a las necesidades y al los requerimientos expresados en forma de instrucciones. Los circuitos de control son aquellos circuitos elctricos que reciben y procesan la informacin

de cualquier sistema industrial, para generar una respuesta deseada. Dicha informacin proviene de sensores que indican posiciones mecnicas, presiones, caudales, fuerzas, velocidades, tipos de materiales, etc.

Funcionalidad Los circuitos de control no son resultado en si del sistema, sino son un reflejo de la pericia del diseador de los circuitos. As pues, la funcionalidad de un circuito de control depender de la visin que tiene el diseador del proceso y de las correcciones que realice para controlar las diferentes variables que afectan el proceso industrial.

Elementos de un circuito de control Los circuitos de control pueden estar compuestos por tres partes: Elementos de entrada, lgica del circuito y elementos de salida. Dentro de los elementos de entrada tenemos: sensores de proximidad, de temperatura, de presin, botones, interruptores, etc. La lgica del circuito est compuesta por relevadores, circuitos integrados, Temporizadores, contadores, etc. Como circuitos de salida tenemos lmparas piloto, contactores, drivers para motores, electrovlvulas

Simbologa internacional Actualmente existen varias normas vigentes en las que se especifica la forma de preparar la documentacin electrotcnica. Estas normas fomentan los smbolos grficos y las reglas numricas o alfanumricas que deben utilizarse para identificar los aparatos, disear los esquemas y montar los cuadros o equipos elctricos.






El uso de las normas internacionales elimina todo riesgo de confusin y facilita el estudio, la puesta en servicio y el mantenimiento de las instalaciones. La norma Europea EN 60617 aprobada por la CENELEC (Comit Europeo de Normalizacin Electrotcnica) y la norma Espaola armonizada con la anterior (UNE EN 60617), as como la norma internacional de base para las dos anteriores (IECInternational Electrotechnical Commission), 60617) o (CEI 617:1996), definen los SMBOLOS GRFICOS PARA ESQUEMAS.

Existen algunas recomendaciones importantes que deben observarse, Sin dejar de lado que en todo momento ha de atenderse la norma internacional. A continuacin se mencionan:

Escritura y orientacin de la escritura. "...toda escritura que figure en un documento debe poderse leer en dos orientaciones separadas con un ngulo de 90, desde los bordes inferior y derecho del documento."

Lmparas de sealizacin o de alumbrado: Si se desea expresar el color o el tipo de las lmparas de sealizacin o de alumbrado en los esquemas, se representar con las siglas de la siguiente tabla:

Cuadro 1.

A continuacin se muestra algunos smbolos normalizados para:

Puesta a tierra y a masa,

Tomas de corriente

Iluminacin

Contactos

Accionamientos

Pulsadores

Dispositivos de conmutacin de potencia

Rels






Fusibles

Mquinas elctricas

Tabla comparativa de algunos smbolos






Elementos de control

Sensores industriales

Para efectuar el control de las maquinas es necesario que los controladores conozcan la posicin de las partes mviles de las maquinas, de los objetos fabricados por ellas, o de variables como la temperatura, presin, etc. Para suministrar esa informacin al controlador ser necesario disponer de sensores en las maquinas. Los sensores industriales proveen salidas en dos tipos de seal: por lazo de corriente y por voltaje. La gama de sensores (tambin denominados captadores o detectores) disponible en el mercado es muy amplia. Se pueden encontrar finales de carrera, detectores de proximidad inductivos, capacitivos, ultrasnicos, pticos. Una primera clasificacin de los sensores se puede establecer segn el tipo de seal suministrada a la salida: Sensores analgicos: Suministran una seal proporcional a una variable analgica, como presin, temperatura, velocidad, posicin.

Figura 1. Sensor analgico de temperatura. UWRTD-TW-NB9W Wireless Temperature Sensors/Transmitters






Sensor todo o nada: este tipo de sensor suministra una seal que solamente tiene 2 estados asociados al cierre o apertura de un contacto elctrico, o bien a la conduccin o corte de un interruptor esttico como transistor o tiristor.

Figura 2. Sensores todo o nada. Imagen tomada del libro: Ramn Piedrafita Moreno. (2004).

Ingeniera de automatizacin industrial (2da. Ed). Alfaomega

Captadores numricos. Encoders. Se utilizan en la medida de posiciones, de caudales, etc. Ofrecen como salida una seal codificada y la transmisin de la seal la efectan por medio de una comunicacin tipo serie o paralelo. Pueden ser encoders incrementales que suministran pulsos por medio de 2 salidas indicando el incremento o decremento de la variable y encoder absolutos que indican un cdigo (binario, gray, bcd).

Figura 3. Encoder incremental






a) Incremental b) absoluto

Figura 4. Formas de trabajo de los encoder

Sensores basados en fenmenos elctricos, magnticos, u pticos: adoptan una estructura general que se compone de 3 etapas.

Sensor captador: efectua la conversin de las variaciones de una magnitud fsica en variaciones de una magnitud elctrica o magntica.

Etapa de tratamiento de la seal: puede o no existir, se encarga de efectuar el filtrado, amplificacin y comparacin de la seal mediante circuitos electrnicos.

Etapa de salida: esta etapa est formada por los circuitos de amplificacin conversin, o conmutacin necesarios en la puesta en forma de la seal de salida.

Figura 4. Sensor magntico y optico






Finales de carrera: Los finales de carrera son captadores de comunicacin electrnica, la deteccin del objeto por medio del cabezal hace conmutar los contactos elctricos del final de carrera.

Figura 5. Finales de carrera

Detectores de proximidad inductivos: se utilizan para detectar piezas o elementos metlicos en distancias que van desde los cero a los treinta milmetros. El principio de funcionamiento consiste en la posibilidad de influenciar desde el exterior un oscilador HF completado con un circuito resonante LC.

Figura 6. Sensores de proximidad inductivos






Caractersticas de funcionamiento:

Conmutacin sin realizar esfuerzo mecnico

No existe desgaste

Insensible a las influencias externas

Gran precisin en el punto de conmutacin

Frecuencia de conmutacin elevada

Pueden ofrecer seales de salida digitales o analgicas de 0 a 10v y de 0 a 20mA

Si se montan 2 sensores demasiado cerca, la frecuencia de oscilacin de uno de ellos interfiere sobre la otra y puede provocar un estado de deteccin permanente

Sensores de proximidad capacitivos Permiten la deteccin sin contacto de materiales conductores y no conductores, como puede ser madera, vidrio, cartn, plstico, cermica, fluidos, etc.

Figura 7. Sensores capacitivosMarca Aeco Sensores ultrasnicos. Estos sensores emiten y reciben mediante transductores seales de sonido a altas frecuencias. Cunado un objeto interrumpe el haz, refleja la seal hacia el sensor y producir la conmutacin.

Figura 8. Sensor ultrasnico y diagrama de conexiones marca Banner






Detectores fotoelctricos Incorporan un emisor y un receptor. El receptor reacciona ante las variaciones de la luz que es emitida por el emisor. El tratamiento de la variacin de la luz se transforma en una activacin de la salida. La activacin de la salida por luz se denomina conmutacin por luz. La activacin de la salida por interrupcin del rayo de luz se denomina conmutacin por oscuridad. Puede detectar diferentes materiales, como metal, madera, lquidos, plsticos, o vidrio, identifica colores, cantidad de luz y objetos brillantes.

Figura 9. Sensor fotoelectrico marca Banner .






Temporizadores

En los procesos industriales es muy requerido introducir retardos de tiempo entre dos fases, que si no se hicieran afectara el producto o se encimaran los procesos. Los temporizadores hacen este trabajo y existen una gran variedad. Se definen como un elemento que media entre 2 fases de un proceso, de tal forma que la seal originada por la primera excita la segunda una vez transcurrido un tiempo previamente fijado. Se dividen en tres grupos.

Temporizador con retardo a la activacin: cuando una vez aparecida la seal de entrada retarda un tiempo t1 en reflejarse la seal de salida.

Temporizador con retardo a la desactivacin: despus de que desaparece la seal de activacin se retarda un tiempo t la seal de salida.

Temporizador a la activacin desactivacin: se obtiene mediante la combinacin de las acciones de los dos temporizadores anteriores.

Hay diversos tipos de temporizadores desde los que son usados en el hogar para cocinar, hasta los que son usados en la automatizacin de procesos de industriales, tienen diferentes clases de componentes que tienen como fin la misma funcin, pero cada uno sirve para algn proceso en especfico: Temporizador trmico: que acta por calentamiento de una lmina bimetlica, el tiempo se determina por la curva que adquiere la lmina. Temporizador neumtico: est basado en la accin de un fuelle que se comprime al ser accionado por un electroimn. El fuelle ocupa su posicin que lentamente, ya que el aire entra por un pequeo orificio, al variar el tamao del orificio cambia el tiempo de recuperacin y por consecuencia la temporizacin. Temporizador electrnico: el principio es la descarga de un condensador mediante una resistencia. Por lo general se emplean condensadores electrolticos. Temporizador magntico, se obtiene ensartando en el ncleo magntico, un tubo de cobre Temporizador Programable: es un dispositivo que contiene internamente un controlador que permite programarse para realizar cualquier funcin de temporizacin.
http://bricos.com/2012/11/temporizadores-clases-y-funcionamiento/%20http:/bricos.com/marcas/autonics/






Figura 10. Temporizadores






Relevadores y contactores El contactor y el relevador son dispositivos indispensables en la operacin, proteccin y control de los motores elctricos de corriente alterna (C. A.) y de corriente directa (CD) As como en la operacin de sistemas de alumbrado y de automatizacin de procesos industriales. Cuando hablamos del control de motores elctricos se establecen dos tipos de circuitos elctricos:

El circuito de potencia y

El circuito de control. El de potencia es aquel que suministra energa directamente a las terminales del motor y, el de control es aquel que manipula la energa suministrada al motor para su correcta operacin. El contactor es un dispositivo de construccin robusta utilizado en los circuitos de fuerza capaz de soportar en sus contactos elevadas corrientes de encendido y apagado. Sin embargo, el relevador no es un dispositivo robusto y sus contactos slo estn diseados para conformar la lgica de los circuitos de control. Ahora bien, cuando dibujamos un diagrama elctrico las lneas de trazo del circuito de fuerza deben ser ms gruesas que las del circuito de control. El contactor se puede definir como un dispositivo diseado para realizar funciones de conmutacin repetida para la activacin o desactivacin de los circuitos elctricos de potencia por medio de una seal de control elctrica a distancia. Los contactores pueden ser clasificados como del tipo electromagntico y como del tipo de estado slido. Los electromagnticos, como los que se muestra en la figura 11, trabajan bajo el principio de induccin de Faraday, ya que son accionados cuando se energiza una bobina que forma parte de un electroimn.

Figura 11. Contactores electromagnticos






Los contactores de estado slido son accionados por el principio de semiconductores que permiten una conmutacin electrnica por medio de tiristores, los cuales pueden soportar elevadas corrientes de interrupcin. En estos tipos de contactores no hay piezas mecnicas y comnmente los circuitos de salida y entrada estn separados galvnicamente por un optoacoplador. Se muestran en la figura 12.

Figura 12. Contactores de estado solido

Operacin del contactor como elemento de arranque y control

Una de las grandes ventajas del contactor es que puede utilizarse para arrancar motores elctricos en forma indirecta, es decir, no es necesario maniobrar sobre el dispositivo para cerrar o abrir sus contactos, como lo sera en un corta circuitos o un interruptor termo magntico. Esto significa que el contactor puede accionarse, ya sea, de forma local o de forma remota mediante una seal elctrica que energice su bobina. Tambin, es importante sealar que las partes del contactor forman parte tanto del circuito de fuerza y como del circuito de control. El contactor es por excelencia un dispositivo diseado para realizar el arranque y control de los motores elctricos, gracias a que cuenta con dos tipos de contactos: los contactos principales y los contactos auxiliares. Los contactos principales permiten cerrar y abrir el circuito de fuerza que alimenta a las mquinas elctricas y los contactos auxiliares sirven para formar parte del circuito de control de estas mquinas. La representacin simblica de la bobina, los contactos principales y los contactos auxiliares pueden realizarse bajo las normas Americanas (ANSI) o Europeas (DIN) como se puede ver en la figura 13 (a) y 13 (b).






}

a) B)

Figura 13.

En la figura 14, se presenta el diagrama para el arranque y paro de un motor bajo la norma Europea DIN. Aqu se puede ver claramente la operacin del contactor como elemento de arranque y control. Dnde: L1, L2 y L3 representan las lneas de alimentacin. La letra N representa el neutro. La Q: un interruptor trifsico. KM: La bobina del contactor. F1: Fusible. F2: Proteccin de sobrecarga. M: el motor.






Figura 14. Arranque y paro de un motor Contactos principales de potencia

La referencia de sus bornes consta de una sola cifra: -de 1 a 6 en aparatos tripolares -de 1 a 8 en aparatos tetrapolares Las cifras impares se sitan en la parte superior y la progresin se efecta en sentido descendente y de izquierda a derecha. Por otra parte, la referencia de los polos ruptores puede ir precedida de la letra "R".

Figura 1. Contactos principales






Contactos auxiliares

Las referencias de las bornes de contactos auxiliares constan de dos cifras: La primera cifra (cifra de las decenas) indica el n de orden del contacto en el aparato. Dicho nmero es independiente de la disposicin de los contactos en el esquema. El nmero 9 (y el 0, si es necesario) quedan reservados para los contactos auxiliares de los rels de proteccin contra sobrecargas (rels trmicos), seguido de la funcin 5 - 6 7 - 8. La segunda cifra (cifra de las unidades) indica la funcin del contacto auxiliar: 1 - 2 = Contacto de apertura (normalmente cerrado, NC) 3 - 4 = Contacto de cierre (normalmente abierto, NA) 5 - 6 = Contacto de apertura (NC) de funcin especial (temporizado, de paso, de disparo de un rel de prealarma, etc.) 7 - 8 = Contacto de cierre (NO) de funcin especial (temporizado, de paso, de disparo de un rel de prealarma, etc.) Ejemplo: Bornes 11 y 12 = 1er contacto (funcin NC) Bornes 23 y 24 = 2 contacto (funcin NA) Bornes 35 y 36 = 3er contacto (funcin temporizada NC) Bornes 47 y 48 = 4 contacto (funcin temporizada NA)

Figura 15. Contactos auxiliares






Mandos de control (bobinas)

Las referencias son alfanumricas. En primer lugar se escribe una letra y a continuacin el nmero de borne. Para el control de un contactor de una sola bobina = A1 y A2 Para el control de un contactor de dos devanados = A1 y A2 para el 1er devanado y B1 y B2 para el segundo devanado.

Figura 16. Contactor

Circuitos de potencia De conformidad con las ltimas publicaciones internacionales, se utiliza el siguiente referenciado: Alimentacin tetrapolar: L1 - L2 - L3 - N - PE (3 fases, neutro y tierra) Alimentacin tripolar: L1 - L2 - L3 - PE (3 fases y tierra) Alimentacin monofsica simple: L - N - PE (fase, neutro y tierra) Alimentacin monofsica compuesta: L1 - L2 - PE (2 fases y tierra) Salidas a motores trifsicos: U - V - W - (PE)* K - L - M - (PE)* Salidas a motores monofsicos: U - V - (PE)* K - L - (PE)* Salidas a resistencias: A - B - C, etc. (PE: electric protection) solo si procede por el sistema de conexin de tierra empleado.

El relevador (rel)

El Relevador es un dispositivo diseado para realizar funciones lgicas de control y de proteccin en los circuitos elctricos. Adems de ser utilizado como elemento manejador de cargas de bajo consumo de potencia. Existe una gran variedad de relevadores que desempean funciones especficas para las que fueron diseados y que podemos clasificar como:

Relevadores de control

Relevadores de control temporizados

Relevadores contadores de eventos

Relevadores de proteccin






Relevadores de control Este relevador de control es utilizado para conformar la lgica del control en los diagramas elctricos, electro-neumticos, electro-hidrulicos as como para conectar pequeas cargas en circuitos elctricos y electrnicos. Al igual que los contactores estos pueden ser electromagnticos o de estado slido. Sin embargo, en los circuitos elctricos de control los ms utilizados son los electromagnticos.

Figura 17. Diferentes relevadores

Relevador de control temporizado (Timer): Este relevador de control temporizado retarda el accionamiento de sus contactos ya sea a la conexin o a la desconexin de la alimentacin. Al igual que el relevador de control puede tener uno o varios pares de contactos NC o NO que se accionan despus de haber trascurrido el retardo programado. Cuando un relevador retarda el accionamiento de sus contactos al ser energizado se dice que es temporizado a la conexin o timer on y cuando retarda su accionamiento al perder su alimentacin se dice que es un timer a la desconexin o timer Off. En la figura 18, se muestran tres presentaciones comerciales de estos relevadores.

Figura 18. Relevadores temporizados






Relevador contador de eventos (contador):

Un relevador de este tipo conmuta el estado de sus contactos cuando el nmero de eventos prefijado fue alcanzado. Un evento es considerado el cambio de un estado lgico bajo (0) a un estado lgico alto (1) o viceversa, es decir, cuando un contacto conmuta de abierto a cerrado o de cerrado a abierto, segn sean las caractersticas de operacin del contador. El contador puede ser ascendente o descendente de acuerdo con la forma de realizar el conteo de los eventos. Un ascendente incrementa su registro de eventos conforme estos trascurren hasta alcanzar su valor prefijado y un descendente decrementa su valor prefijado en su registro hasta que sea cero. En la figura 19, se muestran dos ejemplos de contadores comerciales (digital y analgico).

Figura 19. Contador de eventos

Relevadores de proteccin:

En la operacin y control de mquinas elctricas es indispensable la utilizacin de los relevadores de proteccin. Estos relevadores cumplen una misin de vital importancia para resguardar las condiciones adecuadas de operacin de las mquinas elctricas y prevenir daos a los equipos y al personal. Condiciones inadecuadas pueden ser ocasionadas por: sobrecarga fsica en el motor, bajo o alto voltaje en las lneas de alimentacin, variacin de la frecuencia del voltaje de operacin, inversin de la polaridad en caso de mquinas de c.d. y perdida de fases o inversin de fase para mquinas de c.a. Relevador de proteccin contra sobre carga.

Cuando un motor elctrico de c.a. o de cd se sobrecarga fsicamente aumentan las corrientes que circulan por sus devanados o bobinas, ocasionando que la temperatura en estos se incremente por arriba de las condiciones normales de operacin, causando daos en el material aislante de estos y provocando la falla del motor. Por lo tanto, cuando un relevador tiene la capacidad para responder o conmutar sus contactos cuando detecta que las corrientes de los devanados estn por arriba de las nominales es considerado como un relevador de proteccin de sobrecargas, como los que se observan en la figura 20.






Figura 20. Relevador de proteccin. Relevador de proteccin contra inversin e interrupcin de fases. Este relevador utiliza un disco metlico que es arrastrado por efecto de la induccin magntica producida por los conductores de las fases que alimentan el motor. Cuando se invierte las fases o se pierde una fase el sentido de giro cambia y se dispara el relevador. Relevador de proteccin diferencial

El relevador diferencial es utilizado para detectar variaciones de corriente muy finas en los circuitos elctricos, ocasionados por el incremento de temperatura en algn devanado, por fugas de corriente entre los anillos colectores y tierra, por fuga entre fase y estator y por fugas entre las fases y tierra. La deteccin puede realizarse por medio de un trasformador toroidal colocado entre las lneas o por un disco de induccin como en el relevador anterior. El trasformador toroidal es sensible a pequeas diferencias de corriente que ocurran entre las lneas de alimentacin al motor y se calibra para que esta dispare un relevador electromecnico. Por otro lado, el disco de induccin dispara al relevador cuando hay una pequea diferencia en las corrientes de las lneas, la cual, es sensada por las bobinas de cuadratura que pueden sumar o restar los campos magnticos de las fases.

Operacin del relevador de control

El relevador es parte fundamental del circuito de control y por sus caractersticas fsicas no esta diseado para formar parte del circuito de fuerza. Las partes del relevador que son utilizadas para estructurar los diagramas lgicos de control son: la bobina y los contactos. Los contactos se utilizan para estructurar las funciones lgicas (AND, OR, NOT) o para realizar las secuencias del control y la bobina funciona como un elemento de salida de estas las funciones o secuencias. La representacin simblica de un relevador se realiza de acuerdo con las normas ANSI o mediante las normas DIN.






Figura 21. Simbologa de relevador de control norma ANSI y DIN

Operacin del relevador de control temporizado (Timer) Este relevador opera sobre la base de un tiempo programado que retarda el accionamiento de sus contactos, cuando su bobina es energizada (para un Ton) o desenergizada (para un Toff)

Figura 22. Simbologa de relevador de control temporizado norma ANSI y DIN

Botones

Los botones pulsadores o interruptores de botn son componentes de entrada diseados para el control de mquinas, dispositivos y sistemas elctricos. Constan de un contacto y de un elemento de conmutacin con un mecanismo de retorno. Se trata de un sistema simple y rpido para controlar un circuito elctrico. Un pulsador es un operador elctrico que, cuando se oprime, permite el paso de la corriente elctrica y, cuando se deja de oprimir, lo interrumpe. Existen pulsadores NC y NA, es decir normalmente abiertos y normalmente cerrados






Existen en el mercado una gran cantidad de botones pulsadores. A continuacin se muestran algunos ejemplos.

Figura 23. Botones industriales






Figura 23. Botones industriales






Diagramas de escalera

Estructura e interpretacin El control de la energa elctrica es bsico cuando se usa maquinaria industrial. La electricidad industrial est relacionada en primer lugar con el control del equipo elctrico industrial y sus procesos relacionados. El termino diagrama de escalera se usa porque de alguna manera parecen una escalera, se inicia en la parte superior de la escalera y generalmente se trabaja en la direccin hacia abajo. Se usan dos tipos de diagramas, los de control y los de potencia. En la figura 24 se muestran 2 diagramas de escalera. El (A) es un switch que acta sobre un relevador de salida CR5. El (B), son lneas para el control y salida, (lmpara piloto y relevador).

Figura. 24. Ejemplos de diagramas de escalera Los diagramas de escalera consisten en una serie de smbolos interconectados por medio de lneas, para indicar el flujo de corriente a travs de los distintos dispositivos. Los diagramas de escalera muestran:

a) Fuente de alimentacin, que se muestran con lneas verticales b) Cmo fluye la corriente a travs de las distintas partes del circuito como son: botones,

contactos, bobinas, etc. Se muestran con lneas horizontales Un diagrama de escalera no muestra la localizacin de cada componente y su relacin con otros, se usan para disear, modificar o expander circuitos.






Reglas para la construccin de diagramas

Algunas de las prcticas comunes para el formato de los diagramas son las que se exponen a continuacin.

Todas las bobinas, lmparas piloto y salidas se dibujan a la derecha

Una lnea de entrada puede alimentar ms de una salida, si lo hace, las salidas se ponen en paralelo

Los switches, contactos u otros elementos pueden ser contactos mltiples en conexin serie paralelo.

Las lneas estn enumeradas en forma consecutiva hacia abajo en el lado izquierdo

Cada modo de conexin da un nmero de identificacin nico

Las salidas se pueden identificar por su funcin sobre la derecha, indicando con notas.

Un sistema de identificacin cruzada se puede incluir a la derecha. Los contactos asociados con las lneas de la bobina o salida se identifican por la localizacin de la lnea.

normalmente abierto del relevador CR7 (la bobina sobre la lnea 1) est localizado sobre la

mismo.

Los contactos de los relevadores estn identificados por el nmero de la bobina del relevador ms un nmero secuencial consecutivo, por ejemplo, el contacto CR7-1, en caso de que otros contactos del relevador CR7 se usaran, se enumeraran como CR7-2 y as sucesivamente.

Figura 25.






Ejercicios: contactos en paralelo, en serie, enclavamientos, temporizaciones. De acuerdo a la forma de conectar los contactos podemos hacerlo en serie o paralelo al igual que los veamos con los elementos de un circuito elctrico resistivo o capacitivo. As tenemos que los contactos en serie de la figura 26 son A, B y C.

Figura 26. Contactos en serie

Los contactos en paralelo como de la figura 7 son X1 y CR1. Tambin se observa que en la lnea 2 el contacto CR1 tiene el mismo nombre de la salida CR1, por lo que pasa al estado de cerrado cuando la bobina CR1 se energiza y despus de que el contacto X1 se desactiva la bobina queda energizada debida al contacto CR1. A esta manera de conectar se le llama enclavamiento o efecto de memoria.

Figura 27. Contactos en paralelo






Existe otro tipo de relevador que nos permite hacer realidad operaciones cronometradas, el relevador de retardo de tiempo. En este tipo de relevador, al aplicarle un voltaje a su entrada (a su bobina), la accin en sus salidas no ocurre de inmediato, sino que hay un retardo de tiempo tras el cual obtenemos la accin deseada con las salidas normalmente abiertas convirtindose en salidas normalmente cerradas y las salidas normalmente cerradas convirtindose en salidas normalmente abiertas.

Figura 28. Relevador de tiempo a la conexin

En el primer peldao de la escalera, al cerrarse el interruptor X1 mantenindose cerrado, la bobina del relevador de tiempo TD1 es energizada. Obsrvese que en el segundo peldao estamos utilizando uno de los interruptores normalmente cerrados del relevador de tiempo TD1. De este modo, al cerrarse X1 suministrndose energa al relevador de tiempo TD1, en el segundo peldao existe un camino de conduccin elctrica para suministrar energa al "foco" de salida. Si el relevador TD1 fuera un relevador de control ordinario sin accin alguna de retardo de tiempo, entonces el interruptor TD1 en el segundo peldao se abrira inmediatamente y el foco a la salida se apagara de inmediato; esto es, nunca lo veramos encenderse. Pero como se trata de un relevador de retardo de tiempo, la salida normalmente cerrada no se abrir sino hasta despus de que haya transcurrido cierta cantidad de tiempo, digamos un segundo. Una vez que ha transcurrido ese segundo, el contacto normalmente cerrado TD1 en el segundo peldao se abrir, cortando el suministro de energa a la salida, aunque el interruptor X1 permanezca cerrado. Esta accin la hemos representado en los diagramas de tiempo puestos debajo del diagrama de escalera, diagramas de tiempo en los que dicho sea de paso nos hemos abstenido de hacer referencia a un "1" lgico o a un "0" lgico como niveles de voltaje en virtud de que la accin lgica que est siendo representada es una de interruptores normalmente cerrados o normalmente abiertos que permiten o impiden el suministro de corriente a la carga de salida.






Veamos ahora otro diagrama de escalera en el cual usaremos otro tipo de relevador de tiempo

Figura 28. Relevador de tiempo a la desconexin

En este caso, tenemos otro tipo de relevador de retardo de tiempo. Esto debe ser obvio por la diferencia en el smbolo del contacto interruptor TD1; en el diagrama de escalera previo el smbolo era la punta de una flechita empujando el contacto normalmente cerrado hacia arriba dando a entender que en tal relevador de tiempo el contacto normalmente cerrado se abre despus de que ha transcurrido un tiempo prefijado, mientras que aqu en este diagrama de escalera el smbolo del contacto interruptor TD1 es la punta de la flechita apuntando hacia abajo, como si estuviera "jalando" al interruptor normalmente cerrado. En este caso, se trata de un relevador de tiempo que es capaz de tener un "pulso" de salida con una duracin de tiempo mayor que la entrada que accion al relevador de tiempo, lo cual es resaltado con los diagramas de tiempo. Aqu, al cerrarse momentneamente el interruptor X1, el contacto TD1 en el segundo peldao se activa inmediatamente y permanecer cerrado an despus de que el interruptor X1 es regresado nuevamente a su condicin de interruptor abierto. El tiempo que este relevador de tiempo mantiene cerrado el contacto TD1 suministrando energa a la carga de salida empieza a correr despus de que el contacto X1 es devuelto a su condicin de normalmente abierto, lo cual no impide que el relevador TD1 contine operando.






Convenciones del diagrama en escalera.

Los diagramas de escalera tienen las siguientes convenciones

Para leer el diagrama se lee de izquierda a derecha y despus baja al siguiente escaln o al escaln correspondiente como se muestra en la figura 29.

Figura 29.

Los dispositivos o elementos de entrada tales como pulsadores (push buttons), interruptores (de limite, presin, temperatura, flujo, etc.) estn cargados sobre el lado izquierdo.

Los dispositivos de salida tales como relees, contactores, lmparas piloto, etc., se ubican cargados del lado derecho.

Los dispositivos de entrada tales como pulsadores e interruptores abren y cierran el camino de la corriente entre L1 y L2, por lo tanto, energizan o desenergizan la lgica de control y los dispositivos de salida como rels, contactores, lmparas piloto, etc.

Los dispositivos de salida nunca estn o sern puestos en serie en el mismo escaln






Controladores de temperatura Definicin y funcionamiento Como el nombre indica, un controlador de temperatura es un instrumento usado para controlar la temperatura. El controlador de temperatura tiene una entrada procedente de un sensor de temperatura y tiene una salida que est conectada a un elemento de control tal como un calentador o ventilador. Para controlar con precisin la temperatura del proceso sin la participacin continua del operador, un sistema de control de temperatura se basa en un controlador, el cual acepta un sensor de temperatura tal como un termopar o RTD como entrada. Se compara la temperatura real a la temperatura de control deseada, o punto de ajuste, y proporciona una salida a un elemento de control. El controlador solo es una parte del sistema de control, y todo el sistema debe ser analizado para elegir un controlador adecuado. Los siguientes puntos deben ser considerados al seleccionar un controlador:

1. Tipo de sensor de entrada (termopar, RTD) y rango de temperatura 2. Tipo de salida requerida (rel electromecnico, SSR, salida analgica) 3. Algoritmo de control necesario (encendido / apagado, proporcional, PID) 4. Nmero y tipo de salidas (calor, fro, alarma, lmite)

Tipos Hay tres tipos bsicos de controles: ON/OFF, proporcional y PID. Dependiendo del sistema a ser controlado, el operador ser capaz de utilizar uno u otro tipo para controlar el proceso. Control On / Off Un controlador ON/OFF es la forma ms simple para el control de temperatura. La salida del dispositivo est encendida o apagada, sin un estado medio. Un controlador ON/OFF cambia la salida slo cuando la temperatura atraviesa el punto de ajuste. Para el control del calentamiento, la salida se activa cuando la temperatura est por debajo del punto de ajuste, y se apaga cuando est por encima del mismo. Cada vez que la temperatura cruza el punto de ajuste, el estado de la salida cambia, la temperatura del proceso oscila continuamente, entre el punto de ajuste. En los casos en que este ciclo se produce rpidamente, y para evitar daos a los contactores y vlvulas, se aade un diferencial de encendido y apagado, o "histresis", a las operaciones del controlador. Este diferencial requiere que la temperatura exceda del punto de ajuste por una cierta cantidad antes de que se active o desactive de nuevo. Un diferencial ON/OFF impide que se produzcan cambios rpidos de conmutacin en la salida, si los ajustes se producen rpidamente. El control ON/OFF se utiliza generalmente cuando un control preciso no es necesario, en los sistemas que no pueden soportar cambios frecuentes de encendido/apagado, donde la masa del sistema es tan grande que las temperaturas cambian muy lentamente, o para una alarma de temperatura. Un tipo especial de control ON/OFF utilizado






para la alarma es un controlador de lmite. Este controlador utiliza un rel de enclavamiento, que se debe restablecer manualmente, y se utiliza para cerrar un proceso cuando una determinada temperatura es alcanzada.

Control proporcional Los controles proporcionales estn diseados para eliminar el ciclo

asociado del control on-off. Un controlador proporcional disminuye la potencia media suministrada al calentador cuando la temperatura se aproxima al punto de ajuste. Esto tiene el efecto de disminuir la energa del calentador al aproximarse al punto de ajuste sin que lo sobrepase, mantenimiento una temperatura estable. Esta accin de dosificacin se puede realizar girando el encendido y apagado de salida para intervalos cortos de tiempo. Esta "proporcionalizacin de tiempo" vara la relacin de tiempo "on" y tiempo "off" para controlar la temperatura. La accin proporcional se produce dentro de una "banda proporcional" en torno a la temperatura de consigna. Fuera de esta banda, el controlador se comporta como una unidad ON/OFF normal, con la salida, ya sea totalmente ON (por debajo de la banda) o totalmente OFF (por encima de la banda). Sin embargo, dentro de la banda, la salida se enciende y se apaga en la relacin a la diferencia de la medicin del punto de consigna. En el punto de referencia (que es el punto medio de la banda), la salida en: relacin de apagado es de 1:1, es decir, el tiempo de encendido y tiempo de apagado son iguales. Si la temperatura est lejos del punto de ajuste, el cierre y el corte variarn en proporcin a la diferencia de temperatura. Si la temperatura est por debajo del punto de ajuste, la salida estar ON mas tiempo, si la temperatura es demasiado alta, la salida estar OFF predominantemente.

Control PID El tercer tipo de controlador, PID, ofrece una combinacin del proporcional con

control integral y derivativo. Este controlador combina control proporcional con dos ajustes adicionales, que ayuda a la unidad automticamente a compensar los cambios en el sistema. Estos ajustes, integral y derivativo, se expresan en unidades basadas en el tiempo, tambin se les nombra por sus recprocos, RATE y RESET, respectivamente. Los trminos proporcional, integral y derivativo se deben ajustar de manera individual mediante el mtodo prueba y error. El controlador proporciona es el control ms preciso y estable de los tres tipos de controladores, y se utiliza comnmente en sistemas que tienen una masa relativamente pequea, que son aquellos que reaccionan rpidamente a cambios en la energa aadida al proceso. Se recomienda en sistemas en los que la carga cambia a menudo y no se espera que el controlador lo compense automticamente, debido a los frecuentes cambios en el punto de referencia, la cantidad de energa disponible, o la masa a controlar. OMEGA ofrece un nmero de controladores que calculan y ajustan automticamente sus valores de PID para que coincida con el proceso. Estos son conocidos como controladores autoajustables. Tamaos DIN estndar Dado que los controladores de temperatura se montan generalmente en el interior de un panel de instrumentos, el panel deber ser adaptado para acomodar el controlador de temperatura. Con el fin de proporcionar una capacidad de intercambio entre los controladores de temperatura, la mayora de los controladores de temperatura estn diseados para tamaos estndar DIN.






Figura 30. Controladores de temperatura






Sensores de temperatura Termopar Un termopar es un sensor de temperatura que consiste en dos conductores metlicos diferentes, unidos en un extremo, denominado junta caliente suministrando una seal de tensin elctrica que depende directamente de la temperatura; este sensor puede ser conectado a un instrumento de medicin de Fem (fuerza electro motriz) o sea un milivoltmetro o potencimetro. Un termopar no mide temperaturas absolutas, sino la diferencia de temperatura entre el extremo caliente y el extremo fro. Aunque existen ms tipos de termopar estos son los ms comunes

Hierro-Constantan -0 - 760 C.

Cromel-Alumel -200 + 1370 C.

Cobre-Constantan -200 + 350 C.

Cromel-Constantan -200 + 1250 C.

Platino-Platino-Rhodio 13% 0 + 1450 C.

Platino-Platino-Rhodio 10% 0 -1450 C.

Platino Rhodio 30% -Platino Rhodio 6% 0 -1700 C.

Tabla 2. Tipos de termopar

Generalmente los termopares se fabrican con tubos protectores o termopozos, esta es con el fin de proteger los alambres del termopar contra las atmsferas corrosivas y las altas presiones.

Los rangos de medicin de los diferentes tipos son:

Tipo de

Termopar

Calibres AW6 - Expresados en Milmetros

8= 3.25

14= 1.63

20= 0.81

24= 0.51

28=0.33

J 760C 590C 480C 370C 320C

K 1260C 1090C 980C 870C 760C

T 370C 260C 200C 150C

E 860C 650C 540C 430C 330C

R 1480C

S 1480C

B 1700C

N 1260C 1090C 980C 870C 760C






Las mediciones industriales de temperatura que oscilan entre -200 y mas de 1450C se logran normalmente con termopares. Los termopares son los nicos detectores que se pueden utilizar a temperaturas muy bajas, sobre todo en aplicaciones en que su precisin es adecuada.

Cmo elegir un tipo de termopar? Debido a que los termopares miden en rangos de temperatura muy amplios y son relativamente resistentes, los termopares se utilizan muy a menudo en la industria. Los siguientes criterios son utilizados en la seleccin de un termopar:

Rango de temperatura La resistencia qumica del termopar o material de vaina Resistencia de abrasin y vibracin Requisitos de instalacin (es posible que tengan que ser compatibles con equipos

existentes; los agujeros existentes pueden determinar el dimetro de la sonda) Observar el cdigo de color para una referencia rpida






Figura 31. Termopares






RTD RTD significa Resistive Temperature Detector. Son sensores de temperatura cuyo principio fsico se basa en la resistividad de los metales, es decir, en variacin de la resistencia de un conductor con la temperatura. Esto se debe a que al incrementar la temperatura los iones vibran con mayor amplitud y as se dificulta el paso de los electrones a travs del conductor. La mayora de los elementos consisten de una longitud de alambre en espiral fina envuelta alrededor de un ncleo de cermica o de vidrio. El elemento suele ser bastante frgil, lo que a menudo se coloca dentro de una sonda de enfundado para protegerlo.

El RTD es uno de los sensores de temperatura ms precisos, proporciona una excelente estabilidad y repetibilidad. Son tambin relativamente inmunes al ruido elctrico y por lo tanto muy adecuados para la medicin de la temperatura en ambientes industriales, especialmente alrededor de motores, generadores y otros equipos de alta tensin. Las caractersticas que deben tener los metales, son un alto coeficiente de resistencia y alta resistividad para que tenga mayor sensibilidad y que haya una relacin lineal entre la resistencia y la temperatura. El platino es el metal ms ptimo, ya que, adems de cumplir las caractersticas, tiene un rango de temperatura mayor; pero, puesto que es muy caro, se utilizan otros como el nquel o cobre. Los dos tipos de RTD son: bobinado que permite la contraccin y dilatacin del material sensible y laminado que tiene menor masa trmica, es ms barato, aunque con menor estabilidad.

Un tipo de RTD son las Pt100 o Pt1000.

Un Pt100 es un sensor de temperatura. Consiste en un alambre de platino que a 0 C tiene 100 ohms y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia elctrica. El incremento de la resistencia no es lineal pero si creciente y caracterstico del platino de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde.

Figura 32. Curva del RTD






Normalmente las Pt100 industriales se consiguen encapsuladas en la misma forma que las termocuplas, es decir dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (vaina) , en un extremo est el elemento sensible (alambre de platino) y en el otro est el terminal elctrico de los cables protejido dentro de una caja redonda de aluminio ( cabezal ). Ventajas del Pt100

los Pt100 siendo levemente ms costosos y mecnicamente no tan rgidos como las termocuplas, las superan especialmente en aplicaciones de bajas temperaturas. (-100 a 200 ).

pueden fcilmente entregar precisiones de una dcima de grado la Pt100 puede ser colocada a cierta distancia del medidor sin mayor problema (hasta

unos 30 metros) utilizando cable de cobre convencional para hacer la extensin.

Conexin de la Pt100 El modo ms sencillo de conexin (pero menos recomendado) es con solo dos cables. En este caso las resistencias de los cables Rc1 y Rc2 que unen la Pt100 al instrumento se suman generando un error inevitable. El lector medir el total R(t)+Rc1+Rc2 en vez de R(t). Lo nico que se puede hacer es usar cable lo ms grueso posible para disminuir la resistencia de Rc1 y Rc2 y as disminuir el error en la lectura.

Figura 33. Conexin con 2 hilos del PT100

Por ejemplo si la temperatura es 90C, entonces R(t) = 134.7 ohms, pero si el cable Rc1 tiene 1.3 ohms y el Rc2 tiene 1.2 ohms entonces la resistencia medida ser 134.7+1.3+1.2 = 137.2 ohms y la lectura del instrumento ser 96 C. El modo de conexin de 3 hilos es el ms comn y resuelve bastante bien el problema de error generado por los cables.

Figura 34. Conexin a 3 hilos






El nico requisito es que los tres cables tengan la misma resistencia elctrica pues el sistema de medicin se basa (casi siempre) en el "puente de Wheatstone". Por supuesto el lector de temperatura debe ser para este tipo de conexin. El mtodo de 4 hilos es el ms preciso de todos, los 4 cables pueden ser distintos (distinta resistencia) pero el instrumento lector es ms costoso.

Figura 35. Conexin a 4 hilos

Por los cables 1 y 4 se hace circular una corriente I conocida a travs de R(t) provocando una diferencia de potencial V en los extremos de R(t). Los cables 2 y 4 estn conectados a la entrada de un voltmetro de alta impedancia luego por estos cables no circula corriente y por lo tanto la cada de potencial en los cables Rc2 y Rc3 ser cero (dV=Ic*Rc=0*Rc=0) y el voltmetro medir exactamente el voltaje V en los extremos del elemento R(t). Finalmente el instrumento obtiene R(t) al dividir V medido entre la corriente I conocida.

Figura 36. PT100 Platinum Resistance Temperature Detector






Termistor Es un dispositivo electrnico semiconductor cuya resistencia es variable, y depende fuertemente de la temperatura a la que se encuentra. Estos son fabricados a partir de xidos metlicos (nquel, cobalto, manganeso, hierro, cobre, magnesio y titanio) comprimidos y sintetizados a grandes temperaturas. Existen dos grandes grupos de termistores, los que presentan una respuesta directa (PTC Positive Temperature Coefficient) o los que presentan una inversa (NTC- Negative Temperature coefficient) con la temperatura.

Figura 37. Smbolos del termistor. A la izquierda el smbolo del PTC y a la derecha el del NTC.

Los termistores presentan ciertas ventajas frente a otros dispositivos de medicin, como ser; alta precisin para la medicin de temperaturas, alta sensibilidad, su tamao, tiempo de respuesta y costo. Sin embargo, para mediciones en rangos grandes de temperatura, no son adecuados, a causa de que las variaciones de resistencia son muy altas para ser medidas con un mismo instrumento, de forma precisa. Estos termistores se sub-dividen en grupos, segn su fabricacin:

Los Glbulos (Figura 2.1a) se fabrican formando pequeos elipsoides de material de termistor sobre dos alambres finos separados unos 0,25mm, normalmente recubiertos de vidrio por proteccin. Son extremadamente pequeos, y ofrecen una respuesta muy rpida a variaciones de temperatura.

Las Sondas (Figura 2.1b) son glbulos con conductores de extensin sellados dentro de puntas de varillas de vidrio slidas. Las sondas de vidrio resultan en general, ms robustas y fciles de montar que los glbulos, pero ocupan ms lugar y tienen una constante de tiempo mayor.

Los Discos (Figura 2.1c) se fabrican prensando el material bajo varias toneladas en moldes redondos, logrndose as piezas cilndricas planas. Resultan muy tiles en sondas de medicin de temperaturas donde se necesita sensar un rea relativamente grande.






Figura 38. Termistores PTC Los termistores NTC presentan propiedades trmicas y elctricas que varan segn cada termistor. Estas propiedades son descriptas por los fabricantes en las hojas de datos. Algunas de estas propiedades son: valores de resistencia nominal, curvas resistencia-temperatura, constantes trmicas de tiempo, constantes de disipacin de potencia y consumo de potencia.

Figura 39. Termistores NTC
http://www.elemon.com.ar/elemon/CotizarRubroVisual.aspx?GrupoId=TE&RubroId=255http://www.elemon.com.ar/elemon/CotizarRubroVisual.aspx?GrupoId=TE&RubroId=260






Indicadores de temperatura

Los indicadores de temperatura son instrumentos de instalacin que pueden procesar la seal de sensores de temperatura e indicarlos en pantalla. As, los indicadores de temperatura permiten una valoracin sencilla y econmica de sensores de resistencia, como por ejemplo, los Pt100, o tambin termoelementos de diferentes tipos. Los sensores se pueden conectar directamente a los indicadores de temperatura, lo que evita tener que instalar un transductor. Algunos indicadores de temperatura slo permiten la valoracin de determinados sensores. Al indicador PCE-N20T solamente puede conectar sensores Pt100. Tales indicadores de temperatura son ideales para aplicaciones en masa, pues son muy econmicos. Los indicadores de temperatura universales, que soportan un sinfn sensores de temperatura y que pueden procesar seales normalizadas, permiten sin embargo un uso muy flexible.

Figura 40. Indicador de temperatura digital






Termmetros de infrarrojo Con el medidor de temperatura sin contacto puede determinar valores de medicin en el sector de la produccin, en mantenimiento, en investigacin y desarrollo, adems de poder transmitir los valores de medicin directamente por medio de una interfaz integrada. Con ello el medidor de temperatura sin contacto se puede emplear en diferentes campos. El grado de emisin es ajustable dependiendo de la clase de superficie. Este medidor de temperatura puede determinar de manera rpida y precisa una temperatura de hasta + 1800 C. Caractersticas:

Gran rango de medicin de temperatura

Objetivo telescpico

Alta precisin de 1,0 %

Grado de emisin ajustable

Salida analgica

Posibilidad de montaje con trpode

mbitos de uso: industria del metal, acero, altos hornos, fundiciones, industria cermica industria del cemento, centrales energticas

Figura 41. Termmetro infrarrojo

Cmara termogrfica

Una cmara termogrfica es un tipo de cmara que crea una imagen con luz infrarroja. Infrarrojos es la radiacin electromagntica con una longitud de onda ms larga que la luz visible. La mayora de las cmaras termogrficas estn diseadas para detectar estas longitudes de onda ms largas y a distinguir los diferentes niveles de intensidad de infrarrojos.






Las cmaras infrarrojas pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones:

Detecta desbalances y sobrecargas elctricas Mejora las inspecciones y los programas de mantenimiento preventivo Identifica oportunidades de ahorro de energa y de costos Inspecciona sistemas elctricos y mecnicos Detecta problemas en sistemas de climatizacin Descubre sellos instalados incorrectamente en ventanas o puertas Detecte focos de humedad o la posible existencia de moho y hongos Verifica la falta o el dao del aislamiento Inspecciona defectos estructurales

Figura 42. Cmara termogrfica

Documents

CIRCUITOS ELECTRICOS 6 SESIONES_A.pdf