1 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO
2 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO INDICE INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 2 CONCEPTOS BÁSICOS......................................................................................... 3 FUNDAMENTOS DE CONTROLES ELÉCTRICOS ............................................ 3 SIMBOLOGÍA ...................................................................................................... 5 DIAGRAMA DE CONTROL ................................................................................22 DIAGRAMA DE POTENCIA ...............................................................................24 LÓGICA DE RELEVADORES............................................................................... 26 INTRODUCCIÓN A LA LÓGICA DE RELEVADORES.......................................26 CONTROL DE MOTORES MONOFÁSICOS .....................................................29
3 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO INTRODUCCIÓN En la industria de hoy en día, la mayoría de los procesos industriales son realizados por maquinaria electromecánica, es decir maquinaria que utiliza la energía eléctrica para realizar labores mecánicas, desde el simple encendido de una lámpara, hasta sistemas tan complicados con la inversión de giro de un motor trifásico. Toda maquinaria que realice cualquier labor requiere de un control para su activación, funcionamiento y desactivación, este control por excelencia es un control basado en sensores y actuadores que activan o desactivan el flujo de energía eléctrica a distintas partes de la maquinaria permitiendo poder controlarla sin la intervención directa del ser humano.
4 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO CONCEPTOS BÁSICOS FUNDAMENTOS DE CONTROLES ELÉCTRICOS Definición de control manual y automático. Un ejemplo simple lo tenemos en sistema de conteo de cajas , la banda es movida por un motor , el cual es activado por el operador , mientras las cajas fluyen por la banda , el sensor de presencia detecta cada caja y manda una señal por cada caja detectada , la señal es transmitida y procesada por un control, el cual cuenta acumulando el dato en memoria ,al detectar que son en número de cajas programadas , detiene la banda desactivando al actuador , el cual detiene al motor y por los tanto a la transportadora ,aguardando a que llegue un nuevo embarque.
5 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO Control manual Un sistema se considera de control manual cuando, es necesario encender manualmente y apagar manualmente un sistema, en el caso de motor, se necesita encender y apagar el motor por medio del interruptor. Control automático Un sistema se considera de control automático cuando sus elementos que lo componen, se pueden apagar o encender automáticamente, en el ejemplo siguiente, la banda transportadora se detiene automáticamente por lo tanto es control automático.
6 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO Es necesario hacer notar que se puede encender y apagar manualmente el sistema, por ello, aunque el sistema contenga partes manuales podemos decir que el control es automático. SIMBOLOGÍA Los símbolos gráficos, son la representación gráfica de conductores, conexiones, aparatos, instrumentos y otros elementos que componen un circuito eléctrico. Como en la mayoría de las aplicaciones de la electricidad, la simbología representa una forma de expresión o un lenguaje para las personas familiarizadas con el tema. El lenguaje de control de motores, consiste en símbolos que permiten expresar una idea o para formar el diagrama de un circuito que se pueda comprender por personal debidamente capacitado en el tema. Todo símbolo gráfico que sea utilizado en un diagrama de control deberá estar normalizado, para tal efecto se dispone de simbología americana y simbología europea. Para el caso de la simbología americana, se deberá consultar la norma mexicana NMX-J-136- 1970, y para la simbología europea se debe de consultar la Norma IEC-292. Simbología NEMA (americana)
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9 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO Simbología DIN (europea)
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11 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO INTERRUPTORES PULSADORES (PUSH BUTTON) Elementos de control eléctrico capaces de interrumpir o conectar el flujo eléctrico de un circuito, cuando son presionados o pulsados. USO: En tableros de control, en botoneras, como interruptores de arranque y paro de maquinaria industrial, etc. CARACTERÍSTICAS: Gran flexibilidad y adaptación a todo tipo de circuitos de control, contiene internamente un sistema amortiguador de larga vida para millones de ciclos de trabajo y contacto preciso en cada uno de estos ciclos.
12 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO INTERRUPTOR PULSADOR N.O INTERRUPTOR PULSADOR N.C INTERRUPTOR PUSH BUTTON DOBLE FUCIONAMIENTO INTERNO DE UN PUSH NC NO INTERRUPTOR PUSH BUTTON DOBLE NC NO INTERRUPTOR DE SEGURIDAD (PARO DE EMERGENCIA-EMERGENCY STOP) USO: De importancia capital en una industria puesto que al ser presionados interrumpen el suministro de energía a una maquinaria deteniendo el proceso de inmediato, pudiendo incluso salvar vidas, en una situación de emergencia.
13 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO CARACTERÍSTICAS: Por normas de seguridad son de color rojo con fondo amarillo, se encuentran siempre conectados al relé de control maestro para asegurar que al ser presionado todo el sistema asociados a este se desenergize, desactivando totalmente al sistema. PRECAUCIÓN: Una mala aplicación de este control, en perjuicio de las reglas de seguridad básicas establecidas para la estación de trabajo, puede causar serios daños al operador de ésta. Nota. Por lo general se utiliza un sistema de enclavamiento por ausencia de voltaje y un paro de emergencia N.C. para detener en caso de algún accidente. INTERRUPTOR PULSADOR N.O INTERRUPTOR PULSADOR N.C A LA DERECHA BOTÓN PARO DE EMERGENCIA CABEZA DE HONGO. A LA IZQUIERDA BOTÓN PARO DE EMERGENCIA CON LLAVE.
14 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO INTERRUPTOR DE LÍMITE (LIMIT SWITCH) Es un dispositivo de control que convierte el movimiento mecánico en una señal de control eléctrica, el interruptor contiene una palanca o brazo mecánico que, al ser accionada físicamente, cierra o abre sus contactos internos indicando así la presencia o no de un objeto. USO: Arranque, paro en inversión de movimiento de un motor, banda transportadora, etc. Es común utilizar el interruptor de límite como paro automático al detectar un objeto físico, o como contador de eventos en una banda transportadora. CARACTERÍSTICAS: Permiten la interrupción de un flujo eléctrico al ser accionada su palanca de mando (brazo mecánico), que en algunos casos esté acoplado a un rodillo o bien un embolo pulsador. El brazo mecánico puede ser acoplado dependiendo del tipo a 360, mientras que el tipo embolo se acopla por lo regular perpendicularmente. Contiene microcontactos internamente los cuales presentan las modalidades de N.C. y N.O.
15 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO INTERRUPTOR DELIMITE N.C INTERRUPTOR DELIMITE N.A SIMBOLO NEMA MICROINTERRUPTORES INDUSTRIALES Un microinterruptor es un dispositivo para abrir o cerrar o cambiar la conexión de un circuito eléctrico usualmente de dimensiones y capacidades eléctricas pequeñas, de contactos sellados dentro de una envolvente aislante y operados por el desplazamiento del vástago. Los microinterruptores son empleados en relevadores de tiempo, como mecanismo de contacto en interruptores de límite y de pedal, para proporcionar servicio de luces piloto en interruptores de presión, como contactos auxiliares para interruptores termomagnéticos, y donde se requiera señales de control de baja potencia.
16 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO INTERRUPTOR ACCIONADO POR TEMPERATURA (TEMPERATURE SWITCH) Los interruptores térmicos se utilizan para el control automático del equipo que mantiene una temperatura constante o bajo un rango prestablecido. USO: Los interruptores de este tipo se usan para accionar calefactores, sopladores, ventiladores, válvulas solenoides, bombas, líquidos refrigerantes. Etc. CARACTERÍSTICAS: Usualmente se le puede conocer como termostato, eléctricamente es un dispositivo piloto para interrumpir el flujo de la corriente por medio de la expansión de los metales que lo conforman los cuales pueden tener distintos coeficientes de expansión y al ser calentados se abren a una temperatura específica. Algunos de ellos pueden ser sumergibles en líquidos o capaces de soportar altas presiones y corrosión. INTERRUPTOR DE TEMPERATURA N.C INTERRUPTOR DE TEMPERATURA N.A
17 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO a) Termopar. Un termopar es un a sensor para medir temperatura. Consiste en dos metales diferentes unidos por un extremo. Cuando la unión de los dos metales se calienta o enfría se produce un voltaje que se puede correlacionar con la temperatura. Las aleaciones de termopar están disponibles por lo normal en forma de alambre. Un termopar está disponible en diferentes combinaciones de metales o calibraciones. Las cuatro calibraciones más comunes son J, K, T y E. Hay calibraciones de alta temperatura que son R, S, C y GB. Cada calibración tiene un diferente rango de temperatura y ambiente, aunque la temperatura máxima varía con el diámetro del alambre que se usa en el termopar. Aunque la calibración del termopar dicta el rango de temperatura, el rango máximo también está limitado por el diámetro del alambre de termopar. Esto es, un termopar muy delgado posiblemente no alcance todo el rango de temperatura. Vea una tabla de referencia completa (en inglés) para cada termopar. La tabla incluye códigos de color internacionales para las aleaciones de termopar, rango de temperatura y límites de error ara casi toda clase de termopar.
18 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO Se puede buscar la hoja de especificación de cada uno para ver el voltaje que entrega en milivolts dependiendo de la temperatura y de la aleación de los metales. Se muestra un ejemplo.
19 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO b) RTD (Resistance Temperature Detector).- La termorresistencia trabaja según el principio de que en la medida que varía la temperatura, su resistencia se modifica, y la magnitud de esta modificación puede relacionarse con la variación de temperatura. • Las termorresistencias de uso más común se fabrican de alambres finos soportados por un material aislante y luego encapsulados. • El elemento encapsulado se inserta luego dentro de una vaina o tubo metálico cerrado en un extremo que se llena con un polvo aislante y se sella con cemento para impedir que absorba humedad. Diferencia entre los termopares y los RTD´s No se puede recomendar un tipo de sensor especifico, se puede decir que existen una gran variedad de características que se deben tomar en cuenta para tener un mejor desempeño del sensor de temperatura, lo que para unos procesos éstas
20 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO características pueden ser ventajas, para otros podrían ser desventajas. En principio se debe conocer los requerimientos del proceso para poder seleccionar el tipo de sensor, tomando en cuenta las características especiales de cada uno de éstos, a continuación, se muestran las características primordiales de los termopares y termómetros de resistencia (RTD´s) en una tabla de comparación. Dichos instrumentos de medición se deberán conectar a un controlador de temperatura. INTERRUPTOR ACCIONADO POR PRESIÓN (PRESSURE SWITCH) Dispositivo de control eléctrico en el cual la operación de los contactos se efectúa a una presión predeterminada de un líquido o gas. USO: Controlar compresores, calderas, tanques de presión, tanques de gas, tanque de líquidos presurizados, bombas de agua, turbinas, etc.
21 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO CARACTERÍSTICAS: Ajustables, o calibrados por el fabricante, (la calibración puede ser a través de un resorte de calibración) con sistema de seguridad para botar a una determinada presión. INTERRUPTOR DEPRESIONO VACÍO N.C N.A De tipo electrónico.
22 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO INTERRUPTOR ACCIONADO POR FLUJO (FLOW SWITCH) Dispositivo de control eléctrico en el cual el accionamiento de los contactos se efectúa debido a un flujo o caudal a través de un tubo conductor de un líquido o gas. El sensor de flujo es un dispositivo que, instalado en línea con una tubería, permite determinar cuándo está circulando un líquido o un gas. Estos son del tipo apagado/encendido; determinan cuándo está o no circulando un fluido, pero no miden el caudal. Para medir el caudal se requiereun caudalímetro. USO: Control de flujo a través de una tubería, medición de cantidades volumétricas, etc. CARACTERÍSTICAS: Ajustables, o calibrados por el fabricante, (la calibración puede ser a través de un reloj de calibración) con sistema de seguridad para botar a una determinada presión del flujo. INTERRUPTOR DE FLUJO GAS o LÍQUIDO N.C N.A
23 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO Diagramas eléctricos Un plano eléctrico se divide en circuito principal o de potencia y en circuito auxiliar, de mando o control. El separar la automatización de un circuito en un diagrama de control y otro de potencia es más fácil identificar las fallas ya que en vez de tener un solo circuito complicado este se divide en dos más sencillos. DIAGRAMA DE CONTROL El diagrama de control agrupa los elementos que establecerán la lógica de encendido y apagado de motores, medidas para una operación segura y la señalización adecuada para indicar el estado del sistema. Para realizar o leer diagramas de control puede uno distinguir entre la simbología americana y la europea.
24 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO Diagrama de control americano Se caracteriza por un diagrama escalera vertical en el cual se establecen una serie de condiciones para que se energice un dispositivo de salida. Por ejemplo en el diagrama de la imagen las condiciones para que se energice la bobina M1 son: que el botón NC parar no esté activado, que se encuentre presionado el botón arrancar o activada la bobina M1, que no estén activados los contactos de protección por sobrecarga “s.c.” Diagrama de control europeo
25 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO Se caracteriza por un diagrama escalera horizontal en el cual se establecen una serie de condiciones para que se energice un dispositivo de salida. Por ejemplo, en el diagrama de la imagen las condiciones para que se energice la bobina KM1 son: que la protección por sobrecarga QM2 que el interruptor FR1 no se encuentre activado, que el botón SB1 no se encuentre activado, que el botón SB2 o el contacto KM1 se encuentren activados, que no esté activado el contacto KM2. DIAGRAMA DE POTENCIA En el diagrama de potencia incluimos todos los elementos que generan potencia mecánica (generalmente motores), así como los dispositivos que les permiten una correcta alimentación eléctrica durante la operación del mismo. Un diagrama de potencia debe de tener: 1. Los conductores de alimentación. - si es de CD deben ser uno positivo y otronegativo, mientras si es de CA el número de fases requerido para la operación. 2. Un desconector (por cada línea de alimentación) que nos permita limitar el paso de la corriente eléctrica en caso de trabajos de mantenimiento futuros. 3. Un fusible por cada línea de alimentación 4. El o los contactores que nos permitan controlar el encendido y el apagado del motor 5. Una protección por sobre cargas por cada línea de alimentación. 6. El Motor
26 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO Nota: es en este diagrama donde se realizan los arreglos para arranques a voltaje reducido o inversión de giro.
27 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO LÓGICA DE RELEVADORES INTRODUCCIÓN A LA LÓGICA DE RELEVADORES El control eléctrico tradicional o lógica de relevadores es una manera de automatizar máquinas y procesos. Se basa en el principio de la lógica booleana. Su funcionamiento consiste en botones de arranque y paro, relevadores, temporizadores, sensores limite y de proximidad, etc. que interactúan entre ellos realizando operaciones predefinidas con los dispositivos que están controlando. Este tipo de lógica, aunque sigue siendo muy utilizada, está siendo sido desplazada por el control moderno por medio de PLC y cada vez se aplica menos, debido a la poca versatilidad que presenta en comparación con el control con PLC. Sus principales desventajas son: • Alto costo de instalación • Es ruidoso y consume más energía. • Mayor volumen y peso de los gabinetes • Muy poco modificable Sus ventajas son: • Fácil diagnóstico y reparación de fallas • Se necesita menor capacitación del personal para darle mantenimiento. La lógica es un conjunto de reglas y métodos que indican la validez o falsedad de las pruebas a las que se someten ciertos valores que se desean comprobar. Las reglas de la lógica son fijas y no cambian, por lo cual se pueden establecer reglas y criterios para las operaciones.
28 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO AND ("Y") Este operador comprueba que 2 o más operandos o pruebas resulten verdaderas. Si esto sucede, entonces el resultado será verdadero. En caso contrario será falso. OR ("O") Este operador verifica que se cumpla una condición ó que se cumpla otra. En caso de que las pruebas sean falsas todas, el resultado será falso. Si se cumple una de ellas, será verdadero. Si se cumplen 2 o más, también será verdadero. NOT ("NO") Esta operación lógica comprueba que NO se cumpla una condición. Mientras que no se cumpla dicha condición el resultado será verdadero. Relevador electromecánico. Dispositivo electro–mecánico, que por medio de un núcleo electromagnético es capaz de abrir o cerrar por medio de atracción electromagnética a los contactos asociados con el dispositivo. Donde los contactos asociados pueden ser NA (normalmente abierto) NO (normalmente cerrado).
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30 CONTROL ELECTROMECÁNICO BÁSICO CONTROL DE MOTORES MONOFÁSICOS MOTORES ELÉCTRICOS Un motor eléctrico es un dispositivo electromecánico que sirve para transformar la energía eléctrica en energía mecánica, mediante campos magnéticos que actúan sobre el rotor del mismo, entregando potencia mecánica en la flecha en forma de un torque o par a determinadas revoluciones (RPM). Funcionamiento y principios físicos. Tipos de motores más usados en la industria. Listado de los motores, ordenados por grado de utilización. 1. Motor de corriente alterna (CA) 2. Servomotor y de pasos 3. Motor de corriente directa (CD)