Electricidad(II).Elementos de Control y Maniobra.

La electricidad es una rama de la física que se encarga del estudio de las propiedades físicas de las partículas con carga eléctrica. Electricidad. Elementos de control y maniobra, es la segunda entrega de la categoría dedicada a la electricidad, teoría y simbología, componentes eléctricos, protecciones, plantas eléctricas e instalaciones en los buques etc. 

1-Pulsadores

Los pulsadores son elementos de control de accionamiento manual, como su propio nombre indica se accionan pulsándolos y sirven para activar relés, contactores, lámparas etc. Su estructura interna no contiene enclavamientos, es decir, el pulsador dejará de actuar en el momento que dejemos de hacer presión sobre él, retornando a su posición original gracias a un resorte.

La simbología es intuitiva y existen dos configuraciones simples posibles:

• NA: Normalmente Abierto. El circuito está abierto en estado de reposo en el pulsador
• NC Normalmente Cerrado. El circuito está cerrado en estado de reposo en el pulsador

Los números que acompañan a los pulsadores en los bornes nos aportan la siguiente información:

• En la posición de las decenas, nos indica el orden del contacto en el pulsador (1, 2, 3, 4 etc.)
• En la posición de las unidades, nos indica si el pulsador es NA o NC
  • NC: 1 y 2
  • NA : 3 y 4 

Código de colores de los pulsadores:

2-Interruptores y Conmutadores

Los interruptores y conmutadores son elementos de control de acción manual y la diferencia con pulsadores es sencilla; mientras que los pulsadores dejan de ejercer su función sobre el circuito cuando dejamos de actuar sobre ellos, los interruptores mantienen su posición una vez se accionan.

Conmutador

Existen también diferencias entre interruptor y conmutador;

• El interruptora abre o cierra un mismo circuito
• El conmutador abre un circuito y cierra otro simultáneamente.

En la siguiente imagen se aprecia la diferencia de una manera más visual.

3-Relés

Los relés son interruptores, la diferencia entre este dispositivo y un interruptor común es su accionamiento. Como habíamos visto en el punto 2, el accionamiento de un interruptor es manual, mientras que el accionamiento del relé se realiza por medio de un electroimán.

Estos dispositivos se emplean como elementos de protección de motores y equipos ante sobrecargas, pero esas funciones se explicarán en profundidad en el siguiente artículo «Electricidad (III). Anomalías Eléctricas y Sistemas de Protección», por el momento hablaremos de la estructura y simbología.

Relé símbolos

El funcionamiento es simple, se hace pasar una corriente por la bobina, esta se excita y genera un campo electromagnético que con ayuda de un mecanismo desplaza los contactos eléctricos y se abre el circuito, este dispositivo se emplea como elemento de protección ante sobrecargas.

Estructura:

Están constituidos por una bobina dentro de una armadura de hierro en dos mitades separadas.

4-Contactores 

Estos dispositivos abren y cierran contactos por medio de un electro-imán, la diferencia con los relés es que disponen de dos tipos de contactos eléctricos:

• Contactos de fuerza
• Contactos auxiliares

Los contactos de fuerza se accionan equipos receptores (motores, alumbrado, mecanismos varios…) a unas tensiones mínimas y a distancia, minimizando el riesgo para las personas que realizan las labores de mantenimiento. Estos dispositivos se emplean en muchas instalaciones eléctricas ya que permite un amplio grado de automatización

Estructura:

• Bobina 
• Circuito magnético
• Contactos eléctricos

1-Contactos móviles                   2-Contactos fijos                   3-Hierro móvil                  4-Muelle antagonista       

5-Bobina                   6-Espira de sombra (en corriente alterna)               7-Hierro fijo                8-Alimentación de la bobina

El contactor de la imagen funciona de la siguiente manera; cuando la bobina se excita con el aporte de corriente, este genera un campo magnético de igual manera que en los relés magnéticos y desplaza la unión mecánica venciendo la resistencia de los muelles antagonistas cuya función es mantener separada del núcleo una pieza magnética solidaria al dispositivo y encargada de accionar los contactos eléctricos.

La nomenclatura de los contactores se suele representar por las siglas KM seguido de las unidades de los bornes, que como se relata en el punto primero, simbolizan el orden de actuación (de 1 a 4 en este caso)

5-Relés Temporizadores

Como hemos mencionado en el punto de relés, profundizaremos en los tipos de relés en la próxima entrega de la serie «Electricidad», aunque es interesante conocer los relés temporizados ya que son ampliamente utilizados como sistemas de control y maniobra.

El objetivo de estos relés es abrir o cerrar contactos de la misma manera que los relés descritos en el punto 3 con la diferencia que la apertura o cierre no se realiza de forma instantánea si no que se retarda dicha acción por un tiempo predeterminado.

Contamos con 3 tipos de relés temporizadores:

• Temporizador a la conexión
• Temporizador a la desconexión
• Temporizador a la conexión/desconexión

• Temporizador a la conexión

Este relé retarda la apertura o cierre de los contactos a partir de su accionamiento durante un tiempo predeterminado, es decir;

1. El relé recibe corriente
2. Transcurre el tiempo predeterminado
3. Se acciona el relé y actúa sobre los contactos

• Temporizador a la desconexión

Este relé retarda la apertura o cierre de los contactos a partir de la desconexión durante un tiempo predeterminado, es decir;

1. Cesa la corriente sobre el relé
2. Transcurre el tiempo predeterminado
3. Se acciona el relé y actúa sobre los contactos

• Temporizador a la conexión/desconexión

Es una mezcla de los dos anteriores. En este caso, se retarda la apertura o cierre durante la conexión y desconexión durante el tiempo predeterminado.

6-Detectores

Los detectores son dispositivos electrónicos que con la sola presencia del elemento a detectar, varía una señal de salida. En el artículo de hoy no entraremos en la electrónica por lo que la definición de detectores será la siguiente:

Son dispositivos que en presencia del elemento a detectar, producen una respuesta por medio de un actuador que envía una señal eléctrica a través de un circuito y efectúa una acción o respuesta.

En este punto hablaremos de los detectores más empleados en instalaciones comunes a bordo.

• Presostatos
• Termostatos
• Detectores de nivel

Los materiales de los detectores deberán tener en cuenta las siguientes condiciones de ambiente para el diseño efectivo:

• Humedad
• Temperatura
• Acidez
• Polvo
• Explosividad

Si los sensores o detectores son electrónicos, no sería necesario que el sensor esté en contacto con el objeto o elemento a detectar, pero los sensores electromecánicos que trataremos en este punto necesitarán estar en contacto con el medio.

6.1-Presostato

El presostato o interruptor de presión, es un elemento diseñado para detectar la presión de un sistema, en función de la medida obtenida abre o cierra un circuito eléctrico. Existen diferentes tipos de presostatos dependiendo de los fluidos y condiciones para las que se empleen. Equipos como compresores, calderas o sistemas como la refrigeración de las gambuzas de a bordo (cámaras frigoríficas), utilizan estos dispositivos para controlar que las presiones del fluido operante sean las deseadas.

Presostato de regulación

Tipos:

• De regulación (baja presión)
• De seguridad (alta presión)

La diferencia entre ambos es la presión de diseño, los presostatos de regulación suelen diseñarse para bajas presiones, ideales para controlar el correcto funcionamiento del equipo o instalación. Por ejemplo, un presostato de baja presión regulara el funcionamiento del compresor de aire comprimido o el compresor del sistema de refrigeración de las gambuzas.

Nota*:Los presostatos de baja presión pueden emplearse igualmente como control de seguridad para evitar que el sistema trabaje en depresión (vacío).

En el siguiente vídeo se aprecia el funcionamiento de un presostato de regulación.

 Poniendo como ejemplo el compresor de una gambuza, la presión del evaporador y del cárter del compresor actúan sobre el fuelle presostático, si la presión es superior a la resistencia ejercida por el resorte, este activa el mecanismo de los contactores eléctricos que envían una señal al circuito, generalmente a una válvula o dispositivo que regula el caudal del fluido que entra en el sistema, aliviando el exceso de presión y volviendo el presostato a la posición de reposo inicial.

Nota*: Cuando abramos la serie de «Frío Industrial» abordaremos con más detenimiento la instalación y aplicaciones de los presostatos en sistemas como las gambuzas.

6.2-Termostato

El termostato es un elemento diseñado para detectar temperaturas. La constitución de este detector es similar a la de los presostatos.

Existen de varias clases, pero en este contexto eléctrico, describiremos el empleado que traduce la respuesta mecánica en respuesta eléctrica:

Su composición y funcionamiento sería el siguiente:

Este elemento consta de un bulbo relleno de gas unido por un tubo capilar al cuerpo del termostato. La temperatura del fluido externo a medir influye en el gas del bulbo que emite una respuesta en forma de presión sobre la parte inferior de un fuelle donde se encuentran unos contactos que se abren o cierran en función del valor prefijado.

Al igual que en los presostatos, este elemento tiene un resorte localizado en la parte superior (ver imagen) que nos permite regular la temperatura a la que los contactos cambian de posición.

Para dar una visión más genérica de los termostatos, describiremos también los tipos de termostatos con los que nos podemos encontrar.

• De fuelle o pulmón: El funcionamiento es muy intuitivo siguiendo las siguientes imágenes.

El termostato consta de un fuelle de latón que contiene en su interior un fluido específico (dependiendo del grado de apertura o cierre que se quiera obtener aprovechando sus propiedades térmicas) que en función de la temperatura del fluido externo que lo rodee, dilata o contrae dicho fuelle, abriendo o cerrando paso según corresponda.

• De cápsula (cera): El termostato de cápsula, comúnmente denominado de cera por ser el material empleado para su funcionamiento, consta de ceras especiales (de ahí el nombre común de termostato de cera) con alto coeficiente de dilatación que en función de sus parámetros, se dilatarán y contraerán a una temperatura determinada, este movimiento de dilatación hace girar un pistón que acciona a su vez una válvula.
• De lámina bimetálica: Este tipo de termostatos funciona con el mismo principio de dilatación, pero en lugar de emplear un fluido o una cera especial, emplea dos láminas metálicas de coeficientes de dilatación distintos que en función de la temperatura recbida se deforman con el calor y abren o cierran paso.

Los hay de dos tipos, normalmente cerrados o normalmente abiertos.

6.3-Nivostato 

Los nivostatos o interruptores de nivel son elementos compuestos por un flotador con un imán incorporado que al subir o bajar su posición influyen en los contactos eléctricos que se abren o cierran en función de su diseño.

Como en todo, los hay de varios tipos, hemos mencionado el más simple, con el que sabemos si el nivel es alto o bajo en función de la respuesta de los contactores produciendo una señal de alarma por alto nivel o bajo, por ejemplo los tanques de sentina, pero los hay mucho más precisos que nos permiten saber la altura precisa, por ejemplo el nivel de los tanques de combustible.

7-Lámparas de Señalización

Estos elementos se añaden a los cuadros eléctricos para indicar al usuario el funcionamiento de determinados sistemas. En función del color de la lámpara, esta nos indica el comportamiento del sistema.

• Código de colores:

8-Bibliografía

• Manual electrotécnico Telesquemario. Schneider Electric
• Curso de montaje y mantenimiento de instalaciones frigoríficas industriales (Junta de Andalucía)
• Zootecnia Doméstica (web)
• Apuntes del departamento de electricidad y electrotecnia de la ETSNM de A Coruña
• industrial-automatica.blogspot.com 
• Automatización Industrial. Sensores y Detectores 
• insht.es

Autor: Roberto García