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Montaje y reparación de sistemas eléctricos y electrónicos de bienes de equipo y máquinas industriales. Diana María Ruiz Vadillo |
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Montaje y reparación de sistemas eléctricos y electrónicos de bienes de equipo y máquinas industriales. FMEE0208
© Diana María Ruiz Vadillo
2ª Edición
© IC Editorial, 2019
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ISBN: 978-84-9198-602-7
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El Certificado de Profesionalidad es el instrumento de acreditación, en el ámbito de la Administración laboral, de las cualificaciones profesionales del Catálogo Nacional de Cualificaciones Profesionales adquiridas a través de procesos formativos o del proceso de reconocimiento de la experiencia laboral y de vías no formales de formación.
El elemento mínimo acreditable es la Unidad de Competencia. La suma de las acreditaciones de las unidades de competencia conforma la acreditación de la competencia general.
Una Unidad de Competencia se define como una agrupación de tareas productivas específica que realiza el profesional. Las diferentes unidades de competencia de un certificado de profesionalidad conforman la Competencia General, definiendo el conjunto de conocimientos y capacidades que permiten el ejercicio de una actividad profesional determinada.
Cada Unidad de Competencia lleva asociado un Módulo Formativo, donde se describe la formación necesaria para adquirir esa Unidad de Competencia, pudiendo dividirse en Unidades Formativas.
El presente manual desarrolla la Unidad Formativa UF0458: Montaje y reparación de sistemas eléctricos y electrónicos de bienes de equipo y máquinas industriales,
perteneciente al Módulo Formativo MF1264_2: Técnicas de montaje, reparación y puesta en marcha de sistemas eléctricos, electrónicos, neumáticos e hidráulicos,
asociado a la unidad de competencia UC1264_2: Montar, reparar y poner en marcha sistemas mecánicos, hidráulicos, eléctricos y electrónicos de bienes de equipo y maquinaria industrial,
del Certificado de Profesionalidad Montaje y puesta en marcha de bienes de equipo y maquinaria industrial
Capítulo 1 Automatización Industrial
1. Introducción
2. Terminología básica
3. Procesos continuos y secuenciales
4. Automatismos eléctricos (relés, contactores, sensores, actuadores, otros)
5. Simbología eléctrica
6. Herramientas, equipos y materiales de montaje y mantenimiento
7. Sistemas cableados de potencia y maniobra
8. Elementos de señalización y de protección
9. Tipos de automatización y sus características
10. Cuadros eléctricos
11. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 2 Mediciones de variables eléctricas
1. Introducción
2. Magnitudes eléctricas
3. Instrumentación electrónica: tipos, características y aplicaciones
4. Simbología de los aparatos de medida
5. Normativa
6. Conexionado y sistema de lectura
7. Ampliación del alcance de medida
8. Procedimientos de medida con el polímetro y osciloscopio
9. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 3 Automatización eléctrica de bienes de equipo y maquinaria industrial
1. Introducción
2. Estructura y características
3. Dispositivos de protección de líneas y receptores eléctricos
4. Principios físicos y funcionamiento
5. Sistemas básicos de arranque y regulación de velocidad de motores eléctricos. Magnitudes
6. Parámetros fundamentales de las máquinas eléctricas
7. Reglamento electrotécnico de baja tensión (REBT)
8. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 4 Montaje de elementos eléctricos y electrónicos
1. Introducción
2. Elementos del cuadro eléctrico y distribución, canalizaciones y sujeciones
3. Conducciones normalizadas
4. Procesos de montaje de cuadros eléctricos y electrónicos
5. Conexionado de cuadros a elementos auxiliares y de control
6. Medidas de Prevención de Riesgos Laborales en el montaje de sistemas eléctricos y electrónicos
7. Equipos de protección individual y colectiva
8. Normativas de seguridad vigentes
9. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Bibliografía
Capítulo 1
Automatización Industrial
La automatización ha estado presente en nuestra sociedad desde la antigüedad, empleándose a pequeña escala en tareas sencillas, vinculadas principalmente a la manufacturación.
Tenemos que esperar hasta entrada la década de los sesenta del siglo pasado para observar una auténtica revolución, provocada por la incorporación de computadoras digitales a los procesos, permitiendo una gran flexibilidad en la realización de cualquier tarea. Estas computadoras digitales se fueron introduciendo para el desarrollo tanto de tareas de tipo repetitivo como en aquellas que necesitaban de una determinada especialización.
Si atendemos al concepto propio de la automatización establecido por la Real Academia Española (RAE) podemos establecer que se trata de una aplicación automática a un proceso, a un dispositivo, sustituyendo al operador humano por una serie de dispositivos mecánicos o electrónicos.
Del mismo modo la Real Academia de las Ciencias (RAC) define la automatización como la aplicación de un conjunto de métodos y procedimientos que permiten la sustitución del operario en aquellas tareas físicas y mentales que han sido previamente programadas.
Teniendo en cuenta las definiciones anteriores, la automatización industrial es la utilización de diversos elementos o sistemas electromecánicos y computarizados para lograr controlar maquinarias y/o procesos industriales reduciendo la necesidad de intervención de operarios en el proceso. Este término se puede confundir en algunos aspectos con la mecanización industrial, aunque la esencia que los distingue es que la mecanización asiste a los operarios requiriendo su propia fuerza o intervención directa; y la automatización permite una gran reducción de la necesidad sensorial y mental del operario, permitiendo con esto una producción más eficiente y una considerable disminución de los riesgos del operario.
Los principales objetivos que rodean a la automatización industrial vienen relacionados con el incremento de la productividad, así como en lograr una mejora en la precisión y calidad de los productos generados. También es importante destacar la ventaja de poder reemplazar a operarios en tareas repetitivas, de alto riesgo o en aquellas fuera del alcance de sus capacidades, como son los trabajos en ambientes extremos o con manipulación de cargas pesadas.
Este capítulo se centra en aspectos relacionados con los procesos existentes de automatización, revisando los principales automatismos eléctricos como son relés o sensores, elementos y sistemas empleados, así como simbologías, herramientas y materiales propios de la automatización industrial.
El conocimiento de la terminología propia es imprescindible para la diferenciación e interpretación de los diferentes elementos y procesos. Dentro del vocabulario básico pueden distinguirse los siguientes términos:
Órgano de mando/control
Órganos sensoriales
PLC
Contactor
Condensadores
Actuadores neumáticos
Transformador
Definición
Automatismo
Sistema que permite la ejecución de una o varias acciones sin precisar la intervención de un operario.
Automatización
Es la aplicación de un conjunto de métodos y procedimientos que permiten la sustitución del operario en aquellas tareas físicas y mentales que han sido previamente programadas.
Los circuitos electrónicos están formados por distintos componentes pasivos y dispositivos electrónicos conectados con una determinada configuración. Esta configuración nos va a proporcionar una salida con una o varias señales que se pueden traducir en una función de tipo lineal o no lineal de otras señales aplicadas a la entrada de la misma.
En base a esta configuración, podemos hablar de dos tipos de magnitudes de trabajo:
Estas magnitudes son los referentes tanto para señales de corriente eléctrica como para las señales de tensión y eléctricas, teniendo como características principales las siguientes:
Teniendo en cuenta los anteriores conceptos podemos decir que la electrónica analógica es aquella que hace uso de señales de tipo continuo (intensidad y voltaje) presentando variaciones siempre uniformes; mientras que la electrónica digital utiliza señales eléctricas de tipo discreto (valores 0 y 1) con cambios no uniformes. La utilización de esta última domina hoy en día sobre la analógica.
Cuando hablamos de proceso nos referimos a esa parte del sistema que, mediante una determinada entrada (información, material, etc.), produce una o varias transformaciones que dan lugar a la obtención de material en forma de producto elaborado.
Dentro de los procesos industriales podemos diferenciar entre:
La utilización en la industria de los procesos secuenciales deriva en la aparición de máquinas herramienta en la que se ejerce un control numérico por ordenador como centro del sistema de fabricación flexible. En este tipo de industria podemos destacar la utilización de estaciones robotizadas, de tal manera que en la actualidad es muy elevada la necesidad de automatización si en el entorno competitivo en el que nos encontramos pretendemos ofertar productos de buena calidad.
Con respecto a la utilización en la industria de procesos continuos, existen distintas fábricas de productos de naturaleza más o menos continua (petroquímica, cementera, etc.). El desarrollo de este tipo de industria se orienta hacia la investigación de nuevas tecnologías, destacando la formación con simuladores de sus operarios y la aplicación de algoritmos de control avanzado. La automatización tiene un nivel de desarrollo muy consolidado.
Se pretende alcanzar la optimización en los procesos de ambos tipos, ya sea centrándose en factores de costes o de calidad de los productos.
Atendiendo a las definiciones dadas sobre estos dos procesos, podemos concretar que en la industria existen dos grandes tipos de sistemas automáticos de control. Estos son:
Los Sistemas Automáticos de Control Secuenciales son sistemas automáticos donde el proceso que se va a controlar es un sistema de eventos discretos. Es decir, controlan sistemas de tipo dinámico que cambian de estado por la aparición de una o varias señales (un pulso, paso por niveles, etc.). Un ejemplo de sistemas de control secuencial viene representado por el siguiente esquema.
Los Sistemas Automáticos de Regulación también son sistemas automáticos, aunque en estos el proceso que se va a controlar es de tipo continuo. Lo que se pretende en este sistema es que un conjunto de variables continuas del proceso lleguen a alcanzar determinados valores específicos en base a otras tantas referencias o consignas aportadas.
Un ejemplo de este sistema de regulación se estructura como el siguiente esquema.
Sabía que...
Ejemplos de Sistemas Automáticos de Regulación son el control de la posición del cabezal de un disco óptico y el control del cambio de rumbo de un buque.
Desde que el hombre diera sus primeros pasos ha desarrollado su labor trabajando manualmente, pero el proceso evolutivo y las necesidades de mejora han potenciado su interés por alcanzar la automatización de distintos procesos de trabajo. En la actualidad se ha alcanzado un gran desarrollo en el control programado, así como con los autómatas, incluyendo distintos tipos de relés como elementos de control de potencia.
Se entiende por relé como un interruptor que tiene varios contactos accionados por efectos de tipo electromagnético. El paso de la corriente eléctrica a través de una bobina provoca la creación de un campo magnético que atrae una pieza, mediante un efecto palanca se acciona el contacto móvil, este toca el contacto fijo y ambos forman uno de los posibles contactos de un relé. Este movimiento permite el cierre del circuito eléctrico y el paso de la corriente eléctrica.
Sabía que...
Cuando hablamos de relés, no solo nos referimos a aparatos electromagnéticos, sino también a semiconductores que actúan de igual forma pero sin necesitar movimientos mecánicos.
El relé y el contactor tienen su funcionamiento en base al mismo principio, trabajando este último con tensiones más elevadas. Ambos no han sido sustituidos en muchas aplicaciones debido a sus características de seguridad eléctrica, capacidad de manejo de grandes potencias eléctricas, funcionamiento en ambientes hostiles y robustez.
Un ejemplo de su utilización lo encontramos en la aplicación de los mismos en sistemas de control de elementos de salida o actuadores de los autómatas programables. Aunque en la actualidad la parte de mando o control (lógica cableada) se sustituye por el control programado, si tratamos con grandes potencias el contactor se convierte en una pieza casi insustituible del sistema.
En esta unidad abordaremos aspectos centrados en el relé y sus tipos, los contactores y los sensores y actuadores.
El relé es un tipo de interruptor electromagnético que se acciona por medio de un electroimán. Puede tener uno o varios contactos conmutados que pueden actuar tanto en la apertura como en el cierre de uno o varios circuitos.
El relé está compuesto por:
Un relé electromagnético es un interruptor mandado a distancia que retorna a su posición inicial o de reposo cuando la fuerza que lo acciona deja de actuar. Su funcionamiento se basa en la exaltación de la bobina, se magnetiza el núcleo ferromagnético y este atrae la parte móvil que es donde se localizan los contactos.
El funcionamiento del relé electromagnético es el resultado de la acción conjunta de distintos elementos. Estos son:
Nota
El comportamiento de la bobina varía según el tipo de corriente utilizada.
Estas características hacen difícil encontrar un material, siendo la solución más idónea la utilización de aleaciones. Las más importantes son las de plata-níquel y la de plata-cadmio, que se utilizan si los relés realizan muchas maniobras o controlan corrientes de rango elevado. También podemos destacar la de platino-iridio si hay poco número de maniobras.
Funcionamiento del relé
El relé tiene un funcionamiento sencillo que consiste en que la bobina es alimentada por una tensión continua o alterna, según el nivel de potencia con el que se trabaje. Esta corriente pasa por la bobina generando en el núcleo una determinada fuerza magnetomotriz. De esta manera se produce un flujo de tipo magnético que origina una inducción magnética, apareciendo una fuerza de atracción sobre la armadura que hace que se cierren o abran los contactos del relé.
Tipos de relés
Los relés los podemos clasificar según su funcionamiento, teniendo los siguientes:
También podemos establecer otra clasificación en función de las características constructivas, pudiendo distinguir los siguientes tipos:
Como se indicaba en la introducción, la definición establecida para el relé nos sirve perfectamente para el contactor, ya que su funcionamiento se basa en el mismo principio, desarrollando el contactor un trabajo con tensiones eléctricas más elevadas.
El contactor tiene tres contactos abiertos principales que son más robustos que los restantes, siendo estos normalmente uno abierto y otro cerrado. Los contactos principales se destinan al circuito de potencia de los montajes, como puede ser la conmutación de relés.
El contactor es un aparato mecánico de apertura y cierre eléctrico que se activa mediante una energía no manual. Su accionamiento puede ser de tipo mecánico, neumático, etc.
Este aparato se acciona por medio de un electroimán. Al alimentar la bobina de ese electroimán, el contactor cierra el circuito entre la alimentación y el receptor. Los contactos se moverán por rotación en un eje o por traslación de partes fijas.
Este aparato tiene las ventajas de poder controlar grandes corrientes activadas por intensidades pequeñas, funcionar en régimen permanente o intermitente y servir de mando a distancia cuando utilizan conductores de pequeña sección.
Se compone de tres partes:
En automatización hay que disponer de elementos que nos adapten las magnitudes de referencia (variables de entrada) en otro tipo de magnitudes proporcionales a las anteriores, de manera que estos últimos sean interpretables por el sistema y así se pueda realizar un buen control del proceso.
Sensores y actuadores
Los sensores se definen normalmente como elementos primarios, ya que se encuentran en contacto directo con la magnitud que se va a evaluar.
El sensor recibe la magnitud física y se la proporciona al transductor.
Los actuadores son los elementos que influyen directamente en la señal de salida del automatismo, modificando su magnitud según las instrucciones que reciben de la unidad de control.
Transductores, captadores y transmisores
La información obtenida a través de los sensores tiene que transformarse en el tipo de energía que más se adapte al canal, a través del cual va a ser transmitida para así asegurar que dicha información va a llegar a su destino satisfactoriamente para después volverla a convertir en el tipo de energía apropiada para el dispositivo de destino o actuador. Los elementos que se encargan de estas funciones son:
Elementos transductores y captadores
El esquema de un transductor quedaría de la siguiente forma:
La señal de entrada del transductor puede ser de carácter eléctrico o no, pero la señal de salida que emite tendrá que ser eléctrica. El transductor se compone de un sensor y un elemento receptor de la señal del sensor, que la transfiera como una señal de tipo eléctrico para poder utilizarla de forma electrónica. Un sencillo esquema de este proceso sería:
Como ejemplo tenemos el sensor térmico. Se trata de un elemento que detecta las variaciones que se producen de temperatura reaccionando ante las mismas modificando su resistencia a la corriente. Un esquema de trabajo con transductor y captador sería el siguiente:
Tipos y características de los transductores
Si tenemos en cuenta el régimen de funcionamiento del transductor, podemos diferenciar entre:
Según la naturaleza de la señal, los transductores pueden ser:
Recuerde
Si tenemos un circuito eléctrico, el interruptor puede trabajar como transductor de entrada, dando o interrumpiendo una señal eléctrica en función de su posición. Pero no funcionaría como captador ya que se acciona manualmente, impidiendo la realimentación automática.
Los distintos símbolos se configuran por la combinación de accionadores, acoplamientos y otras formas. En este punto vamos a mostrar los símbolos más importantes y comunes que se van a utilizar.
Estos dispositivos, tal y como se ha visto anteriormente, permiten controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada. En la tabla que aparece a continuación se muestra la simbología de los tipos de relés existentes y su descripción.
| Descripción | Símbolo |
| Bobina de relé, contactor u otro dispositivo de mando, símbolo general |  |
| Dispositivo de mando retardado a la conexión |  |
| Dispositivo de mando retardado a la desconexión |  |
| Dispositivo de mando retardado a la conexión y a la desconexión |  |
| Mandos | |
| Mando de un relé de remanencia |  |
| Mando de un relé de enclavamiento mecánico (telerruptor) |  |
| Mando de un relé rápido |  |
| Mando de un relé polarizado |  |
| Mando de un relé electrónico |  |
| Bobina de una electroválvula |  |
Estos elementos, también llamados de control o de maniobra, son dispositivos que permiten abrir o cerrar el circuito cuando sea necesario. En la tabla que aparece a continuación se muestra la simbología de los tipos de contactos de elementos de control que existen y su descripción.
| Descripción | Símbolo |
| Interruptor normalmente abierto (NA) |  |
| Interruptor normalmente cerrado (NC) |  |
| Contacto de cierre retrasado respecto a los demás contactos del conjunto |  |
| Contacto de cierre adelantado respecto a los demás contactos del conjunto |  |
| Contacto de paso, con cierre momentáneo cuando su dispositivo de control se activa o se desactiva |  |
| Contacto de paso, con cierre momentáneo cuando su dispositivo de control se desactiva |  |
| Contacto de paso, con cierre momentáneo cuando su dispositivo de control se activa |  |
| Conmutador |  |
| Contacto inversor solapado. Cierra el NA antes de abrir NC |  |
| Contacto de apertura retrasada respecto a los demás contactos del conjunto |  |
| Contacto de apertura adelantada respecto a los demás contactos del conjunto |  |
| Contacto auxiliar de cierre autoaccionado por un relé térmico |  |
| Contacto auxiliar de apertura autoaccionado por un relé térmico |  |
| Contacto de cierre con retorno automático |  |
| Contacto de apertura con retorno automático |  |
| Contacto de cierre retardado a la desconexión de su dispositivo de mando. Temporizador a la desconexión |  |
| Contacto de apertura retardado a la desconexión de su dispositivo de mando. Temporizador a la desconexión |  |
| Contacto de cierre retardado a la conexión de su dispositivo de mando. Temporizador a la conexión |  |
| Contacto de apertura retardado a la conexión de su dispositivo de mando. Temporizador a la conexión |  |
| Contacto de cierre retardado a la conexión y también a la desconexión de su dispositivo de mando |  |
Los elementos de potencia son dispositivos electromecánicos cuya función principal es la de conectar y desconectar circuitos eléctricos bajo condiciones normales de funcionamiento o de falla. En la tabla que aparece a continuación se muestra la simbología de los tipos de los distintos elementos de potencia y su descripción.
| Descripción | Símbolo |
| Seccionador |  |
| Interruptor seccionador (manual) |  |
| Seccionador de dos posiciones con posición intermedia |  |
| Interruptor seccionador (manual). Interruptor seccionador con dispositivo de bloqueo |
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| Interruptor seccionador con apertura automática provocada por un relé de medida o un disparador incorporados |  |
| Interruptor estático (semiconductor), símbolo general |  |
| Contactor estático (semiconductor) |  |
| Contactor estático (semiconductor), con el paso de la corriente en un solo sentido. Izquierdas |  |
| Contactor estático (semiconductor), con el paso de la corriente en un solo sentido. Derechas |  |
| Contactor, contacto principal de cierre de un contactor. Contacto abierto en reposo |  |
| Contactor, contacto principal de apertura de un contactor. Contacto cerrado en reposo |  |
| Contactor con desconexión automática provocada por un relé de medida o un disparador incorporados |  |