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Tipologia: Notas de estudo
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Curso: Ingeniería Eléctrica Docente: Ing. Maria Vildozo Zambrano Estudiantes: Revilla Martínez, Eddy Mauricio Quispe Choquecota, Yoselin Margoth Valdivia Velásquez, Flavia Alejandra Tacna, Perú 2024
1.2. Primeros y sus modificaciones El primer relay de Joseph Henry consistía en un electroimán conectado a una armadura móvil. Cuando la corriente eléctrica pasaba por el electroimán, generaba un campo magnético que atraía la armadura. Este movimiento mecánico, a su vez, cerraba o abría contactos eléctricos, controlando así un circuito independiente. Este diseño sencillo pero ingenioso marcó el inicio de una larga evolución. Modificaciones al diseño original:
2.1. Estructura fisica y sus componentes 2.1.1. Relevador electromecánico (EMR) Es un dispositivo electromecánico utilizado para abrir o cerrar circuitos eléctricos mediante una señal de control. Funciona como un interruptor controlado electrónicamente, muy común en sistemas eléctricos y electrónicos. En sus componentes principales cuenta con: Electroimán: Un núcleo de hierro envuelto con un bobinado conductor. Cuando fluye corriente por la bobina, genera un campo magnético. Contactos: Elementos metálicos que se abren o cierran para conectar o desconectar el circuito controlado. Pueden ser NO (normalmente abierto), los cuales se cierran cuando se activa el relevador, o pueden ser NC (normalmente cerrado), los cuales se abren cuando se activa el relevador. Mecanismo de retorno: Un resorte que devuelve los contactos a su posición original cuando se desactiva el campo magnético. Terminales: Puntos de conexión para la bobina de control y los circuitos de potencia. Su funcionamiento básico consiste en:
Optoacoplador: Aísla eléctricamente la señal de entrada del circuito de salida para proteger el sistema. Semiconductores de potencia: Usan un TRIAC, un SCR (para corriente alterna) o un MOSFET (para corriente continua) como interruptor. Circuito de control: Recibe una señal de baja corriente (como desde un microcontrolador) y activa el semiconductor de salida. Su funcionamiento básico consiste en: Señal de entrada: Una señal de control (DC o AC) que activa el relé. Esto puede ser desde 3V hasta 32V, dependiendo del diseño. Aislamiento por optoacoplador: La señal de control activa un LED interno que excita un fototransistor o fotodiodo, transmitiendo la señal sin contacto físico. Conmutación del semiconductor: El TRIAC, SCR o MOSFET se activa, permitiendo que la corriente fluya por el circuito de salida. Figura 3 Componentes de un relevador de estado sólido (SSR).
Figura 4 Circuito de un relevador de estado sólido (SSR). Tipos de relés de estado sólido (SSR): Para corriente alterna (AC): Usan TRIAC o SCR para manejar cargas como motores, luces o resistencias. Para corriente continua (DC): Usan MOSFET o transistores bipolares para cargas como motores DC o sistemas electrónicos. Monofásicos o trifásicos: Dependiendo del número de líneas que controlan (comúnmente trifásicos en la industria pesada). 2.1.3. Relevador temporizador Es un dispositivo eléctrico diseñado para controlar el tiempo de activación o desactivación de un circuito. Estos relés permiten realizar acciones automáticas después de un intervalo específico, lo que los hace esenciales en sistemas industriales, procesos de automatización, y aplicaciones como control de motores y alumbrado. En sus componentes principales cuenta con:
Figura 6 Circuito de un relevador temporizador con retardo a la conexión. Figura 7 Circuito de un relevador temporizador con retardo a la conexión. 2.2. Ventajas y desventajas Tabla 1 Ventajas y desventajas de tres diferentes tipos de relevadores. Tipo de relevador Ventajas Desventajas Electromecánico (EMR) Aislamiento eléctrico: La bobina de control y los contactos están aislados, permitiendo manejar cargas de mayor potencia sin que la señal de control sea directamente afectada. Fiabilidad mecánica: Son Desgaste mecánico: Los contactos se desgastan con el tiempo debido a la fricción y el arco eléctrico. Velocidad limitada: No son ideales para conmutaciones rápidas.
robustos y capaces de operar en condiciones adversas. Simplicidad: Fácil de entender e implementar en circuitos básicos. Ruido: Generan ruido mecánico durante el cambio de estado. De estado sólido (SSR) Durabilidad : Vida útil mucho mayor que los relés mecánicos. Rápida conmutación: Ideal para aplicaciones de alta velocidad. Sin ruido: Perfecto para aplicaciones donde el silencio es crítico. Resistencia : Mejor desempeño en ambientes hostiles con polvo o vibraciones. Generación de calor: Los semiconductores generan calor y requieren disipadores. Coste inicial: Más caros que los relés electromecánicos. No aptos para corrientes muy altas: Aunque esto está mejorando con los avances tecnológicos. Temporizador Control preciso del tiempo. Simplificación de procesos automáticos. Mayor eficiencia energética al apagar sistemas automáticamente. Dependiendo del tipo, pueden ser más costosos que relés convencionales. Los electromecánicos tienen una vida útil limitada debido al desgaste. 2.3. Tiempo de vida útil 2.3.1. Tiempo de vida útil de un relevador electromecánico (EMR) La vida útil de un relevador electromecánico depende de su uso. En términos mecánicos (sin carga), puede alcanzar entre 10 y 100 millones de ciclos, mientras que en términos eléctricos (con carga conectada), suele estar entre 100 000 y 1 millón de ciclos, dependiendo de la calidad de los contactos y la carga manejada. Su duración se vera afectada por el desgaste mecánico y la erosión causada por los arcos eléctricos al conmutar cargas. 2.3.2. Tiempo de vida útil de un relevador de estado solido (SSR)
electrónico. Su función principal es permitir el manejo de cargas eléctricas de alto voltaje o corriente utilizando señales de baja potencia, garantizando seguridad y eficiencia en el proceso. Además, los relés proporcionan aislamiento eléctrico entre el circuito de control y el de potencia, lo que protege a los sistemas electrónicos sensibles. También son esenciales en sistemas automatizados y de protección, ya que pueden activar o desactivar circuitos en función de condiciones específicas, como sobrecarga, cortocircuito o cambios en la temperatura. 3.2. Área en el que más se utiliza 3.2.1. Industria Automotriz Los relés son esenciales en los sistemas eléctricos de vehículos, donde se utilizan para controlar circuitos de baja potencia. Como, por ejemplo: Control de luces: Encendido y apagado de faros, luces interiores, y luces de emergencia. Sistemas de encendido y arranque: Relés que controlan el motor de arranque. Limpiaparabrisas y otros sistemas auxiliares: Activación de limpiaparabrisas, bocinas y ventanas eléctricas. 3.2.2. Automatización Industrial En la automatización de fábricas y procesos industriales, los relés son cruciales para el control y la protección de equipos. Se usan principalmente en: Control de maquinaria: Encendido y apagado de motores eléctricos, bombas y compresores.
Sistemas de transporte y producción: Relés para gestionar secuencias de operación en cintas transportadoras, líneas de ensamblaje y robots industriales. Protección de equipos: Relés de sobrecarga o de protección para evitar daños a maquinaria crítica. 3.2.3. Energía Eléctrica y Distribución Los relés desempeñan un papel crucial en la protección de sistemas eléctricos, garantizando que los equipos y las infraestructuras estén protegidos contra sobrecargas, cortocircuitos y otros fallos. Se utilizan en: Subestaciones eléctricas: Protección de transformadores, interruptores y otros equipos de potencia. Redes eléctricas: Relés de protección para detectar fallos y activar interruptores para desconectar circuitos dañados. Generación de energía: Relés para controlar y proteger generadores y turbinas. 3.2.4. Electrodomésticos y Electrónica de Consumo En electrodomésticos y productos electrónicos de consumo, los relés controlan diversas funciones. Algunos ejemplos son: Control de dispositivos eléctricos: Encendido y apagado de hornos, lavadoras, microondas y aires acondicionados. Automatización de procesos domésticos: Relés en sistemas de automatización del hogar para controlar luces y climatización. 3.2.5. Telecomunicaciones
En dispositivos médicos y equipos críticos, los relés se emplean para garantizar el funcionamiento seguro y fiable: Equipos médicos: Relés de protección y control en dispositivos como respiradores, electrocardiógrafos y máquinas de diálisis. 3.3. Costos Relés de Estado Sólido (Solid State Relays, SSR) Los costos de los SSR varían en función de la capacidad de corriente, el voltaje que manejan y el fabricante. Generalmente, son más caros que los relés electromagnéticos debido a su durabilidad y precisión. Modelos básicos (carga ligera, hasta 10 A): Rango: $10 - $20 USD por unidad. Aplicaciones: Sistemas de iluminación o pequeños dispositivos electrónicos. Modelos intermedios (carga media, hasta 40 A): Rango: $30 - $100 USD por unidad. Aplicaciones: Automatización industrial o sistemas HVAC. Modelos avanzados (carga pesada, más de 100 A): Rango: $100 - $300 USD o más. Aplicaciones: Control de grandes motores o equipos industriales. Relé Temporizador
Los costos de los relés temporizadores dependen de las características como el rango de tiempo ajustable, la cantidad de contactos y el voltaje soportado. Relés temporizadores básicos: Rango: $10 - $30 USD por unidad. Aplicaciones: Temporización sencilla en electrodomésticos o sistemas de iluminación. Relés temporizadores digitales (mayor precisión y funciones avanzadas): Rango: $40 - $100 USD por unidad. Aplicaciones: Automatización de procesos industriales o equipos de laboratorio. Relés temporizadores industriales de alta gama: Rango: $100 - $300 USD o más. Aplicaciones: Secuencias complejas en líneas de producción automatizadas. Relé Electromagnético Los relés electromagnéticos son los más económicos debido a su simplicidad de diseño. Sus costos varían según la capacidad de corriente y el número de contactos. Relés básicos (hasta 10 A): Rango: $2 - $10 USD por unidad.
Incorporación de tecnologías inteligentes, como sensores integrados para monitorear el estado de la carga. Mayor eficiencia energética mediante el uso de materiales avanzados, como semiconductores de carburo de silicio (SiC) o nitruro de galio (GaN). Reducción de costos gracias a la producción masiva y la innovación en la fabricación de semiconductores. Relés Temporizadores Los relés temporizadores continuarán siendo relevantes, especialmente en sistemas de automatización industrial y domótica. Sin embargo, se espera que evolucionen hacia dispositivos digitales más avanzados. Avances esperados: Mejora de la precisión y la facilidad de programación. Integración con sistemas de IoT (Internet de las cosas) para un control remoto más eficiente. Uso en sistemas autónomos donde la sincronización es crítica, como robots industriales y vehículos eléctricos. Relés Electromagnéticos Aunque los relés electromagnéticos tradicionales podrían ser reemplazados en ciertas aplicaciones por relés de estado sólido o soluciones electrónicas, seguirán siendo esenciales en sectores donde la simplicidad, el bajo costo y la confiabilidad son cruciales.
Avances esperados: Mejora de los materiales para extender la vida útil y aumentar la resistencia a la corrosión. Uso en sistemas híbridos que combinan tecnología electromagnética y electrónica. Persistencia en mercados emergentes donde el costo es un factor determinante. CONCLUSIONES Los relés, desde su invención en el siglo XIX, han sido componentes clave en la evolución de los sistemas eléctricos y de automatización. Su funcionamiento básico, basado en la conmutación de contactos eléctricos a través de un mecanismo electromagnético o electrónico, permite el control y protección de circuitos en una
