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Introducción a los Sistemas Eléctricos, Neumáticos e Hidráulicos
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INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS,
NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS
Contenido
1. Introducción.............................................................................................................................. 2
2. Definiciones............................................................................................................................... 4
2.1. ¿Qué es un sistema? .......................................................................................................... 4
2.2. ¿Qué es automática?.......................................................................................................... 4
2.3. ¿Qué es automatización?................................................................................................... 4
2.4. ¿Qué es automatismo? ...................................................................................................... 4
3. Tecnologías de los diferentes sistemas..................................................................................... 5
3.1. Automatización neumática ................................................................................................ 5
3.2. Automatización hidráulica ................................................................................................. 6
3.3. Automatización eléctrica.................................................................................................... 6
3.4. Automatización electrónica ............................................................................................... 7
4. Objetivos de los sistemas automatizados................................................................................. 8
5. Estructura de los sistemas automatizados................................................................................ 8
5.1. Diálogo “Hombre Máquina”............................................................................................... 8
5.2. Adquisición de datos.......................................................................................................... 9
5.3. Tratamiento de datos....................................................................................................... 10
5.4. Control de potencia.......................................................................................................... 12
6. Bucle Automático.................................................................................................................... 14
7. Fases estudio de un automatismo. ......................................................................................... 16

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1. Introducción.
Los sistemas de producción industrial, por los que se desarrollan los procesos productivos, se
encuentra totalmente automatizados, relegando al operario a labores de control y supervisión
y mantenimiento.
Debido a las exigencias tecnológicas de productividad, de calidad y agresividad de ambientes,
los procesos de fabricación son cada vez más complejos, exigiendo controles total o
parcialmente automatizados, donde el ser humano, como operario, ha cambiado el “rol activo”
de ejecutor de órdenes y actividades, por un “rol pasivo” de instructor de órdenes y control del
proceso, interviniendo únicamente para realizar la supervisión y el mantenimiento de la
operación.
1 Planta embotelladora automatizada
Actualmente, la mayoría de los sistemas industriales, máquinas y aparatos, están
automatizados. Podemos encontrar ejemplos fácilmente, como el control de un ascensor, un
sistema de calefacción, el control de un semáforo, una planta de fabricación de automóviles.
2 Cadena de montaje de automóviles automatizada.
Los avances tecnológicos electrotécnicos y la inclusión de la electrónica y, sobre todo, de la
informática, junto con el abaratamiento de costes y reducción de espacios, han evolucionado
los entornos industriales a un alto grado de automatización, incluyendo procesos más sencillos
como el control de arranque de una bomba eléctrica de riego, el control de una puerta de garaje
o una escalera mecánica o una cinta transportadora.

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3 Cinta transportadora automatizada.
El tipo y la complejidad del control a realizar determinarán la naturaleza y los componentes del
sistema, variando desde dispositivos eléctricos, neumáticos o electrónicos sencillos, hasta los
formados por autómatas programables y ordenadores.
Todo lo expuesto, tiene como contrapartida la formación de técnicos especialistas encargados
de realizar el diseño, instalación y mantenimiento de estos sistemas eléctricos, neumáticos e
hidráulicos en el ámbito industrial, a través de una formación profesional específica basada en
estas tecnologías y sustentada en los fundamentados básicos informáticos del sistema binario,
con señales y órdenes de “todo-nada” y regidos por leyes como el álgebra de Boole, y la
programación adaptada a estos sistemas.
4 Álgebra de Boole
Estos principios se han convertido en el soporte de los automatismos, independientemente de
la tecnología utilizada en su implementación, ya sea cableada o programada.

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2. Definiciones
Hemos visto en la introducción una serie de términos muy parecidos: sistemas, automatismos,
automatización, automático.... Cada uno de ellos tienen significados diferentes, y es importante
que conozcas estas diferencias.
2.1. ¿Qué es un sistema?
Un sistema es un conjunto de elementos interrelacionados entre sí para lograr un mismo
objetivo. Los componentes de un sistema se pueden clasificar en los siguientes grupos:
1. Entradas: Datos o información, obtenidos de los recursos utilizados para este fin y que,
mediante el uso de la energía adecuada, son ingresados al sistema.
2. Procesos: Operaciones o cambios que producen los componentes en el sistema en
función de las entradas y reflejados en las salidas o resultados.
3. Salidas: Resultados de los procesos realizados en el sistema, materializados en
información utilizada por los recursos disponibles que, a su vez, consumen energía para
su operación.
5 estructura de un sistema.
2.2. ¿Qué es automática?
Se define automática como el estudio de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la
sustitución del ser humano por un equipo artificial en la generación de una tarea física o mental
previamente programada.
2.3. ¿Qué es automatización?
Se entiende automatización como el estudio de la automática de control de los procesos
industriales.
2.4. ¿Qué es automatismo?
Un automatismo es un dispositivo físico que controla una máquina o proceso productivo simple,
liberando física y mentalmente al hombre de dicha labor.

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3. Tecnologías de los diferentes sistemas.
La tecnología empleada a la hora de automatizar un sistema va a determinar su naturaleza.
Podemos hablar de las siguientes tecnologías de automatización:
• Automatización neumática: La potencia para evolucionar el proceso es aportada por
presión de aire, a través de un circuito neumático.
• Automatización hidráulica. La potencia para evolucionar el proceso es aportada por
presión de un fluido, generalmente aceite, a través de un circuito hidráulico.
• Automatización eléctrica. La potencia para evolucionar el proceso es aportada por
energía eléctrica, a través de un circuito eléctrico.
• Automatización electrónica. En este modelo se modifica la automatización eléctrica
para que el control de los accionadores sea por medio de circuitos electrónicos.
En muchos casos coexisten varias tecnologías a la vez, como puede ser un sistema neumático
controlado por electroválvulas.
3.1. Automatización neumática
La automatización neumática está introducida en gran cantidad de aplicaciones en el campo de
la máquina herramienta.
Un circuito neumático será el encargado de aportar presión de aire a los accionadores
neumáticos. El control de este circuito puede realizarse por medio de electroválvulas, es decir
mediante un control electropilotado. Para ello coexistirá un circuito eléctrico de maniobra con
el circuito principal de potencia neumático.
La neumática tiene su campo idóneo en los trabajos de fijación de piezas, bloqueo de
mecanismos, alimentación de máquinas y movimiento lineal de mecanismos que no exijan
requerimientos de control de velocidad.
6 Maquinaria con accionadores neumáticos.
Las principales ventajas de un sistema neumático son:
• Sencillez y robustez de los propios sistemas de mando: cilindros, válvulas, etc.

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• Rapidez de maniobra, acción-reacción, del sistema neumático.
• Economía de los sistemas neumáticos una vez instalados.
Sin embargo, la automatización neumática también cuenta con inconvenientes:
• Conste económico.
• Mantenimiento permanente del circuito neumático, ya que el aire debe mantenerse
perfectamente limpio y seco.
3.2. Automatización hidráulica
La automatización hidráulica se basa en los mismos principios que la neumática. Sin embargo,
debido al componente del circuito de presión, generalmente aceite, el mando hidráulico es más
lento que el neumático. Por el contrario, es capaz de desarrollar más trabajo.
El control de este circuito puede realizarse también por medio de electroválvulas. De este modo,
y al igual que en la automatización neumática, suele coexistir un circuito eléctrico de maniobra
con el circuito principal de potencia hidráulico.
7 Circuito oleo-hidráulico.
La hidráulica tiene su campo de aplicación en procesos donde se demande grandes esfuerzos y
no sea primordial la velocidad de respuestas. Este tipo de mando lo encontraremos en prensas,
diversas máquinas herramientas, y por supuesto, en el automóvil: frenos, dirección e, incluso,
suspensión.
3.3. Automatización eléctrica
La automatización eléctrica se encuentra prácticamente en el cien por cien de los procesos
automatizados por acción de la electricidad. Su acción se puede dar de manera exclusiva o
complementaria a otra automatización, como la neumática.

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8 Circuito electro-neumático.
Podemos encontrar sistemas de control eléctricos en todo proceso automatizado cuyo
elemento de potencia sea un motor eléctrico, como por ejemplo cintas transportadoras,
mecanismos elevadores, todo tipo de máquinas procesadoras, etc.
3.4. Automatización electrónica
En la actualidad, los avances tecnológicos en la electrónica han posibilitados su inclusión en la
automatización industrial. Este hecho ha supuesto una verdadera revolución y un paso de
gigante. La base de este avance en la automatización ha sido el sistema digital, que ha
desembocado en el ordenador y, naturalmente, en el autómata programable.
9 Sistema SCADA de control de procesos.

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En esta automatización es transversal a las otras tecnologías, implementando la lógica de
funcionamiento de los sistemas. Podemos encontrarnos este tipo de automatización donde se
requiera procesar una gran cantidad de información, como procesos robotizados de fabricación
de automóviles, máquinas de control numérico de procesos de elaboración de piezas, procesos
de control de climatizaciones, etc.
4. Objetivos de los sistemas automatizados.
Siempre que se automatiza un proceso se busca encontrar soluciones a los problemas de
naturaleza técnica, económica o humana.
Los objetivos a cubrir son:
• Eliminar las tareas humanas peligrosas, indeseables o repetitivas, haciendo que las
ejecuten las máquinas.
• Mejorar la productividad adaptando la máquina a los criterios de producción, de
rendimiento o de calidad.
• Pilotar una producción variable, facilitando el cambio de una producción a otra.
• Reforzar la seguridad, vigilando y controlando las instalaciones y máquinas.
5. Estructura de los sistemas automatizados.
Todo proceso gobernado por un control automatizado puede descomponerse en dos partes, la
máquina o instalación y la manobra del automatismo en sí.
La maniobra es asegurada por diversos componentes, respondiendo a cuatro funciones de base:
• El diálogo “Hombre Máquina”: Son componentes que habilitan la comunicación entre
los operarios y las máquinas o procesos.
• La adquisición de datos: Son componentes que, en todo momento, tienen por misión
reflejar mediante señales eléctricas, generalmente binarias “Todo-Nada”, el estado del
proceso.
• El tratamiento de datos: Son componentes encargados de procesar, en función del
diseño establecido, las señales recibidas del diálogo “Hombre-Máquina” y de la
adquisición de datos y elaborar las órdenes de los actuadores.
• El control de potencia: Son los componentes encargados de establecer el circuito de
alimentación hacia los accionadores, estableciendo las medidas de protección
necesarias.
5.1. Diálogo “Hombre Máquina”.
Esta función permite, al operador intervenir para dar orden de arranque o controlar el proceso,
proceder a una parada de emergencia y, por medio del sistema de señalización, obtener
información actualizada del desarrollo de las operaciones.
El diálogo “Hombre Máquina” es una función necesaria en todo proceso automatizado.

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10 Diálogo Hombre-Máquina.
El diálogo establecido entre la máquina y el operario es una función bidireccional. Por un lado,
el experto interviene en el proceso por medio de los componentes auxiliares de mando de
intervención manual (pulsadores, cajas de pulsadores, conmutadores). Por otro lado, recibe
información del estado del automatismo a través de componentes como los pilotos de
señalización y señalizadores acústicos.
11 Terminal de diálogo Hombre-Máquina complejo.
En instalaciones más complejas se emplean componentes más avanzados, como pupitres de
mando, cuadros sinópticos, teclas y teclados, desplayes, pantallas HMI, microterminales, etc.
12 Pantalla HMI.
5.2. Adquisición de datos
Esta función consiste en el escaneo del proceso, detectando aquellos estados de interés en el
control del automatismo, como por ejemplo temperaturas límite, finales de desplazamientos,
altas presiones, etc.

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La adquisición de datos es realizada por los captadores o detectores que informan a la unidad
de tratamiento del estado del sistema (variables de entrada). La elección de los aparatos es
función de las condiciones de utilización:
• Interruptores de posición accionados mecánicamente.
• Interruptores de flotador para control de nivel.
• Selector de posición para seguir el desplazamiento de un móvil.
• Manostatos, presostatos, vacuostatos para detectar la presencia o regular una presión.
• Detectores de proximidad inductivos o capacitivos estáticos cuando la detección debe
ser efectuada sin contacto con el móvil a controlar, o cuando la cadencia es muy elevada,
o en ambientes particulares.
• Células fotoeléctricas para detectar a distancias importantes.
• Detectores de velocidad para controlar las velocidades de des¬plazamiento o de
rotación, etc...
• Lectores descodificadores de códigos de barras.
Estos aparatos proporcionan información “Todo o Nada” cuando se alcanzan umbrales
previamente fijados
13 Diversos captadores de proximidad y fotoeléctricos
14 Presostatos.
5.3. Tratamiento de datos.
Esta función recoge las órdenes enviadas por los dispositivos de diálogo hombre-máquina y de
adquisición de datos, y elabora las órdenes a ejecutar, según un el automatismo diseñado.
El ciclo de trabajo de un automatismo, es de naturaleza secuencial. Las decisiones tomadas por
el tratamiento de datos están en función de los valores de las entradas, diálogo hombre a

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máquina, los valores de los elementos de adquisición de datos, y en función del estado del
proceso. La activación de las salidas se realiza en función de las informaciones presentes y las
acciones pasadas.
Según la importancia y la complejidad del automatismo, el tratamiento de datos se efectúa
mediante relés, contactores auxiliares, temporizadores, microsistemas o con ayuda de un
autómata programable.
15 Diversos tipos de temporizadores.
16 Autómatas de Siemens
Por otro lado, el tratamiento de datos se puede implementar por medio de dos filosofías:
• La lógica cableada,
• La lógica programada.
La técnica cableada se apoya relés de automatismos y contactores auxiliares. Las decisiones se
toman haciendo pasar la corriente eléctrica a través de caminos establecidos por los contactos
de los aparatos y el cableado entre estos.
La técnica programada se apoya principalmente en los autómatas programables. Las decisiones
son tomadas por una unidad “inteligente”, en función de las órdenes recibidas en sus entradas
y del programa almacenado en su memoria. En este caso, los relés y los contactores auxiliares
se emplean para asegurar la funcionalidad del autómata, especialmente en maniobras de
parada de emergencia y de seguridad.

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17 Ejemplos de lógica cableada y programada.
5.4. Control de potencia
La función de control de potencia consiste en establecer o interrumpir la alimentación de los
receptores, según las decisiones tomadas al tratar las órdenes establecidas por la función de
diálogo hombre a máquina y por la adquisición de datos, procedentes de los captadores.
Los componentes de control de potencia, normalmente llamados arrancadores, tienen que
cumplir los siguientes objetivos:
• Seccionamiento: Se cumple aparatos como son los seccionadores, interruptores con
función de seccionamiento, etc.
18 Interruptor-Seccionador.
• Protección: Son elementos cuya función es controlar en todo momento las magnitudes
eléctricas y físicas del proceso. Se asegura este objetivo con aparatos como disyuntores
motores, relés térmicos, fusibles, etc.

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19 Disyuntor Motor.
• Conmutación: Esta función establece o interrumpe la alimentación de los accionadores.
Se cumple con aparatos como los interruptores y, sobre todo, los contactores.
Los arrancadores se pueden clasificar en tres familias:
• Arrancadores “todo o nada”: Son órdenes binarias de activación o reposo. El motor
arranca con sus características propias y el régimen de velocidad establecido es
constante.
20 Conjunto arrancador "todo-nada".
• Arrancadores basados en arrancadores electrónicos: Son órdenes con parámetros de
variación continua, sobre distintas magnitudes como tensión o frecuencia, lo que
permiten aceleraciones y deceleraciones controladas y variar el régimen de velocidad
de forma controlada.
• Arrancadores basados en variadores de velocidad electrónicos: el arranque y la parada
están controlados y la velocidad depende de una consigna.

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21 Variador de frecuencia
Los accionadores eléctricos más utilizados para el gobierno de máquinas son los motores
eléctricos de inducción, motores asíncronos de jaula.
6. Bucle Automático.
El automatismo de un proceso evoluciona en bucle cerrado siguiendo unas fases determinadas.
Una vez configurado un sistema automatizado, su operación se ajustará a las condiciones
establecidas en su diseño, ya sea por medio de cableado o por programa.
Dicha operación está determinada por un bucle de ejecución, formado por las siguientes fases:
1. Inicialmente, se requiere la intervención manual de un operario en dos acciones:
a. Armados de las protecciones, como seccionadores, disyuntores motores, etc.
b. Órdenes de funcionamiento. Estas órdenes se introducen a través de los
elementos de diálogo Hombre-Máquina, en el sentido del operario a la
máquina. Se requiere una orden para iniciar el bucle automático,
independientemente de que se intervenga posteriormente en el proceso, con
órdenes que modifiquen su evolución. Pulsadores, selectores, interruptores son
ejemplos de estos componentes del automatismo.
2. Las órdenes anteriores son recibidas por la unidad de tratamiento de datos, la cual, toma
las decisiones adecuadas en función del diseño del automatismo y de las señales
procedentes de la unidad de adquisición de datos. Componentes de este grupo son
temporizadores, relés auxiliares, autómatas programables, etc. El resultado de esta fase
es de dos tipos:
a. Órdenes de acción: Dirigidas a los elementos de control de potencia, como
contactores, relés, etc.
b. Órdenes de señalización: Dirigidas a los elementos de diálogo hombre-máquina,
del sentido de la máquina al operario, como pilotos luminosos o señalizadores
acústicos.
3. Los elementos de control de potencia, al recibir orden de acción, establecen el circuito
de alimentación hacia los accionadores, como el motor eléctrico. Estos accionadores
harán evolucionar el proceso, variando las magnitudes físicas (temperatura, presión,
desplazamientos, etc) y eléctricas (intensidades, frecuencias, etc) que controlan la
operación.

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a. La unidad de adquisición de datos, está permanentemente “escuchando” las
magnitudes variadas por el proceso y, en caso necesario, emitiendo órdenes
hacia la unidad de tratamiento de datos para actualizar las acciones, pudiéndose
decidir el reposo del automatismo. Componentes de esta unidad son sensores
de proximidad, fotoeléctricos, de presión, etc. Queda así, cerrado el bucle
automático.
b. Finalmente, el operario puede detener el automatismo al emitir una orden de
paro por medio de la unidad de diálogo Hombre-Máquina.
22 Esquema del Bucle de un Automatismo

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7. Fases estudio de un automatismo.
A la hora de diseñar la automatización de un proceso, el equipo encargado de ello, debe abordar
una serie de etapas de análisis previo, que se resumen en una serie de documentos.
El fin último es recabar la siguiente documentación:
1. Un conjunto de especificaciones funcionales del sistema o proceso a automatizar y su
correcta interpretación.
2. Un estudio de viabilidad técnica, donde se analice las tecnologías de posible
implementación, lógica cableada o programada, así como los materiales, aparatos, etc.,
existentes en el mercado que se van a utilizar para diseñar el automatismo. Se requerirá
la siguiente información:
a. Viabilidad física de la tecnología en estudio.
b. Calidad de la documentación técnica de los equipos.
c. Disponibilidad y rapidez en cuanto a recambios y asistencia técnica.
3. Un estudio de viabilidad económica, para cada una de las variables tecnológicas
posibles.
4. Decisión final. Con la información previa se decidirá la mejor opción posible para el
desarrollo del automatismo.

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