3.Automatismos 55 78

Para desarrollar esquemas, de formasencilla, conviene recurrir al lgebra deBoole.

Quin fue su artfice?

Breve historia

George Boole

George Boole naci el 2 de noviembrede 1815 en Lincoln, Lincolnshire, Inglaterra.Realiz sus estudios, primero en unaescuela local y luego en una escuela decomercio. Su padre le inici desde muyjoven en matemticas y le ense comoconstruir instrumentos pticos. A la edadde doce aos tradujo una oda escrita enlatn del poeta Horacio. A los diecisis aosfue asistente de un maestro.

A pesar de que su curiosidad se centra-ba en los idiomas, en 1835, abri unaescuela y empez a estudiar matemticaspor su cuenta. Examin los trabajos deLaplace y Lagrange y a partir de notas delos mismos realiz su primera obra.

Duncan Gregory, editor del peridicomatemtico en Cambridge le propuso estu-diar en la universidad, a lo que Boole tuvoque negarse debido a que el dinero queobtena de la escuela lo utilizaba para man-tener a sus padres. Public un trabajo acer-ca de ecuaciones diferenciales, que le hizomerecedor de una medalla otorgada por laSociedad Real.

En 1849, obtuvo el puesto de director dematemticas en la Universidad Queens y alltrabaj durante el resto de su vida.

En 1854 public sus estudios sobre lasteoras matemticas de lgica y probabili-dad. Boole redujo la lgica a una forma delgebra sencilla, naciendo as lo que seconoce como lgebra booleana, que influ-y, de forma notable, en el desarrollo de loscircuitos elctricos y en la informtica.

Fue galardonado con honores de la uni-versidad de Dubln y Oxford, siendo elegidomiembro de la Sociedad Real en 1857. Suesposa Mary, era sobrina de Sir GeorgeEverest, de quien se le dio el nombre alMonte Everest.

Muri de pulmona, a los 49 aos, el 8 dediciembre de 1864 en Ballintemple, CounyCork, Irlanda.

Utilidad del lgebra de Boole.

Para interpretar lo que se presenta acontinuacin, slo ser necesario saberque en un contacto caben dos estados,uno, activado o cerrado, al que asignamoscon la cifra 1 y otro inactivado o abierto, alque asignamos con la cifra 0.

Para simplificar el resultado interesahacer un extracto del mismo, recurriendo ala tabla de la verdad, que no es ni ms nimenos que un reflejo de las anotacionesque suelen hacerse cuando realizamos unjuego de lgica.

Puerta lgica

Una puerta o compuerta lgica, es laexpresin fsica en la lgica de conmuta-cin. Cada puerta lgica consiste en unared de dispositivos interruptores.

La lgica cableada

El mundo del automatismo 55

LA LGICA CABLEADA

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La lgica cableada

Podemos trabajar y experimentar conrels o interruptores electromagnticospara conseguir las condiciones de cadacompuerta lgica.

Por ejemplo, para la funcin Y (AND)colocamos interruptores en serie.

Basta que uno de stos tenga la condi-cin de abierto, para que la salida de lacompuerta Y sea = 0, mientras que para laejecucin de una compuerta O (OR), laconexin de los interruptores debe ser enparalelo.

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La lgica cableada

El mundo del automatismo 57

LGICA DIRECTA

Puerta SI (IF)

Smbolo de la funcin lgica SI.

Funcin

La puerta lgica SI, realiza la funcin igual-dad.

Ecuacin

La ecuacin caracterstica que describe el comportamiento de la puerta SI es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta SI

Entrada A Salida A

0 0

1 1

Puerta Y (AND)

Smbolo de la funcin lgica Y.

Su smbolo es un punto (), aunque sesuele omitir. As, el producto lgico de lasvariables A y B se indica como AB, y se leeA y B o simplemente A por B.

Funcin

La puerta lgica Y, ms conocida por sunombre en ingls AND, realiza la funcin deproducto lgico.

Ecuacin

La ecuacin caracterstica que describeel comportamiento de la puerta AND es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta AND

Entrada A Entrada B Salida AB

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Su definicin se puede dar, como unacompuerta que entrega un 1 lgico slo sitodas las entradas estn a nivel alto 1.

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Puerta O (OR)

Smbolo de la funcin lgica O.

La puerta lgica O, ms conocida por sunombre en ingls OR, realiza la operacinde suma lgica.

Ecuacin

La ecuacin caracterstica que describeel comportamiento de la puerta OR es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta OR

Entrada A Entrada B Salida A + B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Podemos definir la puerta O como aque-lla que proporciona a su salida un 1 lgicosi al menos una de sus entradas est a 1.

Puerta OR-exclusiva (XOR)

Smbolo de la funcin lgica O-exclusiva.

La puerta lgica O-exclusiva, ms cono-cida por su nombre en ingls XOR, realiza lafuncin A'B+AB'. Su smbolo es el ms (+)inscrito en un crculo.

Ecuacin

La ecuacin caracterstica que describeel comportamiento de la puerta XOR es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta XOR

Entrada A Entrada B Salida A B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Se puede definir esta puerta como aque-lla que da por resultado uno, cuando losunos en las entradas son impares. Ej.: 1 y 0,0 y 1 (en una compuerta de dos entradas).

La lgica cableada

58 El mundo del automatismo

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La lgica cableada

El mundo del automatismo 59

LGICA NEGADA

Puerta NO (NOT)

Smbolo de la funcin lgica NO.

Funcin

La puerta lgica NO (NOT en ingls) rea-liza la funcin de inversin o negacin deuna variable lgica.

Ecuacin

La ecuacin caracterstica que describeel comportamiento de la puerta NOT es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta NOT

Entrada A Salida

0 1

1 0

Se puede definir como una puerta queproporciona el estado inverso del que esten su entrada.

Puerta NO-Y (NAND)

Smbolo de la funcin lgica NO-Y.

Funcin

La puerta lgica NO-Y, ms conocidapor su nombre en ingls NAND, realiza laoperacin de producto lgico negado.

Ecuacin

La ecuacin caracterstica que describeel comportamiento de la puerta NAND es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta NAND

Entrada A Entrada B Salida

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Podemos definir la puerta NO-Y comoaquella que proporciona a su salida un 0lgico nicamente cuando todas sus entra-das estn a 1.

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La lgica cableada

60 El mundo del automatismo

Puerta NO-O (NOR)

Smbolo de la funcin lgica NO-O.

La puerta lgica NO-O, ms conocidapor su nombre en ingls NOR, realiza laoperacin de suma lgica negada.

Ecuacin

La ecuacin caracterstica que describeel comportamiento de la puerta NOR es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta OR

Entrada A Entrada B Salida

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

Podemos definir la puerta NO-O comoaquella que proporciona a su salida un 1lgico slo cuando todas sus entradasestn a 0. La puerta lgica NOR constituyeun conjunto completo de operadores.

Puerta equivalencia (XNOR)

Smbolo de la funcin lgica equivalencia.

La puerta lgica equivalencia, msconocida por su nombre en ingls XNOR,realiza la funcin booleana AB+A'B'. Su sm-bolo es un punto () inscrito en un crculo.

Ecuacin

La ecuacin caracterstica que describeel comportamiento de la puerta XNOR es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta XNOR

Entrada A Entrada B Salida

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Se puede definir esta puerta como aquellaque proporciona un 1 lgico, slo si las dosentradas son iguales, esto es, 0 y 0 1 y 1.

Con lo visto anteriormente ya podemosdedicarnos a la representacin de esquemas.

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Introduccin

Gracias al motor elctrico se ha conse-guido reducir notablemente el trabajo querealiza el hombre para su supervivencia.

El motor elctrico es un dispositivo sim-ple, en principio, que convierte energaelctrica en energa mecnica.

Con el paso de los aos, los motoreselctricos han cambiado substancialmenteen diseo, no obstante los principios bsicosde operacin han seguido siendo iguales.

Mencionaremos los fenmenos de mag-netismo y los principios bsicos del motorde C.A.

Magnetismo

Sabemos que un imn permanenteatraer objetos de metal cuando el objetoest cerca o en de contacto con dichoimn. El imn puede hacer esta funcin per-manentemente debido a su fuerza magnti-ca propia, definida como "campo magnti-co". En la Figura a, el campo magntico dedos imanes permanentes se representa porlas "lneas del flujo". Estas lneas del flujonos ayudan a visualizar el campo magnti-co de cualquier imn aunque sean invisibles(podemos materializarlas espolvoreandolimaduras de hierro sobre un papel y acer-cndolo al campo magntico). Las lneasdel flujo se dibujan con la direccin indica-da, es decir, del polo N al polo S.

El nmero de lneas del flujo vara de uncampo magntico a otro. Cuanto ms fuer-te es el campo magntico, mayor es elnmero de las lneas del flujo que se dibu-jan para representar el campo magntico.

Un campo magntico similar se producealrededor de un conductor elctrico, cuan-do circula corriente a travs del mismo,Figura b-1.

Sus lneas del flujo definen el campomagntico en forma de crculos concntri-cos alrededor del conductor. La "regla de lamano izquierda" vase la Figura b-2. indicaque s se seala con el pulgar de la manoizquierda la direccin de la corriente, losdedos sealarn la direccin que presentael campo magntico.

Cuando el conductor conforma unabobina (vase Figura c), todas las lneasindividuales del flujo producidas por cadaseccin del mismo forman un gran campomagntico alrededor de la bobina. Igual queen el imn permanente, estas lneas delflujo salen del norte de la bobina y vuelvena entrar en la bobina por el polo sur. Elcampo magntico de una bobina es mucho

Teora bsica del motor elctrico

El mundo del automatismo 61

TEORA BSICA DEL MOTOR ELCTRICO

Figura a. Las lneas del flujo de un campomagntico viajan del polo N al polo S.

Figura b. El paso de corriente elctrica enun conductor genera un campo magnticorepresentado por las lneas concntricas de

flujo alrededor del conductor.

Lneas de flujo

Lneas de flujoCampo

magntico

Corriente

Conductor

Paso de corriente

Imn Imn de herradura

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Teora bsica del motor elctrico

mayor que el campo magntico generadoalrededor de un simple conductor antes deintegrarse en aquella.

Este campo magntico alrededor de labobina puede reforzarse an ms, enrollan-do sta en un ncleo de hierro o metal simi-lar, ya que el alma de metal presenta menosresistencia a las lneas del flujo que el aire.(As es como se realiza la bobina del estatorde un motor, bobina de hilo esmaltado decobre sobre chapas de hierro).

El hecho de que un campo magnticosea producido por una bobina significa que,cuando se invierte la corriente, los poloscambian de situacin debido al cambio dedireccin del flujo magntico (vase Figurad). Si este fenmeno magntico no se pre-sentara, el motor de CA no existira.

Propulsin magntica de un motor

El principio de actuacin de los motoresse puede demostrar fcilmente usando doselectroimanes y un imn permanente. Lacorriente pasa a travs de la bobina No. 1en direccin al polo Norte y a travs de labobina No. 2 en direccin al polo Sur. Unimn permanente con un polo Norte y Sures la pieza mvil de este motor simple. Enla figura e-A el polo Norte del imn perma-nente est enfrente del polo Norte del elec-troimn. De manera semejante, los polosSur estn uno enfrente del otro. Como lospolos magnticos iguales se rechazan, elimn permanente empieza a girar. Cuandola fuerza de atraccin entre los polosopuestos llega a ser lo suficientementefuerte, el imn gira permanente. El imngiratorio contina cambiando de direccinhasta que los polos opuestos se alinean. Eneste punto el rotor normalmente se deten-dra por la atraccin entre los polos diferen-tes (Figura e-B).

S la direccin de la corriente en lasbobinas electromagnticas es invertidarepentinamente, se invierte la polaridad delas dos bobinas. Los polos otra vez serniguales y se repelern entre ellos. (Figura e-C). Por lo tanto, el imn permanente con-tinuara rotando.

Este dispositivo sencillo es un motor ensu forma ms simple. Un motor real es mscomplejo, y, sin embargo, el principio esigual.

62 El mundo del automatismo

Figura c. Las lneas magnticas que generaun conductor, en forma de bobina, salen del

polo N y entran al polo S.

Figura d. Los polos de una bobina electromagntica cambian cuando

la direccin del flujo cambia.

Figura e. Propulsin magntica del motor.

Lneas de flujo

Bobina 1 Bobina 1 Bobina 1

Bobina 2 Bobina 2 Bobina 2

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Operacin bsica del motor de CA

Un motor de CA tiene dos partes elctri-cas bsicas: un "estator" y un "rotor", comose muestra en la Figura f. El estator est enla parte fija. Consiste en un grupo de elec-troimanes individuales dispuestos de unamanera tal que formen un cilindro hueco,con un polo de cada cara de los imaneshacia el centro del grupo. El trmino, "esta-tor" se deriva de la palabra esttico. El rotores la parte que gira, que consiste en ungrupo de electroimanes dispuestos alrede-dor de un cilindro, con sus polos haciendofrente a los polos del estator. El rotor selocaliza dentro del estator y montado en eleje del motor. El trmino "rotor" se deriva dela palabra rotar. Si cambiamos progresiva-mente la polaridad de los polos del estator,de una manera tal que su campo magnti-co combinado rote, el rotor seguir girandocon el campo magntico del estator.

En la Figura g se muestra como vanrotando los campos magnticos del estator.De acuerdo con la figura, el estator tieneseis polos magnticos y el rotor tiene dospolos. En el tiempo 1, los polos A-1 delestator y el C-2 son polos Norte y los polosopuestos, A-2 y C-1, son los polos sur. Elpolo S del rotor es atrado por los dos polosN del estator y el polo N del rotor es atradopor los dos polos del sur del estator. En eltiempo 2, la polaridad de los polos del esta-tor se cambia de modo que ahora el C-2 y

B-1 son los polos N y C-1 y B-2 son lospolos S. El rotor se ve forzado a rotar 60grados para alinearse con los polos delestator segn lo demostrado en la figura.En el tiempo 3, B-1 y A-2 son los polos N.En el tiempo 4, A-2 y C-1 son los polos N.Al realizarse cada cambio, los polos delrotor son atrados por los polos opuestosen el estator. En consecuencia, como elcampo magntico del estator rota, el rotorse ve forzado a rotar con l.

Motor trifsico.

Para producir un campo magntico querota en el estator de un motor de CA trifsi-co, se necesita que las bobinas del estatorestn correctamente conectadas a la fuen-te de alimentacin de corriente. La cone-xin para un estator de 6 polos se muestraen la Figura h. Cada fase de la fuente de ali-mentacin trifsica est conectada con lospolos opuestos y las bobinas asociadas sebobinan en la misma direccin. Como

Teora bsica del motor elctrico

El mundo del automatismo 63

Figura f. Componentes elctricos bsicos de un motor de CA.

Figura h. Cmo se conecta a la red trifsicael interior de un motor con un estator

de seis polos.

Figura g. Rotacin del campo magntico de un motor de CA.Electroimanes

Estator

Tiempo 1 Tiempo 2

Tiempo 3 Tiempo 4

Alimentacin C.A.trifsica

Rotor

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Teora bsica del motor elctrico

hemos visto en la Figura d, la polaridad delos polos del electroimn es determinada porla direccin de la corriente que circula por labobina. Por consiguiente, si dos electroima-nes opuestos del estator se bobinan en lamisma direccin, la polaridad de los polosdebe ser contraria. Por lo tanto, cuando elpolo A1 es N, el polo A2 es S. Cuando el poloB1 es N, B2 es S y as sucesivamente.

Los devanados que hemos visto en elinterior del motor se conectan exteriormen-te de la forma siguiente, para dar lugar a losdos tipos posibles de conexin de un motornormal de jaula de ardilla.

La placa de bornes superior (conexinestrella) la conectaramos a una red trifsicade 400 V. Y la de abajo a una red trifsicade 230 V.

Hasta este punto poco se ha dichoacerca del rotor. En los ejemplos anterio-res, se ha asumido que los polos del rotorson bobinas como los polos del estator. Ases exactamente cmo funciona un motorde CA sncrono. Sin embargo, la mayorade los motores de CA que son utilizadosactualmente no son motores sncronos. Enlugar de eso, los motores de induccin sonlos que prevalecen en la industria. Cul esla diferencia del motor de induccin? Lagran diferencia es la manera en la que seprovee la corriente al rotor. sta no es nin-guna fuente de alimentacin externa; enlugar de eso, se utiliza la tcnica de induc-cin, que es un fenmeno natural que ocu-rre cuando un conductor (las barras de alu-minio en el caso de un rotor, vase elFigura j) se mueve a travs de un campomagntico existente o cuando un campomagntico se pasa a un conductor. Encualquier caso, el movimiento relativo pro-voca que la corriente elctrica circule por elconductor. Esto se refiere al flujo "induci-do". En otras palabras, en un motor deinduccin el flujo del rotor no es causadopor cualquier conexin directa de los con-ductores a una fuente de voltaje, sino por lainfluencia de los conductores del rotor queprovocan el corte de las lneas del flujo pro-ducidas por los campos magnticos delestator. La corriente inducida en el rotor dalugar a un campo magntico alrededor delos conductores del rotor segn lo mostra-do en la Figura k. Este campo magnticoalrededor de cada conductor del rotor harque cada conductor acte como un imnpermanente, segn lo ya explicado. Comoel campo magntico del estator es alternodebido al efecto de suministro de C.A. tri-fsica, el campo magntico inducido delrotor ser atrado y seguir la rotacin. Elrotor est conectado con el eje del motor,as que el eje rotar y conducir la cargaacoplada a ste.

64 El mundo del automatismo

Partes de un motor.

Figura i. Cmo se puede conectar a la red trifsica un motor.

Conexin en Estrella

Conexin en tringulo

Carcasa

Rotor

Estator

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Ms detalles sobre las diferencias entreel motor sncrono y asncrono

Si giramos un imn en forma de U, conuna velocidad ns, alrededor de una brjula,observaremos que la velocidad n1, queadquiere la aguja ser: n1= ns.

Estamos en presencia de un motor sn-crono.

Si hacemos lo mismo sobre una masacircular metlica, la velocidad n2 que estaadquiere es: n2

Teora bsica del motor elctrico

Sistemas de arranque de los motoresasncronos trifsicos de rotor en corto-circuito o jaula de ardilla.

Par de arranque

Suponiendo que un motor de induccincomercial de jaula de ardilla se haga arran-car con el voltaje nominal (arranque a travsde la lnea), desarrollar un par de arranqueque har que aumente su velocidad.

Al aumentar su velocidad a partir delreposo (100 por cien de deslizamiento), dis-minuye el deslizamiento.

Esto hace que la velocidad aumentetodava ms, reducindose en forma simul-tnea el deslizamiento y el par que desarro-lla el motor de induccin.

Deslizamiento

El deslizamiento es la diferencia entre lavelocidad de un motor de induccin y lavelocidad de sincronismo.

La velocidad de sincronismo es:

n = 60 f/p

Donde:

- f: Frecuencia de la red a la que estaconectada la mquina (hercios).

- p: Nmero de pares de polos que tienela mquina.

- n: Velocidad de sincronismo de lamquina (revoluciones por minuto).

Por ejemplo, si se tiene una mquina decuatro polos (2 pares de polos) conectada auna red de 50 Hz (frecuencia tpica enEuropa), la mquina girar a 1500 r.p.m.

El deslizamiento de ese motor a 1460 r.p.m sera 1500 -1460 = 40 r.p.m.

El deslizamiento depende de la carga delmotor.

Las cargas ms grandes producen msdeslizamiento y por eso velocidades msbajas.

El par desarrollado en el arranque y elvalor del deslizamiento que produce el par

mximo exceden (en el caso normal) al parresistente. Por lo tanto la velocidad delmotor aumentar, hasta que el valor deldeslizamiento sea tan pequeo que el parque se desarrolla se reduzca a un valorigual al par resistente.

El motor continuar trabajando a estavelocidad y valor de equilibrio del desliza-miento hasta que aumente o disminuya elpar aplicado.

En la figura se muestra la relacin entrelos pares de arranque, mximo y nominal aplena carga que desarrolla un motor deinduccin, en funcin de la velocidad deste y del deslizamiento. Se indica lacorriente y el par desarrollados en el rotordel motor y el valor del deslizamientodesde el instante del arranque (punto a)hasta la condicin de funcionamiento enestado estable (en general entre marcha envaco y marcha a plena carga, puntos c y d)cuando los pares desarrollado y aplicadoson iguales.

Cuando se conecta un motor de estascaractersticas directamente a la red, steabsorbe una intensidad muy fuerte de lalnea en el momento del arranque, lo quepuede afectar no slo a la duracin de losaparatos de conexin, sino a las lneas quesuministran energa elctrica.

Estas fuertes corrientes sobrecargan laslneas de distribucin, pudiendo producir ca-das de tensin y calentamiento en los con-ductores de las mismas. Por esta razn, lascompaas de energa prescriben reglamen-

66 El mundo del automatismo

Curva Caracterstica.

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taciones para reducir dichas corrientes dearranque a unos valores que sean aceptables.

El arranque directo est permitido paramotores que posean una potencia inferior a5,5 Kw.

Una forma de reducir la corriente dearranque es reducir la tensin aplicada almotor, con ello tambin se disminuye el parefectivo de arranque, ya que al disminuir latensin, el flujo del estator tambin dismi-nuye y con l la f.e.m. inducida en el rotor yla intensidad rotrica. El par de arranquedisminuye con el cuadrado de la tensin.

Existen diferentes mtodos para reducirla corriente de arranque disminuyendo latensin:

- arranque estrella-tringulo:

Es uno de los mtodos ms conocidos.Consiste en conectar primero el motoren estrella para, una vez arrancado, con-mutar a la conexin en tringulo. Paraque esto se pueda llevar a cabo, se debeutilizar un motor que est preparadopara funcionar a la tensin inferiorconectado en tringulo. As, por ejem-plo, un motor de 230/400 podr serarrancado en una red de 230 V.

Si a un motor de las caractersticas indi-cadas se le conecta primero en estrella,cada una de las bobinas del mismo que-dar sometida a una tensin, inferior quesi hubiese conectado en tringulo. Conello se consigue que la intensidad en el

arranque quede disminuida casi a la ter-cera parte respecto al arranque directoen conexin en tringulo. El par tambinqueda reducido a la tercera parte, lo queconviene tenerlo en cuenta si el motorarranca con toda la carga. Por estarazn, conviene que el motor arranqueen vaco o con poca carga.

- arranque con resistencias estatricas:

Consiste en reducir la tensin que pro-ducen unas resistencias conectadas enserie con el estator. Este sistema tiene elinconveniente de que consigue disminuirla corriente en funcin lineal de la cadade tensin producida. Sin embargo, elpar queda disminuido con el cuadradode la cada de tensin, por lo que su apli-cacin, se ve limitada a motores en losque el momento de arranque resistente,sea bajo.

- arranque por autotransformador:

Consiste en conectar un autotransfor-mador en la alimentacin del motor, deesta forma se consigue reducir la tensinde entrada y con ella la corriente dearranque. El par de arranque quedareducido en este caso en la misma pro-porcin que la corriente, es decir, al cua-drado de la tensin reducida.

Este sistema proporciona una buenacaracterstica de arranque, aunqueposee el inconveniente de su alto precio.

Teora bsica del motor elctrico

El mundo del automatismo 67

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Teora bsica del motor elctrico

68 El mundo del automatismo

Corriente de carga nominal de los motores asncronos

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Introduccin

El temporizador es un elemento queincorpora, normalmente, un contacto con-mutador temporizado, y algn contactoms, como luego veremos. Lleva tambinuna escala de tiempo, de fcil manipu -lacin.

Seleccionando, en una especie de dial,un valor de tiempo, una vez conectado ytranscurrido ese lapso, se produce la con-mutacin y as queda el conjunto hasta quese produzca una desconexin del aparato,al pulsar el paro de la maniobra, o por unaausencia de tensin o porque se ha creadootra situacin peligrosa, que obliga a des-conectar y a analizar la maniobra, por ejem-plo el disparo del trmico.

El temporizador es un tipo de rel, con ladiferencia sobre estos, que sus contactosno cambian de posicin instantneamente,slo una vez transcurrido el tiempo marca-do de antemano.

Modelos

Existen infinidad de modelos:

1. Temporizadores neumticos

El ms simple es el neumtico, cuyosmil puede ser una ventosa en la que prac-ticamos un pequeo orificio que obligar adesprenderse de la superficie donde estadherida, al cabo de un tiempo.

Cuanto mayor sea la seccin de ese ori-ficio el tiempo que tardar en desprenderseser menor.

Pero vamos a analizarlo con ms deteni-miento:

El funcionamiento real del temporizadorneumtico est basado en la accin de unfuelle que se comprime al ser accionadopor el electroimn.

Temporizadores

El mundo del automatismo 69

TEMPORIZADORES

Trataremos de explicar el funcio-namiento bsico de los distintostipos de temporizadores con losque nos vamos a encontrar.Hemos pasado de funcionesmuy simples, desde su puestaen escena, a otras variadsimas ycomplejas que facilitan muchastareas repetitivas.

Como ejemplo indicaremos quehace unos 30 aos era difcilencontrar un temporizadorpausa-impulso regulable.

Hoy en da la propuesta demodelos de los fabricantes esinmensa, incluso no todos coin-ciden en el mismo tipo de fabri-cados.

Por este motivo aconsejamos anuestros lectores consultarcatlogos actualizados paralocalizar su necesidad y solici-tarla con acierto.

Temporizador neumtico al trabajo.Comienzo de la temporizacin.

Ajuste de tiempo

Filtro

Membrana

Cmara de aire

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Temporizadores

Al tender el fuelle a ocupar su posicinde reposo la hace lentamente, ya que el aireha de entrar por un pequeo orificio, de di-metro variable que al modificar su tamaocambia el tiempo de recuperacin del fuelley por lo tanto la temporizacin.

Consta esencialmente de las siguientespartes:

Un filtro por donde penetra el aire com-primido, un vstago de latn.

Un fuelle de goma solidario con un torni-llo de regulacin para el paso de aire y unresorte antagonista situado en el interiorde este fuelle. El tornillo de regulacinasegura la regulacin progresiva de latemporizacin; las gamas de temporiza-cin cubren desde 0.1 segundos a 1 hora.

Una bobina electromagntica paracorriente continua o alterna, segn loscasos.

Un juego de contactos inversores deruptura brusca, solidarios al temporiza-dor neumtico por medio del vstago.

El mismo aparato admite los dos tipos detemporizacin, a la conexin y a la descone-xin, simplemente hay que accionar o cam-biar, segn modelos, la palanca oportuna.

El funcionamiento es el siguiente:

Dispuesto el aparato para temporizar ala conexin, el fuelle, que ha estado com-primido, empieza a desplegarse, arrastran-do el vstago, hasta transcurrir el tiempoprefijado que es cuando aqul acta sobreel resalte del contacto de ruptura brusca,producindose la conmutacin.

Al disponer el aparato para la tempori-zacin a la desconexin se invierte elmovimiento del vstago y hace que steacte al desconectar la bobina de la formaanterior.

Inconvenientes:

Tiempos cortos.

Precisin dudosa, lo que limita su uso asituaciones de baja exigencia.

2. Temporizadores electromecnicos

Cuando se hace obligada la exactitud,existen otros modelos como los electro-mecnicos, basados en un motor sncronoy embrague que arrastra un conjunto deengranajes, con la precisin de la relojeratradicional, consiguiendo su objetivo, paratiempos muy altos.

Los temporizadores electromecnicos arearme automtico estn equipados de:

Un embrague normal y durante la tem-porizacin ese electroembrague est entensin.

O un embrague inverso, que durante latemporizacin est fuera de tensin.

Los temporizadores a rearme manualnecesitan una intervencin manifiesta, parael inicio de un nuevo ciclo, a fin de reposi-cionar el botn de regulacin sobre el valorde temporizacin.

Inconvenientes:

Tamao respetable, para montajes trascuadro de 96 X 96 144X144, y fondocuadro.

Precio elevado, debido al mecanismo.

3. Temporizadores electrnicos

Finalmente, aparecieron los electrni-cos con salida rel o transistor PNP yNPN.

Ventajas:

Tiempos variables y de cualquier magni-tud.

Gran precisin.

Variedad de maniobras.

Tamao reducido.

Posibilidad de instalacin den carrilDIN.

Precio razonable.

Gran fiabilidad.

70 El mundo del automatismo

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Funciones bsicas

Las tres funciones bsicas que hancaracterizado los temporizadores desde suinvencin son:

Temporizacin a la conexin o al trabajo.

Temporizacin a la desconexin o alreposo.

Pausa impulso, trabajo- reposo.

Cmo se representan:

Temporizador a la conexin: cuandoconectamos la bobina, y la mantenga-mos as, los contactos cambiarn pasadoel tiempo que tengan programado. Unavez desconectada estos vuelven inme-diatamente a su posicin de reposo.

Temporizador a la desconexin: al acti-var la bobina los contactos cambian inme-diatamente y es al desconectarla cuandotemporizan, pasado el tiempo programa-do retornan a la posicin de reposo.

Pausa-impulso. El smil puede ser ungenerador de impulsos donde es posibleregular los dos valores, el de pausa y elde actuacin. Termina al desconectar eltemporizador. Tiene un ruido caracters-tico, un tic-tac, si es que lleva salida decontactos, que se corresponden con elchoque de estos.

Existen dos posibilidades de montaje

Fondo de armario

Destinado a ser montado en el interiorde un armario y se accede al mismo,abrindolo.

Para su fijacin se suele recurrir a unabase enchufable con lengetas tipo fas-ton o bien una base del tipo octal oundecal pudindose as sustituir deforma rpida, en caso de fallo.

Otra forma habitual de presentarse espara ser fijado sobre carril simtrico DIN.

Empotrable

Destinado a ser montado empotrado, enel frontal de un panel, con el fin de seraccesible a su manipulacin por el ope-rador. Suele fijarse con garras.

La eleccin de uno o de otro se basa enla necesidad o no de estar cambiando eltiempo con mucha frecuencia.

Las medidas frontales suelen ser 48x48,72x72, 96x96 y hubo modelos de144x144, todo ello en milmetros.

Tambin puede presentarse en formatomodular de 1 o ms mdulos de 17,5mm de ancho.

Actualmente, como ya hemos indicado,la oferta es muy variada.

Temporizadores

El mundo del automatismo 71

Hemos comentado que puedenllevar ms de un contacto, escierto, porque admiten incorpo-rar un contacto conmutado ins-tantneo y otro, tambin con-mutado, temporizado.

La funcin del instantneosuele ser realimentar la manio-bra y el funcionamiento es elsiguiente:

Al poner en tensin el temporiza-dor, escuchamos el ruido tpicode la conmutacin de un contac-to, el instantneo, y al cabo deltiempo marcado en el dial se oyeel otro sonido, el producido porel contacto temporizado.

Simbologa. Tipos de temporizacin.

Esquema 1 Esquema 2

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Temporizadores

Tipos de temporizacin

Vamos a estudiar las distintas posibilida-des con las que podemos encontrarnosbajo las siguientes claves de interpretacin:

U: AlimentacinR: Rel de salida o carga T: Temporizacin

C (Y1): Mando~: Indefinido~

1. Retardo a la conexin

Ciclo nico de temporizacin que se ini-cia a la conexin.

El rel de salida "R" (o la carga) cambiade estado al final de la temporizacin.

1 rel

2 rels temporizados o

2 rels, uno de ellos instantneo

2. Doble temporizacin ciclo nicoimpulso retardado

El rel de salida "R" (o la carga) cambiade estado al final del tiempo T1, durante eltiempo T2.

3. Temporizacin combinada cierre-apertura

Despus de la conexin, el cierre delcontacto de mando C (Y1) origina el iniciode la temporizacin T. El rel de salida "R"(o la carga) cambia de estado al final deaquella. Despus de la apertura del contac-to C, el rel "R" vuelve a cambiar despusde una segunda temporizacin T igual a laprimera, despus de la cual el rel vuelve acambiar de estado.

1 rel

2 rels temporizados o

2 rels, uno de ellos instantneo

4. Totalizador

Despus de la conexin totaliza el tiem-po de apertura de un contacto.

El rel de salida "R" (o la carga) cambiade estado al final de la temporizacin.

1 rel

2 rels temporizados o

2 rels, uno de ellos instantneo

5. Calibrador

Despus de la conexin, un impulso (>50 ms) o un contacto mantenido origina elcambio de estado del rel de salida "R" (ola carga) que vuelve a cambiar al final de latemporizacin.

Observacin: Procedimiento que permi-te alargar o acortar una informacin (seal,impulso...).

1 rel

2 rels temporizados o

2 rels, uno de ellos instantneo

6. Temporizacin al cierre y a la apertura del contacto de mando

Al cierre ya la apertura del contacto demando C (Y1), el rel de salida "R" (o lacarga) cambia de estado durante la tempo-rizacin.

1 rel

2 rels temporizados o

2 rels, uno de ellos instantneo

7. Funcin C: Temporizacin a la apertu-ra del contacto de mando (aparato alimentado)

Despus de la conexin, el cierre delcontacto de mando C (Y1) origina el cambiode estado del rel de salida "R" (o la carga).La temporizacin se iniciar a la apertura deeste mismo contacto.

72 El mundo del automatismo

AUTOMATISMOS 55-78.qxp:AUTOMATISMOS 55-78.qxp 13/1/09 10:54 Pgina 72

El rel "R" vuelve a su posicin inicial alfinal de la temporizacin.

1 rel

2 rels temporizados o

2 rels, uno de ellos instantneo

8. Intermitente simtrico

Ciclo repetitivo que pone alternativa-mente en reposo y en trabajo el rel de sali-da "R" (o la carga) durante tiempos iguales.

Funcin D: El ciclo se inicia en la posi-cin reposo del rel "R".

1 rel

2 rels temporizados o

2 rels, uno de ellos instantneo

9. Funcin Di: El ciclo se inicia en laposicin trabajo del rel "R".

1 rel

2 rels temporizados o

2 rels, uno de ellos instantneo

10. Doble temporizacin

Ciclo repetitivo de dos tiempos regulablesindependientemente. A cada temporizacincorresponde alternativamente un estadodiferente del rel de salida "R" (o la carga).

Observacin: El ciclo se inicia en la posi-cin reposo del rel "R".

2 rels temporizados o

2 rels, uno de ellos instantneo

11. Arranque "Estrella Tringulo"

Es un temporizador por pasos destinadoa gobernar la maniobra de arranque estrellatringulo.

Con el fin de que no coincida la punta deintensidad de la salida de la conexin estre-lla con la punta de intensidad de la entradade la conexin tringulo, existe la posibili-dad de una temporizacin regulable quepermite crear una pausa y al final de staentra el contacto de tringulo.

A la conexin el contacto "estrella" secierra instantneamente y se inicia la tem-porizacin. Al final de la temporizacin elcontacto "estrella" se abre, Ti.

Tras una pausa de 40 a 100 ms, el con-tacto "tringulo" se cierra y permanece enesta posicin hasta que la tensin de ali-mentacin se interrumpa.

12. Totalizador con memoria

a por seal de entrada

El temporizador totaliza los tiempos decierre del contacto de mando (c1).

El rearme se efecta nicamente por lavuelta al origen (c2).

b por seal de alimentacin

El temporizador totaliza los tiempos depresencia de la tensin de alimentacin(u). El rearme se efecta nicamente porla vuelta al origen (c2).

13. Temporizacin al final del impulso del contacto de mando

Tras la conexin, la apertura del contac-to de mando origina el cambio de estadodel rel de salida "R" (o la carga) y el iniciode la temporizacin.

Al final de la temporizacin el rel "R"vuelve a su estado Inicial de reposo.

Temporizadores

El mundo del automatismo 73

AUTOMATISMOS 55-78.qxp:AUTOMATISMOS 55-78.qxp 13/1/09 10:54 Pgina 73

Temporizadores

74 El mundo del automatismo

Temporizador electromecnico

Temporizadores electrnicos

Detalles

Dimensiones 72 x 72 mm

ndice mvil

Cambio de la escala de tiempo

Escala de tiempo

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Introduccin

Permite el control de la presin de unfluido, ya sea gas, ejemplo aire, o lquido,agua o aceite.

Forma un todo hermtico cuya comuni-cacin entre el mismo y el volumen quedeseamos vigilar se hace a travs de unatubera con rosca gas, por supuesto, quetermina en ese espacio.

El proceso empieza en una cmara inter-na del presostato donde una membranaplana o pistn detecta las oscilaciones delfluido en cuestin las transmite y acciona uncontacto, normalmente conmutado e ins-tantneo que cierra la bobina de un contac-tor que activa el motor de un compresor, unabomba de impulsin o una de achique.

La membrana puede llegar a ser deacero inoxidable para el control de fluidoscomo aceite, ya que ste podra atacarla sifuera de goma.

Una premisa esencial es que el presos-tato est siempre en posicin vertical, sien-do conveniente crear en el tubo una estran-gulacin o un bucle para evitar golpes depresin en el fuelle.

Como en toda actuacin existe una iner-cia, debemos distinguir la presin mxima,que es a la que el mecanismo conmuta yprovoca el paro, la presin mnima que pro-voca la marcha y el diferencial, que es

justo el valor que separa una de otra, y queen los buenos presostatos tiene un valorpequeo y no tanto en los de peor calidad.

Los presostatos se emplean en multitudde aplicaciones de los campos de la indus-tria y comercio:

Para el control y la regulacin de las con-diciones de presin en medios lquidos ogaseosos en tuberas, tanques, calde-ras, etc. en fluidos.

Usados en procesos industriales, tcnicade refrigeracin, neumtica e hidrulica.

Para el control de la presin en circuitosde refrigeracin y sistemas de lubrica-cin de aceite para una amplia variedadde mquinas.

Adems del control automtico y la limi-tacin de la presin, los presostatos seusan para iniciar y finalizar procesosvarios de regulacin y control, para pro-gramar secuencias de funciones y mos-trar seales.

Presostato

El mundo del automatismo 75

PRESOSTATOS

Esquema

Proteccin IP66 (aparatos con rearme externo, IP54)

Botn de ajuste de rango(Opcional: tapa protectora

para ajuste con herramienta)

Cubierta depoliamida(Opcional:

cubierta sinventanas)

Fuelle de aceroinoxidable

Conexin de presin

Conmutadorunipolar(SPDT).

Recambiable.Varios tipos de

sistemas decontactos ycontactosdorados

opcionales.

AUTOMATISMOS 55-78.qxp:AUTOMATISMOS 55-78.qxp 13/1/09 10:55 Pgina 75

Presostato

Los aparatos de control de presin seusan para conectar o desconectar losmotores en las bombas, compresores,reguladores de la aspiracin, vlvulas deelectroimn y sistemas de suministro deaire comprimido, en funcin de la presinque rija el equipo.

Ajuste

En primer lugar debe ajustarse la presinsuperior y luego la inferior, sin que vare laprimera.

Para un ajuste ms preciso, es conve-niente utilizar un manmetro.

Los presostatos se identifican con pre-siones altas.

Si tratamos con elementos que contro-lan el vaco, hablaremos de vacuoestatos.

Aplicaciones

La industria del fro es donde mayor usose hace de los presostatos por ello veamosalgunas de sus variadas aplicaciones:

1. Presostato de baja

El presostato de baja es el responsablede parar el compresor antes de que ste lle-gue hacer el vaco en la instalacin.

Este presostato est formado por dosescalas:

La principal o gama que es la escala dearranque.

El diferencial, que es la que restada a laprincipal nos da la presin de paro.

La presin a la que ha de arrancar elcompresor ser la correspondiente a latemperatura que ha de haber en el recinto aenfriar.

De lo contrario si es inferior tendremosfalsas arrancadas y si es superior el com-presor no arrancar hasta que la tempera-tura de la cmara no sea elevada.

La presin de parada ser normalmenteentre 0 y 0,1 bar.

Por ejemplo para que un compresorarranque a 1,5 bar y pare a 0,1 bar.

Principal: 1,5bar

Diferencial: 1,4bar

2. Presostato de alta

El presostato de alta es un elemento deseguridad que tiene la funcin de parar lainstalacin cuando la presin de sta esexcesiva.

La escala principal es de parada y sueleponer "STOP".

El diferencial es de arranque.

Por ejemplo queremos que el compresorpare a 20bar y vuelva arrancar a 15bar.

Principal: 20bar

Diferencial: 5bar

El rearme de la mayora de estos presos-tatos es manual.

El diferencial en algunos modelos no esregulable y viene fijado a 3bar.

3. Presostato de condensacin

Este presostato se emplea para mante-ner una presin de alta constante durantetodo el ao, mediante los ventiladores.

En verano, cuando la presin de con-densacin es alta, el presostato pone en

76 El mundo del automatismo

-0,2

1,5

8

DIFF

4

0,7

8

20

32

DIFF

5

2

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marcha el ventilador/es del condensador.Cuando la presin de alta disminuye, losvuelve a parar.

La escala principal es de arranque ytodos llevan rearme automtico.

Por ejemplo queremos que el segundoventilador del condensador arranque a 18bares y pare a 15:

Principal: 18 bar.

Diferencial: 3 bar.

4. Presostato diferencial de aceite

Todos los compresores que van lubrica-dos con bomba de aceite deben llevar pre-sostato diferencial de aceite.

El presostato tiene dos entradas, unaque va conectada a la parte de baja delcompresor y la otra a la salida de la bombade aceite.

La presin con la que trabaja la bombaes la diferencia entre la presin de baja y laque obtenemos a la salida de la bomba, elresultado es de 4 bar.

Si las dos presiones fueran iguales signi-fica que la bomba no funciona y para elcompresor.

El presostato tiene un retardo ya que labomba aparte de aceite tambin recoge

refrigerante que al comprimirlo se evapora,esto provoca que se igualen las presiones yhara saltar el presostato.

Estos presostatos llevan rearme manual.

5. Vlvula solenoide

Ya que hemos hablado de presostatos,un complemento lo constituye la vlvulasolenoide:

Se les llama as en contraposicin conlas vlvulas manuales, las ms antiguas, olas motorizadas

Las vlvulas solenoides pueden ser dedos tipos, de vstago, que lo incorporan lasvlvulas pequeas y algo antiguas, y demembrana.

Todas tienen sentido de circulacin,deben funcionar en posicin horizontal conla bobina hacia arriba y su consumo elctri-co es muy pequeo.

Pueden ser NC o NA, es decir, normal-mente (sin tensin en la bobina) abierta onormalmente (sin tensin en la bobina)cerrada.

En el segundo caso cuando la bobina notiene tensin la vlvula est cerradamediante un muelle y la presin de alta sequeda en la parte superior.

Cuando excitamos la bobina hacemossubir el vstago y abre la vlvula.

La bobina no hace ningn esfuerzo yaque no tienen que vencer ninguna presin.

Presostato

El mundo del automatismo 77

8

15

32

DIFF

5

0,7

Presin de baja

Bomba de aceite

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Presostato

78 El mundo del automatismo

Equipo de prueba para ajustar el presostato.

Funcionamiento de los contactos, ajuste para presin creciente.

Funcionamiento de los contactos, ajuste para presin decreciente.

Funcionamiento de los contactos, ajuste para presin diferencial decreciente.

Presostatos para el control del nivel de lquidos.

Funcionamiento de los contactos, ajuste de zona neutra.

Aire comprimido

Ajuste de escalaDiferencial

Ajuste de escalaDiferencial

Ajuste de escalaDiferencial mecnico

Altura entre el conector del depsito y el presostato.

Longitud min. del tubo horizontal.

Ajuste de rango Presin de entrada

Diferencial mecnico

Presin diferencial (diferencial natural) que corresponde al ajuste de zona neutra ms

pequeo.

a: La zona neutra y la presin de entrada pueden variar en este intervalo sin dar lugar

al cierre de los contactos 2-1 o 2-3.

Lmpara indicadora de presin decreciente

y creciente

Manmetro

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