SESION NUMERO 13 DE LA UTP

1. Sensores y Actuadores
Actuadores
Realizada por:
Carlo A. Salas Peña

2. Datos/Observaciones
Introducción

3. Datos/Observaciones
Pregunta de Interés
¿CUÁL ES LA FUNCIÓNDE UN
ACTUADOR?

4. Al término de la sesión de aprendizaje, el estudiante estará en la
capacidad de proporcionar los conceptos sobre los principales tipos de
actuadores y su aplicación en proyectos de ingeniería.
LOGRO DE LA SESIÓN

5. Datos/Observaciones
Agenda
1. Definiciones.
2. Accionamiento Eléctrico.
3. Contactores.
4. Relés.
5. Motores.

6. Datos/Observaciones
Actuadores
Son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de
energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador
o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final
de control como lo son las válvulas. Existen tres tipos de actuadores:
• Hidráulicos
• Neumáticos
• Eléctricos
Los actuadores hidráulicos, neumáticos eléctricos son usados para
manejar aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores
hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los
neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos
requieren demasiado equipo para suministro de energía, así como de
mantenimiento periódico.

7. Datos/Observaciones
Actuadores
Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son
limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento. Los
actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatos
mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots.
Cada uno de estos sistemas presenta características diferentes, de entre
las que se pueden considerar las siguientes:
• Potencia
• Controlabilidad
• Peso y volumen
• Precisión
• Velocidad
• Mantenimiento
• Coste

8. Datos/Observaciones
Actuadores
Por todo esto es necesario conocer muy bien las características de cada
actuador para utilizarlos correctamente, y de acuerdo a su aplicación
especifica.

9. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Los actuadores son dispositivos capaces de efectuar acciones físicas,
determinadas y controladas. Estas acciones pueden tener un movimiento
lineal o un movimiento circular (rotatorio) de acuerdo a la aplicación.
Existen tres tipos de actuadores de mayor uso comercial: hidráulicos,
eléctricos y neumáticos, los cuales son generalmente usados en el
campo de la robótica según los requerimientos de fuerza y velocidad.

10. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
𝑯𝒊𝒅𝒓á𝒖𝒍𝒊𝒄𝒐 𝑵𝒆𝒖𝒎á𝒕𝒊𝒄𝒐 𝑬𝒍é𝒄𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐

11. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Actuadores Hidráulicos
En los actuadores hidráulicos, la fuente de energía es un fluido,
normalmente algún tipo de aceite mineral. Entre los actuadores
hidráulicos destacan los cilindros hidráulicos de simple o doble efecto,
motores hidráulicos de paletas rotativas o de pistones axiales y las
válvulas hidráulicas y electrohidráulicas.
Los actuadores hidráulicos presentan las ventajas de que son rápidos,
tienen una alta relación potencia/peso, son auto lubricantes, tienen alta
capacidad de carga y presentan estabilidad frente a cargas estáticas.
Requieren instalaciones especiales, son de difícil mantenimiento y
resultan poco económicos.

12. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Actuadores Hidráulicos
Los actuadores hidráulicos, que son los más usuales y de mayor
antigüedad en las instalaciones hidráulicas, pueden ser clasificados de
acuerdo con la forma de operación, y aprovechan la energía de un
circuito o instalación hidráulica de forma mecánica, generando
movimientos lineales. Los cilindros hidráulicos pueden ser de simple
efecto, de doble efecto y telescópicos. En el primer tipo, el fluido
hidráulico empuja en un sentido el pistón del cilindro y una fuerza
externa (resorte o gravedad) lo retrae en sentido contrario.
El cilindro de acción doble utiliza la fuerza generada por el fluido
hidráulico para mover el pistón en los dos sentidos, mediante una válvula
de solenoide. El cilindro telescópico contiene otros de menor diámetro en
su interior y se expanden por etapas, muy utilizados en grúas, etc.

13. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Actuadores Hidráulicos
Los actuadores hidráulicos proporcionan pares y fuerzas elevados y un
buen control del movimiento y ésta es su principal ventaja frente a los
sistemas neumáticos y eléctricos. Los fluidos hidráulicos son
virtualmente incompresibles y gracias a las altas presiones con que
trabajan (35 a 350 bar) permiten un control del caudal lo suficientemente
preciso para el actuador. Sus desventajas son el coste elevado y la
necesidad de acondicionar, contener y filtrar el fluido hidráulico a
temperaturas seguras y en centrales hidráulicas o unidades de potencia
(power pack). Las aplicaciones típicas residen en vehículos, elevadores,
grúas hidráulicas, máquinas herramientas, simuladores de vuelo,
accionamiento de timones en los aviones, etc.

14. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Doble Acción
Doble Vástago
Telescópico

15. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Motor de Pistón
Motor de Paletas
Motor de Engranajes

16. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Actuadores Neumáticos
Los actuadores neumáticos e hidráulicos no tienen mucha diferencia en
su funcionamiento, sólo se utiliza aire en lugar de aceite. Sin embargo,
debido a que el aire es un fluido compresible, no se obtienen grandes
presiones de trabajo, por lo que trabaja con menor precisión, pero a
mayor velocidad.
Entre este tipo de actuadores destacan los cilindros neumáticos, que
pueden ser de simple o doble efecto, los motores neumáticos, formados
por paletas rotativas o pistones axiales y las válvulas neumáticas y
electroneumática. Los actuadores neumáticos presentan las ventajas de
que son baratos, rápidos sencillos y muy robustos; pero requieren de
instalaciones especiales, son muy ruidosos y difícil de controlar.

17. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Actuadores Neumáticos
Los actuadores neumáticos convierten la energía del aire comprimido en
trabajo mecánico generando un movimiento lineal mediante
servomotores de diafragma o cilindros, o bien un movimiento giratorio
con motores neumáticos.
La aplicación principal de los servomotores de diafragma reside en las
válvulas de control neumáticas en las que el servomotor está accionado
por la señal neumática de 0,2 - 1 bar (3 – 15 psi) y actúa directamente
sobre un vástago que posiciona el obturador con relación al asiento. La
posición relativa entre el obturador y el asiento permite pasar el fluido
desde un caudal nulo hasta el caudal máximo.

18. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Actuadores Neumáticos
Los cilindros neumáticos de movimiento lineal son utilizados
comúnmente en aplicaciones donde la fuerza de empuje del pistón y su
desplazamiento son elevados. Entre los mismos se encuentran los
cilindros de simple y doble efecto, el cilindro tándem, el de multi-posición,
el cilindro neumático guiado, el cilindro sin vástago y el cilindro
neumático de impacto.
Los actuadores neumáticos de movimiento giratorio pueden ser: Cilindro
giratorio de pistón-cremallera–piñón y de dos pistones con dos
cremalleras en los que el movimiento lineal del pistón es transformado
en un movimiento giratorio mediante un conjunto de piñón y cremallera y
Cilindro de aletas giratorias de doble efecto para ángulos entre 0° y 270°

19. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Actuadores Neumáticos
El motor neumático típico es el de paletas donde un eje excéntrico
dotado de paletas gira a gran velocidad por el aire que llena y vacía las
cámaras formadas entre las paletas y el cuerpo del motor.

20. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Actuadores Eléctricos
Los actuadores eléctricos usan la energía eléctrica para la ejecución de
sus movimientos. Este dispositivo es usado para el accionamiento de
robots de tamaño medio ya que no requieren altas velocidades ni
potencias, como aquellos que usan actuadores hidráulicos.
Hay tres grandes grupos de actuadores eléctricos: los motores de
corriente continua (controlados por inducidos o controlados por
excitación), los motores de corriente alterna (síncronos y asíncronos) y
los motores paso a paso, entre los que destacan los motores de imanes
permanentes de inductancia variable o híbridos. Los actuadores
eléctricos son muy precisos y fiables, son silenciosos, su control es
sencillo y son de una fácil instalación. Su mayor inconveniente es que
son de potencia limitada.

21. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Actuadores Eléctricos
Los dispositivos actuados con energía eléctrica, es decir, los cilindros
eléctricos y los motores de accionamiento lineal, que convierten el
movimiento rotativo del motor a lineal, presentan diversas ventajas con
relación a los dispositivos neumáticos. Tales como la facilidad de
detectar la posición del elemento en movimiento, y la determinación de
su velocidad, aceleración y deceleración.
Los actuadores lineales convierten el movimiento rotativo de un motor en
lineal y están formados por un motor eléctrico, la caja de engranajes y
una correa dentada o un tornillo sin fin para transmitir el movimiento. En
el movimiento de tornillo, a medida que éste gira por la acción del motor
o la caja de engranajes, la tuerca accionada se mueve a lo largo del
tornillo sin fin, arrastrando la carga hacia delante o hacia atrás, según
sea el sentido de giro del motor

22. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Actuadores Eléctricos
El actuador puede pararse en cualquier punto del recorrido y puede
disponer de interruptores de limitación de carrera que pueden frenar el
mecanismo en el punto deseado. Si el actuador no dispone de
interruptores, existen controladores de c.a. y de c.c. que desconectan la
alimentación del motor. Los fabricantes facilitan gráficos que indican la
velocidad del movimiento en mm/s y la carga que el actuador puede
arrastrar.

23. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Motor de Paso a Paso
- De imanes permanente
- De reluctancias variable
- Híbridos
Motor de Corriente Continua
Motor de Corriente Alterna
- Síncrono
- Asíncrono

24. Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos

25. Datos/Observaciones
Accionamiento Eléctrico
Un accionamiento eléctrico es un sistema capaz de convertir la energía
eléctrica en mecánica, de forma útil y controlando los parámetros
implicados, como la velocidad, posición o par.
En términos teóricos, un accionamiento eléctrico puede ser definido
como la técnica a través de la cual se da arranque a un conjunto: motor
eléctrico-impulsor, acoples y una carga determinada. En la práctica,
cuando hablamos de accionamientos eléctricos, nos referimos a aquellos
equipos que facilitan, optimizan y controlan la operación de una máquina
eléctrica rotatoria, a través de elementos de electrónica, comunicación y
potencia.

26. Datos/Observaciones
Accionamiento Eléctrico
En todo accionamiento eléctrico se controlará al menos una de estas 3
variables mecánicas:
- Velocidad
- Posición
- Par
En palabras sencillas, los sistemas que controlan el movimiento de las
máquinas eléctricas, se conocen como accionamientos eléctricos. Un
sistema de accionamiento típico se ensambla con un motor eléctrico
(puede ser varios) y un sofisticado sistema de control que controla la
rotación del eje del motor. Hoy en día, este control se puede hacer
fácilmente con la ayuda del software. Por lo tanto, el control se vuelve
cada vez más preciso y este concepto de unidad también proporciona la
facilidad de uso.

27. Datos/Observaciones
Accionamiento Eléctrico
Elementos que constituyen un accionamiento eléctrico

28. Datos/Observaciones
Accionamiento Eléctrico - Componentes
Sistema de alimentación (Red eléctrica): Se encarga de proporcionar
el suministro eléctrico que necesitan todos los elementos del
accionamiento. Esta provisión energética se realiza desde la corriente de
la red eléctrica, a través de baterías o utilizando generadores
independientes.
Convertidor electrónico de potencia: Mediante el convertidor, el motor
obtiene la energía en la forma que necesita. Así, existen convertidores
de corriente alterna a corriente continua o al revés, y otros que
simplemente modifican el voltaje entrante para adaptarlo a los requisitos
de funcionamiento del sistema.

29. Datos/Observaciones
Accionamiento Eléctrico - Componentes
Motor eléctrico: El motor pone en funcionamiento el sistema al
completo, y constituye la parte más sensible del conjunto: en realidad, el
comportamiento de estos motores determinará la funcionalidad del
accionamiento.
Sistema mecánico (Transmisión): La transmisión se encarga de
propagar hacia la carga la energía mecánica que proviene del motor,
bien de forma directa (a través de un eje común), bien de forma indirecta
(a través de un sistema de bielas, engranajes o correas).

30. Datos/Observaciones
Accionamiento Eléctrico - Componentes
Sistema de medida (Sensores): Los sensores se encargan de realizar
las mediciones de los parámetros de entrada y salida, para
posteriormente ser transportadas al sistema de control. Estos sensores
pueden ser mecánicos o eléctricos, y estar agrupados físicamente dentro
del sistema o actuar en remoto, fuera de él.
Sistema de control: Mediante un sistema de control, que consta de
circuitos lógicos y microcontroladores, se gestionan la generación y
distribución de las órdenes del accionamiento, manejando la información
que recibe por los sensores y en conjunción con las rutinas
programadas.

31. Datos/Observaciones
Accionamiento Eléctrico – Ventajas y Desventajas
• El accionamiento eléctrico tiene una gama muy amplia de par, velocidad y potencia.
• Su funcionamiento es independiente de la condición ambiental.
• Los accionamientos eléctricos están libres de contaminación.
• La eficiencia de las unidades es alta porque se producen menos pérdidas en ella.
• La aplicación está limitada porque no se puede usar en un lugar donde la fuente de
alimentación no está disponible.
• Puede causar contaminación acústica.
• El costo inicial del sistema es alto.
• Mala respuesta dinámica.
• La potencia de salida obtenida es baja.
• En caso de cortocircuito, el sistema puede dañarse debido a que ocurren varios
problemas.

32. Datos/Observaciones
Contactores
El contactor es un dispositivo eléctrico que puede cerrar o abrir circuitos
en carga o en vacío en los que intervengan cargas de intensidad que
pudieran producir algún efecto perjudicial para quien lo accione como por
ejemplo, en maniobras de apertura y cierre de instalaciones de motores.
Los contactores son dispositivos de conmutación eléctricos que pueden
manejar niveles de corriente mucho más altos que los relés estándar, lo
cual, los hace útiles para aplicaciones de equipos móviles.
El contactor funciona aplicando un voltaje a la bobina, esto crea un
campo magnético que mueve los contactos a la posición cerrada y
completa el circuito. Una vez que se elimina el voltaje de la bobina, los
contactos se abrirán nuevamente y desconectarán el circuito.

33. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia – Clasificación por Construcción
Contactores electromagnéticos
El accionamiento de estos tipos de contactor se atribuye a la fuerza de
atracción de su electroimán, sus rasgos distintivos son la construcción
sencilla, robustez, volumen reducido y el mantenimiento prácticamente
nulo. Por ello, son los más utilizados en los sistemas de control eléctrico
industrial porque se puede realizar la conexión y desconexión de forma
automática o no automática entre la fuente de alimentación y la carga.
Principalmente, son utilizados en el arranque y control de motores
eléctricos, la energización de cargas resistivas, sistemas de iluminación,
banco de capacitores, entre otras aplicaciones.

34. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia – Clasificación por Construcción
Contactores electromecánicos
Son capaces de operar corrientes de 6 a 12 veces la intensidad nominal,
una de sus peculiaridades es la poca inercia mecánica y la rapidez de
respuesta, por esa razón son indispensables en la automatización. De
hecho, si se combinan con algunos relés pueden proteger a los motores
contra las sobretensiones, sobrecargas y corrientes inversas.
Contactores neumáticos
Están compuestos por partes eléctricas y neumáticas, la cámara de
conexiones y el cilindro de simple efecto. Son accionados a través de la
presión del aire.
Contactores hidráulicos
Estos tipos de contactor son accionados por medio de la presión de un
líquido como el aceite.

35. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia – Clasificación por Construcción
Contactores estáticos
Construyen a base de tiristores, por lo que algunas de sus desventajas
son que el tamaño debe ser mayor a lo necesario, la potencia disipada
es muy amplia, son muy sensibles a los parásitos internos y cuenta con
una corriente de fuga significativa.

36. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia – Clasificación por Tipo de Corriente
Contactores para corriente alterna: Son los tipos de contactor que
más se utilizan actualmente, por ello en el mercado hay una amplia
variedad de tamaños con relación a la potencia requerida para el control.
Contactores para corriente continua: Son los más costosos por ser
voluminosos y pesados, se necesita un diseño especial de sus contactos
y cámaras de extinción con el objeto de que puedan soportar y controlar
los intensos arcos que se producen en la interrupción de circuitos.

37. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia – Clasificación por Tipo de Servicio
𝐀𝐂𝟏 𝑪𝒐𝒔 𝝋 ≥ 𝟎. 𝟗 : Se tratan de cargas puramente resistivas para
calefacción eléctrica. Son para condiciones de servicio ligeras de cargas
no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia, lámparas
de incandescencia y no se utilizan en motores.
𝐀𝐂𝟐 𝑪𝒐𝒔 𝝋 ≥ 𝟎. 𝟔 : Motores síncronos (de anillos rozantes) para
mezcladoras centrífugas.
𝐀𝐂𝟑 𝑪𝒐𝒔 𝝋 ≥ 𝟎. 𝟑 : Motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en
servicio continuo para aparatos de aire acondicionado, compresores y
ventiladores.
𝐀𝐂𝟒 𝑪𝒐𝒔 𝝋 = 𝟎. 𝟑 : Motores asíncronos (rotor jaula de ardilla) en
servicio intermitente para grúas y ascensores.

38. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia – Clasificación por Tipo de Servicio
𝐃𝐂𝟏 ∶ Cargas no inductivas o ligeramente inductivas, hornos de
resistencia.
𝐃𝐂𝟑 ∶ Motores shunt: arranque, inversión de marcha, marcha a impulsos.
Corte dinámico de motores de corriente continua.
𝐃𝐂𝟓 ∶ Motores serie: arranque, inversión de marcha, marcha a impulsos.
Corte dinámico de motores de corriente continua.
𝐃𝐂𝟔 ∶ Mando de lámparas de incandescencia.

39. Datos/Observaciones
Contactores - Partes
El contactor dispone de las siguientes partes: bobina, circuito magnético y contactos eléctricos.

40. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia – Clasificación por Tipo de Contacto
Contactos: Son los componentes de los tipos de contactor que tienen la
finalidad de establecer o interrumpir el paso de la corriente cuando la
bobina se energiza. Se conforman por tres elementos, dos partes fijas
que están colocadas en la coraza y una parte móvil que se encuentra en
la armadura.

41. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia – Clasificación por Tipo de Contacto
De acuerdo al tipo de contactos se clasifican en:
- Contactores de potencia o principales
- Contactores auxiliares

42. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia
El contactor es un dispositivo electromecánico, que puede ser controlado
a distancia para cerrar o abrir circuitos de potencia (circuito principal),
consiguiendo que la corriente se transporte desde la red hacia la carga.
El objetivo de cualquiera de los tipos de contactor es accionar las cargas
elevadas que pudieran producir algún efecto nocivo en la salud del
operador, por lo que suele estar alejado de los controles de potencia.
Un contactor se caracteriza por ser muy robusto y fiable, ya que no
incluye mecanismos delicados. Además se adapta rápidamente a la
tensión de alimentación del cambio de bobina y funciona en servicios
intermitentes y continuos.

43. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia
En el mercado existen contactores con diferentes formas y tamaños,
cuyo uso depende del tipo de circuito a controlar y la ubicación del
mismo, pero debes saber que la conexión de todos los contactores es
prácticamente la misma.
Por lo general, los tipos de contactor se usan para altas corrientes dentro
de la automatización en el arranque y paro de motores. Asimismo
controlan las máquinas y los procesos complejos desde varios puntos
estratégicos de maniobra procurando en todo momento la seguridad del
personal, por eso es que las acciones se ejecutan desde lugares
alejados del motor. Otras aplicaciones del contactor se realiza en el
control de los circuitos de alimentación de otros tipos de receptores,
como sistemas de resistencias, líneas de luminarias, etc.

44. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia
Los contactores también facilitan la repartición de los puestos de paro de
emergencia y los esclavos, ya que impiden la puesta en marcha de la
máquina cuando aún no se han tomado las precauciones suficientes,
esto contribuye a un ahorro de tiempo significativo.

45. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia - Funcionamiento
𝑪𝒐𝒏𝒕𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓. 𝑪𝒊𝒓𝒄𝒖𝒊𝒕𝒐 𝒂𝒃𝒊𝒆𝒓𝒕𝒐. 𝑪𝒐𝒏𝒕𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓. 𝑪𝒊𝒓𝒄𝒖𝒊𝒕𝒐 𝒄𝒆𝒓𝒓𝒂𝒅𝒐.

46. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia - Funcionamiento
Si se cierra el interruptor conectado al
borne A1 de la bobina, el motor
trifásico se alimenta a través de los
contactos de fuerza de un contactor.
Vemos que se puede parar y poner en
marcha con un simple interruptor
monopolar de escaso poder de corte.

47. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia - Caso

48. Datos/Observaciones
Contactores Auxiliares
Se denominan contactores auxiliares o de mando a aquellos que no
disponen de contactos de potencia. Pueden tener el mismo aspecto
físico que los contactores de potencia, pero con la diferencia de estar
dotados solamente con un conjunto de contactos auxiliares abiertos y/o
cerrados.
Los contactores auxiliares tienen sus contactos de poca sección, porque
están hechos para aguantar solo la corriente de un circuito de mando,
por donde circula solo la corriente de una o varias bobinas de
contactores, cuya intensidad es baja. Es decir, este tipo de contactor se
utilizan en los circuitos de automatismos para operaciones de maniobra.
Una forma sencilla de diferenciar un contactor auxiliar de uno de
potencia, es observar que todos sus contactos están identificados con
números dobles (13-14, 21, 22, 31-32, etc.).

49. Datos/Observaciones
Contactores Auxiliares
Los más comunes son:
Instantáneos: Actúan cuando se energiza la bobina del contactor y su
tarea es abrir y cerrar el circuito.
Temporizados: Actúan cuando se energiza la bobina pero después de
cierto tiempo o también cuando se des-energiza.
De apertura lenta: El desplazamiento y la velocidad del contacto móvil
es igual al de la armadura.
De apertura positiva: En estos sus contactos cerrados y abiertos no
coinciden de manera cerrada en ningún momento.

50. Datos/Observaciones
Contactores Auxiliares - Partes
Una forma sencilla de diferenciar un contactor auxiliar
de uno de potencia, es observar que todos sus
contactos están identificados con números dobles (13-
14, 21, 22, 31-32, etc.).

51. Datos/Observaciones
Contactores Auxiliares - Caso

52. Datos/Observaciones
Contactores de Potencia

53. Datos/Observaciones
Contactores - Accidentes que Pueden Dañarlos
• Caída de tensión de la red: Provoca una pérdida de energía del circuito magnético que ya no
tiene fuerza suficiente para continuar el recorrido hasta completar el cierre.
• Caída de tensión en el circuito de control: Cuando el contactor se alimenta en baja tensión
(24 a 110 V) y hay varios contactos en serie, puede producirse una caída de tensión del circuito
que origina una situación análoga a la descrita anteriormente.
• Vibración de los contactos de control: Las vibraciones repercuten en el electroimán del
contactor de potencia y provocan cierres incompletos, haciendo que se suelden los polos.
• Micro cortes de la red o la interrupción accidental o voluntaria de corta duración: Cuando
después de una breve interrupción de la tensión de red (unas decenas de microsegundos) el
contactor vuelve a cerrarse, la fuerza contraelectromotriz del motor y la de la red se desfasan
provocando que los polos se suelden por exceder el poder de cierre del contactor.

54. Datos/Observaciones
Contactores - Beneficios
• Facilitan la automatización y detención de los motores.
• Permite el control de las máquinas desde distintos espacios.
• Brindan seguridad al personal de la industria.
• Por medio de corrientes pequeñas, pueden manejar circuitos con
corrientes altas.
• Son resistentes, robustos y confiables.
• Son compatibles con servicio intermitente, así como con servicio
continuo.

55. Datos/Observaciones
Relé
El relé o relevadores permiten desarrollar una conmutación a distancia,
controlando altas tensiones con un bajo voltaje en retorno. También
sirven para interrumpir la alimentación de corriente alterna pero su
activación es eléctrica y no manual. Es decir, permite controlar una gran
cantidad de electricidad operando con una cantidad muy pequeña.
El relé está compuesto de una bobina conectada a una corriente.
Cuando la bobina se activa, produce un campo electromagnético que
hace que el contacto del relé que está normalmente abierto, se cierre y
permita el paso de la corriente por un circuito para, por ejemplo,
encender una lámpara o arrancar un motor. Cuando dejamos de
suministrar corriente a la bobina, el campo electromagnético desaparece
y el contacto del relé se vuelve a abrir, dejando sin corriente el circuito
eléctrico.

56. Datos/Observaciones
Relé
Las funciones específicas de un relé son:
• Captar las señales de los elementos de entrada.
• Medir o establecer la magnitud de los elementos de entrada.
• Comparar el valor seteado con la magnitud medida que viene de los
elementos de entrada.
• Según la comparación, cerrar o abrir sus contactos auxiliares.
El uso de corriente que da energía a una bobina electromecánica para
abrir y cerrar circuitos para uno o varios relés es una aplicación segura,
porque el sistema necesita una fuente de energía para funcionar, el
campo magnético jala o empuja el brazo del interruptor iniciando o
separando el contacto.

57. Datos/Observaciones
Relé
El relé actúa como aislante que protege el dispositivo en el que se usa.
Cuando el control (entrada) o la carga (salida) no están conectados
eléctricamente, el relé evita daños en su unidad causados por
sobrecarga de energía.
Se trata de instrumentos que brindan una mayor seguridad en distintos
dispositivos que funcionan con el uso de energía eléctrica, ya que sus
contactos permiten abrir o cerrar circuitos eléctricos (es decir, generar o
interrumpir la conexión).

58. Datos/Observaciones
Relé - Tipos
Relés electromecánicos: Estos tienen variantes según el mecanismo
de activación. Pueden ser de tipo armadura, de núcleo móvil, reed o de
lengüeta, relés polarizados o relés tripolares.
Relé temporizador o de acción retardada. Con estos relés, se
consigue que la conexión o la desconexión se haga pasado un tiempo
determinado.
Relés térmicos. Se utilizan para proteger los motores de las
sobrecargas y fallos debidos a la falta de una fase. Tienen unas láminas
metálicas en su interior que se deforman más o menos según el calor. Si
llegan a un punto de deformación determinado porque ha aumentado el
calor del motor, abren el circuito y no dejan pasar la corriente. Por tanto,
siempre que se realice un circuito para el arranque de un motor, es
necesario utilizar un relé térmico.

59. Datos/Observaciones
Relé de Estado Sólido
Un relé de estado solido (en ingles solid state realay, o por sus siglas
SSR) al igual que un relé electromecánico se pude utilizar para accionar
dispositivos eléctricos o electrónicos mediante una señal de control, pero
difieren de los relés mecánicos, porque no tienen partes móviles, los
relés de estado sólido son dispositivos semiconductores que usan luz en
lugar de magnetismo para activar interruptores.
Su funcionamiento se basa en la electrónica analógica, básicamente se
usan comparadores de amplitud y fase para realizar una conmutación
electrónica que realiza la conexión y desconexión, con ausencia de
contactos móviles en su interior.
La mayoría de éstos tienen un diodo que emite luz o utilizan la luz de
una fuente de LED.

60. Datos/Observaciones
Relé de Estado Sólido
Estos relés sobrepasan de muchas maneras a los electromecánicos,
principalmente en la confiabilidad que estos aportan al sistema de
protecciones, se pueden lograr excelentes características de respuesta y
al carecer de partes móviles se lograron eliminar muchos de los
problemas que causaban los relés electromecánicos.
Otra ventaja es que protegen al circuito de estática, no tienen contacto ni
rebote, tienen un EMI/RFI bajo y, comparado con otros relés, tienen una
mayor durabilidad, ya que no tienen partes móviles, aunque solo pueden
soportar apagadores de un polo.

61. Datos/Observaciones
Relé de Estado Sólido
Estos relés se encuentran en un gran número de aplicaciones
industriales, como la industria aeronáutica, en la que el control de
interruptores simples y unidireccionales se requiere en sistemas de
control más avanzados. Cuando los relés requieren mantener un núcleo
permanente en una posición, se requiere un pulso continuo en dirección
opuesta para soltar el contacto.

62. Datos/Observaciones
Relés de Protección
El objetivo fundamental de un sistema de protección es aislar
rápidamente un área problemática del sistema de potencia, de modo de
minimizar el impacto en el resto del sistema y dejarlo intacto en lo que
sea posible.
La lógica de aplicación de los relés de protección consiste en dividir el
sistema de potencia en varias zonas y asignarle a cada una un grupo de
relés que tendrán diferentes funciones de protección dependiendo del
equipo a proteger (transformador, línea de transmisión, barra, entre
otros). A continuación describiremos las funciones de protección más
comunes que se configuran en los relés:

63. Datos/Observaciones
Relés de Protección
Relés de Sobrecorriente o Sobretensión
Estos tipos relés actúan en el momento en que la magnitud que entrega
el elemento de entrada, sea un Transformadores de Corriente para
sobrecorriente o un Transformadores de Potencial para sobretensión,
supera a la magnitud seteada en el mismo.
Consiste en configurar un valor umbral de sobrecorriente en el relé para
que actúe instantáneamente o por configuración de sobrecorriente de
tiempo inverso. La temporización que se programe en el relé debe ser
menor al tiempo de daño del equipo a proteger y, al mismo tiempo, debe
corresponder al orden de selectividad que se diseñó en el sistema de
protección.

64. Datos/Observaciones
Relés de Protección
Relés de Sobrecorriente o Sobretensión
A estos tipos de relés los podemos clasificar según su tiempo de
actuación:
Instantáneos: Son aquellos que carecen de retardo, su actuación ante
una falla es inmediata.
Temporizados: Son aquellos que nos dan la posibilidad de establecer un
tiempo de actuación fijo desde el momento en que se presenta la
falla.
Temporizados con tiempo inverso: El tiempo de actuación de estos relés
está en función de la magnitud medida, es una función inversa, a una
mayor magnitud medida menor va ser el tiempo de actuación.

65. Datos/Observaciones
Relés de Protección
Relés Direccionales
Con este tipo de relés podemos supervisar la magnitud y el ángulo de
fase de una corriente, permitiéndonos distinguir el flujo de las corrientes
de falla. Son utilizados generalmente en líneas de transmisión y consiste
en comparar la dirección de la corriente de falla en ambos extremos de
la línea. Este tipo de relés son de corriente directa o de corriente alterna
rectificada.
Si la medida de la dirección indica que todas las corrientes de falla
circulan hacia la zona protegida significa que se trata de una falla interna
y que el relé debe ordenar el disparo. En cambio, si una de las medidas
indica una corriente circulando hacia afuera de la zona protegida
significa la existencia de una falla externa, por lo que el relé no debe
ordenar el disparo.

66. Datos/Observaciones
Relés de Protección
Relés Direccionales
Para actuar, los relés direccionales utilizan dos unidades:
Unidad de Sobrecorriente: Supervisa la magnitud de la corriente que
atraviesa al elemento que queremos proteger.
Unidad de Direccionamiento: Compara el fasor de una magnitud de
referencia, que por lo general es la tensión, con la corriente que
atraviesa el elemento a proteger.

67. Datos/Observaciones
Relés de Protección
Relé Diferencial
Al relé diferencial podríamos llamarlo protección diferencial, ya que más
que ser un solo elemento, es la conexión de dos relés de sobrecorriente
que tienen como premisa actuar ante las fallas internas y no actuar para
las fallas externas.
El funcionamiento del relé diferencial se basa en la ley de Kirchhoff,
donde la suma de las corrientes que entran y salen del elemento a
proteger es igual a cero. Es decir, estos operan en base al principio de
comparación de corriente, ya que parten de que la corriente que entra a
un objeto protegido sano, es la misma que sale de él.
𝐼𝐷𝑖𝑓 = 𝐼1 + 𝐼2
𝐼1 = 𝐼2

68. Datos/Observaciones
Relés de Protección
Relé de Distancia
Son también llamados relés de impedancia y son utilizados
generalmente para usada para proteger líneas de transmisión.
Al medir constantemente la corriente y la tensión, cuando ocurre una
falla, obtienen una magnitud de impedancia en el punto de falla de la
línea (Es decir, la relación entre la tensión y la corriente vistas por el relé
en su sitio de instalación).
La magnitud de la impedancia va a variar en función de estas
magnitudes al momento de la falla, por ejemplo al producirse un
cortocircuito la corriente crece y la tensión disminuye por lo tanto la
impedancia va a alcanzar un valor muy pequeño (la medida de la
impedancia será menor que la impedancia de carga) y la protección
operará.

69. Datos/Observaciones
Relés de Protección
Relé de Distancia
La ventaja de medir la impedancia es que esta depende de la longitud de
la línea, de modo que el relé es sensible a la distancia en que ocurren
las fallas, y puede decidir cuándo disparar y cuando no.

70. Datos/Observaciones
Relés - Caso

71. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos
Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias, que
transforman la energía eléctrica en energía mecánica de rotación en un
eje. La acción se desarrolla introduciendo una corriente en la máquina
por medio de una fuente externa, que interacciona con el campo
produciendo un movimiento de la máquina; aparece entonces una f.e.m.
inducida que se opone a la corriente y que por ello se denomina fuerza
contraelectromotriz.
Es decir, su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y
repulsión provocadas entre un imán y un conductor (bobina) por donde
circula una corriente eléctrica. En consecuencia, el motor necesita una
energía eléctrica de entrada para producir la energía mecánica
correspondiente.

72. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos
En las actividades industriales y comerciales es necesario mover
distintos procesos productivos, maquinaria y equipos diversos, como
ventiladores, bandas transportadoras, bombas de agua, escaleras
eléctricas, compresores, taladros, es decir, un sinfín de aplicaciones
mecánicas que requieren movimiento. La forma más fácil de llevar a
cabo ese movimiento es mediante un motor eléctrico
Los motores eléctricos cubren toda la gama de aplicaciones que la
sociedad moderna exige, se encuentran tan pequeños como los usados
en el giradiscos de un DVD, tan cotidianos como el de una licuadora, un
ventilador o un acondicionador de aire; pero también los hay tan grandes
como los que necesitan las industrias para mover molinos, trituradoras,
compresores de aire, mezcladoras, etc.

73. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos
Evidentemente, siendo el motor eléctrico un equipo electro-mecánico no
toda la energía eléctrica por él consumida se transforma en trabajo
(torque). Esto se debe a las pérdidas que se dan prioritariamente en la
forma de calor.
El parámetro rendimiento del motor, mide la proporción de potencia
eléctrica que es transformada por el mismo en potencia mecánica,
mientras que la diferencia existente entre la potencia efectivamente
transmitida al eje del motor y la potencia eléctrica absorbida por la red es
denominada pérdidas y pueden ser:

74. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos
• Pérdidas en el devanado del estator (Pérdidas en el Cobre);
• Pérdidas en el Rotor;
• Pérdidas por fricción y ventilación;
• Pérdidas magnéticas en el núcleo (Pérdidas en el Hierro).
Evaluando el rendimiento, es posible encontrar dos grupos de motores,
el modelo básico o estándar con rendimiento promedio de 85%, y los de
alto rendimiento, cuyo rendimiento promedio es superior a 90%, según
los fabricantes. Es intuitivo que el precio final del producto sea
diferenciado. Sin embargo, el uso y el desgaste van, a lo largo del
tiempo, alterando esa curva de rendimiento.

75. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Las características de control, sencillez y precisión de los
accionamientos eléctricos ha hecho que sean los más usados en los
procesos industriales actuales.
De acuerdo a la naturaleza de la corriente eléctrica, existen 2 tipos de
motores eléctricos reconocidos por NEMA (National Electrical
Manufactures Association):
- Motores de corriente directa
- Motores de corriente alterna

76. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos – Clasificación según NEMA

77. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Dentro de los actuadores eléctricos, pueden distinguirse tres tipos
diferentes:
• Motores de corriente alterna (AC)
- Síncronos
- Asíncronos
• Motores de corriente continua (DC)
- Controlados por inducido
- Controlados por excitación
• Motores paso a paso

78. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Motores de corriente alterna (AC)
Años atrás, los motores de corriente alterna (AC) no se habían
considerado apropiados para la automatización de precisión y robots
debido a los problemas involucrados en el control de sus velocidades. En
principio, entre más alta sea la frecuencia de la corriente alterna aplicada
al motor, más rápidamente girará. Sin embargo, las mejoras que se han
introducido en las máquinas síncronas hacen que en la actualidad sea la
alternativa más utilizada en los robots industriales. Esto se debe
principalmente a tres factores:
• La construcción de rotores síncronos sin escobillas.
• Uso de convertidores estáticos que permiten variar la frecuencia (y
así la velocidad de giro) con facilidad y precisión.
• Empleo de la microelectrónica que permite una gran capacidad de
control.

79. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Motores de corriente alterna (AC)
Los motores de AC se pueden clasificar en dos grupos: monofásicos y
polifásicos, cada uno se subdivide en motores de inducción y motores
síncronos.
En los motores síncronos, la velocidad de giro depende únicamente de la
frecuencia de la tensión que alimenta el inducido (frecuencia de la red).
La velocidad del rotor es la misma del campo girante, pues los polos del
motor siguen el campo girante impuesto por el estator. Para poder variar
ésta con precisión, el control de velocidad se realiza mediante un
convertidor de frecuencia. Para evitar el riesgo de pérdida de
sincronismo se utiliza un sensor de posición que detecta la posición del
rotor y permite mantener en todo momento el ángulo que forman los
campos del estator y del rotor.

80. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Motores de corriente alterna (AC)
El motor asincrónico o de inducción con rotor tipo jaula de ardilla es el
más utilizado en la industria por ser el más barato. Ese motor es
responsable de más del 90% de la energía motriz producida a través de
la electricidad. Tiene como característica la robustez, alta confiabilidad,
simplicidad, bajo costo, relativa alta eficiencia y fácil mantenimiento,
siendo también el preferido en asociaciones con inversores de
frecuencia. En el caso de los motores asíncronos, no se ha conseguido
resolver satisfactoriamente los problemas de control que presentan. Esto
ha hecho que hasta el momento no tengan aplicación en robótica.
Existe la tendencia a usar motores monofásicos si la potencia requerida
es baja, en tanto los polifásicos se emplean cuando se requiere mucha
potencia. Los motores de inducción en general son más baratos que los
síncronos, de allí lo popular de su uso.

81. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Motores de corriente alterna (AC) - Componentes

82. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Motores de corriente directa (DC)
Han sido durante mucho tiempo los más utilizados, debido a su facilidad
de control. El motor de corriente continua varía su velocidad de cero
hasta la nominal manteniendo constante su conjugado (torque). Presenta
una óptima regulación y precisión en el establecimiento de la velocidad
operativa. Este tipo de motor necesita de una fuente de corriente
continua de energía o de un dispositivo para la conversión de corriente
alterna en continua. Los motores DC están constituidos por dos
devanados internos, inductor e inducido, que se alimentan con corriente
continua:
• El inducido, situado en el rotor, hace girar al mismo debido a la fuerza
de Lorentz que aparece como combinación de la corriente circulante
por él y del campo magnético de excitación. Recibe la corriente del
exterior.

83. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Motores de corriente directa (DC)
• El inductor, también denominado devanado de excitación, está
situado en el estator y crea un campo magnético de dirección fija,
denominado de excitación. El devanado inductor puede ser sustituido
por imanes, que generan de manea equivalente un campo magnético
constante.
La velocidad de giro del motor puede ser regulada, bien variando la
tensión de alimentación del inducido, como variando la del inductor. Al
aumentar la tensión del inducido aumenta la velocidad de la máquina. Si
el motor está alimentado a tensión constante, se puede variar la
velocidad variando el flujo de excitación. Pero cuanto más débil sea el
flujo, menor será el par motor que se puede desarrollar para una
intensidad de inducido constante.

84. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Motores de corriente directa (DC) - Componentes

85. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Motores de corriente directa (DC)
El motor DC presenta el inconveniente del obligado mantenimiento de
las escobillas. Además, las conmutaciones de éstas originan chispas
eléctricas que pueden ser inaceptables en, por ejemplo, ambientes con
riesgo de explosión. Por otra parte, su baja inercia térmica y mala
capacidad de disipación del calor, hace que no sea posible el
proporcionar torques elevados. Todo estos han hecho que se haya
tendido a su sustitución por motores de alterna o motores sin escobillas.
Para evitar estos problemas, se han desarrollado en los últimos años
motores sin escobillas (brushless). En éstos, los imanes de excitación se
sitúan en el rotor y el devanado de inducido en el estator, con lo que es
posible convertir la corriente mediante interruptores estáticos, que
reciben la señal de conmutación a través de un detector de posición del
rotor.

86. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos - Clasificación
Motores de corriente directa (DC)
De entre las ventajas de los motores sin escobillas, se pueden
mencionar:
- Menor mantenimiento.
- Bajo momento de inercia.
- Alto par a velocidad nula.
- Mejor rendimiento (no hay pérdidas en rotor).
- Mejor disipación térmica (devanado en contacto con carcasa).
- Mejor relación potencia-peso o volumen.
- No existe riesgo de explosión.

87. Datos/Observaciones
Motores Eléctricos

88. Datos/Observaciones
Bibliografía
Areny, R. Sensores y acondicionadores de señal
Corona, L. & Abarca, G. (2014) Sensores y Actuadores, Larousse.
Mares, J., Corona, L. & Abarca, G. (2016) Sensores y actuadores: Aplicaciones con Arduino. Grupo
Editorial Patria.
Mandado, E., Acevedo, J. Controladores Lógicos y autómatas programables, Marcombo
Piedrahita, R. Ingeniería de la Automatización industrial. Ra-Ma

89. Datos/Observaciones
CONCLUSIONES

90. Datos/Observaciones
REVISIÓN DEL
MATERIAL DE CLASE

91. Datos/Observaciones
MUCHAS GRACIAS