INDICE

ACTUADORES............................................................................................3

Definición:..............................................................................................3

Funcionamiento.....................................................................................3

Actuador Rotatorio Neumático...............................................................4

Actuador Hidráulico Rotatorio................................................................8

Dimensionamiento de un actuador Rotatorio Hidráulico.......................8

Actuador rotatorio eléctrico...................................................................9

EL RELÉ...................................................................................................10

Principio de funcionamiento.................................................................10

Tipos de relés.......................................................................................11

Control de un motor mediante relé......................................................11

CONTACTOR............................................................................................13

Partes constitutivas..............................................................................13

Contactos Principales...........................................................................13

Funcionamiento...................................................................................15

Clasificación.........................................................................................15

Ventajas...............................................................................................16

Criterios de elección............................................................................16

La bobina.............................................................................................17

El núcleo o la armadura.......................................................................17

BIBLIOGRAFIA.........................................................................................18

ACTUADORES Definición: Un actuador es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide). Dependiendo del origen de la fuerza el actuador se denomina “neumático”, “hidráulico” o “eléctrico”.

Actualmente hay básicamente dos tipos de actuadores: • Lineales • Rotatorios

Los actuadores lineales generan una fuerza en línea recta, tal como haría un pistón. Los actuadores rotatorios generan una fuerza rotatoria, como lo haría un motor eléctrico. En este artículo nos concentraremos en los actuadores rotatorios. En la próxima actualización tocaremos el tema de los actuadores lineales. Como ya se mencionó, hay tres tipos de actuadores:

• Neumáticos • Eléctricos • Hidráulicos

Funcionamiento Es importante comprender el funcionamiento de los actuadores para su correcta aplicación.

Funcionamiento del actuador Rotatorio: El objetivo final del actuador rotatorio es generar un movimiento giratorio. El movimiento debe estar limitado a un ángulo máximo de rotación. Normalmente se habla de actuadores de cuarto de vuelta, o 90º; fracción de vuelta para ángulos diferentes a 90º, por ejemplo 180º; y de actuadores multivuelta, para válvulas lineales que poseen un eje de tornillo o que requieren de múltiples vueltas para ser actuados.

La variable básica a tomar en cuenta en un actuador rotatorio es el torque o par; también llamado momento. Y es expresado en lb-in, lb-pie, N-m, etc.

El actuador rotatorio dependiendo de su diseño, consta de las siguientes partes móviles básicas:

Actuador

Neumático Actuador Eléctrico

Actuador Hidráulico

Fuerza Generadora de Movimiento

Presión de aire Energía eléctrica Presión hidráulica

Elemento Motriz

Émbolo, Pistón o Veleta

Motor Eléctrico Émbolo, Pistón o Veleta

Transmisión de Fuerza o Torque

Eje o Cremallera Reductor Eje

Conversión mecánica

Yugo o Piñón - No hay - Yugo o Piñón

Actuador Rotatorio Neumático Para hacer funcionar el actuador neumático, se conecta aire comprimido a uno de los lados del émbolo o veleta (en adelante, solo “émbolo”) generando una fuerza en sentido de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro o el cuerpo.

Mediante un dispositivo mecánico que puede ser el conjunto piñón y cremallera, yugo escocés, o una simple veleta, el movimiento se

Actuador de Veleta Única (Rotary Vane)

transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del émbolo. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presión del aire comprimido, pero dependiendo de su diseño puede ser variable de acuerdo a la posición actual del actuador. Es decir, supongamos que el movimiento del actuador rotatorio está definido en el rango de 0% a 100% de su movimiento. El torque de salida en 0% es en algunos casos diferente al torque de salida cuando está en la posición 50%. A mayor abundamiento, en realidad lo que se tiene es una curva de torques en función de la posición del actuador. ¿Es esto una desventaja? No necesariamente, esta variabilidad de hecho es beneficiosa para la mayaría de las válvulas, ya que permite ajustar más el tamaño del actuador, pudiendo incluso bajar un modelo o dos al seleccionado originalmente.

Hoy existen 3 tipos de actuadores neumáticos

• Piñón y cremallera • Yugo Escocés • Veleta

Actuador de Yugo Escocés (Scotch Yoke)

Actuador de Piñón y Cremallera (Rack & Pinion)

Curva de Torque para Yugo Escocés Simétrico y Yugo Escocés Inclinado

A continuación se tiene una tabla de las principales características de ambos tipos de actuadores

TIPO RANGO de movimiento (*1) Tipo de Torque Rango de TORQUE

Piñón y Cremallera

Yugo escocés

Veleta

Nota (*1) Los rangos de movimiento de los actuadores usualmente son

ajustables en rangos +/-1º en cada lado hasta +/- 5º a cada lado o más.

0º a 90º (180º y 270º)(*2) Constante

Torques Bajos y Medios

0º a 90º VariableTorques

Medios y Altos

0º a 90º (180º y 270º)(*2) Constante Torques Bajos

Nota (*2) También disponible en 180º y muy raramente en 270º. Actuador Hidráulico Rotatorio Para hacer funcionar el actuador hidráulico, se conecta la presión hidráulica a uno de los lados del émbolo o veleta (en adelante, solo “émbolo”) generando una fuerza en sentido de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro o el cuerpo. Mediante un dispositivo mecánico que puede ser el conjunto piñón y cremallera, yugo escocés, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del émbolo. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presión de aceite hidráulico, pero puede ser variable de acuerdo a la posición actual del actuador, si el actuador es de Yugo Escocés.

Actuador de Veleta Rotatoria doble

Dimensionamiento de un actuador Rotatorio Hidráulico

• Básicamente son los mismos pasos a seguir que para el actuador neumático.

• Considerar que la presión hidráulica es mucho mas alta que la presión de aire, por lo que los pistones o veletas asociados a un actuador hidráulico son mucho mas pequeños.

• Considerar la adquisición de una central hidráulica si el cliente no posee actualmente presión hidráulica disponible. • Establecer los controles que gobernarán al actuador: Posicionador, válvulas solenoides, interruptores de carrera, transmisores de posición, etc.

Actuador rotatorio eléctrico. Para hacer funcionar el actuador eléctrico, se debe energizar los bornes correspondientes para que el motor actúe en la dirección apropiada. Usualmente vienen con un controlador local o botonera que hace este proceso mas sencillo. Sin embargo para la automatización remota del actuador, se debe considerar el diagrama de cableado que viene con el actuador. Las conexiones deben considerar fuerza, señales de límites de carrera y torque, señales análogas o digitales de posición y torque, etc.

El torque generado por el motor eléctrico es aumentado por un reductor interno o externo para dar salida al torque final en el tiempo seleccionado. Esta es la razón por la que los actuadores eléctricos toman más tiempo en recorrer la carrera que los neumáticos o hidráulicos.

EL RELÉ

Principio de funcionamiento Un relé es un interruptor accionado por un electroimán. Un electroimán está formado por una barra de hierro dulce, llamada núcleo, rodeada por una bobina de hilo de cobre (Fig. 1). Al pasar una corriente eléctrica por la bobina (Fig. 2) el núcleo de hierro se magnetiza por efecto del campo magnético producido por la bobina, convirtiéndose en un imán tanto más potente cuanto mayor sea la intensidad de la corriente y el número de vueltas de la bobina. Al abrir de nuevo el interruptor y dejar de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo magnético y el núcleo deja de ser un imán.

El relé más sencillo está formado por un electroimán como el descrito anteriormente y un interruptor de contactos (Fig. 3). Al pasar una pequeña corriente por la bobina, el núcleo se imanta y atrae al inducido por uno de sus extremos, empujando por el otro a uno de los contactos. Hasta que se juntan, permitiendo el paso de la corriente a través de ellos.

Esta corriente es, normalmente, mucho mayor que la que pasa por la bobina. El símbolo del relé de la Fig. 3 es el que puede verse en la Fig. 4. La bobina se representa por un rectángulo alargado con una línea a 45º que lo atraviesa en su parte central. El interruptor de contactos se representa como un interruptor normal. Entre la bobina y el Interruptor se

establece un vínculo mediante una línea de trazos, para dar a entender que el interruptor se cierra por efecto de la bobina.

Tipos de relés El relé que hemos visto hasta ahora funciona como un interruptor. Está formado por un contacto móvil o polo y un contacto fijo. Pero también hay relés que funcionan como un conmutador, porque disponen de un polo (contacto móvil) y dos contactos fijos (Fig. 5).

Cuando no pasa corriente por la bobina el contacto móvil está tocando a uno de los contactos fijos (en la Fig. 5 el de la izquierda). En el momento que pasa corriente por la bobina, el núcleo atrae al inducido, el cual empuja al contacto móvil hasta que toca al otro contacto fijo (el de la derecha). Por tanto, funciona como un conmutador. En la Fig. 6 puede verse el símbolo de este tipo de relé. También existen relés con más de un polo (contacto móvil) siendo muy interesantes para los proyectos de Tecnología los relés conmutadores de dos polos (Fig. 7) y los de cuatro polos (fig. 8).

Control de un motor mediante relé

Fig. 9En muchos proyectos de Tecnología es necesario controlar el giro, en ambos sentidos, de un pequeño motor eléctrico de corriente continua. Dicho control puede hacerse con una llave de cruce o con un conmutador doble, pero

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también podemos hacerlo con un relé, como veremos a continuación.

Observa la Fig. 9. La bobina del relé se ha conectado a la pila a través de un pulsador NA (normalmente abierto) que designamos con la letra P. El motor se ha conectado a los contactos fijos del relé del mismo modo que si

se tratase de un conmutador doble. Los dos polos del relé se Fig. 9 conectan al borne de la pila.

En esta situación al motor le llega la corriente por el borne derecho y le sale por el izquierdo, girando en sentido anti horario (Fig. 9).

Al accionar el pulsador P (Fig. 10) suministramos corriente a la bobina del relé, haciendo ésta que los contactos móviles cambien de posición, con lo cual la corriente le llega al motor por su borne izquierdo y le sale por el derecho, girando en sentido horario.

El tipo de control descrito tiene dos inconvenientes: a) El motor no se para nunca b) Hay que mantener accionado el pulsador para que el motor gire en

uno de los dos sentidos.

El problema de parar el motor automáticamente se soluciona mediante interruptores finales de carrera, accionados por el elemento móvil (por ejemplo, una puerta corredera). Dichos interruptores deben colocarse en los cables que conectan el motor con el relé, de manera que corten la corriente del motor en el momento adecuado. Para no tener que estar accionando de forma continua el pulsador hay dos posibilidades:

a) Utilizar un interruptor en lugar de un pulsador. Esta solución nos obliga a controlar el motor desde un solo lugar (donde esté el interruptor).

b) Modificar el circuito que conecta la bobina con la pila, mediante lo que se llama circuito de enganche del relé. Como veremos, esta solución nos permite controlar el motor desde dos puntos diferentes, lo cual es necesario en algunos casos, como por ejemplo si queremos

Fig. 10

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poder abrir y cerrar una puerta de garaje tanto desde dentro como desde fuera del mismo.

CONTACTOR

El contactor es un interruptor accionado o gobernado a distancia por un electroimán.

Partes constitutivas

Se denomina corriente de llamada a la corriente que acciona el electroimán. La corriente absorbida por la bobina es relativamente elevada debido a que prácticamente la única resistencia es el conductor con que está hacha la bobina. En estas condiciones, el Cos j es alto (0,8 a 0,9) y la reactancia inductiva muy baja por existir mucho entrehierro entre el núcleo y la armadura. Una vez cerrado el circuito magnético la impedancia de la bobina aumenta, de manera tal que la corriente de llamada se reduce considerablemente. La corriente formada se la denomina de mantenimiento o trabajo. Ésta es mucho más baja – de 6 a 10 veces con un Cos j más bajo, pero con capacidad para mantener el circuito cerrado.

El núcleo es una parte metálica, de material ferromagnético y generalmente en forma de E, y que va fija a la carcasa. Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina – colocada en la columna central del núcleo – para atraer con mayor eficiencia la armadura. Se construye con una serie de láminas delgadas, de acero al silicio con la finalidad de reducir al máximo las corrientes parásitas, aisladas entre sí pero unidas fuertemente por remaches. El magnetismo remanente se elimina completamente por medio de la inserción de un material paramagnético, complementando al pequeño entrehierro. Cuando se alimenta a la bobina con, el núcleo debe llevar un elemento adicional llamado espira de sombrao anillo de desfasaje. Este elemento, al estar desfasado de la onda principal, suministra al circuito magnético un flujo adicional creando una especie de CC. Esto evita ruidos y vibraciones, evitando la elevación la corriente de mantenimiento.

Los contactos son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de la corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el de mando, tan pronto como se energice la bobina. Éstos se pueden dividir en contactos principales y contactos auxiliares.

Contactos Principales

Son contactos instantáneos cuya función específica es establecer o interrumpir el circuito principal, a través del cual se transporta la corriente desde la red a la carga, por el cual deben estar debidamente calibrados y dimensionados para permitir el paso de intensidades requeridas por la carga sin peligro de deteriorarse. Por su función, son contactos únicamente abiertos.Cuando un contactor bajo carga se desenergiza produce una chispa, de manera que aunque la parte móvil se haya separado de la fija, el circuito no se interrumpe inmediatamente. Por eso, y más al trabajar con intensidades muy altas, se necesita de una cámara apaga chispas, la cual tiene como función evitar la formación de arco o la propagación del mismo de distintos sistemas.

Soplado por autoventilación:

La cámara se construye de tal manera que presenta una abertura grande un la parte inferior y una pequeña en la parte superior, produciendo una especie de chimenea, la cual enfría el aire alrededor de la chispa, apagándola rápidamente.

Soplomagnético:se canaliza el campo eléctrico formado para aumentar el arco y así poder aumentar también la resistencia, evitando que la corriente pase.

Baño de aceite:

Si la chispa no se extingue se produce el arco, por eso, en este sistema se sumerge la cámara apagachispas en un baño de aceite dieléctrico que absorbe el calor, evitando la formación del arco.

Cámara desionizadora:

Son cámaras en donde sus paredes se recubren con láminas metálicas para que absorban el calor producido actuando como disipadores, de esta manera el aire no se ioniza y no forma el arco.

Transferencia y fraccionamiento del arco:

Consiste en dividir el arco en muchos arcos más pequeños, de tal manera que su extinción sea más rápida y sencilla.

Contactos Auxiliares:

Son aquellos contactos cuya función específica es permitir o interrumpir el paso de corriente a las bobinas de los contactos o a los elementos de señalización, por lo cual están diseñados para intensidades débiles.Éstos actúan tan pronto se energiza la bobina a excepción de los retardados.

Existen dos clases:

Contactos NA: llamados también instantáneos de cierre, cuya función es cerrar un circuito cuando se energiza la bobina del contactor al cual pertenecen.

Contactos NC: llamados también de instantáneos apertura, cuya función es abrir un circuito cuando se energiza la bobina del contactor al cual pertenecen.

Un contactor debe llevar necesariamente un contacto auxiliar instantáneo NA

Uno de los contactos auxiliares NA debe cumplir la función de asegurar la autoalimentación de la bobina, por lo cual recibe el nombre específico de auxiliar de sostenimiento o retención. Existen contactores que tienen únicamente contactos auxiliares, ya sean NA, NC o NA y NC. Estos se los llama contactores auxiliares o relés.Cuando un contactor no tiene el número suficiente de contactos auxiliares se puede optar por Bloques aditivos o Contactores auxiliaresPara identificar a un contacto auxiliar, a pesar de las marcas del fabricante se utiliza un sistema de números: Si son NC, la entrada es (11, 21, 31, 41...) y la salida (12, 22, 32, 42...). Si son NA, la entrada es (13, 23, 33, 43...) y la salida (14, 24, 34, 44...)

Funcionamiento

Cuando la bobina es recorrida por la corriente eléctrica, genera un campo magnético intenso, de manera queel núcleo atrae con un movimiento muy rápido. Al producirse este movimiento, todos los contactos del contactor (tanto principales como

auxiliares) cambien de posición solidariamente:Los contactos cerrados se abren y los abiertos se cierren. Para volver los contactos a su posición inicial reposo basta con desenergizar la bobina.

ClasificaciónSe los puede clasificar en:

Por tipo de corriente que alimenta la bobina: AC o DC Por la función y la clase de contactos: Contactores principales (con contactos principales y auxiliares) Contactores Auxiliares (con contactos únicamente auxiliares) Por la carga que pueden maniobrar (o categoría de empleo): Se

tiene en cuenta la corriente que el contactor debe establecer o cortar durante las maniobras.

Para ello se toman en cuenta el tipo de carga que controla y las condiciones en las cuales se efectúan los cortes:

AC1: cargas no inductivas o débilmente inductivas, cuyo factor de potencia es mínimo 0,95.

AC2: para arranques de motores de anillos, inversión de marcha, frenado por contracorriente, marcha a impulsos de motores de anillos, cuyo factor de potencia es de 0,3 a 0,7.

AC3: para el control de motores jaula de ardilla que se apagan a plena marcha y que en el arranque consumen de 5 a 7 veces la intensidad normal.

AC4: Arranque de motores de rotor en cortocircuito, inversión de marcha, marcha a impulsos, frenado por contracorriente.

Ventajas

Control y automatización de equipos y máquinas con procesos complejos, con la ayuda de los aparatos auxiliares de mando como los interruptores de posición, detectores, presostatos, etc.

Automatización en el arranque y paro de motores. Posibilidad de maniobrar circuitos sometidos a corrientes muy

altas mediante corrientes débiles. Posibilidad de controlar completamente una máquina desde varios

puntos de maniobra (estaciones). Ahorro de tiempo al realizar maniobras prolongadas.

Criterios de elecciónPara elegir al contactor adecuado hay que tener en cuenta lo siguiente:

Tipo de corriente, tensión y frecuencia de alimentación de la bobina.

Potencial nominal de la carga. Condiciones de servicio: ligera, normal, dura, extrema. Frecuencia de maniobra, robustez mecánica y robustez eléctrica. Si es para el circuito de potencia o de mando y el número de

contactos auxiliares que necesita. Posición del funcionamiento del contactor vertical u horizontal. Categoría de empleo o clase de carga.

Causas de deterioro o daño:Cuando un contactor o no funciona o funciona en forma deficiente, lo primero que debe hacerse es revisar el circuito de mando y de potencia verificando el estado de los conductores y de las conexiones. Otras partes del contactor que suelen sufrir daño o desgaste son:

La bobina

Por utilizar más o menos corriente de la especificada por el fabricante

El núcleo o la armadura

Cuando no se juntan o lo hacen, pero de manera ruidosa es necesario verificar la tensión en la bobina, que no sea menor a la especificada, que los muelles estén vencidos o muy tensos o la presencia de cuerpos extraños en el entrehierro.Los contactos: Su deterioro prematuro ocurre cuando circula a través de ellos corrientes superiores a las que fueron diseñados. De tal manera que conviene revisar: Si se eligió bien el contactor (que corresponda a la potencia nominal del motor), pero si el contactor es el adecuado el daño puede tener su origen en el circuito de mando o por caídas de tensión, cortes de tensión y microcortes.

BIBLIOGRAFIA

http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/abc/actuadores.pdf

http://platea.pntic.mec.es/~pcastela/tecno/documentos/apuntes/rele.pdf

http://www.profesormolina.com.ar/electromec/contactor.htm

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Contactor.php