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GROUPE SCHNEIDER
1
^ré.
'ímat.
P R O L O G O
La automatización eléctrica, hasta hace poco empleada exclusivamente en las in-
dustrias más avanzadas y sofisticadas, ha ido entrando progresivamente en nues-
tro medio industrial, prácticamente en todas las áreas, pues el avance tecnológi-
co tan continuo y vertiginoso, en un mundo eminentemente industrializado, hace
imprescindible e imperiosa la necesidad de optimizar los procesos, a fin de obte-
ner una rápida información sobre el estado de un sistema, ahorrar tiempo, ener-
gías, etc.
Los progresos en la automatización se deben particularmente a que éstos dan res-
puestas efectivas a necesidades técnicas, económicas y humanas, para eliminar
las tareas difíciles y peligrosas; mejorar la productividad incrementando la cali-
dad, eficiencia y rapidez de un proceso de producción; controlar una producción
flexible e incrementar la seguridad y el control.
El presente trabajo no es sino una introducción al estudio de los CONTROLES
Y AUTOMATISMOS ELECTRICOS. Por consiguiente, no se pretende en modo al-
guno abarcar todo el tema, ni mucho menos agotarlo, pero sí prestar una ayuda
eficaz a todas aquellas personas, especialmente estudiantes, que desean conocerlo
y practicarlo.
Con la finalidad de dar una fundamentación amplia, clara y sencilla sobre el te-
ma, se ha dividido el libro en cinco secciones:
La primera parte es una síntesis de aquellos conocimientos teóricos sobre electri-
cidad, que debe tener todo aquel que desee iniciarse en el estudio de controles
y automatismos eléctricos.
La segunda parte presenta algunos aspectos prácticos y esenciales para la lectu-
ra, interpretación, análisis y diseño de circuitos eléctricos, particularmente de
control o mando.
La tercera parte es un estudio tecnológico de los elementos más usados actual-
mente en el trabajo con circuitos de potencia, control y automatismos eléctricos
en general.
La cuarta parte tiene como finalidad presentar algunos conocimientos fundamen-
tales sobre motoras eléctricos, específicamente sobre los diversos sistemas de
arranque.
La quinta parte presenta una serie de ejercicios prácticos, siguiendo una secuen-
cia progresiva de dificultad y complejidad en los montajes, con el objetivo funda-
mental de familiarizar al estudiante con los principios de funcionamiento y mane-
jo de los diferentes elementos de detección, tratamiento y accionamiento, para
conducirlo progresivamente no sólo al montaje, sino sobre todo al análisis e inter-
pretación de cualquier esquema de control, e inclusive al diseño de circuitos de
control o mando manual y automático.
Como podrá verse, solamente se tratan aquellos aspectos y temas que la expe-
riencia me ha enseñado son los más necesarios y prácticos para iniciarse e intro-
ducirse, con una fundamentación sólida, en el estudio de Controles y Automatis-
mos Eléctricos y dedicarse luego, con cierta seguridad, a trabajar, en este campo
tan amplio y delicado, pero al mismo tiempo apasionante y de proyección casi
infinita, en la industria actual y del futuro.
El hecho de presentar el libro en cinco bloques separados obedece a:
Io
Ofrecer un libro abierto a diferentes niveles de estudio, de manera que sea
posible organizar los diferentes temas de acuerdo con cada necesidad particu-
lar que se presente.
2° E l deseo de hacer de este trabajo algo realmente útil, práctico y funcional,
sobre todo cuando cuando se necesite recordar o consultar algún tema o pun-
to específico.
Es necesario tener presente que todas las prácticas propuestas en el libro han
sido elaboradas con un carácter predominantemente didáctico y pedagógico, por
lo cual no pueden representar totalmente la realidad. En consecuencia es respon-
sabilidad directa del técnico su aplicación en la industria ya sea parcial o to-
talmente.
Espero que este trabajo, dentro de sus limitaciones, sea de gran utilidad para
todas aquellas personas que estén estudiando (bachilleres técnicos, estudiantes
de carreras intermedias, universitarios, etc.) instalaciones industriales y acciona-
mientos eléctricos, o ya se encuentren trabajando en instalaciones o mantenimien-
to eléctrico industrial.
Finalmente quiero expresar mi más profundo agradecimiento a la Empresa
SCHNEIDER D E COLOMBIA S.A., quien hace posible la reimpresión, corregida
y aumentada, de la presente obra, evidenciando una vez más, su constante y par-
ticular preocupación por la preparación y formación técnica del personal de las
Empresas e Instituciones Educativas de todo el país en el área de la automati-
zación industrial. Magnífico ejemplo para todas aquellas empresas que desean
contribuir eficazmente con el desarrollo y engrandecimiento de Colombia.
El autor.
Santafé de Bogotá D . C . , Mayo de 1994
I N D I C E
I Nociones fundamentales de electricidad
1. Corriente eléctrica 9
1.1. Física eléctrica 9
1.2. Corriente eléctrica 10
1.3. Magnitudes eléctricas fundamentales 12
1.4. Ley de ohm 14
2. Corriente alterna . . 15
2.1. Características generales Í5
2.2. Valores fundamentales 16
2.3. Sistemas más empleados 17
3. Circuitos eléctricos con A . C . 20
3.1. Generalidades 20
3.2. Circuitos puramente resistivos 20
3.3. Circuitos R L y R C 21
3.3.1. Generalidades sobre electromagnetismo 21
3.3.2. Inductancia 24
3.3.3. Circuitos R L en serie y en paralelo 26
3.3.4. Capacitancia 32
3.3.5. Circuitos R C en serie y en paralelo 34
4. Potencia eléctrica en A . C . 37
4.1. Potencia eléctrica en circuitos puramente resistivos 37
4.2. Energía eléctrica 38
4.3. Energía calorífica .39
4.4. Potencia en circuitos no resistivos 39
II Esquemas eléctricos
47
1. Generalidades 47
2. Clases de esquemas 48
3. Símbolos y convenciones 55
III Tecnología de controles y automatismos
63
1. Generalidades 63
2. El contactor 67
2.1. Definición 67
2.2. Partes 67
2.3. Funcionamiento 77
2.4. Clasificación 77
2.5. Ventajas 78
2.6. Elección 78
2.7. Causas de deterioro o daño 79
3. Elementos de mando 81
3.1. Definición 81
3.2. Clasificación 81
3.3. Aspectos prácticos para la conexión de pulsadores 83
4. Elementos auxiliares de mando 84
4.1. Definición 84
4.2. Interruptores de posición o finales de carrera 84
4.3. Relés de tiempo o temporizadores 85
89
89
89
90
4.4. Presostatos
85
89
89
89
90
4.5. Termostatos
85
89
89
89
90
4.6. Programadores
85
89
89
89
90
4.7. Detectores
85
89
89
89
90
4.7.1. Detectores de proximidad inductivos y capacitivos 90
4.7.2. Detectores fotoeléctricos 92
4.7.3. Aplicaciones y elección de los detectores 96
5. Elementos de señalización 97
6. Elementos de protección y maniobra 98
6.1. Definición 98
6.2. Clasificación 98
6.2.1. Fusibles 98
6.2.2. Relés térmicos 98
6.2.3. Relé térmico diferencial 100
6.2.4. Relés termomagnéticos 101
6.2.5. Relés electromagnéticos 102
6.2.6. Relé electromagnético diferencial 102
6.3. Daños en los relés de protección 103
6.4. Otros elementos de maniobra y protección 103
6.4.1. Sonda de termistancias 103
6.4.2. Guardamotor 103
6.4.3. Optimal 25 104
6.4.4. Integral ' 104
6.4.5. Variadores de velocidad 105
IV Motores asincronos trifásicos
1. Sistemas de arranque con contactores 109
1.1. Clasificación de los motores eléctricos 109
1.2. E l motor asincrono trifásico 109
1.3. Arranque de motores con rotor en cortocircuito 112
1.3.1. Generalidades 112
1.3.2. Arranque directo en un solo sentido 112
1.3.3. Arranque directo con inversión de marcha 113
1.3.4. Arranque por conmutación estrella-triángulo 115
1.3.5. Arranque por resistencias estatóricas 118
1.3.6. Arranque por acoplamiento estrella-resistencias-triángulo • 119
1.3.7. Arranque por autotransformador 120
1.4. Arranque de motores con rotor bobinado 122
V Ejercicios prácticos sobre controles y automatismos
1. Recomendaciones para realizar un montaje 127
2. Arranque directo 129
2.1. Circuito de potencia 129
2.2. Circuitos de mando 129
2.3. Circuito de potencia de un sistema secuencial 140
2.4. Circuitos de mando de sistemas secuenciales manuales 140
2.5. Circuitos de mando en sistemas automáticos 147
3. Inversores de marcha 169
3.1. Circuito de potencia 169
3.2. Circuitos de mando 169
4. Otros sistemas de arranque 187
4.1. Arranque por conmutación estrella-triángulo 187
4.2. Arranque por acoplamiento estrella-resistencias-triángulo 192
4.3. Arranque por autotransformador 193
4.4. Arranque por resistencias estatóricas 194
4.5. Arranque por resistencias rotóricas 195
4.6. Arranque de motores de 2 velocidades 196
Anexos 200
I
N O C I O N E S
F U N D A M E N T A L E S
D E E L E C T R I C I D A D
1. C O R R I E N T E E L E C T R I C A
1.1. FISICA ELECTRICA
1.1.1. M A T E R I A :
Es todo aquello que puede ser percibido por nuestros sentidos y ocupa un lugar en
el espacio: los metales, los gases, los líquidos, etc. Está compuesta por moléculas.
" A G U A
3>é & é
G O T A S
DE A G U A
é ibdt
M O L E C U L A S
OE AGUA
H I D R O G E N O -f- O X I G E N O
E L E M E N T O S
1.1.2. M O L E C U L A :
Es la parte más pequeña en que puede dividirse la materia, sin que pierda sus ca-
racterísticas físicas y químicas. Está compuesta por átomos.
1.1.3. ATOMO:
Es la parte más pequeña en que puede dividirse un elemento (=sustancia básica que
no puede descomponerse en otras y que constituye toda la materia) sin que pierda
sus características físicas y químicas. Está compuesto por protones, neutrones y
electrones.
E L E C T R O N E S
(con carga eléc-
trica negativa)
FIJOS: los más cercanos al núcleo
LIBRES: los más alejados del núcleo
N U C L E O
PROTONES: con carga eléctrica positiva
NEUTRONES: sin carga eléctrica
Un átomo en estado natural tiene el mismo número de electrones y protones, por
lo cual decimos que es eléctricamente neutro (carga positiva y negativa iguales).
A l igual que un átomo, todo cuerpo en estado natural es eléctricamente neutro.
¿ote. átomo piende un etectaón, . ¿¿te. átomo ha oltenido un elec-
quedando cajigado positivamente., tsión más. Tenemos asi un átomo
pon. lo cual se denomina ton po- cargado negativamente, es decuyi
sitlvo. un ton negativo.
Cuando se rompe el equilibrio existente entre electrones y protones, dicho cuerpo
queda cargado eléctricamente:
- con carga negativa si ha ganado electrones
- con carga positiva si ha perdido electrones
cu.en.po cajigado cuen.po cangado
negativamente. positivamente.
1-2. CORRIENTE ELECTRICA
1.2.1. DEFINICION:
Corriente eléctrica es el paso de electrones a través de un conductor.
fuente externa que
aumenta la energía
potencial, provocan
do el paso de elec-
trones de un átomo
a otro.
10
«
* — - - -
La corriente eléctrica es trasmisión de energía (por lo cual se desplaza aproxima-
damente a 300,000 K m por segundo), y debe existir necesariamente un circuito que
permita este flujo constante, de electrones.
© 0 e e e
F U E N T E C A R G A
Elemento que transforma la energía
eléctrica en otras formas de ener-
gía: luz, calor, movimiento mecáni-
co, etc.
© 0 0 0 ©
1.2.2. TEORIA E L E C T R O N I C A :
Los electrones se desplazan
siempre de un potencial nega-
tivo a un potencial positivo,
de tal manera que, para que
haya corriente eléctrica, debe
existir necesariamente una
diferencia de potencial,así co-
mo para que se produzca flu-
jo de agua entre un tanque
y otro, debe existir necesaria-
mente un desnivel entre am-
bos, de manera que el agua
del tanque superior pase al
inferior.
P O T E N C I A L
NEGATIVO
1.2.3. CLASES DE CORRIENTE E L E C T R I C A :
1.2.3.1. Corriente continua (D.C.
ó C.C.):
Aquella corriente que no presenta
variación ni en magnitud, ni en sen_
tido.
7
t
I -
- I
- 2 T
- »+
'-«4
- 8 *
-TÍ
1.2.3.2. Corriente alterna (A.C.):
Aquella corriente que varía, a inter-
valos periódicos, tanto en magnitud
como en sentido o dirección.
11
1.3. MAGNITUDES ELECTRICAS FUNDAMENTALES
1.3.1. INTENSIDAD, A M P E R A J E ó C O R R I E N T E (I):
Es la cantidad de electrones que circula por un conductor en unidad de tiempo.
La unidad para medir intensidades es el amperio.
AMPERIO (A) : Es el paso de un columbio (=6.28 x 101 8
electrones) en un segun-
do, a través de un conductor.
Múltiplos : kiloamperio (KA) = 1,000 amperios
megamperio (MA) = 1'000,000 de amperios
Submúltiplos : miliamperio (mA) = 0.001 amperio
microamperio (yA) = 0.000,001 amperio
El instrumento adecuado para medir esta magnitud
es el APPERinETRO, que se conecta en serie, in-
terrumpiendo el circuito.
F U E N T E
A C - D C
/
®
®
1
C A R G A
También se puede emplear l a PINZA_Arn~
P£R2!5!Ü~RACA (pero ú n i c a m e n t e con A . C . ) ,
en cuyo caso no es necesario interrum
pir el c i r c u i t o .
1.3.2. TENSION, V O L T A J E ó F U E R Z A E L E C T R O M O T R I Z (E ó U):
dlfZV-LHClA D E porche* *t
Es la diferencia de potencial existente entre dos cargas.
La unidad para medir tensiones es el voltio.
VOLTIO (V) : Es la diferencia de potencial que causa el paso de un columbio
para producir un joule de trabajo. En otros términos, voltio es la
diferencia de potencial eléctrico que existe entre dos puntos je
un circuito, por el cual circula una corriente de un amperio, cua.:-
do la potencia desarrollada entre estos puntos es de un vatio.
Múltiplos: kilovoltio (KV) = 1,000 voltios
megavoltio (MV) = 1'000,000 de voltios
12
Submúltiplos: milivoltio (mV) = 0.001 voltio
microvoltio ( uV) = 0.000,001 voltio
El instrumento que se emplea
para medir esta magnitud es e l
VOLTIMETRO, que se conecta en
paralelo con e l c i r c u i t o cuya
tensión se desea medir.
F U E N T E
©
1.3.3. RESISTENCIA (R):
Es la oposición o dificultad que ofrece un conductor al paso de la corriente.
La unidad para medir esta magnitud es el ohmio.
OHMIO ( fl
Múltiplos:
Submúltiplos:
Es la resistencia que ofrece una columna de mercurio de 106.3
cm de longitud y 1 m m 2
de sección al paso de la corriente.
kilohmio (Kft) = 1,000 ohmios
megohmio (Mfl) * 1'000,000 de ohmios
tienen muy poca utilización ya que el ohmio es de por sí una
unidad muy pequeña.
C A R G A
El instrumento que se emplea para medir esta m
a
g
_
nitud es e l 0HMEJ.R0- ^1
u s a r
este instrumento
el c i r c u i t o no debe tener tensión alguna, y debe
conectarse en paralelo con e l elemento que se
desea medir. Es muy común e l uso del óhmetro pa-
ra medir continuidad, es d e c i r , para ver s i e l
c i r c u i t o está o no interrumpido.
El instrumento para medir grandes resistencias, aislamiento de los conductores y
fugas a tierra se denomina MEGGER.
1.3.3.1. Factores que afectan la resistencia de un conductor:
a) La longitud (L): a mayor longitud corresponde una mayor resistencia.
b) La sección (S): a mayor sección se tiene menor resistencia. Para determinar la
sección se emplea comúnmente el término calibre.
c) Coeficiente de resistividad (p); Es la resistencia específica que ofrece un ma-
terial y que depende de su estructura física o naturaleza. Su
valor se da en ohmios por metro por milímetro cuadrado de
sección.
Este valor para el cobre es 0.0172 —^7 2 y p a r a e
l aluminio
0
r
m/mm '
0.028 , 2
m/mm
13
*
Estos tres factores se expresan m a t e m á t i c a m e n t e así: R=p-<r-
d) L a temperatura: Normalmente con el aumento de la temperatura aumenta la
resistencia, pero se dan materiales en los cuales con el aumento
de temperatura disminuye la resistencia. Este comportamiento
variable da origen a las termorresistencias o termistores.
* Resistencias NTC (coeficiente negativo de temperatura): son
elementos en los que su resistencia baja rápidamente al au-
mentar la temperatura. Se fabrican partiendo de óxidos semi-
conductores de algunos metales como Cr, Mn, Fe, etc.
* Resistencias PTC (coeficiente positivo de temperatura): son
elementos con un coeficiente de temperatura muy positivo,
dentro de un margen de temperaturas determinado, fuera del
cual el coeficiente puede ser cero o inclusive negativo. En
general al aumentar la temperatura aumenta la resistencia.
Se fabrican con mezclas de titanatos de bario y estroncio.
1.3.3.2. Otros factores de los cuales depende la resistencia de un conductor.
a) Resistencias dependientes de la iluminación (luz):
Se denominan fotorresistencias aquellos elementos cuya resistencia varía al carn
biar las condiciones luminosas del ambiente. E l valor de la resistencia disminu-
ye a medida que aumenta la luz.
b) Resistencias dependientes de la tensión o V D R :
Son elementos en los cuales el valor de la resistencia disminuye al aumentar
la tensión aplicada. Se fabrican a base de carburo de silicio.
1.4. L E Y D E O H M
Se refiere a la relación existente entre las tres magnitudes fundamentales. Se enun
b -
cia de la siguiente manera: .
.TA+vedis *vc*>IA~err
"La intemAldad &s dl/iectamentc pn.opon.cl.onat
a la tensión e. invesisaniente. pn.opon.clonal a
la ne^iistencla"
E
M a t e m á t i c a m e n t e se expresa así: ] = —
R
de la cual se deducen las siguientes ecuaciones: c s
6 *
f l
Nota: estas fórmulas se usan en circuitos con c.c. y en circuitos con c.a. purameri
te resistivos. Más adelante se verá cómo se usan en circuitos con corriente
alterna. P(&n*f
0,3
2. C O R R I E N T E A L T E R N A
2.1. C A R A C T E R I S T I C A S G E N E R A L E S
2.1.1. CICLO :
Variación completa de la tensión y/o corriente de 0 a un valor máximo positivo
y luego a 0, de éste a un valor máximo negativo y finalmente a 0.
+ /
9 0°
i
/ ° °
¡
 l 8 0 ° 270° 3 6 0 °
180° l ¡ 3 6
° °
i /
9 0 °
;
— 
i / ;
2 7 0 °
representación vecto-
r i a l y sinusoidal de l a
corriente alterna
2.1.2. F R E C U E N C I A (f) :
Número de ciclos que se producen en un segundo. Su unidad es el hertz (Hz), que
equivale a un ciclo por segundo. Se representa -con la letra f.
2.1.3. PERIODO (T) :
Tiempo necesario para que un ciclo se repita. Se mide en segundos y se represen-
ta con la letra T.
Frecuencia y período son dos valores inversos: ~J" r
2.1.4. LONGITUD DE ONDA (X):
f =
1
Distancia (en línea recta) que puede recorrer la corriente en el tiempo que dura
un ciclo completo. Es igual a la velocidad de la corriente entre la frecuencia:
x = 300,000 Km/seg
f
2.1.5. FASE :
Es la relación de tiempo entre tensiones y/o corrientes alternas, independientemen-
te de sus magnitudes.
En una representación vectorial o cartesiana se puede considerar como fase cada
15
una de las posiciones que va ocupando un punto determinado a lo largo de su tra-
yectoria circular o sinusoidal. Estas variaciones se dan en grados, por lo cual se
denominan ángulos de fase.
2.1.6. D E F A S A J E O DIFERENCIA D E FASE :
Se dice que dos ondas (que tienen la misma longitud, no necesariamente la misma
magnitud) están defasadas cuando sus valores máximos no se producen al mismo
tiempo.
ondas en /jase. ondas de.£asadas
El defasaje que puede darse entre tensiones o corrientes, como también entre una
tensión con relación a una corriente, depende del retraso o adelanto de una onda
con respecto a otra. Generalmente se mide en grados, para una mayor precisión.
2.2. V A L O R E S F U N D A M E N T A L E S
2.2.1. V A L O R INSTANTANEO :
Es el valor que tiene la tensión y/o corriente en un instante determinado. De allí
que una onda tiene infinito número de valores instantáneos.
2.2.2. V A L O R M A X I M O O PICO :
Es el mayor de los valores instantáneos que puede alcanzar la corriente y/o ten-
sión en un semiciclo. Nos determina la amplitud de la onda.
Este valor es importante por:
* Seguridad: debe tenerse presente que el valor máximo del voltaje en co-
rriente alterna, aún cuando sólo se produce dos veces por cada ciclo, es
mayor que el voltaje considerado comúnmente. Por ejemplo el valor pico
para una tensión de 208 V es 294 V, mucho más alto y por consiguiente
más peligroso que los 208 V.
* Aislamiento: A l considerar el aislamiento de un conductor, se debe tener
en cuenta el valor máximo de la tensión, ya que en realidad soportará
tensiones más altas (aún cuando esto suceda sólo en ciertos momentos)
en un circuito con c.a. que. otro equivalente con c e , y que podría perfo-
16
rar el material aislante.
- - V A L O R M A X I M O
— V A L O R E F I C A Z
V A L O R MEDIO
o PICO
Eívalor instantáneo se pro-
duce en todos los puntos
que conforman un c i c l o .
2.2.3. V A L O R MEDIO :
Es el promedio de todos los valores instantáneos de medio ciclo. Es igual a 0.637
del valor máximo.
Ejemplo : el valor medio para una tensión pico de 294 V será:
294 V x 0.637 = 187.27 V
2.2.4. V A L O R E F I C A Z ó C U A D R A T I C O MEDIO (r.c.m.) :
El valor eficaz de una tensión o corriente alterna es el que, en un circuito pura-
mente resistivo, produce la misma cantidad de.calor que la producida por una co-
rriente continua del mismo valor. Por ejemplo una corriente alterna, cuyo valor
eficaz es 1 A generará el mismo calor, en una resistencia de 10 ohmios, que el ge
nerado por una corriente continua de 1 A .
El valor eficaz es igual a la raíz cuadrada del valor medio de la suma de los cua-
drados de los valores instantáneos de corriente o tensión durante medio ciclo.
En función del valor pico, el valor eficaz es 0.707 del valor pico; o bien podemos
obtener el valor eficaz dividiendo el valor pico por 1.4142 .
Este es el valor más importante, ya que cuando se habla ordinariamente de cier-
tos valores de tensión o corriente, se está haciendo referencia al valor eficaz. Así,
cuando se habla de 12», 150, 2f8, 2 S i , 38t é 4 4 i V (tensiones más usadas en nues^
tro medio) se hace referencia exclusivamente a los valores eficaces.
2.3. SISTEMAS M A S E M P L E A D A S
2.3.1. SISTEMA M#N«FASIC® :
Sistema en el cual se emplea una fase y el neutro (sistema bifilar).
2.3.2. SISTEMA BIFASIC» :
En este sistema se emplean dos fases (bifilar) o dos fases y neutro (trifilar), por
17
lo cual se lo llama también monofásico trifilar.
2.3.3. SISTEMA TRIFASICO :
Recibe el nombre de sistema polifásico de corriente el conjunto formado por va-
rias corrientes alternas monofásicas, de igual frecuencia y valor eficaz, y que es-
tán defasadas entre sí un ángulo eléctrico igual a 360°, dividido por el número de
fases.
Se denomina fase a cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema.
Por excepción recibe el nombre de sistema bifásico aquel formado por dos fuerzas
electromotrices alternas monofásicas, defasadas entre sí 90° y no 180°, como se
supondría por la definición anterior.
El más utilizado de los sistemas polifásicos es el TRIFASICO (trifilar o tetrafilar),
por las ventajas que ofrece: facilidad de transporte, sencillez, menor consumo, ve_r
satilidad de algunas máquinas alimentadas por este sistema (por ejemplo motores
asincronos trifásicos), etc.
R
representación vectorial representación sinusoidal
La rotación de tres bobinas igualmente espaciadas en el interior de un campo m a ¿
nético constante, genera tres fuerzas electromotrices inducidas, con tensiones de
la misma magnitud, defasadas entre sí 120°.
Estos tres grupos pueden conectarse en estrella o en triángulo.
2.3.3.1. Conexión en estrella :
Esta forma de conexión se obtiene uniendo los tres finales de las bobinas entre
sí, formando un punto común llamado punto neutro (de donde se saca el conductor
neutro) y los tres principios quedan libres para entregar las tensiones de las tres
fases (R - S - T).
Con esta forma de conexionado puede obtenerse un sistema trifásico trifilar o te-
trafilar, así como dos tipos de tensiones y/o corrientes: de fase y de línea.
a) Tensión de fsse o tensión simple (Ef ):
"Fis la diferencia de potencial entre un conductor de línea (fase) y el conductor
neutro (RN - SN - TN).
18
/
b) Tensión de línea o tensión compuesta (EL):
Es la diferencia de potencial entre dos conductores de línea (tensión entre fa-
ses = RS = R T = ST).
El valor de la tensión de línea y el de la tensión de fase están estrechamente re-
lacionadas entre sí. En efecto:
RS = R O + OS
sustituyendo E L = 2 R O
sustituyendo E L = 2 X Cos 30° X Ef
sustituyendo EL = 2 X—¿ x Ef
simplificando E L =/3 Ef
donde
donde
Cos 30°
RS = E L y
RO = Cos 30c
' 2
RO
R N
OS
y R N Ef
o bien Ef =
E L
73
de modo que la tensión de línea será / 3 veces mayor que la tensión de fase y a
su vez la tensión de fase / 3 veces menor que la tensión de línea.
2.3.3.2. Conexión en triángulo:
Se realiza una conexión en triángulo cuando se
une el final de una bobina con el principio de la
siguiente hasta obtener un sistema cerrado.
Las tres fases (R-S-T) se obtienen de los tres pun
tos de unión. En este caso obtendremos únicamen-
te un sistema trifásico trifilar (sin conductor neu-
tro por carecer del punto común para obtenerlo)
con sólo tensión de línea, ya que la tensión de
fase es igual a la tensión de línea.
En los sistemas trifásicos las tensiones y/o corrien_
tes se dan siempre por sus valores eficaces entre
fases o entre fases y neutro, que corresponden a
las tensiones de línea y fase respectivamente.
19
3. CIRCUITOS E L E C T R I C O S C O N A . C .
3.1. GENERALIDADES
Un circuito eléctrico es el recorrido completo que realiza la corriente, desde que
sale de la fuente hasta que retorna a ella, pasando por una o más cargas (disposi-
tivos donde la energía eléctrica se transforma en otras formas de energía) a tra-
vés de unos conductores.
En consecuencia, todo circuito eléctrico debe estar compuesto necesariamente por:
a. Fuente de energía
b. Conductores de conexión
c. Carga
C O N D U C T O R
D E E N E R G I A I C A R G A
C O ' N D U C T O R
3.1.1. CIRCUITO ABIERTO :
Circuito que se encuentra interrumpido en a l -
gún punto del mismo. Se tiene energía, pero
no hay flujo de corriente eléctrica.
3.1.2. CIRCUITO C E R R A D O :
Circuito sin interrupción alguna. Se tiene ener-
gía y flujo de corriente eléctrica.
3.2. CIRCUITOS P U R A M E N T E RESISTIVOS
Circuitos en los cuales las cargas eléctricas están constituidas exclusivamente por
resistencias.
20
3.2.1. CIRCUITO SERIE
Circuito en el cual' la corriente tiene
un solo recorrido. 1
Cálculo de I, E y R:
It = 1
1 = 2=... In
Et= El + E¡2+... En
Rt= R1+ R2+... Rn
3.2.2. CIRCUITO P A R A L E L O
Circuito en el cual la corriente tiene
posibilidad de varios recorridos.
Cálculo de I, E y R:
It = I1+I2+... In
Et = El = E2 =
.
.
. En
±_
Rt R1
j _
R2 " Rn
Nota: cuando en un circuito paralelo se tienen solamente dos resistencias diferen-
tes, se puede emplear la siguiente ecuación (derivada de la fórmula general):
Rt
R1 R2
:
R1+ R2
3.2.3. CIRCUITO SERIE - P A R A L E L O o MIXTO :
Circuito en el cual la corriente tiene
en parte un solo recorrido, y en par-
te posibilidad de varios recorridos.
Cálculo de I, E y R :
Para calcular estas tres magnitudes,
debe reducirse previamente el circui-
to mixto a uno que sea solamente
serie o solamente paralelo.
Notas: * En todos estos circuitos los valores de I y E se consideran por sus valo-
res eficaces.
«
* La- ley de ohm tiene completa y total aplicación, exactamente como si
se tratara de circuitos con corriente continua.
r — V v V
1
— V v V A A / v
3.3. CIRCUITOS R L Y R C
3.3.1. G E N E R A L I D A D E S SOBRE ELECTROMAGNETISMO :
3.3.1.1. Campo magnético originado en un conductor:
En todo conductor, a través del cual circula corriente, se genera un campo magné
tico circular. L a intensidad de este campo está dado por las líneas de fuerza que
21
se producen, así como por la distancia que hay entre ellas, i
El sentido de las líneas de fuerza se determina mediante la regla de la mano iz-
quierda: si se cierra la mano izquierda alrededor de un conductor, de manera que
el pulgar señale la dirección del flujo de la corriente, el campo magnético que ro-
dea el conductor tendrá la dirección de los dedos que rodean el conductor.
3.3.1.2. Campo magnético originado en un solenoide:
Solenoide es un conductor arrollado en forma de espiral. A l circular la corriente
por él, se genera un campo magnético similar al de un imán.
La polaridad de dicho campo se conoce mediante la regla de la mano izquierda:
si se cierra la mano izquierda alrededor de un solenoide, de manera que los dedos
que rodean el solenoide señalen la dirección de la corriente, el dedo pulgar seña-
lará el polo norte.
3.3.1.3. Campo magnético originado por una corriente alterna:
Como la corriente alterna varía constantemente en magnitud y sentido, también
el campo magnético generado en el conductor y/o solenoide, por el que circula a.
c. cambiará constantemente en intensidad (magnitud) y polaridad (sentido de las
líneas de fuerza).
3.3.1.4. Fuerza electromotriz inducida o fuerza eontraeleetromotriz (fcem):
Cuando se mueve un conductor a través de un campo magnético, se genera o in-
duce una fuerza electromotriz (FEM) en el conductor. L a dirección de ésta depen-
de de la dirección del movimiento del conductor, respecto a la dirección del cam-
po magnético, y se determina mediante la regla de la mano derecha: si se coloca
el pulgar, el índice y el dedo medio formando ángulos rectos entre sí, de modo
que el pulgar nos señale la dirección hacia donde se desplaza el conductor, y el
índice la dirección de las líneas de fuerza, el dedo medio nos señalará el sentido
en el cual fluye la fuerza electromotriz inducida.
La magnitud de la fuerza electromotriz inducida será:
a) Directamente proporcional a la intensidad del campo magnético
b) Directamente proporcional a la longitud del conductor
c) Directamente proporcional a la velocidad con que el conductor atraviesa el cam
po magnético.
d) Proporcional a la dirección hacia donde se mueve el conductor:
. si el conductor se mueve formando ángulo recto con respecto a la dirección
del campo, la F E M es máxima;
. si el conductor se mueve paralelamente a la dirección del campo, no se indu-
ce F E M .
De acuerdo con la ley de Lenz, un
cambio en la corriente produce una
F E M cuya dirección es tal que se opo-
ne al cambio de la corriente, es decir,
cuando una corriente está disminuyen-
do, la F E M inducida tiene la misma
dirección de la corriente y trata de
mantenerla en su valor sin que dismi-
nuya; y si está en aumento se produce
un fenómeno similar, pero contrario,
ya que la polaridad de la F E M induci-
da es opuesta a la dirección de la co-
rriente, tratando de evitar que ésta
aumente. De allí que la E aplicada y la F E M inducida estarán siempre defasadas
180°, por lo cual la acción de la F E M inducida es opuesta a la acción aplicada,
razón por la cual se la llama también fuerza eontraeleetromotriz (fcem).
La fuerza eontraeleetromotriz dependerá también de la forma del conductor, de
allí que cuando e'ste es arrollado en forma de bobina, la fcem aumentará, por cua_n
to el flujo magnético, al expanderse y contraerse, cortará varias espiras al mismo
tiempo.
3.3,1.5. Autoinducción:
Debido a una variación constante que se produce en el campo magnético que se
genera alrededor de un conductor, por el cual circula c.a., puede considerarse que
las líneas de fuerza cortan el conductor, produciéndose un efecto similar al origi-
nado cuando el conductor se mueve dentro de un campo magnético, es decir, se
genera o induce una F E M en el mismo conductor, o sea se produce autoinducción.
Como toda F E M inducida tiene magnitud y polaridad, que dependen de la rapidez
con que se expande o reduce el campo magnético, lo cual a su vez depende de
la velocidad con que varía la corriente, es decir de la frecuencia, de manera que
a mayor frecuencia, mayor F E M inducida.
23
Así 'mismo depende de la intensidad de la corriente: las corrientes intensas produ-
cén campos magnéticos más intensos, de tal manera que la F E M autoinducida será
directamente proporcional a la amplitud y frecuencia de la corriente alterna que
la produce.
3.3.1.6. Inducción mutua:
La inducción de la F E M en una bobina por líneas de fuerza generadas por otra bo-
bina, recibe el nombre de inducción mutua.
La bobina que genera las líneas de fuerza o flujo se denomina primario, y aquella
en la cual se induce la F E M se llama secundario.
La magnitud de la F E M inducida depende de:
a) Posición relativa de las dos bobinas,
b) Número de espiras que tengan las bobinas:
. si el secundario tiene menor número de espiras que el primario, la F E M indu-
cida será menor;
. si el secundario tiene mayor número de espiras que el primario, la F E M indu-
cida será mayor.
La inducción mutua tiene directa aplicación en los transformadores.
3.3.2. INDUCTANCIA (L) :
Aún cuando la inductancia es en realidad una característica física del conductor,
a menudo se la define, más bien, en función del efecto que tiene en el flujo de
la corriente, y que se expresa así:
Inductancia (cuya unidad ej> el tien/iy J es ta pn.opted.ad de. un
cisicuiío elÁctntco a oponesise a cnalautesi camJLLo de. ta co-
nfitente en ét.
Los conductores arrollados en forma de solenoides o bobinas son los que presentan
las mayores inductancias.
Es un arrollamiento de alambre en forma de espiral. Está compuesta por:
a) Conductor: suele ser un alambre sólido de cobre, revestido con un aislamiento
esmaltado,, a través del cual circulará la corriente.
b) Núcleo: elemento que se encuentra dentro de la bobina. Puede ser de un mate-
rial ferromagnético o de un material aislante (en cuyo caso normalmente sólo
será soporte o formaleta y no a.dquirirá propiedades magnéticas).
Cuando el núcleo puede moverse dentro de la bobina, se obtiene una inductan-
cia variable (determinada por la posición del núcleo).
La inductancia de una bobina depende:
a) Del núcleo:
' Material del cual está hecho: ya que si es ferromagnético, el campo magné-
tico se intensifica por el reforzamiento o suma de las líneas de fuerza pro-
3.3.2.1. L a bobina:
24
ducidas por la bobina. ir fl
I
. Sección transversal: a mayor área transversal se obtendrá un mayor numero
de líneas de fuerza.
Longitud: a mayor longitud corresponde un flujo magnético menor.
b) De las espiras:
A mayor número de espiras, mayor inductancia
Cuanto más cercanas entre sí las espiras, se tendrá una mayor inductancia
Todos estos factores se expresan m a t e m á t i c a m e n t e de la siguiente forma:
, _ 0.4 TT N 2
p A donde: N = número de espiras
¿ y = permeabilidad magnética
A= área transversal del núcleo
í = longitud del núcleo
c) De la intensidad de la corriente: cuanto mayor corriente circule por la bobina,
se obtendrá mayor intensidad en el campo magnético.
Cuando el núcleo llega a un límite máximo de flujo magnético, se dice que éste
se ha saturado.
3.3.2.2. Inductancia pura:
Es aquella que se considera sin
resistencia ni capacitancia.
El efecto inductivo que se pro-
duce en una bobina, considerada
como inductancia pura, provoca
un defasamiento de atraso de
90° de la corriente con respec-
to a la tensión. Este defasaje'
máximo irá disminuyendo a me-
dida que aumente la resistencia
de la bobina, pues en un circui-
to puramente resistivo la ten-
sión e intensidad están en fase.
3.3.2.3. Reactancia inductiva ( X L ):
En un circuito de c.a. con solo inductancias, la cantidad de corriente que fluye
es determinada por la fcem que contrarresta la tensión aplicada, por lo que se
comporta como una resistencia, al limitar el flujo de corriente. Por este motivo
la oposición que presenta una inductancia al paso de corriente alterna se llama
reactancia inductiva y se expresa en ohms.
Como la fcem depende de la L y de la f, la X L se puede calcular así:
donde: 2-rrf representa la rapidez de cambio de la corrien
X L = 2rrfL te
L es la inductancia expresada en henrys
Dado que en un circuito puramente inductivo, el único factor que limita el flujo
de corriente es la reactancia inductiva, puede aplicarse la ley de ohm, con la co-
25
rrespondiente adecuación. Así obtendremos: I
X L
teniendo presente de que un v a -
lor específico de reactancia inductiva se aplica sólo para una frecuencia específi-
ca, de tal manera que si se altera la f, también quedará alterada la X L , haciendo
que un mismo circuito sea m á s o menos inductivo.
3.3.2.4. Cálculo de la inductancia total en circuitos puramente inductivos:
a) Circuitos en serie : L t = L i + L2 +... L n
b) Circuitos en paralelo : =
- d +
L 2 +
" ' Ln
3.3.3. CIRCUITOS R L E N SERIE Y E N P A R A L E L O :
3.3.3.1. Propiedades del triángulo rectángulo:
a) Teorema de Pitágoras: establece
una relación entre los tres lados
de un triángulo rectángulo.
Se enuncia así: la hipotenusa (H)
al cuadrado es igual a la suma
de ios cuadrados de los catetos.
A N G U L O
R E C T O
Su expresión matemáticas es:
H 2
= C 2
A N G U L O A G U D O
— H I P O T E N U S A (Ht
C A T E T O S ^ S » A N G U L O
 ( C j c ) / A G U D O

+ c
b) Funciones trigonométricas básicas: es la relación establecida entre catetos o en-
tre un cateto y la hipotenusa, en función de los ángulos agudos del triángulo
rectángulo. Está dada por un valor numérico.
Las funciones básicas son:
* SENO de un ángulo agudo es la relación entre
el cateto opuesto a dicho ángulo y la hipotenusa:
Sena
cateto BC
Seng =
cateto AC
hipotenusa hipotenusa
El valor numérico está entre 0 y 1
* COSENO de un ángulo agudo es la relación en-
tre el cateto adyacente a dicho ángulo y la hipo-
tenusa:
Cos a =
cateto AC
Cos 3
cateto BC
hipotenusa hipotenusa
El valor numérico está entre 1 y "
0
* T A N G E N T E de un ángulo agudo es la relación entre el cateto opuesto y el
cateto adyacente a dicho ángulo, o bien la relación entre el seno y el coseno
del mismo ángulo.
tan a
tan 3 =
catetoBC
catetoAC
cateto AC
cateto BC
tan a
tan 3
Sen a
Cos a
Sen 3
Cos 3
26
El valor numérico no tiene las limitaciones del seno y coseno.
Nota: conocida. una función puede hallarse el valor del ángulo correspondiente
mediante la función inversa (arco seno, arco coseno y arco tangente).
3.3.3.2. Circuitos RL:
Un circuito R L es aquel que está formado tanto por resistencias como por induc-
tancias.
La diferencia fundamental entre un circuito R L y un circuito puramente resistivo
radica en que las relaciones de fase en las partes resistivas del circuito R L son
diferentes a las relaciones de fase en las partes inductivas, afectando ambas, aun-
que en forma diferente, el funcionamiento general del circuito.
En estos circuitos, tanto la resistencia como la reactancia inductiva, se oponen
al flujo de corriente. E l efecto combinado de ambos es lo que se denomina IMPE-
DANCIA (Z) del circuito, y que se mide en ohmios.
En estos circuitos, la ley de ohm es totalmente aplicable, con la salvedad de que,
según los componentes que se usen, la R debe considerarse bien sea como X L O
E E E
bien sea como Z . En consecuencia tendremos: I = o I = o I = ^
3.3.3.3. Circuitos RL en serie:
Un circuito R L en serie puede estar constituido por una o más resistencias y por
una o más inductancias.
Cuando la resistencia interna de la bobina o bobinas es 10 veces inferior a alguna
de las resistencias del circuito, no se toma en cuenta su valor, por lo que normal-
mente las bobinas se consideran como inductancias puras.
R
V W V 1
2 0 0 Í I
K Y Y Y N
l 10 mh '
3.3.-3.3.1. Intz/LsiJjdad:
Por ser un circuito serie, la intensidad será la misma en todo el circuito, exacta-
mente como si fuera un circuito puramente resistivo
Por consiguiente, para el gráfico siguiente, tendremos:
27
R,= 4 0 0 f l R2 = 2 0 0 í l
A A A / V — W v V
L, =0. 2 h L 2 = 0 . 3 h
I t = I R i = I R2 = iLj = l L 2
Aplicando la ley de ohm tendremos:
I t =
l I R =
I I l =
I L
3.3.3.3.2. Testównj
En un circuito puramente resistivo la tensión total es igual a la suma algebraica
de las tensiones parciales. En un circuito R L en serie, la tensión total también
será igual a la suma de las tensiones parciales (ER y E L ) , pero teniendo presente
que la tensión en R está en fase con la intensidad, mientras que en la inductancia
la E está adelantada 90° con respecto a I, de manera que, tomando como referen-
cia la corriente, se puede afirmar que E L está adelantada 90° con respecto a E R .
A A / v V
E[_= 6 0 V
Aplicando la ley de ohm obtenemos las siguientes
expresiones para las tensiones parciales:
E R = 1R x R E L = I I x X L
La E total será la suma vectorial de las tensiones
parciales de R y L, donde E L y E R son dos vecto-
res perpendiculares. La suma de ambos será la hipo-
tenusa del triángulo rectángulo que se ha formado,
en el cual E L y E R son los catetos.
E o = 8 0 V
Por lo tanto, aplicando el teorema de pitágoras ten_
dremos:
Et = / E 2
R + E 2
L
E t = / 802
V + 602
V
E t = / 10,000 V
E t = 100 V
Así como E L está defasada 90° con respecto a ER ,
también la Et estará defasada de E R , pudiéndose
averiguar éste ángulo de defasaje de la siguiente
manera:
El vector que representa la E t y el vector que re-
presenta la E R forman un triángulo rectángulo, en
el cual la hipotenusa mide 100 V. el cateto ac; a-
cente al ángulo 80 V y el cateto opuesto (que es
igual a E L ) 60 V. Por consiguiente podemos apli-
car la siguiente función trigonométrica básica:
23
Cos a
E R
' E t
Cos a
- ] oo v - ° - 8
a = 36.87°
3.3.3.3.3. ImpedcuMua:
ft = lOOfl
M A / V
xL=5on
R = I 0 0 A
son
I 0 O A
Es la oposición total del circuito al flujo de corrien
te, equivalente a la R total de un circuito puramen_
te resistivo.
En un circuito puramente resistivo, la resistencia
total es igual a la suma algebraica de las resisten-
cias parciales.
En un circuito R L en serie, como la I es la misma
para la resistencia y la inductancia, en tanto que
la E L está adelantada 90° con respecto a E R , se
considera que X L está adelantada 90° con respecto
a R .
De allí que, para calcular la impedancia, la suma
de R y X L deberá ser una suma vectorial.
Por un proceso similar al aplicado para calcular la
E t tendremos:
/ R 3
Z = / I 0 0 2
n + 502
Í2
Z - /12.500Q
Z = 111.80Í2
El ángulo de defasaje de E e I, en función de los
componentes resistivos, se calcula como sigue:
Cosa =
lOOft
Cosa =
111.80Í2
Cosa = 0 . 8 9 4 4 5 4
a = 2 6 . 5 6 °
29
3.3.3.3.4. ¿peto de. la pLe.caen.cla en un ctn.cuito RL en ¿ejile.:
Los valores relativos de X L y R determinan el ángulo de defasaje entre Z e L '
Como X L varía con la frecuencia, también el valor relativo de Z se verá afecta-
do, por lo que un mismo circuito tendrá propiedades distintas, variando únicamen-
te la frecuencia: cuanto m á s baja la frecuencia, el circuito se comportará como
un circuito exclusivamente resistivo (por ser X L bajo), y cuanto más alta la fre-
cuencia, se comportará como un circuito puramente inductivo (XL es mayor).
3.3.3.4. Circuitos R L en paralelo:
Circuitos en los cuales se tienen una o m á s resistencias y una o m á s inductancias
conectadas en paralelo.
3.3.3.4.1. Ienslón:
A l igual que en un circuito puramente resistivo, en un circuito R L la tensión total
es la misma en cada una de las ramas resistivas e inductivas.
1 2 0 V ( O j 120 v
E t = E R = E L
Aplicando la ley de ohm:
E R = I R R E L = I L X L
E t = ItZ
3.3.3.4.2. Intensidad:
La corriente total, la corriente de las ramas resistiva e inductiva son independien-
tes, pues la cantidad de corriente que circula por cada rama estará dada por los
valores que tengan las resistencias y las reactancias inductivas, por cuanto la ten-
sión es la misma en todas las ramas.
En consecuencia tendremos:
para las ramas resistivas: I R =
R
E
para las ramas inductivas: I I = v ,
A L
La corriente total será igual a la suma vectorial de
las corrientes de las ramas resistivas e inductivas,
por la diferencia de fase existente entre ellas, ya
que I R está adelantada 90° a I L . En efecto, come
la tensión es la misma en ambas ramas, se puede
afirmar que ésta está en fase con IR , y adelantada
90° a I I .
30
I, =0.5 A
I, =0.5A
o.a A
Por este motivo, la intensidad total del circuito R L
en paralelo, se hallará aplicando el teorema de pitá-
goras (en forma similar a la aplicada para calcular
la tensión total en un circuito R L en serie).
It = / P e + I a
L
I t = / 0 . 8 2
A + 0.52
A
It = / 0 . 8 9 A
I t = 0.94A
Si se aplica la ley de ohm
tendremos: It = %
Para calcular el ángulo de defasaje entre It y E
(= I R ) se emplea la siguiente función trigonométri-
ca básica:
Cosa =
IR
It
Cosa =
0.8
0.94
Cosa = 0.847998
a = 32°
3.3.3.4.3. Impeidancla:
Es la oposición total al flujo de corriente presentada tanto por la rama resistiva,
como por la rama inductiva.
Su valor se calcula en forma similar a la realizada en un circuito puramente re-
sistivo con dos resistencias.
R X L
/R
2
+ X 2
L
Z = IQQ Q x 5 0 Q Como puede observarse el
R 2>ioon L - < x L = 5 o n / i o o 2
f i + 5 0 2
valor de Z siempre será i n -
Z = 44.7 Q
ferior al valor más bajo del
circuito.
En el caso de conocerse la E t y la It.se aplica la ley de ohm:
It
31
El ángulo de defasaje entre It y E, en función de R, X L y Z se halla mediante la
siguiente ecuación:
3.3.3.4.4. Lpcío de. la -pue.caen.cla en cMicuito-6 RL en panatela:
Los efectos que produce el cambio de frecuencia en un circuito R L en paralelo
son diferentes a los efectos que se produce en un circuito R L en serie, donde el
aumento de la frecuencia hace m á s inductivo un circuito.
En efecto, en un circuito R L en paralelo, el aumento en la frecuencia produce un
aumento en X L , haciendo m á s resistivo el circuito y por consiguiente menos induc
tivo, debido a que la corriente en la rama inductiva será menor, mientras que en
la rama resistiva se hace mayor.
A l disminuir la frecuencia se produce un fenómeno opuesto al anterior, de tal ma-
nera que, a frecuencias muy bajas, el circuito será casi exclusivamente inductivo.
Por este motivo, a medida que aumenta la frecuencia, disminuye el ángulo de de-
fasaje
3.3.4. C A P A C I T A N C I A (C) :
Es la propiedad de un circuito eléctrico que le permite almacenar energía eléctri-
ca, por medio de un campo electrostático, para liberarlo posteriormente.
L a unidad de capacitancia es el faradio (= cuando al aplicar a dos placas 1 voltio,
almacena 1 columbio de carga en cada una de ellas).
El efecto capacitivo que se produce en un condensador (cuando se lo considera co-
mo capacitancia pura) provoca un defasamiento de adelanto de 90° de la corriente
respecto a la tensión.
Este defasaje máximo irá disminuyendo a medida que vaya aumentando la resisten-
cia.
Cosa =
O- • v w v
o o
R C
s
32
3.3.4.1. Capacitores:
Más comúnmente conocidos como condensadores, son elementos que introducen ca-
pacitancia en un circuito.
Existe un capacitor siempre que un material aislante separe a dos conductores que
tengan diferencia de potencial entre sí.
Los capacitores están constituidos por dos placas y un material aislante o dieléc-
trico.
Un capacitor está cargado cuando existe diferencia de potencial entre sus placas.
A mayor carga de las placas se obtendrá un campo eléctrico más intenso, pero si
esta carga es excesiva (sobrecarga) se produce la perforación de las placas, dete-
riorándose el capacitor.
3.3.4.2. Reactancia capacitiva (Xc):
Un capacitor se opone al flujo de corriente alterna en forma análoga a una resis-
tencia o a una inductancia. Esta oposición que presentan las capacitancias se deno-
mina reactancia capacitiva y se expresa en ohmios.
Como el flujo de corriente es directamente proporcional a la frecuencia y capaci-
tancia, la reactancia capacitiva será inversamente proporcional a los mismos. De
allí que ésta puede calcularse mediante la siguiente expresión:
donde: 2irf representa la rapidez de cambio de la
corriente
C es la capacitancia expresada en faradios
X c
1
2rrfC
En un circuito capacitivo (al igual que en los circuitos inductivos), como el único
factor que limita el flujo de corriente es la reactancia capacitiva, puede aplicar-
se la ley de ohm, con la correspondiente adecuación, obteniéndose la siguiente ex-
E
presión: I =
Como X c es inversamente proporcional a la f, cuando ésta se altere, también se
modificará la corriente, pero en proporción directa.
3.3.4.3. Cálculo de la capacitancia total en circuitos puramente capacitivos:
a) Circuitos en serie: ^ ~ = TT + 7*- +••• h~
C t C i C2 C n
b) Circuitos en paralelo: Ct = C1 + C2 + ... Cn
33
3.3.5. CIRCUITOS R C E N SERIE Y E N P A R A L E L O
3.3.5.1. Circuitos R C en serie:
V s A A V A A n
R. R ,
C i
"Ir
es
Son circuitos compuestos por una o más resis-
tencias y por uno o m á s capacitores.
3.3.5,1.1. Intensidad:
Como todo circuito serie, la corriente total es la misma que fluye a través de to-
dos y cada uno de los diversos componentes, es decir a través de las resistencias
y capacitores.
A A / v V
lf IR
le
-II-
I t = I R = Ic
Aplicando la ley de ohm:
3.3.5.1.2. i envión:
La tensión total del circuito se obtiene:
A A / W -
ER= 120 V
Aplicando la ley de ohm:
Et = I t Z
Sumando vectorialmente:
, /////
1 E„=I20V
°^¿A/A
Et = / E R + E 2
c
Et = / 1 2 0 2
V + 1002
V
Et = /24,400V
Et = 156.20V
34
El ángulo de defasaje, formado por la corriente y
la tensión total, se calcula empleando la siguiente
función trigonométrica básica:
Cos a
E R
E t
Cos a
1 2 0 V
1 5 6 . 2 0 V
Cos a = 0 . 7 6 8 2
a = 3 9 . 8 0 °
3.3.5.1.3. Impeaan.c¿a:
Es la oposición total al flujo de la corriente que ofrecen las resistencias y reactan
cias capacitivas del circuito.
A / W V
ioon
-Ir
s o n
Su valor se calcula sumando vectorialmente R y X c
Z = / R 2
+ X 2
c
Z = / 1002
ft + 802
ü
Z = / 16,400 fi
Z = 128.06 n
Aplicando la ley de ohm:
E t
Z =
I
Para averiguar el ángulo de defasaje en función de
los componentes resistivos (Z, R y Xc), se emplea
la siguiente función trigonométrica:
Cos a
R
~ Z
Cos a
íoon
~ 128.06
Cos a = 0.7809
a = 38.66°
3.3.5.2. Circuitos R C en paralelo:
Circuitos en los cuales se tienen una o más resistencias y una o más capacitancias
conectadas en paralelo.
Por procesos similares a los realizados en circuitos R L en paralelo tendremos:
35
3.3.5.2.1. Tensión:
1 1 0 V
c m I I 0 V
La tensión aplicada (Et) a un circuito R C en parale-
lo llega directamente a cada rama, de tal manera
que la tensión total es la misma e igual, tanto en
la rama resistiva como en la rama capacitiva.
E t = E R = Ec
Aplicando la ley de ohm:
Et = It Z
3.3.5.2.2. Iníensislad:
' 0 . 5 A
, 0 . 2 A
1 1 0 V
2 o o j i c ~ * ~ X c = n o n .
La corriente de cada rama es independiente, estando
supeditada únicamente al valor que R y X c tengan,
por cuanto la tensión es la misma en ambas ramas.
Aplicando la ley de ohm obtendremos
IR
E
R
I c
= X c
Como en la rama resistiva I esta en fase con E,mie_n
tras en la rama capacitiva I está adelantada 90° a
E (siendo E la misma en ambas ramas),se puede afir-
mar que Ic está adelantada 90° a I , de manera que
para averiguar la intensidad total del circuito debe-
mos sumar vectorialmente I e Ic.
De esta manera obtenemos:
It
It
/ I 2
R + I 2
C
/ 0 . 5 2
A + 0.22
A
It = / 0 . 2 9 A
It = 0.54A
Si se conociera Z, se puede
aplicar directamente la ley
ohm: It
E
Z
El ángulo de defasaje entre It y E (o IR) se obtiene
mediante procesos análogos a los empleados en circuj_
tos R L en paralelo:
N I R
C o s a =
TT
3.3.5.2.3. Impedancla:
Oposición total al flujo de la corriente tanto en la rama resistiva como en la ra-
ma capacitiva. Aplicando un procedimiento similar al empleado en circuitos R L en
paralelo obtendremos: Z =
R X c
/ R 2
+ X 2
c
o aplicando la ley de ohm: Z = JT~
El valor de la impedancia siempre será inferior a R y X c . De estos dos factores,
el de menor valor (y que por tanto deja pasar m á s corriente) es quien determina
el tipo predominante del circuito: si es resistivo o capacitivo.
36
4. POTENCIA ELECTRICA EN A.C.
4.1. POTENCIA ELECTRICA EN CIRCUITOS PURAMENTE RESISTIVOS (o en cir-
cuitos con ce.)
4.1.1. ASPECTOS GENERALES :
Si se aplica una diferencia de potencial a un circuito, éste será recorrido por una
determinada cantidad de electricidad que se transformará en otra forma de ener-
gía (luz, calor, movimiento mecánico, etc.), por lo cual decimos que se realiza un
trabajo eléctrico, el cual será proporcional a la tensión y a la cantidad de corrien-
te que recorre el circuito.
Como un mismo trabajo puede realizarse en tiempos diferentes, la rapidez con que
éste se realice se llamará POTENCIA y se expresará en unidades de trabajo y de
tiempo:
* Joule (J): es la unidad de trabajo eléctrico y se define como el trabajo efectuado
por un columbio, con una diferencia de potencial de un voltio.
* L a unidad de tiempo que se toma en cuenta es el segundo.
En base a estas dos unidades, POTENCIA ELECTRICA (P) se define como el tra-
bajo eléctrico que se realiza en unidad de tiempo. L a unidad es el vatio.
VATIO o WATT (W): es el trabajo realizado cuando fluye un amperio, con una dife-
rencia de potencial de un voltio.
Múltiplos: Kilovatio (KW) = 1,000 W
Megavatio (MW) = l'OOO.OOO W
El instrumento que se emplea para medir potencia eléctrica es el vatímetro.
4.1.2. L E Y D E WATT :
Nos indica la relación existente entre la potencia, la corriente y la tensión. Se
enuncia de la siguiente manera:
"La potencia es aln^cLamente. p/iopo/LcÁ-onaJL a la Intensalaa y a xa nenó-ton
Su expresión- matemática es: P = I x E
En los circuitos con c . c , la potencia absorbida está dada por la anterior ecuación,
sin tener en cuenta el tipo de carga que tenga.
En los crcuitos con A . C , donde la carga sea puramente resistiva, la potencia es-
tará dada por la misma expresión, exactamente como si fuera un circuito con c . c ,
ya que como I y E están en fase y sus valores instantáneos tienen siempre el mis-
mo signo (unas veces positivo y otras negativo), la potencia será siempre positiva
e igual al producto de la tensión por la intensidad. •
37
En el presente gráfico podemos ver, en efecto,
que, tanto en el primer semiciclo, donde todos
los valores son positivos, como en el segundo,
en el cual todos los valores son negativos,
la potencia es siempre positiva.
De acuerdo con los diferentes sistemas, la ley de watt sufrirá algunas modificacio-
nes. En efecto obtendremos:
* Sistema monofásico bifilar: P = I x E f
* Sistema monofásico trifilar: P = I x E L
4.1.3. R E L A C I O N E S C O N L A L E Y D E O H M :
4.1.3.1. Potencia en función de E y R:
E
Según la ley de ohm tenemos: I = ^
Sustituyendo este valor de I en la fórmula de la potencia obtendremos:
4.1.3.2. Potencia en función de I y R:
Según la ley de ohm tenemos: E = I x R
Sustituyendo este valor de E en la fórmula de potencia obtendremos:
P = I x I x R
P = I2
x R
4.2. E N E R G I A E L E C T R I C A
Es la cantidad de potencia eléctrica consumida en determinado tiempo.
La unidad que mide energía eléctrica es el joule o julio.
JOULE (J) : Es la energía consumida cuando pasa un vatio durante un segundo:
J = W x seg.
* Sistema trifásico : P = / 3 ~ x I x E L
38
4.3. ENERGIA CALORIFICA
Cuando la corriente fluye a través de una resistencia, la energía eléctrica se trans
forma en energía calorífica, pudiendo tener efectos útiles o perjudiciales.
4.3.1. EFECTO JOULE :
Es la cantidad de calor producido (Q) por una resistencia. Es equivalente al produc_
to de la tensión que se aplica a una resistencia en sus extremos, por la corriente
que fluye a través de ella y por el tiempo (t), dado en segundos, que circula la
corriente por la misma, todo ello afectado por un coeficiente de proporcionalidad,
cuyo valor es 0.24. Se expresa en calorías (Cal).
Matemáticamente el efecto joule se expresa así:
Q = 0.24 x t x E x I o Q = 0.24 x R x I2
x t
Por su parte, la energía eléctrica, en función de la energía calorífica es igual a:
1 KWh = 864 KCal
4.3.2. POTENCIA DISIPADA O PERDIDA D E POTENCIA :
Es la energía que no se emplea en algo útil, como por ejemplo el calor producido
por bombillos y motores, son casos comunes de potencia disipada en forma de ca-
lor (P = I2
R).
La pérdida de potencia se puede reducir:
a) Disminuyendo la intensidad o la resistencia del conductor
b) Aumentando la tensión de alimentación.
4.4. POTENCIA EN CIRCUITOS NO RESISTIVOS
En los casos en que la carga no
es puramente resistiva, porque en
ella se tienen bobinas y/o conden-
sadores, se producirá un dafesaje
entre la tensión y la intensidad,
de modo que al aplicar la ley de
watt, el producto de E por I no
siempre será positivo, sino unas
veces positivo y otras negativo,
de acuerdo con el defasaje existeri
te.
4.4.1. F A C T O R DE POTENCIA o COS <
i
> :
4.4.1.1. Generalidades:
En los circuitos donde se presentan reactancias inductivas o capacitivas, parte de
la potencia suministrada por la fuente, es tomada por los inductores y/o capacito-
39
res,. y en lugar de ser consumida es almacenada temporalmente, para luego regre-
sar a la fuente, sea por el campo magnético (en las bobinas), o por el campo elec-
trostático (en los condensadores), de manera que al multiplicarse E x I, lo que en
realidad se obtiene no es la potencia consumida sino una potencia aparente.
En estos casos, para obtener la potencia realmente consumida, debe tomarse en
cuenta el ángulo de defasaje o Cos<j>, el cual nos indicará qué parte de la poten-
cia aparente es- potencia real o efectiva, es decir, qué tanto de la potencia sumi-
nistrada ha vuelto a la fuente.
E L
El FACTOR DE POTENCIA se define como el coseno del
ángulo correspondiente al defasaje que existe entre la ten-
sión total y la intensidad total en un circuito con corrien-
te alterna.
Recordemos lo visto en temas anteriores:
* En los circuitos puramente resistivos el Cosmes 1, ya que E e I están en fase
y por consiguiente el ángulo de defasaje es de 0°.
* En los circuitos R L : a) Si X L es mayor que R,el factor de potencia se aproxi-
ma a 0, ya que el circuito es más bien inductivo.
b) Si R es mayor que X L , e l factor de potencia se aproxi-
ma a 1, pues el circuito es más bien resistivo.
* En los circuitos R C : tendremos un fenómeno similar al anterior, con la dife-
rencia que, mientras en un circuito R L la I está atrasa-
da 90° con respecto a E, en los circuitos R C la I está
adelantada 90° con respecto a l .
4.4.1.2. Cálculo del factor de potencia:
Existen varias formas de calcular el Cose . Veamos algunas de ellas:
 c Potencia real o efectiva _ Pef
a
' o s
* " Potencia nominal o aparente " Pap
b) Coso = y- (en circuitos serie R L y RC)
7
c) C o s * = o ( e n circuitos paralelo R L y RC)
K
4.4.1.3. Corrección o mejora del factor de potencia:
Es muy importante que el factor de potencia sea lo más próximo posible a 1 (en
instalaciones residenciales no puede ser menor de 0.90), de manera que la energía
consumida sea igual a la energía suministrada, lo cual no sucede cuando los circui-
tos tienen cargas inductivas (motores, balastos, etc.).
40
F U E N T E C A R G A
Como los efectos inductivos y
capacitivos son opuestos, una de
las formas m á s efectivas de co-
rregir el bajo factor de potencia,
producido por cargas muy induc-
tivas, es utilizando condensado-
res (baterías de condensadores),
que se conectan en paralelo con
las cargas cuyo Cos * se desea
corregir o mejorar.
4.4.2. CLASES D E POTENCIA E L E C T R I C A :
Por los aspectos vistos anteriormente, ya no podemos considerar la potencia en
forma general (como en los circuitos con c.c. o en los circuitos puramente resisti-
vos), sino que es necesario diferenciar varios tipos de potencias.
4.4.2.1. Potencia nominal o aparente (Pap):
Es la potencia suministrada por la fuente. Es igual a: Pap = E I
La unidad es el V O L T A M P E R I O (VA), y tiene como múltiplos el kilovoltamperio
( K V A ) , equivalente a 1,000 V A , y el megavoltamperio, equivalente a l'OOO.OOO V A .
Es la potencia consumida en el circuito. Es igual a Pef = E I c o s 6 = Pap x eos*
La unidad es el VATIO (W), que tiene como múltiplos el kilovatio ( K W ) , equivalen-
te a 1,000 W , y el megavatio ( M W ) , equivalente a 1*000,000 W .
Existe otra unidad práctica equivalente y que es muy usada en nuestro medio,
el H.P. (horse power), equivalente a J746_ W : 1 H . P = 746 W
4.4.2.3. Potencia reactiva (Pr): 
Potencia denominada también desvatiada, por no producir potencia a causa de la
existencia de inductancias o capacitancias en el circuito, cuya función es propor-
cionar un campo magnético o cargar los condensadores. Es igual a: P r = E l s e n * .
La unidad es el V O L T A M P E R I O R E A C T I V O (VAr), y tiene como múltiplo el kilo-
var, equivalente a 1,000 V A r .
Estas tres clases de potencias podemos apre-
ciarlas gráficamente en el llamado triángulo de
potencias, donde la potencia real está repre-
sentada por el cateto adyacente, la potencia
nominal por la hipotenusa y la potencia reac-
tiva por el cateto opuesto.
eos <
p
41
En la realidad, contrariamente a lo que sucede en los circuitos puramente resisti-
vos, la potencia efectiva no siempre es igual a la potencia aparente.
En la práctica se tiende a reducir el ángulo de defasaje mejorando el factor de
potencia, porque si el defasamiento fuera 90°, el eos* sería 0, es decir, no se ten-
dría potencia real. E l eos* ideal es 1 y se da solamente en los circuitos puramen-
te resistivos. En esos casos la potencia real y aparente son exactamente iguales.
En los circuitos no resistivos como no es posible obtener este valor, se trata de
que el cos * sea lo más cercano a 1, considerándose un factor de potencia normal
0.8, pues valores más cercanos a 1 son más bien excepcionales.
4.4.3. POTENCIA E N SISTEMAS TRIFASICOS :
En los sistemas trifásicos, existe una diferencia de fase de 120° entre las diferen-
tes tensiones de fase (conductores de alimentación R - S - T).
Como vimos anteriormente existen dos tipos de conexión:
En estrella: En triángulo:
i.
J - T
IF =
IL
E F = E L
En cualesquiera de los dos sistemas, la potencia efectiva será igual a la suma ark
mética de las potencias efectivas de las tres fases.
De allí que en los sistemas equilibrados (cuando las potencias de las tres fases son
exactamente iguales) la potencia efectiva total será:
a) en estrella:
P t = 3 ( E F x Í F x Cos * )
P t = 3 —" x I L x Cos *
/ 3
b) en triángulo
I L
P t = 3 x EL x - x C o s *
/ 3
P t = / 3 x E L x I L x Cos<j
P t = / 3 x E L x IL x Cos *
De donde se deduce que en los sistemas equilibrados tendremos siempre:
42
Pef = / 3 x E x I x Cos <t> Pap = / 3 x E x I
donde E e I son valores de línea.
4.4.4. POTENCIA E N OTROS SISTEMAS :
4.4.4.1. Sistema monofásico bifilar:
Pap = E x I Pef = E x I x Cos <
J
>
donde E e I son valores de fase.
4.4.4.2. Sistema bifásico bifilar:
Pap = / 2 x E x I , j
donde E e I son valores de línea
Pef = v2 x E x I x cos *
4.4.5. E J E M P L O :
Determinar la corriente de línea de un motor trifásico de 10 HP, si la tensión de
línea es de 440 V, el factor de potencia 0.85 y el rendimiento del motor del 85%.
Como el rendimiento es sólo el 85%, la potencia suministrada debe ser mayor que
la potencia utilizada. En consecuencia:
Potencia suministrada: P = 7,460 W x 10 HP = 10 x 746 = 7,460 W
P = 8,776.47 W
Potencia utilizada: P = / 3 x E x I x eos*
p
De donde: I =—77? s r~
/ 3 x E x cos *
c , T 8,776.47 W
Sustituyendo valores: I =—rs-—' , m / A Q -
J
/ 3 x 440V x 0.8b
I = 13.56 A
E J E R C I C I O S
1. - Un motor trifásico para 440 V tiene un factor de potencia de 0.80. Calcular
la corriente de línea, si tiene una potencia de 30 KW y su rendimiento es del
90%.
2. ¿Qué potencia tiene un motor trifásico que funciona a 220 V, si la corriente de
línea es de 20 A y su factor de potencia del 80%? .
3. ¿Cuál es el factor de potencia de una instalación trifásica si la potencia efectj_
va es de 9,500 W, la tensión de línea 208 V , y la intensidad es de 30 A ?
4. ¿Qué corriente de línea absorbe un motor trifásico que tiene las siguientes ca-
racterísticas: Potencia de 15 KW, tensión a 208 V, factor de potencia de 0.85 y
rendimiento del 88%. •
43
INTENSIDAD MEDIA A P L E N A C A R G A DE MOTORES TRIFASICOS
K W HP Cos <
j
>
0
0
0
1
1
2
2
3
4
5
7
8
10
11
14
18
22
26
29
33
37
40
44
52
55
59
63
74
82
93
101
111
130
134
141
149
152
164
182
186
201
223
253
261
283
298
305
,373
,560
,746
,1.19
,492
,238
,984
,730
,103
,595
,460
,952
,071
,190
,920
,650
,380
,110
,840
,570
,300
,284
,760
,220
,950
,680
,410
,600
,060
,250
,456
,900
,550
,280
,740
,200
,930
,120
,770
,500
,420
,800
,640
,100
,480
,400
,860
0,5
0,75
1
1,5
2
3
4
5
5,5
7,5
10
12
13,5
15
20
25
30
35
40
45
50
54
60
70
75
80
85
100
110
125
136
150
175
180
190
200
205
220
245
250
270
300
340
350
380
400
410
0,54
0,54
0,55
0,66
0,66
0,67
0,67
0,72
0,73
0,73
0,73
0,73
0,74
0,74
0,74
0,76
0,77
0,77
0,77
0,77
0,77
0,78
0,78
0,80
0,80
0,80
0,80
0,80
0,81
0,81
0,81
0,81
0,81
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
208 V 220 V 260 V 380 V 440 V 500 V
1,8 1,8 1,6 1,1 0,9 0,8
2,9 2,7 2,3 1,6 1,4 1,2
3,8 3,6 3 2 1,8 1,6
4,7 4,5 3,8 . 2,6 2,2 2
6,3 5,9 5 3,4 3 2,6
9,3 8,8 7,4 5 4,4 3,9
12,4 11,7 9,9 6,8 5,9 5,2
14,4 13,6 11,5 7,9 6,8 6
15,6 14,8 12,5 8,6 7,4 6,5
21,3 20 17 11,7 10 8,9
28,4 27 23 15,5 13,4 11,8
34 32 27 18,7 16 14
38 36 30 21 18 16
42 40 34 23 20 18
56 53 45 31 27 23
68 65 55 37 32 28
81 76 65 44 38 34
94 89 75 52 45 39
108 102 86 59 51 45
121 115 97 66 57 50
135 127 108 74 64 56
144 136 115 79 68 60
160 151 128 88 76 66
181 172 145 99 86 76
194 184 156 107 92 81
207 196 166 114 98 86
220 208 176 121 104 92
259 245 207 142 123 108
282 266 225 154 133 117
320 303 256 175 151 133
348 329 279 191 165 145
384 363 307 210 182 160
448 424 358 245 212 186
455 430 364 249 215 189
480 454 384 263 227 200
506 478 405 277 239 210
516 488 413 282 244 215
556 526 445 305 263 231
620 586 496 339 293 258
632 598 506 350 299 263
683 645 546 374 323 284
749 709 600 410 359 316
860 813 688 471 407 358
885 837 708 485 419 368
885
52.6 454 400
554 478 421
568 490 431
44
1. G E N E R A L I D A D E S
1.1. DEFINICION
Un esquema eléctrico es la representación gráfica de un circuito o instalación
eléctrica, en la que van indicadas las relaciones mutuas que existen entre los di-
ferentes elementos, así como los sistemas que los interconectan.
Para su realización se emplean una serie de símbolos gráficos, trazos, marcas e
índices, cuya finalidad es poder representar, en forma simple y clara todos y ca-
da uno de los elementos que se van a usar en el montaje de un circuito eléc-
trico.
a) Símbolos: representaciones de máquinas o partes de una máquina, elementos
de mando y auxiliares de mando o partes de ellos, aparatos de medida, de
protección y señalización.
b) Trazos: representaciones de conductores que indican las conexiones eléctricas
entre los elementos que intervienen en el circuito, o uniones mecánicas entre
símbolos de aparatos.
c) Marcas e índices: letras y números que se utilizan para lograr una compleca
identificación de los elementos que intervienen en el esquema y que se colo-
can a los lados de cada uno de ellos.
1.2. CARACTERISTICAS
a) Un esquema debe ser realizado en forma tal que pueda ser interpretado por
cualquier técnico. Para ello es necesario que se indiquen claramente los cir-
cuitos de que está compuesto, así como su ciclo de funcionamiento.
b) Los esquemas se diseñan siempre en estado de reposo, es decir, considerando
los contactores con las bobinas desenergizadas.
c) Una vez diseñado el esquema de potencia y funcionamiento, debe hacerse el
correspondiente esquema de situación e interconexión, en el cual se vea con
toda claridad la forma en que debe realizarse el conexionado de los elemen-
tos exteriores (red de alimentación; motores, elementos de mando y señaliza-
ción, etc.) con el tablero de control.
d) Puede realizarse, opcionalmente, un esquema de conexiones multifilar o inalám-
brico destinado al personal que tenga que realizar el cableado (cableadores).
e) Los esquemas deben servir posteriormente para ensayar y simular las condi-
ciones reales de funcionamiento. Igualmente serán una valiosa ayuda para el
mantenimiento del equipo y para la localización de posibles daños que permi-
tan proceder a su reparación.
47
2. C L A S E S D E ESQUEMAS
2.1. DE SITUACION O EMPLAZAMIENTO
En él se indica la situación ñsica de cada uno de los elementos que componen
el equipo de control con relación a los demás componentes. Debe ser el resulta-
do de un estudio minucioso que responda a las necesidades planteadas.
Para su realización se emplean una serie de figuras geométricas, con una refe-
rencia en el interior o cerca de ellas, para identificar los elementos que confor-
man el tablero.
En estos esquemas no hay que referenciar los bornes disponibles, o que deben co-
nectarse, en las figuras que representan los elementos del equipo. Sin embargo,
en algunos casos es conveniente hacerlo, en función del esquema de montaje e
interconexión o enlace.
e i e i e i
l e s
e 2
e d un nn
Esquema de un inversor de marcha
2.2. D E CONEXIONES O M O N T A J E
Es aquél que representa las conexiones eléctricas entre- los elementos integran-
tes de una instalación o equipo de control.
Puede referirse a las conexiones interiores del equipo o también comprender las
exteriores, así como todos los detalles o información necesaria para realizar o
comprobar las mismas.
Una característica general, en estos esquemas, es la representación de los ele-
48
mentos que componen el equipo, dispuestos en su posición real, con las conexio-
nes a realizar entre ellos, de forma que ésta proporcione una imagen clara del
conexionado a realizar.
2.2.1. REPRESENTACION MULTIFILAR:
En estos - esquemas se representan todos los elementos, con sus correspondientes
símbolos, y todos los conductores o conexiones entre los bornes de un mismo
y/o distinto elemento, mediante trazos o líneas independientes.
12 14 A2
m
R S
12 14
í l
A2
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14 C 2 •
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1 1 C 1 -
H C 2 -
1 i 2
ip-t]
1 1 1 z
1 1 1 z
— 1
•m
Esquema multifilar de un inversor de marcha
Estos esquemas se emplearon en los comienzos del automatismo, habiendo que-
dado en la actualidad prácticamente marginados, sobre todo en circuitos comple-
jos, por los inconvenientes que presentan, tales como:
a) Complejo trabajo de delincación
b) Dificultad, con la consiguiente posibilidad de cometer errores en el montaje,
en el momento de su lectura, análisis e interpretación.
Actualmente su uso se limita a los esquemas de potencia o fuerza (esquema que
indica corrió se conecta la red a la carga o receptor), o a los esquemas adiciona-
les o de detalle, por la poca complejidad que presentan.
2.2.2. R E P R E S E N T A C I O N UNIFILAR O P O R H A C E S CONDUCTORES:
A causa de las dificultades que se presentaron con los esquemas multifilares, se
ideó un tipo de representación más simple, en el cual un trazo representa un
conjunto o paquete de conductores.
Este esquema se realiza partiendo del esquema de ubicación, en el cual se indi-
49
can todos los bornes que se van a utilizar, con sus correspondientes índices,con el
objeto de conocer claramente entre qué puntos se realizará cada una de las co-
nexiones.
En los extremos del trazo que representa el paquete de conductores, se deben
delinear todos los conductores a conectar, colocando referencias idénticas en los
extremos que indican un mismo conductor, de manera que quede perfectamente
definida o identificada cada una de las conexiones del equipo de control.
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1 s / T
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r i ,t i
R S T U V w
Esquema de potencia de un inversor de marcha
Su uso puede ser de gran utilidad, particularmente si se emplea conjuntamente
con el esquema de funcionamiento, ya que en él se pueden ver más claramente
los diferentes bloques de sistema diseñado.
2.2.3. REPRESENTACION I N A L A M B R I C A :
1 3 5
C l
2 4 S
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c 
* 1
1 3 S
C 2
2 4 6
conexión puntos que deben
N° interconectarse
1 borne R - 1C1 - 1C2
2 borne S - . 3 C 1 - 3C2
3 borne T - 5C1 - 5C2
4 borne U - 2F1
5 borne V - 4F1
6 borne W - 6F1
7 1F1 - 2C1 - 2C2
8 3F1 - 4C1 - 6C2
9 5F1 - 6C1 - 4C2
Esquema de potencia de un inversor de marcha
50
Son esquemas en los cuales no se emplea una representación material de las
conexiones del equipo de control, sino el esquema de ubicación (con las corres-
pondientes marcas e identificaciones de todos los bornes a conectar), y una tabla
en que se van indicando, paso a paso, todas las conexiones que deben realizar-
se.
La realización de este esquema implica tener previamente los esquemas de po-
tencia y mando. Se hacen estos esquemas m á s como ayuda para el personal que
no tiene mayores conocimientos de electricidad (especialmente ayudantes de ca-
bleadores), con el fin de facilitar su trabajo.
2.2.4. ESQUEMA D E FUNCIONAMIENTO:
Debido a la continua evolución producida en el campo de los automatismos, y
a los inconvenientes presentados por los esquemas tradicionales, en sus diferen-
tes formas, se ideó un tipo de esquema que se conoce bajo diferentes nombres
(esquema de principio, desarrollado, funcional), que responde m á s adecuadamente
a las exigencias actuales, particularmente cuando se trata de los esquemas de
mando o control (esquema que indica cómo se conectan y controlan las bobinas
de los contactores y los elementos de señalización), por la complejidad que se
presenta en sistemas automáticos.
2.2.4.1. Características y ventajas:
a) En estos esquemas se prescinde totalmente de la ubicación física de los dis-
tintos elementos del equipo de control, así como de la constitución de los
mismos, considerando únicamente la función que van a realizar en el circui-
to, con lo cual, además de presentar el circuito en forma clara y sencilla,
indica la forma en que se interconectan los diferentes componentes del equi-
po de control, y permite proceder a un estudio y análisis rápido y racional
de su funcionamiento, localización de averías y realización práctica.
Los esquemas de funcionamiento se usan específicamente para el circuito de
mando o control, ya que para el esquema de potencia o fuerza es mejor la
representación multifilar.
b) Notable simplificación en su ejecución gráfica, por cuanto estos esquemas es-
tán conformados por dos líneas horizontales, que representan los conductores
de alimentación del circuito de mando, y una serie de líneas verticales, equi-
distantes y que corresponden a circuitos parciales del circuito de mando, en
los cuales se van ubicando los diferentes elementos del circuito de control,
de acuerdo con la función que deben realizar. L a interconexión de los circui-
tos parciales se realiza mediante trazos horizontales, pero cuidando de no ubi-
car en éstos elemento alguno del circuito de control.
Si bien esta forma de diseñar el circuito de mando es la más generalizada,
es posible representar la líneas de alimentación con trazos verticales, en cu-
yo caso las demás líneas serán horizontales. De esta manera hablaremos de
un esquema de funcionamiento vertical (el primero) u horizontal (el segundo).
c) Esquema sin cruce de líneas: al realizar el esquema en la forma indicada en
el punto anterior, se deben evitar todos los cruces de líneas, obteniéndose
51
así aún mayor claridad y rapidez para la lectura y realización del montaje,
lo que implica además la reducción de posibles errores en la representación,
análisis e interpretación.
d) Comprobación rápida y clara del funcionamiento del circuito, ya que como
la bobina del contactor y los demás elementos de mando se encuentran situa-
dos o intercalados en una misma línea vertical, se puede ver más fácilmente
el funcionamiento de todo el circuito que se está analizando.
Por otra parte, si los distintos circuitos y elementos de control se ubican en
un orden lógico de funcionamiento, se logrará aún mayor comprensión de la
función que debe realizar cada uno de ellos.
2.2.4.2. Aspectos prácticos para su realización:
a) Se acostumbra representar en el mismo plano (aunque en forma separada) los
esquemas de potencia y mando, por cuanto son esquemas complementarios,
donde a cada esquema de mando le corresponde un esquema de potencia.
b) Las líneas de alimentación pueden ser dos o más, de acuerdo con las caracte-
rísticas de tensión que tengan las bobinas, elementos de señalización y demás
elementos auxiliares de mando que necesitan ser energizados.
c) Las línea verticales representan, cada una o varias de ellas, un circuito par-
cial completo.
d) Debido a que en el esquema de funcionamiento, los componentes de un mis-
mo elemento o aparato se encuentran por lo general separados entre sí,encori
trándose precisamente situados sobre la línea vertical donde deben realizar una
función específica, es necesario identificar a todos ellos con la misma marca
del aparato al cual pertenecen, y que se ha podido usar también en el circui-
to de potencia.
e) Los contactos equivalentes de los diferentes elementos de control, deben re-
presentarse siempre en un mismo sentido. Con ello se evitan falsas interpre-
taciones.
f) Todos los contactos instantáneos que van precedidos de la misma marca, cam-
bian de posición simultáneamente. Se exceptúan los contactos temporizados,
los cuales se abren o cierran una vez haya transcurrido el tiempo programa-
do, por lo cual es conveniente indicar, junto a la marca, el tiempo que trans-
currirá para producirse su accionamiento.
g) L a representación de los circuitos que configuran el esquema debe ser hecha,
siempre que sea posible, en una sucesión lógica de maniobra.
h) L a posición de los distintos elementos que intervienen en el esquema se hacen
en posición de reposo, por lo cual debe cuidarse que en este estado, todos
los circuitos estén abiertos.
i) Por motivos de seguridad, se recomienda que una de las líneas de^ alimenta-
ción del circuito de mando, se una directamente y sin intercalación de ele-
52
mentó alguno, a la salida de las partes que constituyen cargas (bobinas, pilo-
tos, temporizadores, etc.). E l resto de elementos de control (pulsadores, con-
tactos auxiliares, interruptores de posición, contactos temporizados, etc.) se
ubican entre la otra línea de alimentación y la entrada de los elementos que
constituyen una carga, señalados anteriormente.
j) Una vez realizado el esquema de funcionamiento, es aconsejable numerar to-
dos los circuitos que lo componen (cada vertical equivale a un circuito), para
consignar en la parte inferior de aquellos que contengan bobinas (y por consi-
guiente accionan algún contactor), cuántos contactos auxiliares abiertos (A)
o cerrados (C) accionan, y en qué circuitos están ubicados. Esta información
será de gran utilidad para seleccionar el contactor correcto, en cuanto al nú-
mero de contactos auxiliares, para realizar el montaje del circuito.
v—1
> c,
 r~ C2

13
1 4
C 2
3
A C
1
k) Es conveniente colocar al pie del esquema, o en un lugar adecuado del mis-
mo, una lista o leyenda de las convenciones y referencias empleadas, así co-
mo el ciclo de funcionamiento.
Puede complementarse este punto especificando las características más resal-
tantes de los mismos.
I) En el caso de circuitos que se controlan desde varias estaciones (o cajas de
pulsadores), puede complementarse el esquema de funcionamiento, con un es-
quema adicional (esquema multifilar para representar una parte o detalle del
esquema de funcionamiento) que muestre la forma en que se conectan única-
mente los pulsadores, a fin de facilitar el trabajo de montaje o instalación
53
del circuito.
m) Finalmente, no olvidemos que las identificaciones puestas en los esquemas de-
ben coincidir plenamente con las marcas e índices grabados o impresos en
los aparatos.
2.3. DE INTERCONEXION O ENLACE
Es la representación que permite ver claramente la forma en que debe realizar-
se el conexionado de los elementos que se encuentran en el tablero de control,
con todos los elementos exteriores a éste (red, motor, elementos de mando, ele-
mentos de señalización, etc.).
En realidad este esquema indica la forma en que debe usarse la bornera del ta-
blero, ya que toda conexión entre éste y los elementos externos debe realizarse
necesariamente a través de la bornera.
R S T U V w 9 6 13
C l
14
C1
14
C2
54
C 2
5 4
C l
9 8 S
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1
S 2 hZ
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X 2
h 3
X 2 x t
l - . J - . i . - J
Esquema de interconexión para un inversor de marcha
Si las circunstancias lo requieren, puede realizarse un esquema adicional en el
que figuren además las conexiones exteriores y las conexiones interiores del equi-
po de control, disponiéndose de esta forma, y sobre un mismo plano, el esquema
completo del montaje a realizar.
En las siguientes páginas, consignaremos la simbología que se emplea con más
frecuencia en nuestro medio, haciendo la aclaración que existen, en contro-
les y automatismos, otros símbolos, marcas e índices, distintos a los empleados
en la presente obra.
54
3. S I M B O L O S Y CONVENCIONES
3.1. CONDUCTORES Y MARCAS
Líneas de alimentación o conductores
del circuito de potencia
Conductores del circuito de mando
Conductores sin conexión eléctrica
Conductores con conexión eléctrica
fija
Conexión de conductores a través de
bornes o tornillos
Conductores de longitud variable, para
ser instalados posteriormente, durante
el montaje de la máquina
Fases
Entradas de los contactos principales
Salidas de los contactos principales
Entradas al motor
potencia mando
R S T
1 3 5 ó L l L2 L3
2 4 6 ó TI T2 T3
U V W X Y Z
3.2. A P A R A T O S Y / O ELEMENTOS D E L CIRCUITO D E POTENCIA
Fusible
Seccionador
55
Seccionador con fusible
Contacto de disyuntor X—
Relé térmico
Relé termomagnético
Relé electromagnético
Contactos principales de contactor
Contactor de memoria
ü í i l !
r
" ' . r ~ |
|E2 |AZ
Motor trifásico (3 bornes)
Motor trifásico (6 bornes)
Motor trifásico con dos arrollamientos
estatóricos separados
Conexión estrella
Conexión triángulo
A
A
56
Enclavamiento mecánico entre contac-
tores
3.3. APARATOS Y / O ELEMENTOS DEL CIRCUITO DE MANDO
Bobina de contactor
Bobina de temporizador neumático al
trabajo
Temporizador con mecanismo de relo-
jería
Temporizador electrónico
Detector de proximidad (inductivo o ca-
pacitivo)
Detector fotoeléctrico
Electroválvula
Pulsador normalmente cerrado (NC)
Pulsador normalmente abierto (NA)
Pulsador de conexión-desconexión
Pulsador de desconexión múltiple
Pulsador de conexión múltiple
Pulsador de conexión-desconexión múl-
tiple
Pulsador de pedal
Pulsador con llave
Pulsador de seta
Selector de dos posiciones
Selector de cuatro posiciones
Contacto auxiliar instantáneo N C
Contacto auxiliar instantáneo N A
58
Contacto auxiliar temporizado al tra-
bajo
Contacto auxiliar temporizado al repo-
so
Contactos auxiliares de relé térmico
Interruptores de posición o finales de
carrera
Contactos accionados por flotador
Contactos accionados por presión
3.4. ELEMENTOS D E SEÑALIZACION
Piloto luminoso
Piloto sonoro (timbre y sirena)
3.5. M A R C A S
Contactores principales
Contactor marcha derecha
Contactor marcha izquierda
C 2 K M 2
Contactor conexión estrella C 3 K M 3
Contactor conexión triángulo C 5 K M 5
Contactor auxiliar C . . - K A . . .
Pulsador, interruptores de posición, se-
lectores
S...
Fusibles , relés de protección F...
Seccionador Q...
Pilotos h...
3.6. OTROS SIMBOLOS
Contacto auxiliar retardado
Señalización acústica con bocina
Señalización acústica con zumbador
i t
Pulsador giratorio con posición mante-
nida fija o enclavada
J - v
Enclavamiento mecánico
Bobina de dos arrollamientos
• V —
60
i —
III
T E C N O L O G I A
D E C O N T R O L E S .
Y A U T O M A T I S M O S
1.1. ESTRUCTURA DE UN AUTOMATISMO
La estructura general de un automatismo puede esquematizarse de la siguiente
forma:
M A Q U I N A
í P A R T E O P E R A T I V A )
A P A R E J O S P A R A L O S
A U T O M A T I S M O S
( P A R T E D E M A N D O A U T O M A T I C O )
V A R I A B L E S
D E E N T R A D A
V A R I A B L E S
DE S A L I D A
D I A L O G O
H O M B R E - M A Q U I N A
( P A R T E D E M A N D O M A N U A L )
Explicitando un poco más las diferentes etapas de un automatismo observamos:
P A R T E
O P E R A T I V A
M A Q U I N A
P R O P I A M E N T E
D I C H O
D E T E
1
C C ¡ 0 H r
A C C I O N A D O R E S
- i
P A R T E
D E C O M A N D O
T R A T A M I E N T O
T
C O M A N D O
D E P O T E M C I A
1 I
D I A L Q 3 O
H O M B R E - M A Q U I N A i
63
Aplicando estos aspectos generales a un AUTOMATISMO E L E C T R I C O obtenemos
el siguiente diagrama:
M A Q U I N A o
equipo a
controlar
D E T E C C I O N o ad-
quisición de datos
mediante:
fines de carrera,detec-
tores , presostatos,etc.
T R A T A M I E N T O
Contactores auxiliares
o relés, temporizadores
A C C I O N A D O R E S
Motores
C O M A N D O DE
POTENCIA
Contactores prin-
cipales, variadc-
res de velocidad
D I A L O G O
H O M B R E - M A Q U I N A
Pulsadores, manipu-
ladores, selectores, etc.
En un A U T O M A T I S M O E L E C T R O N I C O las etapas son exactamente las mismas.
Sin embargo, en la etapa de tratamiento los elementos electromecánicos son
reemplazados por los autómatas o controladores lógicos programables (PLC), espe-
cialmente cuando las máquinas o equipos son muy complejos y exigen por consi-
guiente procesos también complejos.
Esta variante en el tratamiento implica, por una parte, la adición en el diálogo
hombre-máquina de un teclada, y por otra , en casi todos los casos, de un inter-
face de salida (a base de contactores auxiliares) entre la etapa de tratamiento
y comando de potencia, debido a las corrientes muy bajas de salida que tienen
los autómatas (normalmente mA). En algunos casos particulares se requiere tam-
bién de un interface de entrada;
En este proceso de automatización, son muchísimos los elementos que se necesi-
tan, y que la técnica actual nos ofrece para solucionar, en forma adecuada, las
necesidades tan diversas y múltiples que a diario se encuentran en la industria.
Por el carácter elemental e introductorio que tiene la presente obra, después de
presentar un panorama global, para poderlos ubicar correctamente, estudiaremos
aquellos que tienen mayor uso.
1.2. DISPOSITIVOS E M P L E A D O S E N C O N T R O L E S Y AUTOMATISMOS
1.2.1. A P A R A T O S DE M A N I O B R A :
Son todos aquellos aparatos que permiten o interrumpen el paso de la corriente
64
de la red a una carga (motor, bobina, piloto, etc.). Se encuentran en dos modali-
dades:
a) con poder de corte: aquellos aparatos que pueden maniobrarse bajo carga;
b) sin poder de corte: los que deben ser maniobrados sin carga.
1.2.1.1. Clasificación:
1.2.1.7.1. flanuates:
Los que necesitan de un operario para su accionamiento.
a) Interruptores: son dispositivos, con bajo poder de corte, empleados para abrir
y/o cerrar circuitos, necesitándose en cada una de estas operaciones, la acción
directa del operario.
Los elementos conductores del interruptor, en el punto en que se establece
la apertura y cierre del circuito, deben estar convenientemente dimensionados,
de tal manera que permitan el paso de corriente (normalmente inferior a 10
A), sin que se genere recalentamiento de los mismos.
b) Pulsadores: aparatos con bajo poder de corte. Se diferencian de los interrupto-
res porque cierran o abren circuitos, solamente mientras actúe sobre ellos a l -
guna fuerza exterior, recuperando su posición inicial (de reposo) tan pronto
cese dicha fuerza, por acción de un muelle.
c) Seccionadores: aparatos de maniobra sin poder de corte, y por consiguiente
deben ser accionados únicamente cuando están sin carga (en vacío) o éstas son
muy pequeñas.
Se emplean para aislar toda o parte de la instalación eléctrica, en casos de
reparaciones y mantenimiento. , . . .
Deben estar dimensionados de acuerdo a la In del circuito.
1.2.1.1.2. AwLomáL¿cos:
Son dispositivos diseñados para abrir y/o cerrar circuitos bajo carga, en función
de valores que adquieren ciertas magnitudes físicas, como temperatura, presión,
espacio, tiempo, etc., no necesitando la acción de un operario para su acciona-
miento.
En la actualidad se encuentra una gama muy amplia, para satisfacer las más di-
versas necesidades.
Para su elección se toma en cuenta:
ai capacidad de maniobra o robustez mecánica: se refiere al número mínimo de
maniobras que puede realizarse con ellos;
b) poder de corte: nos indica la corriente máxima que puede interrumpirse sin
peligro de que se dañe.
En este grupo de aparatos de maniobra automáticos tienen particular importancia,
65
sobre todo en controles y automatismos, los contactores, por cuanto en la actua-
lidad una gran parte de los accionamientos eléctricos se realiza con motores tri-
fásicos, y éstos, a su vez, se accionan con contactores, los interruptores de posi-
ción, detectores, presostatos, temporizadores, disyuntores o interruptores automá-
ticos (cuya función específica es la de abrir un circuito bajo condiciones anorma-
les: sobrecargas, sobretensiones, disminución de tensión ), etc.
1.2.2. A P A R A T O S D E P R O T E C C I O N :
Son todos aquellos elementos destinados a proteger todo o parte del circuito, in-
terrumpiéndolo de las líneas de alimentación, cuando se presentan irregularidades
en su funcionamiento, particularmente por sobrecargas o sobreintensidades y cor-
tocircuitos.
Existen dispositivos destinados a proteger un circuito específicamente de los cor-
tocircuitos, de las sobrecargas o de ambos simultáneamente.
1.2.2.1. Fusibles:
Son conductores calibrados específicamente para el paso de determinadas cantida-
des de corriente (por consiguiente m á s débiles que el resto de los conductores
del circuito), de manera que al producirse un corto circuito se fundirán rápida-
mente (por el bajo punto de fusión que tienen), interrumpiendo inmediatamente
el circuito y evitando daños mayores en las cargas o conductores, razón por la
cual todo circuito debe estar protegido con fusibles.
Existen muchos tipos de fusibles tanto por la forma (de botella, de cartucho, de
bayoneta, etc.) como por la rapidez con que actúan (fusión lenta, fusión rápida).
1.2.2.2. Aparatos de protección automáticos:
Son dispositivos construidos para proteger especialmente contra sobrecargas, aun-
que algunos protegen también contra cortocircuitos.
Los m á s empleados, en controles y automatismos, son los relés térmicos, relés
termomagnéticos y relés electromagnéticos.
Los interruptores automáticos también pueden considerarse como elementos de
protección.
1.2.3. A P A R A T O S D E SEÑALIZACION: _
Elementos destinados para indicar si el contactor está o no funcionando, y por
consiguiente si la carga está o no energizada, es decir en funcionamiento.
Los más empleados son los pilotos luminosos y acústicos.
66
2. E L C O N T A C T O R
2.1. DEFINICION
El contactor forma parte de los aparatos de maniobra automáticos con poder de
corte.
Se lo define como
un interruptor accionado o gobernado a distancia
por medio de un electroimán
2.2. P A R T E S
En forma esquemática indicamos las partes que tiene todo contactor:
Contador <
Carcaza
Circuito electromagnético <
Principales
Bobina
Núcleo
Armadura
Contactos -
Auxiliares •
Normalmente abiertos (NA)
Normalmente cerrados (NC)
2.2.1. C A R C A Z A :
Soporte fabricado en material no conductor (plásticos o baquelitas especiales a
base de fibra de vidrio, con el fin de obtener un alto grado de rigidez eléctrica),
sobre el cual se fijan todos los componentes conductores del contactor.
Por sus características aislantes, estos materiales son bastante vidriosos, por lo
cual es necesario tener mucho cuidado cuando se manipulan los contactores, espe-
cialmente en la zona de los contactos, para no quebrar parte al-guna.
2.2.2. CIRCUITO E L E C T R O M A G N E T I C O :
Está compuesto por unos mecanismos cuya finalidad es transformar la energía
eléctrica en magnetismo, generando un campo magnético muy intenso, el cual a
su vez dará origen a un movimiento mecánico. En otros términos, se puede decir
que es el electroimán del contactor.
67
2.2.2.1. Bobina:
Es un arrollamiento de alambre, con un gran número de espiras, que al aplicárse-
le tensión crea un campo magnético.
El flujo magnético genera un par electromagnético superior al par resistente de
los muelles que separan la armadura del núcleo, de manera que éstos- puedan jun-
tarse estrechamente.
Se construye con alambre muy delgado de cobre electrolítico, arrollado sobre
una formaleta.
Cuando se energiza la bobina con A . C , la intensidad absorbida por ésta (=corrieri
te de llamada) es relativamente elevada, debido a que en el circuito prácticameji
te sólo se tiene la resistencia del conductor con que está hecha la bobii#. En
estas condiciones el Cos A es alto (0.8 a 0.9), y la reactancia inductiva muy ba-
ja, por existir mucho entrehierro entre el núcleo y la armadura.
Esta corriente elevada genera un campo magnético intenso, de manera que el nú-
cleo puede atraer la armadura, a pesar del gran entrehierro y la resistencia me-
cánica del resorte o muelle que los mantiene separados en estado de reposo.
Una vez que se cierra el circuito magnético, al juntarse el núcleo y la armadura,
aumenta la impedancia de la bobina, de tal manera que la corriente de llamada
se reduce considerablemente, obteniéndose de esta manera una corriente de man-
tenimiento o trabajo mucho más baja (6 a 10 veces menor), con un Cos * más ba-
jo, pero capaz de mantener cerrado el circuito magnético. Así por ejemplo, en
una bobina alimentada con 120 V, donde la corriente de llamada sea de unos 1500
mA, la corriente de mantenimiento se reducirá a unos 130 mA.
Las bobinas están calculadas y dimensionadas para trabajar regularmente con las
corrientes bajas de mantenimiento. Si el circuito magnético queda abierto total
o parcialmente, la corriente de llamada circulará más tiempo del previsto (sólo
algunos milisegundos), generando calor en la bobina, con el consiguiente peligro
de recalentarla e incluso dañarla totalmente.
Se comprende entonces porqué no debe energizarse una bobina si no tiene el nú-
cleo y la armadura.
Cuando una bobina es alimentada con C . C . no se presenta este fenómeno, es de-
cir que la corriente de mantenimiento será la misma de llamada. Como no hay
variación en la impedancia, el valor de la corriente que circula por la bobina de-
pende únicamente de la resistencia de ésta, que es la misma tanto en la llama-
da como en el mantenimiento. Por este motivo éstas bobinas y su sistema de ali-
mentación deben tener algunas características especiales, limitándose además su
uso a casos específicos.
Otro factor importante que hay que tener presente antes de energizar una bobi-
na es la tensión y frecuencia de alimentación. Puede ser la misma del circuito
de potencia o inferior a ésta (reducida por un transformador o suministrada por
otra fuente de alimentación). Esta información debe venir claramente registrada
en la misma bobina.
68
En ía actualidad se consiguen bobinas para ser alimentadas con A . C . en una gran
variedad de valores (desde 24 V hasta 600 V) para frecuencias de 50 y/o 60 Hz, o
con C . C . (desde 12 V hasta 600 V). A pesar de esta gama tan amplia, se tiende
cada vez más al uso de bobinas para tensiones bajas, pues así se disminuyen los
riesgos de que el operario sufra accidentes, por cuanto la alimentación de la bo-
bina se realiza también a través de los pulsadores.
Aspectos prácticos en el manejo de bobinas:
* Un circuito de control consiste, en último término, en energizar y desenergizar
la bobina del contactor que se desea que funcione.
* Las bobinas deben llevar (al lado izquierdo) las mismas marcas del contactor
al cual pertenecen.
* La entrada y salida (principio y final) de la bobina vienen claramente indicadas
y grabadas en ésta. Actualmente son muy usadas las siguientes marcas:
para la entrada A l , A ó a
para la salida A2, B ó b
I A l
A 2
a
Como lo que realmente interesa en la bobina es la intensidad del campo mag-
nético y no el sentido de las líneas de fuerza que se generan en ella, cuando
se diseña un esquema las entradas pueden tomarse como salidas o viceversa,
a fin de obtener un montaje más simple:
Al A a
A 2 8 b
A2
A1
(a) (b)
Sin embargo es importante tener presente:
a) A l realizar el montaje de un circuito, es necesario ceñirse estrictamente a las
marcas que se encuentran tanto en el esquema como en la bobina. Por ejem-
plo, si el esquema me indica que debe conectarse el punto- A l con la fase S,
al hacer el montaje debo conectar el borne A l grabado en la bobina, con la
fase S.
b) Se recomienda usar las mismas marcas e índices y el mismo orden de éstos
en todo el esquema, con el fin de evitar errores y falsas interpretaciones al
realizar el montaje, a no ser que las marcas grabadas en las bobinas sean dis-
tintas.
69
Cuando se presente esta situación, las marcas usadas en el esquema deben corres
ponder a las que vienen en las bobinas, para poder cumplir lo dicho en a).
Marcas iguales C1
[A. Al A,
C 2 C 3
A 2 A2 A 2
C l
A 2
C 2 C 3
A 2 | A 2
Correcto Incorrecto
En modelos recientes, el terminal A 2 se encuentra ubica-
do en dos puntos diferentes del contactor, para mayor co-
modidad al realizar un montaje. En estos casos es reco-
mendable utilizar uno solo de ellos y no los dos, evitando
de esta forma posibles confusiones.
L Í A 2
c) Finalmente debe revisarse muy bien un esquema para que, en estado de repo-
so, una bobina nunca quede alimentada directamente, sino que ésta se energice
y luego se desenergice únicamente de acuerdo a con las necesidades y requeri-
mientos previstos.
2.2.2.2. Núcleo.
las chapas
Es una parte metálica, de material fe-
rromagnético, generalmente en forma de
E, y que va fija en la carcaza.
Su función es concentrar y aumentar el
flujo magnético que genera la bobina (co .
locada en la columna central del núcleo,
para atraer con mayor eficiencia la ar-
madura. .
Se construye con una serie de láminas
delgadas (chapas), aisladas entre sí (pe-
ro formando un solo bloque fuertemente
unidas por'remaches) de acero al silicio,
con la finalidad de reducir al máximo
las corrientes parásitas o corrientes de
foucault (= corrientes eléctricas que cir-
culan por el núcleo al estar sometidas
a una variación del flujo magnético, o-
riginando pérdidas de energía por efec-
to joule).
Estas características constructivas del núcleo y un pequeño entrehierro que se
obtiene en el circuito magnético en posición de "trabajo", bien sea por la falta
de metal o la inserción de un material paramagnético, eliminan completamente
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PLC y Electroneumática: Controles y automatismos eléctricos

  • 1. ! L u i s F l o w e r Leí v a GROUPE SCHNEIDER 1 ^ré. 'ímat.
  • 2. P R O L O G O La automatización eléctrica, hasta hace poco empleada exclusivamente en las in- dustrias más avanzadas y sofisticadas, ha ido entrando progresivamente en nues- tro medio industrial, prácticamente en todas las áreas, pues el avance tecnológi- co tan continuo y vertiginoso, en un mundo eminentemente industrializado, hace imprescindible e imperiosa la necesidad de optimizar los procesos, a fin de obte- ner una rápida información sobre el estado de un sistema, ahorrar tiempo, ener- gías, etc. Los progresos en la automatización se deben particularmente a que éstos dan res- puestas efectivas a necesidades técnicas, económicas y humanas, para eliminar las tareas difíciles y peligrosas; mejorar la productividad incrementando la cali- dad, eficiencia y rapidez de un proceso de producción; controlar una producción flexible e incrementar la seguridad y el control. El presente trabajo no es sino una introducción al estudio de los CONTROLES Y AUTOMATISMOS ELECTRICOS. Por consiguiente, no se pretende en modo al- guno abarcar todo el tema, ni mucho menos agotarlo, pero sí prestar una ayuda eficaz a todas aquellas personas, especialmente estudiantes, que desean conocerlo y practicarlo. Con la finalidad de dar una fundamentación amplia, clara y sencilla sobre el te- ma, se ha dividido el libro en cinco secciones: La primera parte es una síntesis de aquellos conocimientos teóricos sobre electri- cidad, que debe tener todo aquel que desee iniciarse en el estudio de controles y automatismos eléctricos. La segunda parte presenta algunos aspectos prácticos y esenciales para la lectu- ra, interpretación, análisis y diseño de circuitos eléctricos, particularmente de control o mando. La tercera parte es un estudio tecnológico de los elementos más usados actual- mente en el trabajo con circuitos de potencia, control y automatismos eléctricos en general. La cuarta parte tiene como finalidad presentar algunos conocimientos fundamen- tales sobre motoras eléctricos, específicamente sobre los diversos sistemas de arranque. La quinta parte presenta una serie de ejercicios prácticos, siguiendo una secuen- cia progresiva de dificultad y complejidad en los montajes, con el objetivo funda- mental de familiarizar al estudiante con los principios de funcionamiento y mane- jo de los diferentes elementos de detección, tratamiento y accionamiento, para conducirlo progresivamente no sólo al montaje, sino sobre todo al análisis e inter- pretación de cualquier esquema de control, e inclusive al diseño de circuitos de control o mando manual y automático.
  • 3. Como podrá verse, solamente se tratan aquellos aspectos y temas que la expe- riencia me ha enseñado son los más necesarios y prácticos para iniciarse e intro- ducirse, con una fundamentación sólida, en el estudio de Controles y Automatis- mos Eléctricos y dedicarse luego, con cierta seguridad, a trabajar, en este campo tan amplio y delicado, pero al mismo tiempo apasionante y de proyección casi infinita, en la industria actual y del futuro. El hecho de presentar el libro en cinco bloques separados obedece a: Io Ofrecer un libro abierto a diferentes niveles de estudio, de manera que sea posible organizar los diferentes temas de acuerdo con cada necesidad particu- lar que se presente. 2° E l deseo de hacer de este trabajo algo realmente útil, práctico y funcional, sobre todo cuando cuando se necesite recordar o consultar algún tema o pun- to específico. Es necesario tener presente que todas las prácticas propuestas en el libro han sido elaboradas con un carácter predominantemente didáctico y pedagógico, por lo cual no pueden representar totalmente la realidad. En consecuencia es respon- sabilidad directa del técnico su aplicación en la industria ya sea parcial o to- talmente. Espero que este trabajo, dentro de sus limitaciones, sea de gran utilidad para todas aquellas personas que estén estudiando (bachilleres técnicos, estudiantes de carreras intermedias, universitarios, etc.) instalaciones industriales y acciona- mientos eléctricos, o ya se encuentren trabajando en instalaciones o mantenimien- to eléctrico industrial. Finalmente quiero expresar mi más profundo agradecimiento a la Empresa SCHNEIDER D E COLOMBIA S.A., quien hace posible la reimpresión, corregida y aumentada, de la presente obra, evidenciando una vez más, su constante y par- ticular preocupación por la preparación y formación técnica del personal de las Empresas e Instituciones Educativas de todo el país en el área de la automati- zación industrial. Magnífico ejemplo para todas aquellas empresas que desean contribuir eficazmente con el desarrollo y engrandecimiento de Colombia. El autor. Santafé de Bogotá D . C . , Mayo de 1994
  • 4. I N D I C E I Nociones fundamentales de electricidad 1. Corriente eléctrica 9 1.1. Física eléctrica 9 1.2. Corriente eléctrica 10 1.3. Magnitudes eléctricas fundamentales 12 1.4. Ley de ohm 14 2. Corriente alterna . . 15 2.1. Características generales Í5 2.2. Valores fundamentales 16 2.3. Sistemas más empleados 17 3. Circuitos eléctricos con A . C . 20 3.1. Generalidades 20 3.2. Circuitos puramente resistivos 20 3.3. Circuitos R L y R C 21 3.3.1. Generalidades sobre electromagnetismo 21 3.3.2. Inductancia 24 3.3.3. Circuitos R L en serie y en paralelo 26 3.3.4. Capacitancia 32 3.3.5. Circuitos R C en serie y en paralelo 34 4. Potencia eléctrica en A . C . 37 4.1. Potencia eléctrica en circuitos puramente resistivos 37 4.2. Energía eléctrica 38 4.3. Energía calorífica .39 4.4. Potencia en circuitos no resistivos 39 II Esquemas eléctricos 47 1. Generalidades 47 2. Clases de esquemas 48 3. Símbolos y convenciones 55 III Tecnología de controles y automatismos 63 1. Generalidades 63 2. El contactor 67 2.1. Definición 67 2.2. Partes 67 2.3. Funcionamiento 77 2.4. Clasificación 77 2.5. Ventajas 78 2.6. Elección 78 2.7. Causas de deterioro o daño 79 3. Elementos de mando 81 3.1. Definición 81 3.2. Clasificación 81 3.3. Aspectos prácticos para la conexión de pulsadores 83 4. Elementos auxiliares de mando 84 4.1. Definición 84 4.2. Interruptores de posición o finales de carrera 84 4.3. Relés de tiempo o temporizadores 85 89 89 89 90 4.4. Presostatos 85 89 89 89 90 4.5. Termostatos 85 89 89 89 90 4.6. Programadores 85 89 89 89 90 4.7. Detectores 85 89 89 89 90
  • 5. 4.7.1. Detectores de proximidad inductivos y capacitivos 90 4.7.2. Detectores fotoeléctricos 92 4.7.3. Aplicaciones y elección de los detectores 96 5. Elementos de señalización 97 6. Elementos de protección y maniobra 98 6.1. Definición 98 6.2. Clasificación 98 6.2.1. Fusibles 98 6.2.2. Relés térmicos 98 6.2.3. Relé térmico diferencial 100 6.2.4. Relés termomagnéticos 101 6.2.5. Relés electromagnéticos 102 6.2.6. Relé electromagnético diferencial 102 6.3. Daños en los relés de protección 103 6.4. Otros elementos de maniobra y protección 103 6.4.1. Sonda de termistancias 103 6.4.2. Guardamotor 103 6.4.3. Optimal 25 104 6.4.4. Integral ' 104 6.4.5. Variadores de velocidad 105 IV Motores asincronos trifásicos 1. Sistemas de arranque con contactores 109 1.1. Clasificación de los motores eléctricos 109 1.2. E l motor asincrono trifásico 109 1.3. Arranque de motores con rotor en cortocircuito 112 1.3.1. Generalidades 112 1.3.2. Arranque directo en un solo sentido 112 1.3.3. Arranque directo con inversión de marcha 113 1.3.4. Arranque por conmutación estrella-triángulo 115 1.3.5. Arranque por resistencias estatóricas 118 1.3.6. Arranque por acoplamiento estrella-resistencias-triángulo • 119 1.3.7. Arranque por autotransformador 120 1.4. Arranque de motores con rotor bobinado 122 V Ejercicios prácticos sobre controles y automatismos 1. Recomendaciones para realizar un montaje 127 2. Arranque directo 129 2.1. Circuito de potencia 129 2.2. Circuitos de mando 129 2.3. Circuito de potencia de un sistema secuencial 140 2.4. Circuitos de mando de sistemas secuenciales manuales 140 2.5. Circuitos de mando en sistemas automáticos 147 3. Inversores de marcha 169 3.1. Circuito de potencia 169 3.2. Circuitos de mando 169 4. Otros sistemas de arranque 187 4.1. Arranque por conmutación estrella-triángulo 187 4.2. Arranque por acoplamiento estrella-resistencias-triángulo 192 4.3. Arranque por autotransformador 193 4.4. Arranque por resistencias estatóricas 194 4.5. Arranque por resistencias rotóricas 195 4.6. Arranque de motores de 2 velocidades 196 Anexos 200
  • 6. I N O C I O N E S F U N D A M E N T A L E S D E E L E C T R I C I D A D
  • 7. 1. C O R R I E N T E E L E C T R I C A 1.1. FISICA ELECTRICA 1.1.1. M A T E R I A : Es todo aquello que puede ser percibido por nuestros sentidos y ocupa un lugar en el espacio: los metales, los gases, los líquidos, etc. Está compuesta por moléculas. " A G U A 3>é & é G O T A S DE A G U A é ibdt M O L E C U L A S OE AGUA H I D R O G E N O -f- O X I G E N O E L E M E N T O S 1.1.2. M O L E C U L A : Es la parte más pequeña en que puede dividirse la materia, sin que pierda sus ca- racterísticas físicas y químicas. Está compuesta por átomos. 1.1.3. ATOMO: Es la parte más pequeña en que puede dividirse un elemento (=sustancia básica que no puede descomponerse en otras y que constituye toda la materia) sin que pierda sus características físicas y químicas. Está compuesto por protones, neutrones y electrones. E L E C T R O N E S (con carga eléc- trica negativa) FIJOS: los más cercanos al núcleo LIBRES: los más alejados del núcleo N U C L E O PROTONES: con carga eléctrica positiva NEUTRONES: sin carga eléctrica Un átomo en estado natural tiene el mismo número de electrones y protones, por lo cual decimos que es eléctricamente neutro (carga positiva y negativa iguales). A l igual que un átomo, todo cuerpo en estado natural es eléctricamente neutro.
  • 8. ¿ote. átomo piende un etectaón, . ¿¿te. átomo ha oltenido un elec- quedando cajigado positivamente., tsión más. Tenemos asi un átomo pon. lo cual se denomina ton po- cargado negativamente, es decuyi sitlvo. un ton negativo. Cuando se rompe el equilibrio existente entre electrones y protones, dicho cuerpo queda cargado eléctricamente: - con carga negativa si ha ganado electrones - con carga positiva si ha perdido electrones cu.en.po cajigado cuen.po cangado negativamente. positivamente. 1-2. CORRIENTE ELECTRICA 1.2.1. DEFINICION: Corriente eléctrica es el paso de electrones a través de un conductor. fuente externa que aumenta la energía potencial, provocan do el paso de elec- trones de un átomo a otro. 10
  • 9. « * — - - - La corriente eléctrica es trasmisión de energía (por lo cual se desplaza aproxima- damente a 300,000 K m por segundo), y debe existir necesariamente un circuito que permita este flujo constante, de electrones. © 0 e e e F U E N T E C A R G A Elemento que transforma la energía eléctrica en otras formas de ener- gía: luz, calor, movimiento mecáni- co, etc. © 0 0 0 © 1.2.2. TEORIA E L E C T R O N I C A : Los electrones se desplazan siempre de un potencial nega- tivo a un potencial positivo, de tal manera que, para que haya corriente eléctrica, debe existir necesariamente una diferencia de potencial,así co- mo para que se produzca flu- jo de agua entre un tanque y otro, debe existir necesaria- mente un desnivel entre am- bos, de manera que el agua del tanque superior pase al inferior. P O T E N C I A L NEGATIVO 1.2.3. CLASES DE CORRIENTE E L E C T R I C A : 1.2.3.1. Corriente continua (D.C. ó C.C.): Aquella corriente que no presenta variación ni en magnitud, ni en sen_ tido. 7 t I - - I - 2 T - »+ '-«4 - 8 * -TÍ 1.2.3.2. Corriente alterna (A.C.): Aquella corriente que varía, a inter- valos periódicos, tanto en magnitud como en sentido o dirección. 11
  • 10. 1.3. MAGNITUDES ELECTRICAS FUNDAMENTALES 1.3.1. INTENSIDAD, A M P E R A J E ó C O R R I E N T E (I): Es la cantidad de electrones que circula por un conductor en unidad de tiempo. La unidad para medir intensidades es el amperio. AMPERIO (A) : Es el paso de un columbio (=6.28 x 101 8 electrones) en un segun- do, a través de un conductor. Múltiplos : kiloamperio (KA) = 1,000 amperios megamperio (MA) = 1'000,000 de amperios Submúltiplos : miliamperio (mA) = 0.001 amperio microamperio (yA) = 0.000,001 amperio El instrumento adecuado para medir esta magnitud es el APPERinETRO, que se conecta en serie, in- terrumpiendo el circuito. F U E N T E A C - D C / ® ® 1 C A R G A También se puede emplear l a PINZA_Arn~ P£R2!5!Ü~RACA (pero ú n i c a m e n t e con A . C . ) , en cuyo caso no es necesario interrum pir el c i r c u i t o . 1.3.2. TENSION, V O L T A J E ó F U E R Z A E L E C T R O M O T R I Z (E ó U): dlfZV-LHClA D E porche* *t Es la diferencia de potencial existente entre dos cargas. La unidad para medir tensiones es el voltio. VOLTIO (V) : Es la diferencia de potencial que causa el paso de un columbio para producir un joule de trabajo. En otros términos, voltio es la diferencia de potencial eléctrico que existe entre dos puntos je un circuito, por el cual circula una corriente de un amperio, cua.:- do la potencia desarrollada entre estos puntos es de un vatio. Múltiplos: kilovoltio (KV) = 1,000 voltios megavoltio (MV) = 1'000,000 de voltios 12
  • 11. Submúltiplos: milivoltio (mV) = 0.001 voltio microvoltio ( uV) = 0.000,001 voltio El instrumento que se emplea para medir esta magnitud es e l VOLTIMETRO, que se conecta en paralelo con e l c i r c u i t o cuya tensión se desea medir. F U E N T E © 1.3.3. RESISTENCIA (R): Es la oposición o dificultad que ofrece un conductor al paso de la corriente. La unidad para medir esta magnitud es el ohmio. OHMIO ( fl Múltiplos: Submúltiplos: Es la resistencia que ofrece una columna de mercurio de 106.3 cm de longitud y 1 m m 2 de sección al paso de la corriente. kilohmio (Kft) = 1,000 ohmios megohmio (Mfl) * 1'000,000 de ohmios tienen muy poca utilización ya que el ohmio es de por sí una unidad muy pequeña. C A R G A El instrumento que se emplea para medir esta m a g _ nitud es e l 0HMEJ.R0- ^1 u s a r este instrumento el c i r c u i t o no debe tener tensión alguna, y debe conectarse en paralelo con e l elemento que se desea medir. Es muy común e l uso del óhmetro pa- ra medir continuidad, es d e c i r , para ver s i e l c i r c u i t o está o no interrumpido. El instrumento para medir grandes resistencias, aislamiento de los conductores y fugas a tierra se denomina MEGGER. 1.3.3.1. Factores que afectan la resistencia de un conductor: a) La longitud (L): a mayor longitud corresponde una mayor resistencia. b) La sección (S): a mayor sección se tiene menor resistencia. Para determinar la sección se emplea comúnmente el término calibre. c) Coeficiente de resistividad (p); Es la resistencia específica que ofrece un ma- terial y que depende de su estructura física o naturaleza. Su valor se da en ohmios por metro por milímetro cuadrado de sección. Este valor para el cobre es 0.0172 —^7 2 y p a r a e l aluminio 0 r m/mm ' 0.028 , 2 m/mm 13 *
  • 12. Estos tres factores se expresan m a t e m á t i c a m e n t e así: R=p-<r- d) L a temperatura: Normalmente con el aumento de la temperatura aumenta la resistencia, pero se dan materiales en los cuales con el aumento de temperatura disminuye la resistencia. Este comportamiento variable da origen a las termorresistencias o termistores. * Resistencias NTC (coeficiente negativo de temperatura): son elementos en los que su resistencia baja rápidamente al au- mentar la temperatura. Se fabrican partiendo de óxidos semi- conductores de algunos metales como Cr, Mn, Fe, etc. * Resistencias PTC (coeficiente positivo de temperatura): son elementos con un coeficiente de temperatura muy positivo, dentro de un margen de temperaturas determinado, fuera del cual el coeficiente puede ser cero o inclusive negativo. En general al aumentar la temperatura aumenta la resistencia. Se fabrican con mezclas de titanatos de bario y estroncio. 1.3.3.2. Otros factores de los cuales depende la resistencia de un conductor. a) Resistencias dependientes de la iluminación (luz): Se denominan fotorresistencias aquellos elementos cuya resistencia varía al carn biar las condiciones luminosas del ambiente. E l valor de la resistencia disminu- ye a medida que aumenta la luz. b) Resistencias dependientes de la tensión o V D R : Son elementos en los cuales el valor de la resistencia disminuye al aumentar la tensión aplicada. Se fabrican a base de carburo de silicio. 1.4. L E Y D E O H M Se refiere a la relación existente entre las tres magnitudes fundamentales. Se enun b - cia de la siguiente manera: . .TA+vedis *vc*>IA~err "La intemAldad &s dl/iectamentc pn.opon.cl.onat a la tensión e. invesisaniente. pn.opon.clonal a la ne^iistencla" E M a t e m á t i c a m e n t e se expresa así: ] = — R de la cual se deducen las siguientes ecuaciones: c s 6 * f l Nota: estas fórmulas se usan en circuitos con c.c. y en circuitos con c.a. purameri te resistivos. Más adelante se verá cómo se usan en circuitos con corriente alterna. P(&n*f 0,3
  • 13. 2. C O R R I E N T E A L T E R N A 2.1. C A R A C T E R I S T I C A S G E N E R A L E S 2.1.1. CICLO : Variación completa de la tensión y/o corriente de 0 a un valor máximo positivo y luego a 0, de éste a un valor máximo negativo y finalmente a 0. + / 9 0° i / ° ° ¡ l 8 0 ° 270° 3 6 0 ° 180° l ¡ 3 6 ° ° i / 9 0 ° ; — i / ; 2 7 0 ° representación vecto- r i a l y sinusoidal de l a corriente alterna 2.1.2. F R E C U E N C I A (f) : Número de ciclos que se producen en un segundo. Su unidad es el hertz (Hz), que equivale a un ciclo por segundo. Se representa -con la letra f. 2.1.3. PERIODO (T) : Tiempo necesario para que un ciclo se repita. Se mide en segundos y se represen- ta con la letra T. Frecuencia y período son dos valores inversos: ~J" r 2.1.4. LONGITUD DE ONDA (X): f = 1 Distancia (en línea recta) que puede recorrer la corriente en el tiempo que dura un ciclo completo. Es igual a la velocidad de la corriente entre la frecuencia: x = 300,000 Km/seg f 2.1.5. FASE : Es la relación de tiempo entre tensiones y/o corrientes alternas, independientemen- te de sus magnitudes. En una representación vectorial o cartesiana se puede considerar como fase cada 15
  • 14. una de las posiciones que va ocupando un punto determinado a lo largo de su tra- yectoria circular o sinusoidal. Estas variaciones se dan en grados, por lo cual se denominan ángulos de fase. 2.1.6. D E F A S A J E O DIFERENCIA D E FASE : Se dice que dos ondas (que tienen la misma longitud, no necesariamente la misma magnitud) están defasadas cuando sus valores máximos no se producen al mismo tiempo. ondas en /jase. ondas de.£asadas El defasaje que puede darse entre tensiones o corrientes, como también entre una tensión con relación a una corriente, depende del retraso o adelanto de una onda con respecto a otra. Generalmente se mide en grados, para una mayor precisión. 2.2. V A L O R E S F U N D A M E N T A L E S 2.2.1. V A L O R INSTANTANEO : Es el valor que tiene la tensión y/o corriente en un instante determinado. De allí que una onda tiene infinito número de valores instantáneos. 2.2.2. V A L O R M A X I M O O PICO : Es el mayor de los valores instantáneos que puede alcanzar la corriente y/o ten- sión en un semiciclo. Nos determina la amplitud de la onda. Este valor es importante por: * Seguridad: debe tenerse presente que el valor máximo del voltaje en co- rriente alterna, aún cuando sólo se produce dos veces por cada ciclo, es mayor que el voltaje considerado comúnmente. Por ejemplo el valor pico para una tensión de 208 V es 294 V, mucho más alto y por consiguiente más peligroso que los 208 V. * Aislamiento: A l considerar el aislamiento de un conductor, se debe tener en cuenta el valor máximo de la tensión, ya que en realidad soportará tensiones más altas (aún cuando esto suceda sólo en ciertos momentos) en un circuito con c.a. que. otro equivalente con c e , y que podría perfo- 16
  • 15. rar el material aislante. - - V A L O R M A X I M O — V A L O R E F I C A Z V A L O R MEDIO o PICO Eívalor instantáneo se pro- duce en todos los puntos que conforman un c i c l o . 2.2.3. V A L O R MEDIO : Es el promedio de todos los valores instantáneos de medio ciclo. Es igual a 0.637 del valor máximo. Ejemplo : el valor medio para una tensión pico de 294 V será: 294 V x 0.637 = 187.27 V 2.2.4. V A L O R E F I C A Z ó C U A D R A T I C O MEDIO (r.c.m.) : El valor eficaz de una tensión o corriente alterna es el que, en un circuito pura- mente resistivo, produce la misma cantidad de.calor que la producida por una co- rriente continua del mismo valor. Por ejemplo una corriente alterna, cuyo valor eficaz es 1 A generará el mismo calor, en una resistencia de 10 ohmios, que el ge nerado por una corriente continua de 1 A . El valor eficaz es igual a la raíz cuadrada del valor medio de la suma de los cua- drados de los valores instantáneos de corriente o tensión durante medio ciclo. En función del valor pico, el valor eficaz es 0.707 del valor pico; o bien podemos obtener el valor eficaz dividiendo el valor pico por 1.4142 . Este es el valor más importante, ya que cuando se habla ordinariamente de cier- tos valores de tensión o corriente, se está haciendo referencia al valor eficaz. Así, cuando se habla de 12», 150, 2f8, 2 S i , 38t é 4 4 i V (tensiones más usadas en nues^ tro medio) se hace referencia exclusivamente a los valores eficaces. 2.3. SISTEMAS M A S E M P L E A D A S 2.3.1. SISTEMA M#N«FASIC® : Sistema en el cual se emplea una fase y el neutro (sistema bifilar). 2.3.2. SISTEMA BIFASIC» : En este sistema se emplean dos fases (bifilar) o dos fases y neutro (trifilar), por 17
  • 16. lo cual se lo llama también monofásico trifilar. 2.3.3. SISTEMA TRIFASICO : Recibe el nombre de sistema polifásico de corriente el conjunto formado por va- rias corrientes alternas monofásicas, de igual frecuencia y valor eficaz, y que es- tán defasadas entre sí un ángulo eléctrico igual a 360°, dividido por el número de fases. Se denomina fase a cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema. Por excepción recibe el nombre de sistema bifásico aquel formado por dos fuerzas electromotrices alternas monofásicas, defasadas entre sí 90° y no 180°, como se supondría por la definición anterior. El más utilizado de los sistemas polifásicos es el TRIFASICO (trifilar o tetrafilar), por las ventajas que ofrece: facilidad de transporte, sencillez, menor consumo, ve_r satilidad de algunas máquinas alimentadas por este sistema (por ejemplo motores asincronos trifásicos), etc. R representación vectorial representación sinusoidal La rotación de tres bobinas igualmente espaciadas en el interior de un campo m a ¿ nético constante, genera tres fuerzas electromotrices inducidas, con tensiones de la misma magnitud, defasadas entre sí 120°. Estos tres grupos pueden conectarse en estrella o en triángulo. 2.3.3.1. Conexión en estrella : Esta forma de conexión se obtiene uniendo los tres finales de las bobinas entre sí, formando un punto común llamado punto neutro (de donde se saca el conductor neutro) y los tres principios quedan libres para entregar las tensiones de las tres fases (R - S - T). Con esta forma de conexionado puede obtenerse un sistema trifásico trifilar o te- trafilar, así como dos tipos de tensiones y/o corrientes: de fase y de línea. a) Tensión de fsse o tensión simple (Ef ): "Fis la diferencia de potencial entre un conductor de línea (fase) y el conductor neutro (RN - SN - TN). 18
  • 17. / b) Tensión de línea o tensión compuesta (EL): Es la diferencia de potencial entre dos conductores de línea (tensión entre fa- ses = RS = R T = ST). El valor de la tensión de línea y el de la tensión de fase están estrechamente re- lacionadas entre sí. En efecto: RS = R O + OS sustituyendo E L = 2 R O sustituyendo E L = 2 X Cos 30° X Ef sustituyendo EL = 2 X—¿ x Ef simplificando E L =/3 Ef donde donde Cos 30° RS = E L y RO = Cos 30c ' 2 RO R N OS y R N Ef o bien Ef = E L 73 de modo que la tensión de línea será / 3 veces mayor que la tensión de fase y a su vez la tensión de fase / 3 veces menor que la tensión de línea. 2.3.3.2. Conexión en triángulo: Se realiza una conexión en triángulo cuando se une el final de una bobina con el principio de la siguiente hasta obtener un sistema cerrado. Las tres fases (R-S-T) se obtienen de los tres pun tos de unión. En este caso obtendremos únicamen- te un sistema trifásico trifilar (sin conductor neu- tro por carecer del punto común para obtenerlo) con sólo tensión de línea, ya que la tensión de fase es igual a la tensión de línea. En los sistemas trifásicos las tensiones y/o corrien_ tes se dan siempre por sus valores eficaces entre fases o entre fases y neutro, que corresponden a las tensiones de línea y fase respectivamente. 19
  • 18. 3. CIRCUITOS E L E C T R I C O S C O N A . C . 3.1. GENERALIDADES Un circuito eléctrico es el recorrido completo que realiza la corriente, desde que sale de la fuente hasta que retorna a ella, pasando por una o más cargas (disposi- tivos donde la energía eléctrica se transforma en otras formas de energía) a tra- vés de unos conductores. En consecuencia, todo circuito eléctrico debe estar compuesto necesariamente por: a. Fuente de energía b. Conductores de conexión c. Carga C O N D U C T O R D E E N E R G I A I C A R G A C O ' N D U C T O R 3.1.1. CIRCUITO ABIERTO : Circuito que se encuentra interrumpido en a l - gún punto del mismo. Se tiene energía, pero no hay flujo de corriente eléctrica. 3.1.2. CIRCUITO C E R R A D O : Circuito sin interrupción alguna. Se tiene ener- gía y flujo de corriente eléctrica. 3.2. CIRCUITOS P U R A M E N T E RESISTIVOS Circuitos en los cuales las cargas eléctricas están constituidas exclusivamente por resistencias. 20
  • 19. 3.2.1. CIRCUITO SERIE Circuito en el cual' la corriente tiene un solo recorrido. 1 Cálculo de I, E y R: It = 1 1 = 2=... In Et= El + E¡2+... En Rt= R1+ R2+... Rn 3.2.2. CIRCUITO P A R A L E L O Circuito en el cual la corriente tiene posibilidad de varios recorridos. Cálculo de I, E y R: It = I1+I2+... In Et = El = E2 = . . . En ±_ Rt R1 j _ R2 " Rn Nota: cuando en un circuito paralelo se tienen solamente dos resistencias diferen- tes, se puede emplear la siguiente ecuación (derivada de la fórmula general): Rt R1 R2 : R1+ R2 3.2.3. CIRCUITO SERIE - P A R A L E L O o MIXTO : Circuito en el cual la corriente tiene en parte un solo recorrido, y en par- te posibilidad de varios recorridos. Cálculo de I, E y R : Para calcular estas tres magnitudes, debe reducirse previamente el circui- to mixto a uno que sea solamente serie o solamente paralelo. Notas: * En todos estos circuitos los valores de I y E se consideran por sus valo- res eficaces. « * La- ley de ohm tiene completa y total aplicación, exactamente como si se tratara de circuitos con corriente continua. r — V v V 1 — V v V A A / v 3.3. CIRCUITOS R L Y R C 3.3.1. G E N E R A L I D A D E S SOBRE ELECTROMAGNETISMO : 3.3.1.1. Campo magnético originado en un conductor: En todo conductor, a través del cual circula corriente, se genera un campo magné tico circular. L a intensidad de este campo está dado por las líneas de fuerza que 21
  • 20. se producen, así como por la distancia que hay entre ellas, i El sentido de las líneas de fuerza se determina mediante la regla de la mano iz- quierda: si se cierra la mano izquierda alrededor de un conductor, de manera que el pulgar señale la dirección del flujo de la corriente, el campo magnético que ro- dea el conductor tendrá la dirección de los dedos que rodean el conductor. 3.3.1.2. Campo magnético originado en un solenoide: Solenoide es un conductor arrollado en forma de espiral. A l circular la corriente por él, se genera un campo magnético similar al de un imán. La polaridad de dicho campo se conoce mediante la regla de la mano izquierda: si se cierra la mano izquierda alrededor de un solenoide, de manera que los dedos que rodean el solenoide señalen la dirección de la corriente, el dedo pulgar seña- lará el polo norte. 3.3.1.3. Campo magnético originado por una corriente alterna: Como la corriente alterna varía constantemente en magnitud y sentido, también el campo magnético generado en el conductor y/o solenoide, por el que circula a. c. cambiará constantemente en intensidad (magnitud) y polaridad (sentido de las líneas de fuerza). 3.3.1.4. Fuerza electromotriz inducida o fuerza eontraeleetromotriz (fcem): Cuando se mueve un conductor a través de un campo magnético, se genera o in- duce una fuerza electromotriz (FEM) en el conductor. L a dirección de ésta depen-
  • 21. de de la dirección del movimiento del conductor, respecto a la dirección del cam- po magnético, y se determina mediante la regla de la mano derecha: si se coloca el pulgar, el índice y el dedo medio formando ángulos rectos entre sí, de modo que el pulgar nos señale la dirección hacia donde se desplaza el conductor, y el índice la dirección de las líneas de fuerza, el dedo medio nos señalará el sentido en el cual fluye la fuerza electromotriz inducida. La magnitud de la fuerza electromotriz inducida será: a) Directamente proporcional a la intensidad del campo magnético b) Directamente proporcional a la longitud del conductor c) Directamente proporcional a la velocidad con que el conductor atraviesa el cam po magnético. d) Proporcional a la dirección hacia donde se mueve el conductor: . si el conductor se mueve formando ángulo recto con respecto a la dirección del campo, la F E M es máxima; . si el conductor se mueve paralelamente a la dirección del campo, no se indu- ce F E M . De acuerdo con la ley de Lenz, un cambio en la corriente produce una F E M cuya dirección es tal que se opo- ne al cambio de la corriente, es decir, cuando una corriente está disminuyen- do, la F E M inducida tiene la misma dirección de la corriente y trata de mantenerla en su valor sin que dismi- nuya; y si está en aumento se produce un fenómeno similar, pero contrario, ya que la polaridad de la F E M induci- da es opuesta a la dirección de la co- rriente, tratando de evitar que ésta aumente. De allí que la E aplicada y la F E M inducida estarán siempre defasadas 180°, por lo cual la acción de la F E M inducida es opuesta a la acción aplicada, razón por la cual se la llama también fuerza eontraeleetromotriz (fcem). La fuerza eontraeleetromotriz dependerá también de la forma del conductor, de allí que cuando e'ste es arrollado en forma de bobina, la fcem aumentará, por cua_n to el flujo magnético, al expanderse y contraerse, cortará varias espiras al mismo tiempo. 3.3,1.5. Autoinducción: Debido a una variación constante que se produce en el campo magnético que se genera alrededor de un conductor, por el cual circula c.a., puede considerarse que las líneas de fuerza cortan el conductor, produciéndose un efecto similar al origi- nado cuando el conductor se mueve dentro de un campo magnético, es decir, se genera o induce una F E M en el mismo conductor, o sea se produce autoinducción. Como toda F E M inducida tiene magnitud y polaridad, que dependen de la rapidez con que se expande o reduce el campo magnético, lo cual a su vez depende de la velocidad con que varía la corriente, es decir de la frecuencia, de manera que a mayor frecuencia, mayor F E M inducida. 23
  • 22. Así 'mismo depende de la intensidad de la corriente: las corrientes intensas produ- cén campos magnéticos más intensos, de tal manera que la F E M autoinducida será directamente proporcional a la amplitud y frecuencia de la corriente alterna que la produce. 3.3.1.6. Inducción mutua: La inducción de la F E M en una bobina por líneas de fuerza generadas por otra bo- bina, recibe el nombre de inducción mutua. La bobina que genera las líneas de fuerza o flujo se denomina primario, y aquella en la cual se induce la F E M se llama secundario. La magnitud de la F E M inducida depende de: a) Posición relativa de las dos bobinas, b) Número de espiras que tengan las bobinas: . si el secundario tiene menor número de espiras que el primario, la F E M indu- cida será menor; . si el secundario tiene mayor número de espiras que el primario, la F E M indu- cida será mayor. La inducción mutua tiene directa aplicación en los transformadores. 3.3.2. INDUCTANCIA (L) : Aún cuando la inductancia es en realidad una característica física del conductor, a menudo se la define, más bien, en función del efecto que tiene en el flujo de la corriente, y que se expresa así: Inductancia (cuya unidad ej> el tien/iy J es ta pn.opted.ad de. un cisicuiío elÁctntco a oponesise a cnalautesi camJLLo de. ta co- nfitente en ét. Los conductores arrollados en forma de solenoides o bobinas son los que presentan las mayores inductancias. Es un arrollamiento de alambre en forma de espiral. Está compuesta por: a) Conductor: suele ser un alambre sólido de cobre, revestido con un aislamiento esmaltado,, a través del cual circulará la corriente. b) Núcleo: elemento que se encuentra dentro de la bobina. Puede ser de un mate- rial ferromagnético o de un material aislante (en cuyo caso normalmente sólo será soporte o formaleta y no a.dquirirá propiedades magnéticas). Cuando el núcleo puede moverse dentro de la bobina, se obtiene una inductan- cia variable (determinada por la posición del núcleo). La inductancia de una bobina depende: a) Del núcleo: ' Material del cual está hecho: ya que si es ferromagnético, el campo magné- tico se intensifica por el reforzamiento o suma de las líneas de fuerza pro- 3.3.2.1. L a bobina: 24
  • 23. ducidas por la bobina. ir fl I . Sección transversal: a mayor área transversal se obtendrá un mayor numero de líneas de fuerza. Longitud: a mayor longitud corresponde un flujo magnético menor. b) De las espiras: A mayor número de espiras, mayor inductancia Cuanto más cercanas entre sí las espiras, se tendrá una mayor inductancia Todos estos factores se expresan m a t e m á t i c a m e n t e de la siguiente forma: , _ 0.4 TT N 2 p A donde: N = número de espiras ¿ y = permeabilidad magnética A= área transversal del núcleo í = longitud del núcleo c) De la intensidad de la corriente: cuanto mayor corriente circule por la bobina, se obtendrá mayor intensidad en el campo magnético. Cuando el núcleo llega a un límite máximo de flujo magnético, se dice que éste se ha saturado. 3.3.2.2. Inductancia pura: Es aquella que se considera sin resistencia ni capacitancia. El efecto inductivo que se pro- duce en una bobina, considerada como inductancia pura, provoca un defasamiento de atraso de 90° de la corriente con respec- to a la tensión. Este defasaje' máximo irá disminuyendo a me- dida que aumente la resistencia de la bobina, pues en un circui- to puramente resistivo la ten- sión e intensidad están en fase. 3.3.2.3. Reactancia inductiva ( X L ): En un circuito de c.a. con solo inductancias, la cantidad de corriente que fluye es determinada por la fcem que contrarresta la tensión aplicada, por lo que se comporta como una resistencia, al limitar el flujo de corriente. Por este motivo la oposición que presenta una inductancia al paso de corriente alterna se llama reactancia inductiva y se expresa en ohms. Como la fcem depende de la L y de la f, la X L se puede calcular así: donde: 2-rrf representa la rapidez de cambio de la corrien X L = 2rrfL te L es la inductancia expresada en henrys Dado que en un circuito puramente inductivo, el único factor que limita el flujo de corriente es la reactancia inductiva, puede aplicarse la ley de ohm, con la co- 25
  • 24. rrespondiente adecuación. Así obtendremos: I X L teniendo presente de que un v a - lor específico de reactancia inductiva se aplica sólo para una frecuencia específi- ca, de tal manera que si se altera la f, también quedará alterada la X L , haciendo que un mismo circuito sea m á s o menos inductivo. 3.3.2.4. Cálculo de la inductancia total en circuitos puramente inductivos: a) Circuitos en serie : L t = L i + L2 +... L n b) Circuitos en paralelo : = - d + L 2 + " ' Ln 3.3.3. CIRCUITOS R L E N SERIE Y E N P A R A L E L O : 3.3.3.1. Propiedades del triángulo rectángulo: a) Teorema de Pitágoras: establece una relación entre los tres lados de un triángulo rectángulo. Se enuncia así: la hipotenusa (H) al cuadrado es igual a la suma de ios cuadrados de los catetos. A N G U L O R E C T O Su expresión matemáticas es: H 2 = C 2 A N G U L O A G U D O — H I P O T E N U S A (Ht C A T E T O S ^ S » A N G U L O ( C j c ) / A G U D O + c b) Funciones trigonométricas básicas: es la relación establecida entre catetos o en- tre un cateto y la hipotenusa, en función de los ángulos agudos del triángulo rectángulo. Está dada por un valor numérico. Las funciones básicas son: * SENO de un ángulo agudo es la relación entre el cateto opuesto a dicho ángulo y la hipotenusa: Sena cateto BC Seng = cateto AC hipotenusa hipotenusa El valor numérico está entre 0 y 1 * COSENO de un ángulo agudo es la relación en- tre el cateto adyacente a dicho ángulo y la hipo- tenusa: Cos a = cateto AC Cos 3 cateto BC hipotenusa hipotenusa El valor numérico está entre 1 y " 0 * T A N G E N T E de un ángulo agudo es la relación entre el cateto opuesto y el cateto adyacente a dicho ángulo, o bien la relación entre el seno y el coseno del mismo ángulo. tan a tan 3 = catetoBC catetoAC cateto AC cateto BC tan a tan 3 Sen a Cos a Sen 3 Cos 3 26
  • 25. El valor numérico no tiene las limitaciones del seno y coseno. Nota: conocida. una función puede hallarse el valor del ángulo correspondiente mediante la función inversa (arco seno, arco coseno y arco tangente). 3.3.3.2. Circuitos RL: Un circuito R L es aquel que está formado tanto por resistencias como por induc- tancias. La diferencia fundamental entre un circuito R L y un circuito puramente resistivo radica en que las relaciones de fase en las partes resistivas del circuito R L son diferentes a las relaciones de fase en las partes inductivas, afectando ambas, aun- que en forma diferente, el funcionamiento general del circuito. En estos circuitos, tanto la resistencia como la reactancia inductiva, se oponen al flujo de corriente. E l efecto combinado de ambos es lo que se denomina IMPE- DANCIA (Z) del circuito, y que se mide en ohmios. En estos circuitos, la ley de ohm es totalmente aplicable, con la salvedad de que, según los componentes que se usen, la R debe considerarse bien sea como X L O E E E bien sea como Z . En consecuencia tendremos: I = o I = o I = ^ 3.3.3.3. Circuitos RL en serie: Un circuito R L en serie puede estar constituido por una o más resistencias y por una o más inductancias. Cuando la resistencia interna de la bobina o bobinas es 10 veces inferior a alguna de las resistencias del circuito, no se toma en cuenta su valor, por lo que normal- mente las bobinas se consideran como inductancias puras. R V W V 1 2 0 0 Í I K Y Y Y N l 10 mh ' 3.3.-3.3.1. Intz/LsiJjdad: Por ser un circuito serie, la intensidad será la misma en todo el circuito, exacta- mente como si fuera un circuito puramente resistivo Por consiguiente, para el gráfico siguiente, tendremos: 27
  • 26. R,= 4 0 0 f l R2 = 2 0 0 í l A A A / V — W v V L, =0. 2 h L 2 = 0 . 3 h I t = I R i = I R2 = iLj = l L 2 Aplicando la ley de ohm tendremos: I t = l I R = I I l = I L 3.3.3.3.2. Testównj En un circuito puramente resistivo la tensión total es igual a la suma algebraica de las tensiones parciales. En un circuito R L en serie, la tensión total también será igual a la suma de las tensiones parciales (ER y E L ) , pero teniendo presente que la tensión en R está en fase con la intensidad, mientras que en la inductancia la E está adelantada 90° con respecto a I, de manera que, tomando como referen- cia la corriente, se puede afirmar que E L está adelantada 90° con respecto a E R . A A / v V E[_= 6 0 V Aplicando la ley de ohm obtenemos las siguientes expresiones para las tensiones parciales: E R = 1R x R E L = I I x X L La E total será la suma vectorial de las tensiones parciales de R y L, donde E L y E R son dos vecto- res perpendiculares. La suma de ambos será la hipo- tenusa del triángulo rectángulo que se ha formado, en el cual E L y E R son los catetos. E o = 8 0 V Por lo tanto, aplicando el teorema de pitágoras ten_ dremos: Et = / E 2 R + E 2 L E t = / 802 V + 602 V E t = / 10,000 V E t = 100 V Así como E L está defasada 90° con respecto a ER , también la Et estará defasada de E R , pudiéndose averiguar éste ángulo de defasaje de la siguiente manera: El vector que representa la E t y el vector que re- presenta la E R forman un triángulo rectángulo, en el cual la hipotenusa mide 100 V. el cateto ac; a- cente al ángulo 80 V y el cateto opuesto (que es igual a E L ) 60 V. Por consiguiente podemos apli- car la siguiente función trigonométrica básica: 23
  • 27. Cos a E R ' E t Cos a - ] oo v - ° - 8 a = 36.87° 3.3.3.3.3. ImpedcuMua: ft = lOOfl M A / V xL=5on R = I 0 0 A son I 0 O A Es la oposición total del circuito al flujo de corrien te, equivalente a la R total de un circuito puramen_ te resistivo. En un circuito puramente resistivo, la resistencia total es igual a la suma algebraica de las resisten- cias parciales. En un circuito R L en serie, como la I es la misma para la resistencia y la inductancia, en tanto que la E L está adelantada 90° con respecto a E R , se considera que X L está adelantada 90° con respecto a R . De allí que, para calcular la impedancia, la suma de R y X L deberá ser una suma vectorial. Por un proceso similar al aplicado para calcular la E t tendremos: / R 3 Z = / I 0 0 2 n + 502 Í2 Z - /12.500Q Z = 111.80Í2 El ángulo de defasaje de E e I, en función de los componentes resistivos, se calcula como sigue: Cosa = lOOft Cosa = 111.80Í2 Cosa = 0 . 8 9 4 4 5 4 a = 2 6 . 5 6 ° 29
  • 28. 3.3.3.3.4. ¿peto de. la pLe.caen.cla en un ctn.cuito RL en ¿ejile.: Los valores relativos de X L y R determinan el ángulo de defasaje entre Z e L ' Como X L varía con la frecuencia, también el valor relativo de Z se verá afecta- do, por lo que un mismo circuito tendrá propiedades distintas, variando únicamen- te la frecuencia: cuanto m á s baja la frecuencia, el circuito se comportará como un circuito exclusivamente resistivo (por ser X L bajo), y cuanto más alta la fre- cuencia, se comportará como un circuito puramente inductivo (XL es mayor). 3.3.3.4. Circuitos R L en paralelo: Circuitos en los cuales se tienen una o m á s resistencias y una o m á s inductancias conectadas en paralelo. 3.3.3.4.1. Ienslón: A l igual que en un circuito puramente resistivo, en un circuito R L la tensión total es la misma en cada una de las ramas resistivas e inductivas. 1 2 0 V ( O j 120 v E t = E R = E L Aplicando la ley de ohm: E R = I R R E L = I L X L E t = ItZ 3.3.3.4.2. Intensidad: La corriente total, la corriente de las ramas resistiva e inductiva son independien- tes, pues la cantidad de corriente que circula por cada rama estará dada por los valores que tengan las resistencias y las reactancias inductivas, por cuanto la ten- sión es la misma en todas las ramas. En consecuencia tendremos: para las ramas resistivas: I R = R E para las ramas inductivas: I I = v , A L La corriente total será igual a la suma vectorial de las corrientes de las ramas resistivas e inductivas, por la diferencia de fase existente entre ellas, ya que I R está adelantada 90° a I L . En efecto, come la tensión es la misma en ambas ramas, se puede afirmar que ésta está en fase con IR , y adelantada 90° a I I . 30
  • 29. I, =0.5 A I, =0.5A o.a A Por este motivo, la intensidad total del circuito R L en paralelo, se hallará aplicando el teorema de pitá- goras (en forma similar a la aplicada para calcular la tensión total en un circuito R L en serie). It = / P e + I a L I t = / 0 . 8 2 A + 0.52 A It = / 0 . 8 9 A I t = 0.94A Si se aplica la ley de ohm tendremos: It = % Para calcular el ángulo de defasaje entre It y E (= I R ) se emplea la siguiente función trigonométri- ca básica: Cosa = IR It Cosa = 0.8 0.94 Cosa = 0.847998 a = 32° 3.3.3.4.3. Impeidancla: Es la oposición total al flujo de corriente presentada tanto por la rama resistiva, como por la rama inductiva. Su valor se calcula en forma similar a la realizada en un circuito puramente re- sistivo con dos resistencias. R X L /R 2 + X 2 L Z = IQQ Q x 5 0 Q Como puede observarse el R 2>ioon L - < x L = 5 o n / i o o 2 f i + 5 0 2 valor de Z siempre será i n - Z = 44.7 Q ferior al valor más bajo del circuito. En el caso de conocerse la E t y la It.se aplica la ley de ohm: It 31
  • 30. El ángulo de defasaje entre It y E, en función de R, X L y Z se halla mediante la siguiente ecuación: 3.3.3.4.4. Lpcío de. la -pue.caen.cla en cMicuito-6 RL en panatela: Los efectos que produce el cambio de frecuencia en un circuito R L en paralelo son diferentes a los efectos que se produce en un circuito R L en serie, donde el aumento de la frecuencia hace m á s inductivo un circuito. En efecto, en un circuito R L en paralelo, el aumento en la frecuencia produce un aumento en X L , haciendo m á s resistivo el circuito y por consiguiente menos induc tivo, debido a que la corriente en la rama inductiva será menor, mientras que en la rama resistiva se hace mayor. A l disminuir la frecuencia se produce un fenómeno opuesto al anterior, de tal ma- nera que, a frecuencias muy bajas, el circuito será casi exclusivamente inductivo. Por este motivo, a medida que aumenta la frecuencia, disminuye el ángulo de de- fasaje 3.3.4. C A P A C I T A N C I A (C) : Es la propiedad de un circuito eléctrico que le permite almacenar energía eléctri- ca, por medio de un campo electrostático, para liberarlo posteriormente. L a unidad de capacitancia es el faradio (= cuando al aplicar a dos placas 1 voltio, almacena 1 columbio de carga en cada una de ellas). El efecto capacitivo que se produce en un condensador (cuando se lo considera co- mo capacitancia pura) provoca un defasamiento de adelanto de 90° de la corriente respecto a la tensión. Este defasaje máximo irá disminuyendo a medida que vaya aumentando la resisten- cia. Cosa = O- • v w v o o R C s 32
  • 31. 3.3.4.1. Capacitores: Más comúnmente conocidos como condensadores, son elementos que introducen ca- pacitancia en un circuito. Existe un capacitor siempre que un material aislante separe a dos conductores que tengan diferencia de potencial entre sí. Los capacitores están constituidos por dos placas y un material aislante o dieléc- trico. Un capacitor está cargado cuando existe diferencia de potencial entre sus placas. A mayor carga de las placas se obtendrá un campo eléctrico más intenso, pero si esta carga es excesiva (sobrecarga) se produce la perforación de las placas, dete- riorándose el capacitor. 3.3.4.2. Reactancia capacitiva (Xc): Un capacitor se opone al flujo de corriente alterna en forma análoga a una resis- tencia o a una inductancia. Esta oposición que presentan las capacitancias se deno- mina reactancia capacitiva y se expresa en ohmios. Como el flujo de corriente es directamente proporcional a la frecuencia y capaci- tancia, la reactancia capacitiva será inversamente proporcional a los mismos. De allí que ésta puede calcularse mediante la siguiente expresión: donde: 2irf representa la rapidez de cambio de la corriente C es la capacitancia expresada en faradios X c 1 2rrfC En un circuito capacitivo (al igual que en los circuitos inductivos), como el único factor que limita el flujo de corriente es la reactancia capacitiva, puede aplicar- se la ley de ohm, con la correspondiente adecuación, obteniéndose la siguiente ex- E presión: I = Como X c es inversamente proporcional a la f, cuando ésta se altere, también se modificará la corriente, pero en proporción directa. 3.3.4.3. Cálculo de la capacitancia total en circuitos puramente capacitivos: a) Circuitos en serie: ^ ~ = TT + 7*- +••• h~ C t C i C2 C n b) Circuitos en paralelo: Ct = C1 + C2 + ... Cn 33
  • 32. 3.3.5. CIRCUITOS R C E N SERIE Y E N P A R A L E L O 3.3.5.1. Circuitos R C en serie: V s A A V A A n R. R , C i "Ir es Son circuitos compuestos por una o más resis- tencias y por uno o m á s capacitores. 3.3.5,1.1. Intensidad: Como todo circuito serie, la corriente total es la misma que fluye a través de to- dos y cada uno de los diversos componentes, es decir a través de las resistencias y capacitores. A A / v V lf IR le -II- I t = I R = Ic Aplicando la ley de ohm: 3.3.5.1.2. i envión: La tensión total del circuito se obtiene: A A / W - ER= 120 V Aplicando la ley de ohm: Et = I t Z Sumando vectorialmente: , ///// 1 E„=I20V °^¿A/A Et = / E R + E 2 c Et = / 1 2 0 2 V + 1002 V Et = /24,400V Et = 156.20V 34
  • 33. El ángulo de defasaje, formado por la corriente y la tensión total, se calcula empleando la siguiente función trigonométrica básica: Cos a E R E t Cos a 1 2 0 V 1 5 6 . 2 0 V Cos a = 0 . 7 6 8 2 a = 3 9 . 8 0 ° 3.3.5.1.3. Impeaan.c¿a: Es la oposición total al flujo de la corriente que ofrecen las resistencias y reactan cias capacitivas del circuito. A / W V ioon -Ir s o n Su valor se calcula sumando vectorialmente R y X c Z = / R 2 + X 2 c Z = / 1002 ft + 802 ü Z = / 16,400 fi Z = 128.06 n Aplicando la ley de ohm: E t Z = I Para averiguar el ángulo de defasaje en función de los componentes resistivos (Z, R y Xc), se emplea la siguiente función trigonométrica: Cos a R ~ Z Cos a íoon ~ 128.06 Cos a = 0.7809 a = 38.66° 3.3.5.2. Circuitos R C en paralelo: Circuitos en los cuales se tienen una o más resistencias y una o más capacitancias conectadas en paralelo. Por procesos similares a los realizados en circuitos R L en paralelo tendremos: 35
  • 34. 3.3.5.2.1. Tensión: 1 1 0 V c m I I 0 V La tensión aplicada (Et) a un circuito R C en parale- lo llega directamente a cada rama, de tal manera que la tensión total es la misma e igual, tanto en la rama resistiva como en la rama capacitiva. E t = E R = Ec Aplicando la ley de ohm: Et = It Z 3.3.5.2.2. Iníensislad: ' 0 . 5 A , 0 . 2 A 1 1 0 V 2 o o j i c ~ * ~ X c = n o n . La corriente de cada rama es independiente, estando supeditada únicamente al valor que R y X c tengan, por cuanto la tensión es la misma en ambas ramas. Aplicando la ley de ohm obtendremos IR E R I c = X c Como en la rama resistiva I esta en fase con E,mie_n tras en la rama capacitiva I está adelantada 90° a E (siendo E la misma en ambas ramas),se puede afir- mar que Ic está adelantada 90° a I , de manera que para averiguar la intensidad total del circuito debe- mos sumar vectorialmente I e Ic. De esta manera obtenemos: It It / I 2 R + I 2 C / 0 . 5 2 A + 0.22 A It = / 0 . 2 9 A It = 0.54A Si se conociera Z, se puede aplicar directamente la ley ohm: It E Z El ángulo de defasaje entre It y E (o IR) se obtiene mediante procesos análogos a los empleados en circuj_ tos R L en paralelo: N I R C o s a = TT 3.3.5.2.3. Impedancla: Oposición total al flujo de la corriente tanto en la rama resistiva como en la ra- ma capacitiva. Aplicando un procedimiento similar al empleado en circuitos R L en paralelo obtendremos: Z = R X c / R 2 + X 2 c o aplicando la ley de ohm: Z = JT~ El valor de la impedancia siempre será inferior a R y X c . De estos dos factores, el de menor valor (y que por tanto deja pasar m á s corriente) es quien determina el tipo predominante del circuito: si es resistivo o capacitivo. 36
  • 35. 4. POTENCIA ELECTRICA EN A.C. 4.1. POTENCIA ELECTRICA EN CIRCUITOS PURAMENTE RESISTIVOS (o en cir- cuitos con ce.) 4.1.1. ASPECTOS GENERALES : Si se aplica una diferencia de potencial a un circuito, éste será recorrido por una determinada cantidad de electricidad que se transformará en otra forma de ener- gía (luz, calor, movimiento mecánico, etc.), por lo cual decimos que se realiza un trabajo eléctrico, el cual será proporcional a la tensión y a la cantidad de corrien- te que recorre el circuito. Como un mismo trabajo puede realizarse en tiempos diferentes, la rapidez con que éste se realice se llamará POTENCIA y se expresará en unidades de trabajo y de tiempo: * Joule (J): es la unidad de trabajo eléctrico y se define como el trabajo efectuado por un columbio, con una diferencia de potencial de un voltio. * L a unidad de tiempo que se toma en cuenta es el segundo. En base a estas dos unidades, POTENCIA ELECTRICA (P) se define como el tra- bajo eléctrico que se realiza en unidad de tiempo. L a unidad es el vatio. VATIO o WATT (W): es el trabajo realizado cuando fluye un amperio, con una dife- rencia de potencial de un voltio. Múltiplos: Kilovatio (KW) = 1,000 W Megavatio (MW) = l'OOO.OOO W El instrumento que se emplea para medir potencia eléctrica es el vatímetro. 4.1.2. L E Y D E WATT : Nos indica la relación existente entre la potencia, la corriente y la tensión. Se enuncia de la siguiente manera: "La potencia es aln^cLamente. p/iopo/LcÁ-onaJL a la Intensalaa y a xa nenó-ton Su expresión- matemática es: P = I x E En los circuitos con c . c , la potencia absorbida está dada por la anterior ecuación, sin tener en cuenta el tipo de carga que tenga. En los crcuitos con A . C , donde la carga sea puramente resistiva, la potencia es- tará dada por la misma expresión, exactamente como si fuera un circuito con c . c , ya que como I y E están en fase y sus valores instantáneos tienen siempre el mis- mo signo (unas veces positivo y otras negativo), la potencia será siempre positiva e igual al producto de la tensión por la intensidad. • 37
  • 36. En el presente gráfico podemos ver, en efecto, que, tanto en el primer semiciclo, donde todos los valores son positivos, como en el segundo, en el cual todos los valores son negativos, la potencia es siempre positiva. De acuerdo con los diferentes sistemas, la ley de watt sufrirá algunas modificacio- nes. En efecto obtendremos: * Sistema monofásico bifilar: P = I x E f * Sistema monofásico trifilar: P = I x E L 4.1.3. R E L A C I O N E S C O N L A L E Y D E O H M : 4.1.3.1. Potencia en función de E y R: E Según la ley de ohm tenemos: I = ^ Sustituyendo este valor de I en la fórmula de la potencia obtendremos: 4.1.3.2. Potencia en función de I y R: Según la ley de ohm tenemos: E = I x R Sustituyendo este valor de E en la fórmula de potencia obtendremos: P = I x I x R P = I2 x R 4.2. E N E R G I A E L E C T R I C A Es la cantidad de potencia eléctrica consumida en determinado tiempo. La unidad que mide energía eléctrica es el joule o julio. JOULE (J) : Es la energía consumida cuando pasa un vatio durante un segundo: J = W x seg. * Sistema trifásico : P = / 3 ~ x I x E L 38
  • 37. 4.3. ENERGIA CALORIFICA Cuando la corriente fluye a través de una resistencia, la energía eléctrica se trans forma en energía calorífica, pudiendo tener efectos útiles o perjudiciales. 4.3.1. EFECTO JOULE : Es la cantidad de calor producido (Q) por una resistencia. Es equivalente al produc_ to de la tensión que se aplica a una resistencia en sus extremos, por la corriente que fluye a través de ella y por el tiempo (t), dado en segundos, que circula la corriente por la misma, todo ello afectado por un coeficiente de proporcionalidad, cuyo valor es 0.24. Se expresa en calorías (Cal). Matemáticamente el efecto joule se expresa así: Q = 0.24 x t x E x I o Q = 0.24 x R x I2 x t Por su parte, la energía eléctrica, en función de la energía calorífica es igual a: 1 KWh = 864 KCal 4.3.2. POTENCIA DISIPADA O PERDIDA D E POTENCIA : Es la energía que no se emplea en algo útil, como por ejemplo el calor producido por bombillos y motores, son casos comunes de potencia disipada en forma de ca- lor (P = I2 R). La pérdida de potencia se puede reducir: a) Disminuyendo la intensidad o la resistencia del conductor b) Aumentando la tensión de alimentación. 4.4. POTENCIA EN CIRCUITOS NO RESISTIVOS En los casos en que la carga no es puramente resistiva, porque en ella se tienen bobinas y/o conden- sadores, se producirá un dafesaje entre la tensión y la intensidad, de modo que al aplicar la ley de watt, el producto de E por I no siempre será positivo, sino unas veces positivo y otras negativo, de acuerdo con el defasaje existeri te. 4.4.1. F A C T O R DE POTENCIA o COS < i > : 4.4.1.1. Generalidades: En los circuitos donde se presentan reactancias inductivas o capacitivas, parte de la potencia suministrada por la fuente, es tomada por los inductores y/o capacito- 39
  • 38. res,. y en lugar de ser consumida es almacenada temporalmente, para luego regre- sar a la fuente, sea por el campo magnético (en las bobinas), o por el campo elec- trostático (en los condensadores), de manera que al multiplicarse E x I, lo que en realidad se obtiene no es la potencia consumida sino una potencia aparente. En estos casos, para obtener la potencia realmente consumida, debe tomarse en cuenta el ángulo de defasaje o Cos<j>, el cual nos indicará qué parte de la poten- cia aparente es- potencia real o efectiva, es decir, qué tanto de la potencia sumi- nistrada ha vuelto a la fuente. E L El FACTOR DE POTENCIA se define como el coseno del ángulo correspondiente al defasaje que existe entre la ten- sión total y la intensidad total en un circuito con corrien- te alterna. Recordemos lo visto en temas anteriores: * En los circuitos puramente resistivos el Cosmes 1, ya que E e I están en fase y por consiguiente el ángulo de defasaje es de 0°. * En los circuitos R L : a) Si X L es mayor que R,el factor de potencia se aproxi- ma a 0, ya que el circuito es más bien inductivo. b) Si R es mayor que X L , e l factor de potencia se aproxi- ma a 1, pues el circuito es más bien resistivo. * En los circuitos R C : tendremos un fenómeno similar al anterior, con la dife- rencia que, mientras en un circuito R L la I está atrasa- da 90° con respecto a E, en los circuitos R C la I está adelantada 90° con respecto a l . 4.4.1.2. Cálculo del factor de potencia: Existen varias formas de calcular el Cose . Veamos algunas de ellas: c Potencia real o efectiva _ Pef a ' o s * " Potencia nominal o aparente " Pap b) Coso = y- (en circuitos serie R L y RC) 7 c) C o s * = o ( e n circuitos paralelo R L y RC) K 4.4.1.3. Corrección o mejora del factor de potencia: Es muy importante que el factor de potencia sea lo más próximo posible a 1 (en instalaciones residenciales no puede ser menor de 0.90), de manera que la energía consumida sea igual a la energía suministrada, lo cual no sucede cuando los circui- tos tienen cargas inductivas (motores, balastos, etc.). 40
  • 39. F U E N T E C A R G A Como los efectos inductivos y capacitivos son opuestos, una de las formas m á s efectivas de co- rregir el bajo factor de potencia, producido por cargas muy induc- tivas, es utilizando condensado- res (baterías de condensadores), que se conectan en paralelo con las cargas cuyo Cos * se desea corregir o mejorar. 4.4.2. CLASES D E POTENCIA E L E C T R I C A : Por los aspectos vistos anteriormente, ya no podemos considerar la potencia en forma general (como en los circuitos con c.c. o en los circuitos puramente resisti- vos), sino que es necesario diferenciar varios tipos de potencias. 4.4.2.1. Potencia nominal o aparente (Pap): Es la potencia suministrada por la fuente. Es igual a: Pap = E I La unidad es el V O L T A M P E R I O (VA), y tiene como múltiplos el kilovoltamperio ( K V A ) , equivalente a 1,000 V A , y el megavoltamperio, equivalente a l'OOO.OOO V A . Es la potencia consumida en el circuito. Es igual a Pef = E I c o s 6 = Pap x eos* La unidad es el VATIO (W), que tiene como múltiplos el kilovatio ( K W ) , equivalen- te a 1,000 W , y el megavatio ( M W ) , equivalente a 1*000,000 W . Existe otra unidad práctica equivalente y que es muy usada en nuestro medio, el H.P. (horse power), equivalente a J746_ W : 1 H . P = 746 W 4.4.2.3. Potencia reactiva (Pr): Potencia denominada también desvatiada, por no producir potencia a causa de la existencia de inductancias o capacitancias en el circuito, cuya función es propor- cionar un campo magnético o cargar los condensadores. Es igual a: P r = E l s e n * . La unidad es el V O L T A M P E R I O R E A C T I V O (VAr), y tiene como múltiplo el kilo- var, equivalente a 1,000 V A r . Estas tres clases de potencias podemos apre- ciarlas gráficamente en el llamado triángulo de potencias, donde la potencia real está repre- sentada por el cateto adyacente, la potencia nominal por la hipotenusa y la potencia reac- tiva por el cateto opuesto. eos < p 41
  • 40. En la realidad, contrariamente a lo que sucede en los circuitos puramente resisti- vos, la potencia efectiva no siempre es igual a la potencia aparente. En la práctica se tiende a reducir el ángulo de defasaje mejorando el factor de potencia, porque si el defasamiento fuera 90°, el eos* sería 0, es decir, no se ten- dría potencia real. E l eos* ideal es 1 y se da solamente en los circuitos puramen- te resistivos. En esos casos la potencia real y aparente son exactamente iguales. En los circuitos no resistivos como no es posible obtener este valor, se trata de que el cos * sea lo más cercano a 1, considerándose un factor de potencia normal 0.8, pues valores más cercanos a 1 son más bien excepcionales. 4.4.3. POTENCIA E N SISTEMAS TRIFASICOS : En los sistemas trifásicos, existe una diferencia de fase de 120° entre las diferen- tes tensiones de fase (conductores de alimentación R - S - T). Como vimos anteriormente existen dos tipos de conexión: En estrella: En triángulo: i. J - T IF = IL E F = E L En cualesquiera de los dos sistemas, la potencia efectiva será igual a la suma ark mética de las potencias efectivas de las tres fases. De allí que en los sistemas equilibrados (cuando las potencias de las tres fases son exactamente iguales) la potencia efectiva total será: a) en estrella: P t = 3 ( E F x Í F x Cos * ) P t = 3 —" x I L x Cos * / 3 b) en triángulo I L P t = 3 x EL x - x C o s * / 3 P t = / 3 x E L x I L x Cos<j P t = / 3 x E L x IL x Cos * De donde se deduce que en los sistemas equilibrados tendremos siempre: 42
  • 41. Pef = / 3 x E x I x Cos <t> Pap = / 3 x E x I donde E e I son valores de línea. 4.4.4. POTENCIA E N OTROS SISTEMAS : 4.4.4.1. Sistema monofásico bifilar: Pap = E x I Pef = E x I x Cos < J > donde E e I son valores de fase. 4.4.4.2. Sistema bifásico bifilar: Pap = / 2 x E x I , j donde E e I son valores de línea Pef = v2 x E x I x cos * 4.4.5. E J E M P L O : Determinar la corriente de línea de un motor trifásico de 10 HP, si la tensión de línea es de 440 V, el factor de potencia 0.85 y el rendimiento del motor del 85%. Como el rendimiento es sólo el 85%, la potencia suministrada debe ser mayor que la potencia utilizada. En consecuencia: Potencia suministrada: P = 7,460 W x 10 HP = 10 x 746 = 7,460 W P = 8,776.47 W Potencia utilizada: P = / 3 x E x I x eos* p De donde: I =—77? s r~ / 3 x E x cos * c , T 8,776.47 W Sustituyendo valores: I =—rs-—' , m / A Q - J / 3 x 440V x 0.8b I = 13.56 A E J E R C I C I O S 1. - Un motor trifásico para 440 V tiene un factor de potencia de 0.80. Calcular la corriente de línea, si tiene una potencia de 30 KW y su rendimiento es del 90%. 2. ¿Qué potencia tiene un motor trifásico que funciona a 220 V, si la corriente de línea es de 20 A y su factor de potencia del 80%? . 3. ¿Cuál es el factor de potencia de una instalación trifásica si la potencia efectj_ va es de 9,500 W, la tensión de línea 208 V , y la intensidad es de 30 A ? 4. ¿Qué corriente de línea absorbe un motor trifásico que tiene las siguientes ca- racterísticas: Potencia de 15 KW, tensión a 208 V, factor de potencia de 0.85 y rendimiento del 88%. • 43
  • 42. INTENSIDAD MEDIA A P L E N A C A R G A DE MOTORES TRIFASICOS K W HP Cos < j > 0 0 0 1 1 2 2 3 4 5 7 8 10 11 14 18 22 26 29 33 37 40 44 52 55 59 63 74 82 93 101 111 130 134 141 149 152 164 182 186 201 223 253 261 283 298 305 ,373 ,560 ,746 ,1.19 ,492 ,238 ,984 ,730 ,103 ,595 ,460 ,952 ,071 ,190 ,920 ,650 ,380 ,110 ,840 ,570 ,300 ,284 ,760 ,220 ,950 ,680 ,410 ,600 ,060 ,250 ,456 ,900 ,550 ,280 ,740 ,200 ,930 ,120 ,770 ,500 ,420 ,800 ,640 ,100 ,480 ,400 ,860 0,5 0,75 1 1,5 2 3 4 5 5,5 7,5 10 12 13,5 15 20 25 30 35 40 45 50 54 60 70 75 80 85 100 110 125 136 150 175 180 190 200 205 220 245 250 270 300 340 350 380 400 410 0,54 0,54 0,55 0,66 0,66 0,67 0,67 0,72 0,73 0,73 0,73 0,73 0,74 0,74 0,74 0,76 0,77 0,77 0,77 0,77 0,77 0,78 0,78 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 0,82 208 V 220 V 260 V 380 V 440 V 500 V 1,8 1,8 1,6 1,1 0,9 0,8 2,9 2,7 2,3 1,6 1,4 1,2 3,8 3,6 3 2 1,8 1,6 4,7 4,5 3,8 . 2,6 2,2 2 6,3 5,9 5 3,4 3 2,6 9,3 8,8 7,4 5 4,4 3,9 12,4 11,7 9,9 6,8 5,9 5,2 14,4 13,6 11,5 7,9 6,8 6 15,6 14,8 12,5 8,6 7,4 6,5 21,3 20 17 11,7 10 8,9 28,4 27 23 15,5 13,4 11,8 34 32 27 18,7 16 14 38 36 30 21 18 16 42 40 34 23 20 18 56 53 45 31 27 23 68 65 55 37 32 28 81 76 65 44 38 34 94 89 75 52 45 39 108 102 86 59 51 45 121 115 97 66 57 50 135 127 108 74 64 56 144 136 115 79 68 60 160 151 128 88 76 66 181 172 145 99 86 76 194 184 156 107 92 81 207 196 166 114 98 86 220 208 176 121 104 92 259 245 207 142 123 108 282 266 225 154 133 117 320 303 256 175 151 133 348 329 279 191 165 145 384 363 307 210 182 160 448 424 358 245 212 186 455 430 364 249 215 189 480 454 384 263 227 200 506 478 405 277 239 210 516 488 413 282 244 215 556 526 445 305 263 231 620 586 496 339 293 258 632 598 506 350 299 263 683 645 546 374 323 284 749 709 600 410 359 316 860 813 688 471 407 358 885 837 708 485 419 368 885 52.6 454 400 554 478 421 568 490 431 44
  • 43.
  • 44. 1. G E N E R A L I D A D E S 1.1. DEFINICION Un esquema eléctrico es la representación gráfica de un circuito o instalación eléctrica, en la que van indicadas las relaciones mutuas que existen entre los di- ferentes elementos, así como los sistemas que los interconectan. Para su realización se emplean una serie de símbolos gráficos, trazos, marcas e índices, cuya finalidad es poder representar, en forma simple y clara todos y ca- da uno de los elementos que se van a usar en el montaje de un circuito eléc- trico. a) Símbolos: representaciones de máquinas o partes de una máquina, elementos de mando y auxiliares de mando o partes de ellos, aparatos de medida, de protección y señalización. b) Trazos: representaciones de conductores que indican las conexiones eléctricas entre los elementos que intervienen en el circuito, o uniones mecánicas entre símbolos de aparatos. c) Marcas e índices: letras y números que se utilizan para lograr una compleca identificación de los elementos que intervienen en el esquema y que se colo- can a los lados de cada uno de ellos. 1.2. CARACTERISTICAS a) Un esquema debe ser realizado en forma tal que pueda ser interpretado por cualquier técnico. Para ello es necesario que se indiquen claramente los cir- cuitos de que está compuesto, así como su ciclo de funcionamiento. b) Los esquemas se diseñan siempre en estado de reposo, es decir, considerando los contactores con las bobinas desenergizadas. c) Una vez diseñado el esquema de potencia y funcionamiento, debe hacerse el correspondiente esquema de situación e interconexión, en el cual se vea con toda claridad la forma en que debe realizarse el conexionado de los elemen- tos exteriores (red de alimentación; motores, elementos de mando y señaliza- ción, etc.) con el tablero de control. d) Puede realizarse, opcionalmente, un esquema de conexiones multifilar o inalám- brico destinado al personal que tenga que realizar el cableado (cableadores). e) Los esquemas deben servir posteriormente para ensayar y simular las condi- ciones reales de funcionamiento. Igualmente serán una valiosa ayuda para el mantenimiento del equipo y para la localización de posibles daños que permi- tan proceder a su reparación. 47
  • 45. 2. C L A S E S D E ESQUEMAS 2.1. DE SITUACION O EMPLAZAMIENTO En él se indica la situación ñsica de cada uno de los elementos que componen el equipo de control con relación a los demás componentes. Debe ser el resulta- do de un estudio minucioso que responda a las necesidades planteadas. Para su realización se emplean una serie de figuras geométricas, con una refe- rencia en el interior o cerca de ellas, para identificar los elementos que confor- man el tablero. En estos esquemas no hay que referenciar los bornes disponibles, o que deben co- nectarse, en las figuras que representan los elementos del equipo. Sin embargo, en algunos casos es conveniente hacerlo, en función del esquema de montaje e interconexión o enlace. e i e i e i l e s e 2 e d un nn Esquema de un inversor de marcha 2.2. D E CONEXIONES O M O N T A J E Es aquél que representa las conexiones eléctricas entre- los elementos integran- tes de una instalación o equipo de control. Puede referirse a las conexiones interiores del equipo o también comprender las exteriores, así como todos los detalles o información necesaria para realizar o comprobar las mismas. Una característica general, en estos esquemas, es la representación de los ele- 48
  • 46. mentos que componen el equipo, dispuestos en su posición real, con las conexio- nes a realizar entre ellos, de forma que ésta proporcione una imagen clara del conexionado a realizar. 2.2.1. REPRESENTACION MULTIFILAR: En estos - esquemas se representan todos los elementos, con sus correspondientes símbolos, y todos los conductores o conexiones entre los bornes de un mismo y/o distinto elemento, mediante trazos o líneas independientes. 12 14 A2 m R S 12 14 í l A2 3 0 51 14 C 2 • 1 4 C I - 1 1 C 1 - H C 2 - 1 i 2 ip-t] 1 1 1 z 1 1 1 z — 1 •m Esquema multifilar de un inversor de marcha Estos esquemas se emplearon en los comienzos del automatismo, habiendo que- dado en la actualidad prácticamente marginados, sobre todo en circuitos comple- jos, por los inconvenientes que presentan, tales como: a) Complejo trabajo de delincación b) Dificultad, con la consiguiente posibilidad de cometer errores en el montaje, en el momento de su lectura, análisis e interpretación. Actualmente su uso se limita a los esquemas de potencia o fuerza (esquema que indica corrió se conecta la red a la carga o receptor), o a los esquemas adiciona- les o de detalle, por la poca complejidad que presentan. 2.2.2. R E P R E S E N T A C I O N UNIFILAR O P O R H A C E S CONDUCTORES: A causa de las dificultades que se presentaron con los esquemas multifilares, se ideó un tipo de representación más simple, en el cual un trazo representa un conjunto o paquete de conductores. Este esquema se realiza partiendo del esquema de ubicación, en el cual se indi- 49
  • 47. can todos los bornes que se van a utilizar, con sus correspondientes índices,con el objeto de conocer claramente entre qué puntos se realizará cada una de las co- nexiones. En los extremos del trazo que representa el paquete de conductores, se deben delinear todos los conductores a conectar, colocando referencias idénticas en los extremos que indican un mismo conductor, de manera que quede perfectamente definida o identificada cada una de las conexiones del equipo de control. R 1 s / T V «i •I O 0 © © © C l C 2 © © © © © © Y3 k 1" c s i r i ,t i R S T U V w Esquema de potencia de un inversor de marcha Su uso puede ser de gran utilidad, particularmente si se emplea conjuntamente con el esquema de funcionamiento, ya que en él se pueden ver más claramente los diferentes bloques de sistema diseñado. 2.2.3. REPRESENTACION I N A L A M B R I C A : 1 3 5 C l 2 4 S !• I c * 1 1 3 S C 2 2 4 6 conexión puntos que deben N° interconectarse 1 borne R - 1C1 - 1C2 2 borne S - . 3 C 1 - 3C2 3 borne T - 5C1 - 5C2 4 borne U - 2F1 5 borne V - 4F1 6 borne W - 6F1 7 1F1 - 2C1 - 2C2 8 3F1 - 4C1 - 6C2 9 5F1 - 6C1 - 4C2 Esquema de potencia de un inversor de marcha 50
  • 48. Son esquemas en los cuales no se emplea una representación material de las conexiones del equipo de control, sino el esquema de ubicación (con las corres- pondientes marcas e identificaciones de todos los bornes a conectar), y una tabla en que se van indicando, paso a paso, todas las conexiones que deben realizar- se. La realización de este esquema implica tener previamente los esquemas de po- tencia y mando. Se hacen estos esquemas m á s como ayuda para el personal que no tiene mayores conocimientos de electricidad (especialmente ayudantes de ca- bleadores), con el fin de facilitar su trabajo. 2.2.4. ESQUEMA D E FUNCIONAMIENTO: Debido a la continua evolución producida en el campo de los automatismos, y a los inconvenientes presentados por los esquemas tradicionales, en sus diferen- tes formas, se ideó un tipo de esquema que se conoce bajo diferentes nombres (esquema de principio, desarrollado, funcional), que responde m á s adecuadamente a las exigencias actuales, particularmente cuando se trata de los esquemas de mando o control (esquema que indica cómo se conectan y controlan las bobinas de los contactores y los elementos de señalización), por la complejidad que se presenta en sistemas automáticos. 2.2.4.1. Características y ventajas: a) En estos esquemas se prescinde totalmente de la ubicación física de los dis- tintos elementos del equipo de control, así como de la constitución de los mismos, considerando únicamente la función que van a realizar en el circui- to, con lo cual, además de presentar el circuito en forma clara y sencilla, indica la forma en que se interconectan los diferentes componentes del equi- po de control, y permite proceder a un estudio y análisis rápido y racional de su funcionamiento, localización de averías y realización práctica. Los esquemas de funcionamiento se usan específicamente para el circuito de mando o control, ya que para el esquema de potencia o fuerza es mejor la representación multifilar. b) Notable simplificación en su ejecución gráfica, por cuanto estos esquemas es- tán conformados por dos líneas horizontales, que representan los conductores de alimentación del circuito de mando, y una serie de líneas verticales, equi- distantes y que corresponden a circuitos parciales del circuito de mando, en los cuales se van ubicando los diferentes elementos del circuito de control, de acuerdo con la función que deben realizar. L a interconexión de los circui- tos parciales se realiza mediante trazos horizontales, pero cuidando de no ubi- car en éstos elemento alguno del circuito de control. Si bien esta forma de diseñar el circuito de mando es la más generalizada, es posible representar la líneas de alimentación con trazos verticales, en cu- yo caso las demás líneas serán horizontales. De esta manera hablaremos de un esquema de funcionamiento vertical (el primero) u horizontal (el segundo). c) Esquema sin cruce de líneas: al realizar el esquema en la forma indicada en el punto anterior, se deben evitar todos los cruces de líneas, obteniéndose 51
  • 49. así aún mayor claridad y rapidez para la lectura y realización del montaje, lo que implica además la reducción de posibles errores en la representación, análisis e interpretación. d) Comprobación rápida y clara del funcionamiento del circuito, ya que como la bobina del contactor y los demás elementos de mando se encuentran situa- dos o intercalados en una misma línea vertical, se puede ver más fácilmente el funcionamiento de todo el circuito que se está analizando. Por otra parte, si los distintos circuitos y elementos de control se ubican en un orden lógico de funcionamiento, se logrará aún mayor comprensión de la función que debe realizar cada uno de ellos. 2.2.4.2. Aspectos prácticos para su realización: a) Se acostumbra representar en el mismo plano (aunque en forma separada) los esquemas de potencia y mando, por cuanto son esquemas complementarios, donde a cada esquema de mando le corresponde un esquema de potencia. b) Las líneas de alimentación pueden ser dos o más, de acuerdo con las caracte- rísticas de tensión que tengan las bobinas, elementos de señalización y demás elementos auxiliares de mando que necesitan ser energizados. c) Las línea verticales representan, cada una o varias de ellas, un circuito par- cial completo. d) Debido a que en el esquema de funcionamiento, los componentes de un mis- mo elemento o aparato se encuentran por lo general separados entre sí,encori trándose precisamente situados sobre la línea vertical donde deben realizar una función específica, es necesario identificar a todos ellos con la misma marca del aparato al cual pertenecen, y que se ha podido usar también en el circui- to de potencia. e) Los contactos equivalentes de los diferentes elementos de control, deben re- presentarse siempre en un mismo sentido. Con ello se evitan falsas interpre- taciones. f) Todos los contactos instantáneos que van precedidos de la misma marca, cam- bian de posición simultáneamente. Se exceptúan los contactos temporizados, los cuales se abren o cierran una vez haya transcurrido el tiempo programa- do, por lo cual es conveniente indicar, junto a la marca, el tiempo que trans- currirá para producirse su accionamiento. g) L a representación de los circuitos que configuran el esquema debe ser hecha, siempre que sea posible, en una sucesión lógica de maniobra. h) L a posición de los distintos elementos que intervienen en el esquema se hacen en posición de reposo, por lo cual debe cuidarse que en este estado, todos los circuitos estén abiertos. i) Por motivos de seguridad, se recomienda que una de las líneas de^ alimenta- ción del circuito de mando, se una directamente y sin intercalación de ele- 52
  • 50. mentó alguno, a la salida de las partes que constituyen cargas (bobinas, pilo- tos, temporizadores, etc.). E l resto de elementos de control (pulsadores, con- tactos auxiliares, interruptores de posición, contactos temporizados, etc.) se ubican entre la otra línea de alimentación y la entrada de los elementos que constituyen una carga, señalados anteriormente. j) Una vez realizado el esquema de funcionamiento, es aconsejable numerar to- dos los circuitos que lo componen (cada vertical equivale a un circuito), para consignar en la parte inferior de aquellos que contengan bobinas (y por consi- guiente accionan algún contactor), cuántos contactos auxiliares abiertos (A) o cerrados (C) accionan, y en qué circuitos están ubicados. Esta información será de gran utilidad para seleccionar el contactor correcto, en cuanto al nú- mero de contactos auxiliares, para realizar el montaje del circuito. v—1 > c, r~ C2 13 1 4 C 2 3 A C 1 k) Es conveniente colocar al pie del esquema, o en un lugar adecuado del mis- mo, una lista o leyenda de las convenciones y referencias empleadas, así co- mo el ciclo de funcionamiento. Puede complementarse este punto especificando las características más resal- tantes de los mismos. I) En el caso de circuitos que se controlan desde varias estaciones (o cajas de pulsadores), puede complementarse el esquema de funcionamiento, con un es- quema adicional (esquema multifilar para representar una parte o detalle del esquema de funcionamiento) que muestre la forma en que se conectan única- mente los pulsadores, a fin de facilitar el trabajo de montaje o instalación 53
  • 51. del circuito. m) Finalmente, no olvidemos que las identificaciones puestas en los esquemas de- ben coincidir plenamente con las marcas e índices grabados o impresos en los aparatos. 2.3. DE INTERCONEXION O ENLACE Es la representación que permite ver claramente la forma en que debe realizar- se el conexionado de los elementos que se encuentran en el tablero de control, con todos los elementos exteriores a éste (red, motor, elementos de mando, ele- mentos de señalización, etc.). En realidad este esquema indica la forma en que debe usarse la bornera del ta- blero, ya que toda conexión entre éste y los elementos externos debe realizarse necesariamente a través de la bornera. R S T U V w 9 6 13 C l 14 C1 14 C2 54 C 2 5 4 C l 9 8 S R S T U V w S I 1 S I 2 S 3 1 S 2 hZ X 2 M X 2 h 3 X 2 x t l - . J - . i . - J Esquema de interconexión para un inversor de marcha Si las circunstancias lo requieren, puede realizarse un esquema adicional en el que figuren además las conexiones exteriores y las conexiones interiores del equi- po de control, disponiéndose de esta forma, y sobre un mismo plano, el esquema completo del montaje a realizar. En las siguientes páginas, consignaremos la simbología que se emplea con más frecuencia en nuestro medio, haciendo la aclaración que existen, en contro- les y automatismos, otros símbolos, marcas e índices, distintos a los empleados en la presente obra. 54
  • 52. 3. S I M B O L O S Y CONVENCIONES 3.1. CONDUCTORES Y MARCAS Líneas de alimentación o conductores del circuito de potencia Conductores del circuito de mando Conductores sin conexión eléctrica Conductores con conexión eléctrica fija Conexión de conductores a través de bornes o tornillos Conductores de longitud variable, para ser instalados posteriormente, durante el montaje de la máquina Fases Entradas de los contactos principales Salidas de los contactos principales Entradas al motor potencia mando R S T 1 3 5 ó L l L2 L3 2 4 6 ó TI T2 T3 U V W X Y Z 3.2. A P A R A T O S Y / O ELEMENTOS D E L CIRCUITO D E POTENCIA Fusible Seccionador 55
  • 53. Seccionador con fusible Contacto de disyuntor X— Relé térmico Relé termomagnético Relé electromagnético Contactos principales de contactor Contactor de memoria ü í i l ! r " ' . r ~ | |E2 |AZ Motor trifásico (3 bornes) Motor trifásico (6 bornes) Motor trifásico con dos arrollamientos estatóricos separados Conexión estrella Conexión triángulo A A 56
  • 54. Enclavamiento mecánico entre contac- tores 3.3. APARATOS Y / O ELEMENTOS DEL CIRCUITO DE MANDO Bobina de contactor Bobina de temporizador neumático al trabajo Temporizador con mecanismo de relo- jería Temporizador electrónico Detector de proximidad (inductivo o ca- pacitivo) Detector fotoeléctrico Electroválvula Pulsador normalmente cerrado (NC) Pulsador normalmente abierto (NA)
  • 55. Pulsador de conexión-desconexión Pulsador de desconexión múltiple Pulsador de conexión múltiple Pulsador de conexión-desconexión múl- tiple Pulsador de pedal Pulsador con llave Pulsador de seta Selector de dos posiciones Selector de cuatro posiciones Contacto auxiliar instantáneo N C Contacto auxiliar instantáneo N A 58
  • 56. Contacto auxiliar temporizado al tra- bajo Contacto auxiliar temporizado al repo- so Contactos auxiliares de relé térmico Interruptores de posición o finales de carrera Contactos accionados por flotador Contactos accionados por presión 3.4. ELEMENTOS D E SEÑALIZACION Piloto luminoso Piloto sonoro (timbre y sirena) 3.5. M A R C A S Contactores principales Contactor marcha derecha
  • 57. Contactor marcha izquierda C 2 K M 2 Contactor conexión estrella C 3 K M 3 Contactor conexión triángulo C 5 K M 5 Contactor auxiliar C . . - K A . . . Pulsador, interruptores de posición, se- lectores S... Fusibles , relés de protección F... Seccionador Q... Pilotos h... 3.6. OTROS SIMBOLOS Contacto auxiliar retardado Señalización acústica con bocina Señalización acústica con zumbador i t Pulsador giratorio con posición mante- nida fija o enclavada J - v Enclavamiento mecánico Bobina de dos arrollamientos • V — 60
  • 58. i — III T E C N O L O G I A D E C O N T R O L E S . Y A U T O M A T I S M O S
  • 59. 1.1. ESTRUCTURA DE UN AUTOMATISMO La estructura general de un automatismo puede esquematizarse de la siguiente forma: M A Q U I N A í P A R T E O P E R A T I V A ) A P A R E J O S P A R A L O S A U T O M A T I S M O S ( P A R T E D E M A N D O A U T O M A T I C O ) V A R I A B L E S D E E N T R A D A V A R I A B L E S DE S A L I D A D I A L O G O H O M B R E - M A Q U I N A ( P A R T E D E M A N D O M A N U A L ) Explicitando un poco más las diferentes etapas de un automatismo observamos: P A R T E O P E R A T I V A M A Q U I N A P R O P I A M E N T E D I C H O D E T E 1 C C ¡ 0 H r A C C I O N A D O R E S - i P A R T E D E C O M A N D O T R A T A M I E N T O T C O M A N D O D E P O T E M C I A 1 I D I A L Q 3 O H O M B R E - M A Q U I N A i 63
  • 60. Aplicando estos aspectos generales a un AUTOMATISMO E L E C T R I C O obtenemos el siguiente diagrama: M A Q U I N A o equipo a controlar D E T E C C I O N o ad- quisición de datos mediante: fines de carrera,detec- tores , presostatos,etc. T R A T A M I E N T O Contactores auxiliares o relés, temporizadores A C C I O N A D O R E S Motores C O M A N D O DE POTENCIA Contactores prin- cipales, variadc- res de velocidad D I A L O G O H O M B R E - M A Q U I N A Pulsadores, manipu- ladores, selectores, etc. En un A U T O M A T I S M O E L E C T R O N I C O las etapas son exactamente las mismas. Sin embargo, en la etapa de tratamiento los elementos electromecánicos son reemplazados por los autómatas o controladores lógicos programables (PLC), espe- cialmente cuando las máquinas o equipos son muy complejos y exigen por consi- guiente procesos también complejos. Esta variante en el tratamiento implica, por una parte, la adición en el diálogo hombre-máquina de un teclada, y por otra , en casi todos los casos, de un inter- face de salida (a base de contactores auxiliares) entre la etapa de tratamiento y comando de potencia, debido a las corrientes muy bajas de salida que tienen los autómatas (normalmente mA). En algunos casos particulares se requiere tam- bién de un interface de entrada; En este proceso de automatización, son muchísimos los elementos que se necesi- tan, y que la técnica actual nos ofrece para solucionar, en forma adecuada, las necesidades tan diversas y múltiples que a diario se encuentran en la industria. Por el carácter elemental e introductorio que tiene la presente obra, después de presentar un panorama global, para poderlos ubicar correctamente, estudiaremos aquellos que tienen mayor uso. 1.2. DISPOSITIVOS E M P L E A D O S E N C O N T R O L E S Y AUTOMATISMOS 1.2.1. A P A R A T O S DE M A N I O B R A : Son todos aquellos aparatos que permiten o interrumpen el paso de la corriente 64
  • 61. de la red a una carga (motor, bobina, piloto, etc.). Se encuentran en dos modali- dades: a) con poder de corte: aquellos aparatos que pueden maniobrarse bajo carga; b) sin poder de corte: los que deben ser maniobrados sin carga. 1.2.1.1. Clasificación: 1.2.1.7.1. flanuates: Los que necesitan de un operario para su accionamiento. a) Interruptores: son dispositivos, con bajo poder de corte, empleados para abrir y/o cerrar circuitos, necesitándose en cada una de estas operaciones, la acción directa del operario. Los elementos conductores del interruptor, en el punto en que se establece la apertura y cierre del circuito, deben estar convenientemente dimensionados, de tal manera que permitan el paso de corriente (normalmente inferior a 10 A), sin que se genere recalentamiento de los mismos. b) Pulsadores: aparatos con bajo poder de corte. Se diferencian de los interrupto- res porque cierran o abren circuitos, solamente mientras actúe sobre ellos a l - guna fuerza exterior, recuperando su posición inicial (de reposo) tan pronto cese dicha fuerza, por acción de un muelle. c) Seccionadores: aparatos de maniobra sin poder de corte, y por consiguiente deben ser accionados únicamente cuando están sin carga (en vacío) o éstas son muy pequeñas. Se emplean para aislar toda o parte de la instalación eléctrica, en casos de reparaciones y mantenimiento. , . . . Deben estar dimensionados de acuerdo a la In del circuito. 1.2.1.1.2. AwLomáL¿cos: Son dispositivos diseñados para abrir y/o cerrar circuitos bajo carga, en función de valores que adquieren ciertas magnitudes físicas, como temperatura, presión, espacio, tiempo, etc., no necesitando la acción de un operario para su acciona- miento. En la actualidad se encuentra una gama muy amplia, para satisfacer las más di- versas necesidades. Para su elección se toma en cuenta: ai capacidad de maniobra o robustez mecánica: se refiere al número mínimo de maniobras que puede realizarse con ellos; b) poder de corte: nos indica la corriente máxima que puede interrumpirse sin peligro de que se dañe. En este grupo de aparatos de maniobra automáticos tienen particular importancia, 65
  • 62. sobre todo en controles y automatismos, los contactores, por cuanto en la actua- lidad una gran parte de los accionamientos eléctricos se realiza con motores tri- fásicos, y éstos, a su vez, se accionan con contactores, los interruptores de posi- ción, detectores, presostatos, temporizadores, disyuntores o interruptores automá- ticos (cuya función específica es la de abrir un circuito bajo condiciones anorma- les: sobrecargas, sobretensiones, disminución de tensión ), etc. 1.2.2. A P A R A T O S D E P R O T E C C I O N : Son todos aquellos elementos destinados a proteger todo o parte del circuito, in- terrumpiéndolo de las líneas de alimentación, cuando se presentan irregularidades en su funcionamiento, particularmente por sobrecargas o sobreintensidades y cor- tocircuitos. Existen dispositivos destinados a proteger un circuito específicamente de los cor- tocircuitos, de las sobrecargas o de ambos simultáneamente. 1.2.2.1. Fusibles: Son conductores calibrados específicamente para el paso de determinadas cantida- des de corriente (por consiguiente m á s débiles que el resto de los conductores del circuito), de manera que al producirse un corto circuito se fundirán rápida- mente (por el bajo punto de fusión que tienen), interrumpiendo inmediatamente el circuito y evitando daños mayores en las cargas o conductores, razón por la cual todo circuito debe estar protegido con fusibles. Existen muchos tipos de fusibles tanto por la forma (de botella, de cartucho, de bayoneta, etc.) como por la rapidez con que actúan (fusión lenta, fusión rápida). 1.2.2.2. Aparatos de protección automáticos: Son dispositivos construidos para proteger especialmente contra sobrecargas, aun- que algunos protegen también contra cortocircuitos. Los m á s empleados, en controles y automatismos, son los relés térmicos, relés termomagnéticos y relés electromagnéticos. Los interruptores automáticos también pueden considerarse como elementos de protección. 1.2.3. A P A R A T O S D E SEÑALIZACION: _ Elementos destinados para indicar si el contactor está o no funcionando, y por consiguiente si la carga está o no energizada, es decir en funcionamiento. Los más empleados son los pilotos luminosos y acústicos. 66
  • 63. 2. E L C O N T A C T O R 2.1. DEFINICION El contactor forma parte de los aparatos de maniobra automáticos con poder de corte. Se lo define como un interruptor accionado o gobernado a distancia por medio de un electroimán 2.2. P A R T E S En forma esquemática indicamos las partes que tiene todo contactor: Contador < Carcaza Circuito electromagnético < Principales Bobina Núcleo Armadura Contactos - Auxiliares • Normalmente abiertos (NA) Normalmente cerrados (NC) 2.2.1. C A R C A Z A : Soporte fabricado en material no conductor (plásticos o baquelitas especiales a base de fibra de vidrio, con el fin de obtener un alto grado de rigidez eléctrica), sobre el cual se fijan todos los componentes conductores del contactor. Por sus características aislantes, estos materiales son bastante vidriosos, por lo cual es necesario tener mucho cuidado cuando se manipulan los contactores, espe- cialmente en la zona de los contactos, para no quebrar parte al-guna. 2.2.2. CIRCUITO E L E C T R O M A G N E T I C O : Está compuesto por unos mecanismos cuya finalidad es transformar la energía eléctrica en magnetismo, generando un campo magnético muy intenso, el cual a su vez dará origen a un movimiento mecánico. En otros términos, se puede decir que es el electroimán del contactor. 67
  • 64. 2.2.2.1. Bobina: Es un arrollamiento de alambre, con un gran número de espiras, que al aplicárse- le tensión crea un campo magnético. El flujo magnético genera un par electromagnético superior al par resistente de los muelles que separan la armadura del núcleo, de manera que éstos- puedan jun- tarse estrechamente. Se construye con alambre muy delgado de cobre electrolítico, arrollado sobre una formaleta. Cuando se energiza la bobina con A . C , la intensidad absorbida por ésta (=corrieri te de llamada) es relativamente elevada, debido a que en el circuito prácticameji te sólo se tiene la resistencia del conductor con que está hecha la bobii#. En estas condiciones el Cos A es alto (0.8 a 0.9), y la reactancia inductiva muy ba- ja, por existir mucho entrehierro entre el núcleo y la armadura. Esta corriente elevada genera un campo magnético intenso, de manera que el nú- cleo puede atraer la armadura, a pesar del gran entrehierro y la resistencia me- cánica del resorte o muelle que los mantiene separados en estado de reposo. Una vez que se cierra el circuito magnético, al juntarse el núcleo y la armadura, aumenta la impedancia de la bobina, de tal manera que la corriente de llamada se reduce considerablemente, obteniéndose de esta manera una corriente de man- tenimiento o trabajo mucho más baja (6 a 10 veces menor), con un Cos * más ba- jo, pero capaz de mantener cerrado el circuito magnético. Así por ejemplo, en una bobina alimentada con 120 V, donde la corriente de llamada sea de unos 1500 mA, la corriente de mantenimiento se reducirá a unos 130 mA. Las bobinas están calculadas y dimensionadas para trabajar regularmente con las corrientes bajas de mantenimiento. Si el circuito magnético queda abierto total o parcialmente, la corriente de llamada circulará más tiempo del previsto (sólo algunos milisegundos), generando calor en la bobina, con el consiguiente peligro de recalentarla e incluso dañarla totalmente. Se comprende entonces porqué no debe energizarse una bobina si no tiene el nú- cleo y la armadura. Cuando una bobina es alimentada con C . C . no se presenta este fenómeno, es de- cir que la corriente de mantenimiento será la misma de llamada. Como no hay variación en la impedancia, el valor de la corriente que circula por la bobina de- pende únicamente de la resistencia de ésta, que es la misma tanto en la llama- da como en el mantenimiento. Por este motivo éstas bobinas y su sistema de ali- mentación deben tener algunas características especiales, limitándose además su uso a casos específicos. Otro factor importante que hay que tener presente antes de energizar una bobi- na es la tensión y frecuencia de alimentación. Puede ser la misma del circuito de potencia o inferior a ésta (reducida por un transformador o suministrada por otra fuente de alimentación). Esta información debe venir claramente registrada en la misma bobina. 68
  • 65. En ía actualidad se consiguen bobinas para ser alimentadas con A . C . en una gran variedad de valores (desde 24 V hasta 600 V) para frecuencias de 50 y/o 60 Hz, o con C . C . (desde 12 V hasta 600 V). A pesar de esta gama tan amplia, se tiende cada vez más al uso de bobinas para tensiones bajas, pues así se disminuyen los riesgos de que el operario sufra accidentes, por cuanto la alimentación de la bo- bina se realiza también a través de los pulsadores. Aspectos prácticos en el manejo de bobinas: * Un circuito de control consiste, en último término, en energizar y desenergizar la bobina del contactor que se desea que funcione. * Las bobinas deben llevar (al lado izquierdo) las mismas marcas del contactor al cual pertenecen. * La entrada y salida (principio y final) de la bobina vienen claramente indicadas y grabadas en ésta. Actualmente son muy usadas las siguientes marcas: para la entrada A l , A ó a para la salida A2, B ó b I A l A 2 a Como lo que realmente interesa en la bobina es la intensidad del campo mag- nético y no el sentido de las líneas de fuerza que se generan en ella, cuando se diseña un esquema las entradas pueden tomarse como salidas o viceversa, a fin de obtener un montaje más simple: Al A a A 2 8 b A2 A1 (a) (b) Sin embargo es importante tener presente: a) A l realizar el montaje de un circuito, es necesario ceñirse estrictamente a las marcas que se encuentran tanto en el esquema como en la bobina. Por ejem- plo, si el esquema me indica que debe conectarse el punto- A l con la fase S, al hacer el montaje debo conectar el borne A l grabado en la bobina, con la fase S. b) Se recomienda usar las mismas marcas e índices y el mismo orden de éstos en todo el esquema, con el fin de evitar errores y falsas interpretaciones al realizar el montaje, a no ser que las marcas grabadas en las bobinas sean dis- tintas. 69
  • 66. Cuando se presente esta situación, las marcas usadas en el esquema deben corres ponder a las que vienen en las bobinas, para poder cumplir lo dicho en a). Marcas iguales C1 [A. Al A, C 2 C 3 A 2 A2 A 2 C l A 2 C 2 C 3 A 2 | A 2 Correcto Incorrecto En modelos recientes, el terminal A 2 se encuentra ubica- do en dos puntos diferentes del contactor, para mayor co- modidad al realizar un montaje. En estos casos es reco- mendable utilizar uno solo de ellos y no los dos, evitando de esta forma posibles confusiones. L Í A 2 c) Finalmente debe revisarse muy bien un esquema para que, en estado de repo- so, una bobina nunca quede alimentada directamente, sino que ésta se energice y luego se desenergice únicamente de acuerdo a con las necesidades y requeri- mientos previstos. 2.2.2.2. Núcleo. las chapas Es una parte metálica, de material fe- rromagnético, generalmente en forma de E, y que va fija en la carcaza. Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina (co . locada en la columna central del núcleo, para atraer con mayor eficiencia la ar- madura. . Se construye con una serie de láminas delgadas (chapas), aisladas entre sí (pe- ro formando un solo bloque fuertemente unidas por'remaches) de acero al silicio, con la finalidad de reducir al máximo las corrientes parásitas o corrientes de foucault (= corrientes eléctricas que cir- culan por el núcleo al estar sometidas a una variación del flujo magnético, o- riginando pérdidas de energía por efec- to joule). Estas características constructivas del núcleo y un pequeño entrehierro que se obtiene en el circuito magnético en posición de "trabajo", bien sea por la falta de metal o la inserción de un material paramagnético, eliminan completamente 7 0