CARACTERIZACIÓN DE INSTALACIONES Y DISPOSITIVOS DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL TÉCNICAS Y PROCESOS INSTALACIONES DOMÓTICAS Y AUTOMÁTICAS

1. Introducción a los automatismos. 2. Elementos o dispositivos que forman un automatismo. 3. Circuito de control y circuito de potencia. 4. Fases de realización de un automatismo. 5. Magnitudes eléctricas tratadas en automatismos. 6. Tipos de señales y variables de un proceso industrial. 7. Elementos de una instalación industrial. 8. Protecciones y elementos de protección. 9. Automatización con elementos neumáticos. 10. Simbología eléctrica y neumática.

control automatización automático automatismo Con la programación apropiada de un AUTOMATISMO logras tener un CONTROL AUTOMÁTICO con lo que conseguimos la AUTOMATIZACIÓN del equipo o proceso. 1. Introducción a los automatismos

Aplicaciones industria agricultura, ganadería y pesca servicios básicos comunicaciones domótica comercio transporte

2. Elementos o dispositivos que forman un automatismo

MÁQUINA O PLANTA FUENTE DE ENERGÍA CONTROLADOR O AUTÓMATA ACTUADOR SENSOR OPERADOR

3. Circuito de control y circuito de potencia

Circuito de control y circuito de potencia

4. Fases de realización de un automatismo EL DISEÑO Y LA FUNCIONALIDADEL DIMENSIONADO DE DISPOSITIVOSEL ESQUEMA ELÉCTRICOEL CUADRO ELÉCTRICOEL ENSAYO Y LA PRUEBA

5. Magnitudes eléctricas tratadas

6. Tipos de señales y variables de un proceso industrial

7. Elementos de una instalación industrial Elementos de mando manuales: son aquellos que el operario acciona para conectar, desconectar y, en general, gobernar, las instalaciones eléctricas. Los más importantes son pulsadores, interruptores, conmutadores y selectores. PULSADORES INTERRUPTORES CONMUTADORESSELECTORES

PULSADORES Elemento de conmutación (conecta y desconecta) manual por presión, cuyo contacto solamente tiene una posición estable.

TIPOS DE PULSADORES Pulsador normalmente abierto (NA). Pulsador normalmente cerrado (NC). Pulsado 1NA + 1NC.

TIPOS DE PULSADORES Un tipo de pulsador muy utilizado en la industria es el llamado pulsador de paro de emergencia, “seta”, debido a su aspecto externo. La cabeza de estos pulsadores es bastante más ancha que en los normales de color rojo, sobre fondo amarillo. Permite la parada inmediata de la instalación eléctrica cuando ocurre un accidente. Estos pulsadores llevan un dispositivo interno de enclavamiento de manera que, una vez pulsado, no se puede reanudar el funcionamiento de la instalación hasta que se desenclave, por ejemplo, mediante un giro de la cabeza o una llave auxiliar.

TIPOS DE PULSADORES

INTERRUPTORES Y CONMUTADORES Los interruptores y conmutadores son elementos que conectan o desconectan instalaciones y máquinas eléctricas mediante el posicionado de una palanca. A diferencia de los pulsadores, al ser accionados, se mantienen en la posición seleccionada hasta que se actúa de nuevo sobre ellos.

INTERRUPTORES Y CONMUTADORES

SELECTORES Los selectores son similares a los interruptores y conmutadores en cuanto a funcionamiento, aunque para su actuación suelen llevar un botón, palanca o llave giratoria (que puede ser extraíble)

DETECTORES AUTOMÁTICOS Y SENSORES Permiten la conexión, desconexión y mando en general de instalaciones eléctricas sin intervención directa de un operario. Deben ser seguros y fiables, pues en general nadie se encarga de supervisar continuamente su funcionamiento. Algunos muy utilizados son: - finales de carrera, - detectores de temperatura, - células fotoeléctricas, - detectores de presión, - detectores de nivel de líquidos - detectores de presencia.

Final de carrera

Detectores de temperatura Un sensor de temperatura es un dispositivo capaz de interpretar señales de cambio de temperaturas y transformar esta información en señales eléctricas y enviándola a otro dispositivo para poder ser interpretada

Células fotoeléctricas Es un pequeño mecanismo electrónico que convierte la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (electrones) mediante el denominado efecto fotovoltaico.

Detectores fotoeléctricos Son elementos que nos permiten detectar la existencia o la ausencia de luz en un determinado recinto. Además, se utilizan también para detectar la presencia o el movimiento de objetos o personas al cortar un haz luminoso.

Detectores fotoeléctricos Sistemas de detección Según el tipo de aparato, se evalúa la interrupción del mismo o bien la reflexión del haz luminoso. - Sistema de barrera. Detectores de barrera En los detectores de barrera, el objeto se interpone entre el emisor del haz luminoso y el receptor. Si la luz no llega al receptor se produce la acción de conmutación. El emisor suele ser una lámpara ayudada por un difusor luminoso, de tal forma que el haz de luz se direcciona.

Detectores fotoeléctricos - Sistema réflex. Detectores de reflexión. Los detectores por reflexión se denominan réflex, cuando el emisor del haz luminoso y el receptor, están en la misma ubicación y el elemento contrario es un reflector o catadióptrico. El haz de luz impulsado por el diodo emisor es captado por una lente y enviado, a través de un filtro de polarización, a un reflector (principio del espejo triple). Una parte de la luz reflejada alcanza otro filtro de polarización del reflector. Un objeto que interrumpa el haz de luz enviado por el emisor a través del reflector hacia el receptor origina una conexión de la salida.

Detectores de presión El presostato es un mecanismo que abre o cierra unos contactos que posee, en función de la presión que detecta por encima o por debajo de un cierto nivel de referencia. Se suelen usar en grupos de presión de agua, poniendo en marcha un motor-bomba cuando la presión de la red no es suficiente.

Detectores de nivel de líquidos Detectan si el nivel de líquidos en depósitos, piscinas, etc., está por debajo de un nivel de referencia mínimo o por encima de un nivel de referencia máximo. De esta forma, se utilizan en el mando automático de estaciones de bombeo, para comprobar la altura máxima y mínima del líquido cuyo nivel se pretende controlar.

Detectores de presencia Los sensores de presencia tienen como finalidad determinar la existencia de un objeto en un intervalo de distancia especificado. Se suelen basar en el cambio provocado en alguna característica del sensor debido a la proximidad del objeto. Básicamente son inductivos, de efecto Hall, ultrasónicos u ópticos.

Aplicaciones -Control del nivel de llenado con embalajes transparentes - Aviso de roturas de hilo en bobinas - Aviso de rotura de cinta transportadora -Contado de todo tipo de objetos

REGULADORES O CONTROLADORES Los reguladores, también conocidos como controladores, son elementos que permiten que la variable o magnitud física que se desea controlar (velocidad de una máquina eléctrica, posición del eje de un motor, temperatura de un recinto, etc.) permanezca siempre entre ciertos valores admisibles, sin intervención directa de un operador humano. Un controlador electrónico es un dispositivo (analógico o digital ) que calcula la acción de control necesaria a partir de una cierta ley de control (o algoritmo de control) determinada previamente. Para ello, utiliza las señales de entrada (la consigna y el valor de la variable de salida de la planta).

REGULADORES O CONTROLADORES CLASIFICACIÓN: · CONTROLADORES DE TEMPERATURA TODO/NADA. También llamados ON/OFF, permiten el control de variables de variación lenta, como es la temperatura. · CONTROLADORES DE PROCESOS DE PROPÓSITO GENERAL. Permiten el control de forma más precisa que los anteriores. Los controladores de este tipo más conocidos son los llamados controladores PID (Proporcional Integral Derivativo).

REGULADORES O CONTROLADORES CLASIFICACIÓN: · CONTROLADORES DE VELOCIDAD DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS. Permiten el control de la velocidad de giro y la posición de los ejes para motores eléctricos, tanto de CC como de CA. · CONTROLADORES SECUENCIALES. En este grupo se incluyen aquellos reguladores de propósito general, utilizados normalmente en procesos industriales, y que están basados en autómatas programables y sistemas eléctricos diversos como contactores, relés y temporizadores.

ACTUADORES Un actuador es un dispositivo que permite transformar una magnitud eléctrica en otra de tipo eléctrica o no eléctrica (por ejemplo, mecánica) o bien permite la amplificación de un mismo tipo de energía. CLASIFICACIÓN: · RELÉS Y CONTACTORES. - Relé es un elemento que posibilita el gobierno de receptores. -Contactor es un dispositivo similar a un relé convencional, utilizado para el control de cargas de elevada potencia. Tanto los relés como los contactores son elementos básicos que aparecen en cualquier sistema de automatización.

ACTUADORES Los relés son elementos que suelen operar con cargas pequeñas, mientras que los contactores se conectan con cargas de gran potencia.

ACTUADORES · SOLENOIDES O ELECTROIMANES. Son dispositivos basados en una bobina que, mediante la generación de un campo magnético, permiten transformar energía eléctrica en energía mecánica. Se utilizan para efectuar pequeños movimientos o desplazamientos, giros de piezas, etc. (por ejemplo, en porteros electrónicos para la apertura automática de puertas).

ACTUADORES · ELECTROVÁLVULAS. Una electroválvula es un elemento que incorpora un conjunto de un electroimán y una válvula mecánica. Dicho conjunto, que se acciona mediante un controlador eléctrico o electrónico, permite o impide el paso de un fluido.

ACTUADORES · ACTUADORES ELECTROHIDRÁULICOS. Ofrecen en su salida acciones mecánicas (fuerza, par, posición, velocidad, etc.) a partir de una tensión o corriente eléctrica. Emplean un fluido (generalmente aceite o agua) para proporcionar la acción de control, obteniendo fuerzas y pares de fuerza de gran potencia. · ACTUADORES ELECTRONEUMÁTICOS. Parecidos a los actuadores electrohidráulicos, utilizan el aire a presión como fluido para proporcionar la acción de control.

Criterios de selección En general cuando se va automatizar un sistema la selección puede darse así: - Cuando se necesita mover, desplazar o soportar algún peso, se requiere de actuadores de movimiento. - Cuando se trabaja con líquidos se utilizan motobombas y electroválvulas. - En los procesos en los cuales, es importante utilizar un indicador que informe el estado de cada etapa, para ello se pueden utilizar alarmas e indicadores luminosos. - Para el control de temperatura se utilizan resistencias, ventiladores y extractores. - Entre los criterios más importantes de selección para un actuador, se encuentran el tipo de señal, si es de corriente continua o de corriente alterna.

ELEMENTOS DE SEÑALIZACIÓN Las maniobras se deben señalizar de tal forma que se nos advierta de su estado, para ello recurrimos a señales luminosas. Los pilotos están formados por una parte externa que se llama carátula, con diferentes colores de acuerdo a normas. Significado de los colores. Rojo. Peligro. Amarillo. Precaución. Verde. Seguro. Azul. Obligatorio.

ELEMENTOS DE SEÑALIZACIÓN

Los diodos electroluminiscentes o diodos LED son una alternativa a las lámparas de incandescencia. Se trata de pequeños pilotos de color rojo, verde o amarillo, con diferentes posibilidades de señalización. Se utilizan en multitud de instalaciones (tanto eléctricas como electrónicas) debido a su bajo consumo y a sus reducidas dimensiones. Las señalizaciones ópticas son simplemente etiquetas, placas plásticas o metálicas y adhesivos con diferentes colores. Suelen colocarse alrededor o encima de elementos de mando (pulsadores de marcha y paro, interruptores, selectores, etc.) para indicar al operario su función.

ELEMENTOS DE SEÑALIZACIÓN Las señalizaciones acústicas son dispositivos tales como timbres, sirenas, bocinas, zumbadores, etc, que indican generalmente situaciones de funcionamiento peligrosas, emergencias, alarmas.

8. Protecciones y elementos de protección. Tipos de incidentes La sobrecarga: se produce cuando a través de la línea eléctrica, circula una intensidad mayor que la intensidad nominal (intensidad para la cual está diseñada una línea). Se pueden producir por varios factores, como un fallo de aislamiento. Las sobrecargas también pueden producir daños importantes, dependiendo de dos factores: - Valor en amperios de la sobrecarga. -Tiempo que dura la sobrecarga.

Ejemplo: Cuando un motor alcanza una temperatura superior a su admisible, está trabajando en sobrecarga. Mientras las circunstancias ambientales sean normales (temperatura, altitud, etc.), ese sobrecalentamiento se debe a que consume más intensidad que la nominal. Causas: - Rotor inmóvil (bloqueado) El motor está alimentado a su tensión nominal y el rotor inmóvil, es decir, bloqueado. En esas condiciones, la intensidad consumida tiene el valor de la de arranque Ia, y sus devanados pueden deteriorarse en muy breve tiempo si no se produce una rápida desconexión. - Funcionamiento a dos fases. Esta circunstancia puede ser debida a la fusión de un fusible, al corte de un conductor o a otras causas. En estas condiciones, el circuito magnético del motor está desequilibrado, por los devanados circulan corrientes anormales y hay una pérdida de potencia.

Tipos de incidentes El cortocircuito: se produce cuando entran en contacto eléctrico dos partes de la instalación, que están a distinto potencial. El caso más habitual es cuando contactan dos fases diferentes del circuito, o una fase y el neutro. El cortocircuito produce unas intensidades muy elevadas, del orden de cientos de amperios, lo cual produce un gran calentamiento de los conductores que pueden llegar a quemarse. Es una de las principales causas de accidentes eléctricos. Las causas pueden ser varias: cables rotos, flojos o pelados, presencia de cuerpos metálicos extraños, depósitos conductores (polvo, humedad, etc.), filtraciones de agua o de otros líquidos conductores, deterioro del receptor o error de cableado durante la puesta en marcha o durante una manipulación.

Tipos de incidentes Cuando se habla de fuga de corriente por defecto de aislamiento, se hace referencia a la circulación de una corriente que se transmite a la tierra de la instalación eléctrica o a elementos conductores del circuito como resultado de un fallo de aislamiento, dicho de otra manera, que en condiciones normales de funcionamiento no debería existir circulación de corriente alguna transmitida por fuga. conductores masas metálicas

Tipos de incidentes Una sobretensión es una onda o impulso de tensión que se superpone a la tensión nominal de la red

Por la naturaleza de su origen existen dos formas de clasificar las sobretensiones: SOBRETENSIONES POR DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS Al impactar, el rayo provoca un impulso de corriente que llega a alcanzar decenas de miles de amperios. SOBRETENSIONES DE CONMUTACIÓN Estas sobretensiones son generadas en la línea eléctrica, fundamentalmente debido a estos dos motivos: Conmutaciones de maquinaria de gran potencia: Los motores eléctricos son cargas muy inductivas cuya conexión y desconexión provoca sobretensiones. Maniobras y/o defectos en el suministro eléctrico: En caso de cortocircuito en algún punto de la red, las protecciones de la compañía eléctrica responden abriendo el circuito y con subsiguientes intentos de reenganche por si fuera una falta transitoria, lo que genera las sobretensiones típicas de conexión de cargas inductivas.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Los fusibles son dispositivos de protección frente a sobreintensidades del tipo cortocircuito. Aplicados a la protección de motores eléctricos, complementan la protección que proporcionan los relés térmicos. Al ser atravesado por una corriente de cortocircuito, el fusible se funde instantáneamente. Si esa intensidad es extremadamente elevada, la chispa producida puede romper su estructura, proyectar al exterior metal fundido, etc. Los fusibles proporcionan un poder de corte muy elevado y un volumen reducido.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Se dividen en dos categorías (Normativa EN Europea):

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Fusibles “distribución” tipo gG Protegen a la vez contra los cortocircuitos y contra las sobrecargas a los circuitos con picos de corriente poco elevados (ejemplo: circuitos resistivos). Fusibles “motor” tipo aM Protegen contra los cortocircuitos a los circuitos sometidos a picos de corriente elevados. Las características de fusión de los fusibles aM no ofrecen ninguna protección contra las sobrecargas. En caso de que también sea necesario este tipo de protección, debe emplearse otro dispositivo (por ejemplo, un relé térmico). Ambos deben tener un calibre inmediatamente superior a la corriente del circuito protegido a plena carga.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Corriente asignada del fusible. Una característica importante de un fusible es su corriente asignada. Se define como el valor de la corriente que le atraviesa, a partir del cual su fusión se producirá en un tiempo más o menos largo. Esta corriente asignada es el valor que define el calibre de un fusible, y por el que se le identifica. Los fusibles cilíndricos tienen las dimensiones y valores indicados.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Para corrientes mayores disponemos de los fusibles de cuchilla. Sus dimensiones geométricas se normalizan en base a su talla, que se codifica desde 00 hasta 4. Todos los de la misma talla pueden acoplarse al mismo portafusibles.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Poder de corte ASIGNADO (Icn) del fusible Es el valor de la máxima intensidad de cortocircuito que puede cortar el aparato. El valor ha de ser igual o mayor que la intensidad de cortocircuito prevista en el circuito de la aplicación. Este valor se da en kA y en fusibles de tipo industrial las normas UNE exigen que no sea inferior a 50 kA. Valores habituales: 6, 20, 40, 50, 70, 100 kA

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Curva de fusión del fusible La gráfica de fusión de un fusible nos proporciona el tiempo previsible de fusión de éste, al ser atravesado por una sobreintensidad. Respecto al tipo de gráfica, distinguimos dos grupos de fusibles: - Rápidos. Tipo gI o gG. - Lentos. Tipo aM.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN De las curvas anteriores deducimos que un fusible no se funde al estar atravesado por la intensidad nominal y tiene tiempos largos de fusión frente a intensidades moderadas.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN ¿Cómo se escogen los fusibles para el circuito de un motor? El fusible adecuado para proteger el circuito de un motor es el de tipo aM. La corriente asignada del fusible será siempre mayor que la nominal del motor. Dado que el fusible complementa la protección del relé térmico, los fabricantes de estos últimos proporcionan el calibre y el tipo del fusible aconsejable a colocar. Para sobreintensidades moderadas, será el relé térmico quien controle la desconexión. A partir de unas sobreintensidades que podemos situar de 6·In a 10·In, será el fusible quien desconecte.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Si un motor tiene previsto un arranque estrella-triángulo, se instalan fusibles cuya corriente asignada tenga el valor inmediatamente superior a la nominal de dicho motor, y preferentemente, del tipo aM. Se disponen siempre en el punto de arranque del circuito. Si los fusibles protegen el circuito de una carga resistiva, serán del tipo rápido gG. Su calibre tendrá valor inmediatamente superior a la intensidad nominal de la carga.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN

Se pueden montar de dos maneras: - en unos soportes específicos llamados portafusibles. -en los seccionadores. Respecto a los portafusibles, o bases para alojar a los fusibles, han de: - soportar adecuadamente las corrientes de paso. - permitir el recambio de fusibles fundidos sin interrumpir la tensión de suministro. Los actuales portafusibles cumplen ambas funciones, asumiendo, además, la de seccionamiento.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN

Interruptor Automático Magnetotérmico Es un aparato utilizados para la protección de los circuitos eléctricos, contra cortocircuitos y sobrecargas, en sustitución de los fusibles. Tienen la ventaja frente a los fusibles de que no hay que reponerlos. Cuando desconectan el circuito debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se rearman de nuevo y siguen funcionando.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Su funcionamiento se basa en un elemento térmico, formado por una lámina bimetálica que se deforma al pasar por la misma una corriente durante cierto tiempo, para cuyas magnitudes está dimensionado (sobrecarga) y un elemento magnético, formado por una bobina cuyo núcleo atrae un elemento que abre el circuito al pasar por dicha bobina una corriente de valor definido (cortocircuito)

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Elemento térmico

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Elemento magnético

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN

Relé térmico

La inmensa mayoría de relés térmicos se utilizan para proteger motores frente a sobrecargas, de tal modo que deben ir acompañados de protección frente a cortocircuitos. Estos térmicos no tienen contactos de fuerza, es decir que directamente no interrumpen las intensidades de sobrecarga, sino que a través de un circuito de mando dan la orden de apertura a un contactor asociado.

Relé térmico

Interruptor diferencial Es un interruptor que tiene la capacidad de detectar la diferencia entre la corriente de entrada y salida en un circuito. Cuando esta diferencia supera un valor determinado (sensibilidad), para el que está calibrado (30 mA, 300 mA, etc), el dispositivo abre el circuito, interrumpiendo el paso de la corriente a la instalación que protege. Un botón de prueba permite comprobar el correcto funcionamiento del dispositivo. Al pulsar dicho botón se deriva una corriente I F a través de la resistencia R, siendo ahora I N = 0, activándose el dispositivo.

Interruptor diferencial Cuando las corrientes de entrada I F y salida I N no son iguales, los flujos F F y F N creados por ambas corrientes en el núcleo toroidal dejan de ser iguales y el flujo diferencial F F - F N crea una corriente i que activa el electroimán que a su vez posibilita la apertura de los contactos del interruptor.

Interruptor diferencial Los interruptores diferenciales se clasifican según la forma de la señal que deba detectarse y el tiempo de disparo: Interruptor diferencial clase “AC”. Se utilizan para corrientes diferenciales alternas. Son los comúnmente utilizados en las instalaciones domésticas. Interruptor diferencial clase “A” Se utilizan para corrientes diferenciales alternas con componente continua.

Interruptor diferencial Interruptor diferencial “Si” ó superinmunizado. Es un dispositivo diferencial del tipo “A” pero mejorado. Evita las desconexiones intempestivas por corrientes de alta frecuencia producidas entre otros por los circuitos informáticos, circuitos con reactancias electrónicas ó las corrientes inducidas por las descargas de origen atmosférico.

Interruptor diferencial Intensidad Nominal. La intensidad nominal o calibre que puede controlar un diferencial, depende de las dimensiones de los contactos principales, y se fabrican con intensidades de 6, 10,16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, y 100 A, siendo el más corriente el de 40A., por ser el que se suele utilizar en viviendas. Corriente Diferencial Nominal. Corriente diferencial nominal, sensibilidad o intensidad de disparo ( IΔN ) es el valor de la menor corriente diferencial para la que se garantiza la apertura del circuito. Corriente Diferencial de no funcionamiento. El fabricante garantiza el no disparo del diferencial para valores de fuga inferiores a esa corriente. Habitualmente su valor es la mitad de la Corriente Diferencial de disparo. IΔnf = IΔN / 2

EL DISYUNTOR MOTOR MAGNETOTÉRMICO (GUARDAMOTORES) Este dispositivo agrupa, en un solo bloque, las funciones de: Interruptor Protección contra las sobreintensidades - Sobrecargas (relé térmico) - Cortocircuitos (fusibles) Los disyuntores de motor utilizan el mismo principio de protección que los interruptores magnetotérmicos. Se utiliza para proteger motores trifásicos frente a sobreintensidades, ya que permite ajustar la intensidad de disparo térmico a la intensidad nominal del motor. Este diseño especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo hace más robusto frente a las sobreintensidades transitorias típicas de los arranques de los motores. El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico se produce con una intensidad y tiempo mayores.