Automatización Industrial: Dispositivos de Control y Medición

INSTALACIONES ELÉCTRICAS Y AUTOMÁTICAS.
AUTOMATISMOS INDUSTRIALES
DISPOSITIVOS DE MANDO Y MEDIDA.
En los equipos de automatismos de tecnología electromecánica, el tratamiento de datos está
realizado por los contactores auxiliares y relés de automatismo. Estos aparatos aseguran
igualmente otras funciones, tales como:
 Selección de circuitos.
 Registro de órdenes recibidas.
 Interface de órdenes exteriores y demultiplicación de las informaciones.
 Adaptación de las señales de salida de la parte de mando a las exigencias determinadas
por las características de los componentes controlados (contactor, electro-válvulas,
pequeños motores, etc.).
 Enclavamiento, seguridad, señalización, etc.
Concebidos para controlar intensidades débiles, estos aparatos deben, no obstante, cumplir sin
fallos, su función de intermediario ya que el buen funcionamiento del equipo y el respeto de la
secuencia de marcha dependen de su fiabilidad.
Las robusteces mecánica y eléctrica requeridas son aún más importantes que las exigidas para
los contactores.
Se utilizan relés de mando: Dispositivos que aprovechan el cambio de algunas de las
características de funcionamiento de otros dispositivos, para actuar en el circuito o en otros
circuitos eléctricos estableciendo secuencias de funcionamiento. Hay una gran variedad en el
mercado.
RELÉS DE MANDO O CONTACTORES AUXILIARES.El principio de funcionamiento es idéntico al de un contactor desde el punto de vista de: tipo de
corriente, alimentación, circuito magnético etc.
Cuando la bobina recibe tensión, inmediatamente cambia de posición; en el momento en que la
bobina deja de recibir tensión, la vuelta a la posición de reposo es instantánea.
Diferentes tipos de relés o contactores auxiliares.
La diferencia que existe es el tamaño, ya que estos realizan su función en el circuito de mando.
Por lo que las intensidades que circulan por sus contactos son menores. Existe gran variedad, en
función del número de contactos necesarios, condiciones de empleo, tamaño, etc.
En las instalaciones de equipos de automatismos con tecnología electromecánica son necesarios,
para aumentar el número de contactos disponibles cuando las intensidades a controlar son
pequeñas, o al menos no tan altas.
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RELÉS TEMPORIZADOS.En los sistemas automatizados son frecuentes las partes en las que hay que incluir retardos a una
o varias acciones.
Los relés temporizados se abren o cierran sus contactos una vez transcurrido un tiempo desde
que se les aplica o corta la tensión.
Existe un gran número de sistemas de temporización, según los principios físicos en que se
basan. (magnéticas, electrónicas, térmicas, neumáticas, etc.).
CABEZALES TEMPORIZADOS SOBRE CONTACTORES.Cuando los tiempos de temporización no son demasiado grandes (arranque de motores), se
suelen utilizar juegos de contactos temporizados de forma que se acoplan directamente sobre el
contactor.
Cabezal temporizado a la conexión
(ON Delay)
Contactor sobre el que va
montado el cabezal.
Cabezal temporizado a la
desconexión (OFF Delay).
Estos cabezales son de temporización neumática puede estar constituido por diferentes contactos,
dependiendo del tipo y del fabricante: lo normal es que lleven un contacto NA y un contacto NC.
La regulación del tiempo puede ajustarse por medio de una rueda que lleva en el frontal.
La temporización se obtiene por corriente de aire que recorre un surco de longitud regulable,
existen temporizados a la conexión y temporizados al reposo.
Principio de funcionamiento de un cabezal neumático temporizado al reposo.
Se activa el contactor sobre el que va montado. Al cerrarse, el circuito magnético comprime el
resorte A y la membrana. El aire de la cámara B se expulsa a la cámara C por el orificio D, que se
abre brevemente. El contacto bascula instantáneamente.
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Comienza a contar el tiempo al abrirse el circuito
magnético de control, el resorte A repele la membrana
y crea una depresión en la cámara B. El aire de la
cámara C vuelve a la cámara B a través de un filtro de
metal sintetizado. Su velocidad se regula mediante un
surco de longitud variable practicado entre dos discos.
La temporización es el resultado de la variación de
posición relativa de los dos discos que se obtiene por
medio del tornillo de regulación.
Fin de la temporización. Al finalizar el tiempo regulado, el contacto bascula y vuelve a su posición
inicial.
Los temporizadores neumáticos no están indicados para maniobras cuyo ciclo de repetición sea
muy breve o frecuente. Y además hay que tener en cuenta en el caso del temporizador al reposo
que ante una parada de emergencia (instantánea) o un corte en el suministro, el temporizador
sigue con su ciclo de funcionamiento, por lo que ante una vuelta del mismo puede producir
funcionamientos indeseados (peligrosos).
Funcionamiento del cabezal temporizado a la conexión (ON Delay) sobre contactor.
En el momento que recibe tensión la bobina, cambian de estado todos los contactos instantáneos
y comienza el cómputo del tiempo para el cambio de los temporizados. Al dejar de recibir tensión
la bobina, todos los contactos vuelven a su posición inicial.
Funcionamiento del cabezal temporizado a la desconexión (OFF Delay) sobre contactor.
En el momento que recibe tensión la bobina, cambian de estado todos los contactos instantáneos
y temporizados. Al dejar de recibir tensión la bobina, los contactos instantáneos vuelven a su
posición inicial y comienza el cómputo de tiempo para el cambio de los temporizados.
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RELÉS TEMPORIZADORES ELECTRÓNICOS.También se utilizan relés construidos para tal fin, los cuales tienen su propia bobina de
alimentación y los contactos temporizados generalmente (1NO + 1NC) ó 1 conmutado.
Relés temporizados con bobina incorporada.
Existen tres tipos fundamentales de temporización:
Retardo a la conexión, retardo a la desconexión y retardo a la conexión – desconexión.
Retardo a la conexión. Los contactos pasan de la posición “abierto a cerrado o de cerrado a
abierto” un tiempo después de recibir tensión su bobina y la vuelta al reposo es de forma
instantánea cuando la misma deja de recibir tensión.
Retardo a la desconexión. Los contactos pasan de la posición “abierto a cerrado o de cerrado a
abierto” de forma instantánea al recibir tensión su bobina y la vuelta al reposo un tiempo después
de que deja de recibir tensión la misma.
Retardo a la conexión – desconexión. Es una combinación de los dos tipos anteriores.
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RELÉS DE MEDIDA.Están destinados a controlar las características de funcionamiento de los receptores. Los más
utilizados son los relés de medida de tensión y los de medida de intensidad.
RELÉ DE MEDIDA DE INTENSIDAD. Se utilizan cuando queremos controlar la carga de los
receptores e instalaciones. Existen de máxima o de mínima intensidad.
El disparo del relé de máxima se produce por una sobreintensidad en
máquinas de carga variable en caso de sobrecargas.
El disparo del relé de mínima se produce por una disminución de la
intensidad.
En ambos casos el contacto auxiliar cerrado forma parte del circuito de mando y es el que al
dispararse el relé se abre dejando fuera de servicio la máquina controlada.
Relé de mínima o máxima corriente
Según tipo y modelo
RELÉ DE MEDIDA DE TENSIÓN.
Se utiliza en circuitos donde interesa que la tensión de alimentación de receptores sea la misma
para la que han sido fabricados (tensión de alimentación de motores, tensión de salida de
generadores).
La bobina del relé está alimentada con la tensión A1 A2, y el disparo se produce cuando cambia
bruscamente el valor de las tensiones a controlar B1, B2, B3.
CONTROL DE REDES TRIFÁSICAS (SENTIDO DE ROTACIÓN Y AUSENCIA DE FASE).
Este aparato controla el sentido de rotación de
las fases de una red trifásica y la ausencia total
de una o varias fases.
Campos de aplicación:
- Conexión de un equipo móvil:
- Material de obra (grúas, bombas, transportadores, etc.), material agrícola, camiones
frigoríficos.
- Protección de las personas y del material contra las consecuencias de una inversión del
sentido de marcha: elevación, manutención, ascensores, escaleras mecánicas, etc.
- Control de redes trifásicas sensibles.
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INTERRUPTOR DE CONTROL DE NIVEL FLOTADOR.Los interruptores de control de nivel son un sistema sencillo y muy seguro para controlar el nivel
de líquidos, van acoplados a un flotador.
Están constituidos por interruptor en el interior de una cubierta
de propileno en forma de caja estanca, de la que sale un cable
con tres conductores activados por una palanca de balanza,
un flotador, un contrapeso y de un cabo o una varilla.
 El interruptor se cuelga libremente de su propio
cable a la altura deseada.
 La distancia del contrapeso respecto al flotador,
es variable. Lo cual permite graduar los niveles
de paro y marcha de la bomba de llenado o
vaciado.
El flotador acompaña al nivel del líquido al subir éste hasta su máximo, que es cuando actúa el
interruptor que para la bomba en caso de llenado o bien la pone en marcha en caso de vaciado.
Al descender el nivel del líquido hasta el mínimo, actúa de forma inversa.
Interruptor de nivel AKO-5311
Ejemplo de utilización en el que se desea llenar un depósito.
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Ejemplo de utilización en el que se desea vaciar un pozo o depósito.
Interruptor de nivel AEMON modelo HSM-10186 (Aguas limpias)
Interruptor de nivel AEMON modelo R-98 (Aguas residuales)
Son el mínimo complemento indispensable de los grupos electro-bombas, y provocan el arranque
y la parada en función del nivel en el depósito.
Pueden controlar el máximo nivel admisible, controlando una bomba de alimentación, o el nivel
más bajo, controlando un equipo para bomba de vaciado.
Aplicación:
 Achique de pozos. Llenado y vaciado de depósitos, aljibes, cisternas, ect. Control de
grupos de presión. Prohibición de funcionamiento. Achique automático de embarcaciones.
Señalización y alarma.
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CONTROL DEL NIVEL DE LÍQUIDOS MEDIANTE RELÉ ELECTRÓNICO:
Realizan la medida de resistencia de un líquido mediante sondas sumergibles. Abren o cierran sus
contactos en función del valor de la resistencia.
Constan de:


Bobina de alimentación 2 – 10 (230 V), 2-11 (400 V).
Contacto libre de potencial conmutado: Común 1,
cerrado con 4 y abierto con 3.
 Tres bornes de conexión para las sondas de nivel
común (5), mínimo (6) y máximo (7). Las cuales deben
ir sumergidas en el pozo o el depósito a controlar.
Controlan el nivel de forma individual (solo un pozo o un
depósito).
Con estos relés puede ponerse en
funcionamiento la electro-bomba solo si hay
agua, evitando así que funcione en vacío
(descebada) y no llegue a quemarse. La
corriente que circula entre sondas es
alterna,
quedando
minimizados
los
problemas de calcarización por electrolisis.
1. El agua está por el nivel de la sonda común.
No sucede nada.
2. El agua comunica la sonda común y mínimo.
No sucede nada.
3. El agua comunica la sonda común y máximo.
Se activa el relé. (Se activa el motor bomba
para extracción).
4. El agua baja de nivel y sólo comunica las
sondas común y mínima. No sucede nada, el
motor puede seguir activo.
5. El agua baja de nivel y cubre sólo la sonda
común. Se desactiva el relé.
Se pueden producir dos casos, según utilicemos:
 (Contacto del relé 1 – 4 , cerrado).- La bomba solo funciona una vez se encuentre en el nivel
máximo, hasta que llegue por debajo del nivel mínimo, no permitiendo su conexión hasta llegar
de nuevo al nivel máximo. Utilización: Control del vaciado de un pozo o depósito, con
protección de funcionamiento en seco.

(Contacto del relé 1 – 3, abierto).- La bomba solo funciona una vez se encuentre en el nivel
mínimo, hasta que llegue al nivel máximo, no permitiendo su conexión hasta llegar de nuevo al
nivel mínimo. Utilización: Control del llenado de un depósito, para que siempre tenga agua y
no se derrame.
Controles de nivel para zócalo
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Cuadros de mando montados
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Control del nivel de un pozo o depósito.
Control del vaciado de un pozo.
Control del llenado de un depósito.
La bomba arranca cuando el líquido alcanza el
nivel máximo, y para, en el mínimo.
La bomba arranca cuando el líquido alcanza el nivel
mínimo, y para, en el máximo.
Mediciones de nivel y profundidad.
Una medición básica en el estudio del agua subterránea es
la del nivel del agua en los pozos. Ayudan a determinar las
direcciones del caudal, identificar cambios en inclinación y
fluctuaciones estacionales. Son usadas durante la prueba
de acuíferos y mediciones relacionadas con el muestreo de
agua subterránea.
Para determinar la superficie “libre” del agua, el volumen de
agua que será purgada o cuando se monitorea a distancia
desde la estructura del pozo con muestreo de bajo caudal.
Cuando el punto cero de la sonda entra en contacto con el agua, el
circuito eléctrico se completa, activando brevemente la señal auditiva. La
pantalla del visualizador se torna negra por un segundo. En ese
momento se toma la medición de nivel de agua con la cinta. Cuando la
sonda se retira del agua, una corta señal auditiva anuncia al usuario que
la sonda esta fuera del agua.
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INTERRUPTOR DE NIVEL ELECTRÓNICO POZO- DEPÓSITO.
Control de nivel de líquidos mediante relé electrónico (vaciado de un pozo y llenado de un depósito).
Constan de:
 Una bobina de alimentación (2–10) alimentación 230 V (2-11) alimentación 400 V.
 Un contacto libre de potencial conmutado: Común 1, cerrado con 4 y abierto con 3.
 Tres bornes de conexión para las sondas de nivel común, mínimo y máximo. Las
cuales deben ir sumergidas en el pozo (5-8-9) y otras tres bornas para el depósito
a controlar (5-6-7).
Son capaces de mantener el control al mismo tiempo sobre dos niveles (por ejemplo, un
pozo de agua que abastece por medio de una electro-bomba a un depósito), evitando que
la electro-bomba funcione en vacío (descebada), y el nivel de líquido en el depósito
evitando que se derrame.
El equipo se conecta a su alimentación. Partiendo del
depósito vació y pozo lleno, conecta el relé de
funcionamiento.
Cuando el líquido alcanza el nivel máximo del depósito, el
relé desconecta y volverá a conectarse al descender al
nivel mínimo del depósito.
Si el líquido desciende al nivel min. del pozo, el relé
desconecta y volverá a conectarse al alcanzar el nivel
máximo del pozo, si el depósito está por debajo del mínimo.
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1. El pozo tiene agua. La misma cubre la sonda común y mínimo.
2. El agua del pozo sube. La misma cubre a sonda común y máximo. Se activa el relé. La bomba
comienza a trasvasar agua al depósito.
3. Al bajar el nivel del pozo, sólo están cubiertas la sonda común y mínimo. No pasa nada. La bomba
sigue activa.
4. El depósito comienza a llenarse de agua. Se cubren la sonda común y mínimo. No pasa nada.
5. El depósito se llena. Se cubren la sonda común y máximo de éste. El relé se desactiva y la bomba
para.
6. Se consume agua del depósito. El líquido de este baja, y sólo están cubiertas la sonda común y
mínimo. No pasa nada.
7. El depósito se vacía totalmente. Dejan de estar cubiertas la sonda común y mínimo. No pasa nada.
8. Vuelve a subir el nivel de agua del pozo. Se cubren las sondas de común y máximo. Se activa el
relé. La bomba se activa de nuevo para llenar el depósito.
9. El depósito comienza a llenarse de agua. Se cubren la sonda común y mínima. No pasa nada. La
bomba sigue activa. El nivel del pozo no baja.
10. El depósito se llena. Se cubren la sonda común y máximo de éste. El relé se desactiva y la bomba
para.
11. Se consume agua del depósito. El líquido de este baja, y sólo están cubiertas la sonda común y
mínimo. No pasa nada. El nivel del pozo sigue al máximo.
12. El depósito se vacía totalmente. Dejan de estar cubiertas la sonda común y mínima. Pero el pozo
sigue teniendo activas la sonda común y máxima, por tanto, se vuelve a activar la bomba de
trasvase.
13. Vuelve a bajar el nivel del pozo, sólo están cubiertas la sonda común y mínimo. No pasa nada. La
bomba sigue activa.
14. El pozo se queda sin agua. No se comunican la sonda común y mínimo de éste. El relé se
desactiva. La bomba se detiene.
PRESOSTATOS Y VACUOSTATOS.Permiten controlar una subida o bajada de presión en circuitos neumáticos o hidráulicos. Cuando
la presión o la depresión alcanzan el valor de la regulación establecida, cambia la posición de su
contacto. Cuando el circuito vuelve a sus cauces normales, el contacto vuelve a su posición
normal.
El presostato controla la subida de la presión, y cuando ésta llega al límite establecido provoca la
apertura de un contacto.
Y el vacuostato controla la bajada de presión, o depresión, procediendo a cerrar el contacto.
Cuando cesa la causa que originó dichos movimientos, ambos recuperan la posición inicial.
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Sus utilizaciones más frecuentes son las siguientes:
 En calderines de los compresores, regulan la puesta en marcha y parada en función de la
presión preestablecida.
 Garantizan refrigeraciones o lubricaciones mediante la circulación de un fluido.
 Controlan presiones en algunas máquinas herramientas provistas de cilindros hidráulicos.
 Detienen el funcionamiento de una máquina en caso de baja presión.
A la hora de elegir deben tenerse en cuenta:
 El tipo de funcionamiento al que van dirigidos.
 Si deben controlar un solo sentido o dos.
 Si deben regularse los niveles máximo y mínimo.
 El tipo de fluido al que se destinan: aceite hidráulico, agua dulce, agua de mar, aire.
 Los valores en los que se moverá la presión que queremos controlar.
 Las circunstancias de ambiente en las van a ubicarse.
RELÉ ALTERNATIVO ó DE ALTERNANCIA.Cuando un grupo de presión está compuesto
por 2 motores, si siempre arranca primero el
mismo, el desgaste de la bomba será
siempre mayor que el otro.
Con este tipo de cuadro, el arranque se va
alternando entre los motores, para que el
desgaste sea más equilibrado entre los dos.
El equipo va provisto de dos contactos abiertos totalmente independientes, cerrándose
alternativamente cada vez que recibe alimentación, siguiendo el ciclo de funcionamiento.
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FUNCIÓN LLENADO: Control de 2 bombas o compresores de forma alternativa.
TERMOSTATOS.Los termostatos son los dispositivos empleados para controlar temperaturas. Van provistos de un
contacto que cambia su posición cuando el valor de la temperatura alcanza el valor
preestablecido.
En el sector industrial, se pueden utilizar como controlador de la temperatura de las máquinas
herramientas.
En la elección de los mismos debemos tener en cuenta el lugar de trabajo, entorno, margen de
temperatura a controlar, fluido, etc.
También se pueden utilizar para controlar la temperatura en climatización, bien sea calefacción o
refrigeración.
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En el primer caso, conecta y desconecta la calefacción para mantener la temperatura a unos
niveles establecidos. La refrigeración se utiliza en la conservación de alimentos, desde los
pequeños frigoríficos a las grandes cámaras frigoríficas. También forma parte de muchas
aplicaciones de ámbito doméstico.
Ambiente
Calderas
frío y calor
Frío y calor
(dos velocidades)
RELOJES HORARIOS ó INTERRUPTORES HORARIOS.Los temporizadores que hemos visto hasta ahora, son adecuados cuando los tiempos no superan
varios minutos. Para tiempos superiores se utilizan relés temporizados mediante motor asíncrono,
que pueden determinar tiempos desde segundos a horas, existen en los mercados algunos de
incluso semanas o años en caso de los llamados astronómicos.
El motor pone en marcha un dispositivo de relojería por medio de un embrague. El tiempo se
regula, y una vez transcurrido, el embrague acciona un contacto que cierra o abre el circuito. En
algunos, su mecanismo es electrónico.
En el mercado existen con más de un contacto, con reserva horaria (pequeña batería, para el
corte de la alimentación), distintas posibilidades de programación. (Los llamados astronómicos
tienen reserva horaria de varios años y posibilidad de programar por años completos).
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Ejemplo: El termostato ambiente está condicionado al programa prefijado en el interruptor horario. Con esto
conseguimos mantener la temperatura seleccionada en el termostato durante las horas programadas en el
interruptor horario. Si este fuera semanal, además podríamos efectuar programas diferentes para cada día
de la semana.
Regularemos el termostato a 21ºC y programaremos el interruptor horario para una activación entre las
14:00 y las 22:00.
FUNCIONAMIENTO
Se conexionan los dos dispositivos en serie tal y
como se muestra en el esquema de conexiones,
regulando y programando de la siguiente forma:
• Ajuste termostato ambiente: 21ºC
• Encendido (ON) del interruptor horario: 14:00
• Apagado (OFF) del interruptor horario: 22:00
Ejemplo: El interruptor horario controlará la depuración de una piscina haciendo que trabajen dos bombas
en diferentes periodos, evitando que si una de ellas se estropea la piscina quede sin depuración. Se
realizará depuraciones de media hora cada 4 horas entre semana y depuraciones de media hora cada dos
horas para fin de semana, por ser en este periodo cuando mayor afluencia de público se produce.
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DETECTORES DE MOVIMIENTO.Basan su funcionamiento en la emisión y recepción de ondas electromagnéticas, detectando diferencias
entre las emitidas y las recibidas, siendo esta diferencia motivada por un movimiento producido dentro de la
zona de cobertura. Disponen de una temporización, transcurrida la misma vuelven a su posición (si no
existe movimiento).
Existen en el mercado multitud de modelos, en base: a su ángulo de cobertura, sistema de instalación,
temporización, intensidad que soportan sus contactos, nivel de iluminación necesario para su
funcionamiento, etc. Consideraciones en su instalación.
INTERRUPTORES CREPUSCULARES.Este relé es sensible al nivel de iluminación abriendo y cerrando sus contactos en función del
mismo, siempre con un retardo, para evitar que la iluminación puntual active el relé (luz de un
vehículo, relámpagos, etc.). Disponen de regulación del umbral del nivel de iluminación y
regulación del retardo. Normalmente disponen de un led señalizando el estado del mismo.
Se emplean para el accionamiento de cargas en función del estado de la luz solar. Estos activan
uno o varios contactos en función de la luminosidad que recibe su órgano de captación (célula
fotoeléctrica o LDR).
El uso más común de estos interruptores es el encendido y apagado automático del alumbrado
público de las ciudades. Cuando se hace de noche el interruptor se cierra y cuando se hace de día
el interruptor se abre.
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Algunos modelos de interruptores crepusculares de Orbis.
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