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Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
INDICE
UNIDAD
TEMÁTICA
SUBTEMAS
1.- Electricidad
Básica
1.1 Introducción a la electricidad
1.2 Conceptos de Magnitudes Eléctricas
1.3 Circuito Eléctrico
1.4 Medición de Magnitudes Eléctricas
1.5 Conceptos básicos de las Leyes de Ohm, Kirchhoff, Lenz,
Faraday y Watts.
1.6 Aplicación de los conceptos básicos de Electricidad.
2.- Motores,
2.1 Motores de Corriente Directa y Alterna
transformadores y 2.2 Transformadores Monofásico y Trifásico
Aplicaciones
2.3 Reglamento de Obras e Instalaciones Eléctricas
(R.O.I.E.)
2.4 Elementos eléctricos de Control Industrial (Relevadores)
2.5 Aplicaciones
3.- Electrónica
3.1 Introducción a la electrónica industrial (Analógica y
Industrial Básica. Digital).
3.2 Elementos Básicos de electrónica analógica
3.2.1 Diodo
3.2.2 Diodo Emisor de Luz
3.2.3 Transistor
3.2.4 SCR
3.2.5 TRIAC
3.3 Elementos Básicos de Electrónica Digital
3.3.1 Compuertas Lógicas
3.3.2 Tablas de Verdad
3.3.3 Temporizadores
3.3.4 Contadores
3.3.5 Sumadores
3.4 Aplicación de los Conceptos Básicos de Electrónica
4.- Campo de
4.1 Sensores y Transductores Eléctricos
Aplicación de la
4.2 Dispositivos de Control Eléctrico y Electrónico
Electricidad y
4.3 Funcionamiento Básico del PLC
Electrónica
Industrial
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Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
Comprender los elementos básicos de la electricidad y electrónica básica, como el
funcionamiento y aplicación de motores y transformadores así como su campo de aplicación en
la industria.
COMPETENCIAS PREVIAS



Interpretación de diagramas eléctricos
Conocimientos básicos de álgebra
Principios básicos de electricidad
I ELECTRICIDAD BÁSICA
1.1 INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD
Las primeras noticias del descubrimiento de la electricidad se remontan al siglo VII a. C.
cuando Tales de Mileto (640-548 A. C.), descubrió que al frotar un trozo de ámbar (resina
fosilizada) con un paño, éste empezaba a atraer pequeñas partículas como hojas secas,
plumas e hilos de tejido. Tales de Mileto creyó que esto se producía debido a un "espíritu" que
se encontraba dentro del ámbar, al cual llamó elecktron y de ello se deriva la palabra
electricidad.
A pesar de estos primeros estudios, ni la civilización Griega en su apogeo, ni Roma en su
esplendor, ni el mundo feudal europeo contribuyeron de manera significativa a la comprensión
de la electricidad y del magnetismo, ni de la interactividad de ambos (llamado
electromagnetismo). Durante toda la edad media la ciencia cayó en una época oscura en la
cual las creencias religiosas "la amordazaron de pies y manos".
En los Estados Unidos, en 1752, aprovechando una tormenta, el científico Benjamín Franklin
elevó una cometa provista de una fina punta metálica y de un largo hilo de seda, a cuyo
extremo ató una llave. La punta metálica de la cometa consiguió captar la electricidad de la
atmósfera, la cual produjo varias chispas en la llave. Con este experimento Franklin llegó a
demostrar dos cosas: que la materia que compone el rayo es idéntica a la de la electricidad, y
que un conductor de forma aguda y de cierta longitud puede emplearse como descarga de
seguridad de las nubes tormentosas. Estas conclusiones le sirvieron para inventar el
pararrayos.
Volta investigó como producir electricidad por reacciones químicas y en el año 1800 inventó un
dispositivo conocido como la "Pila de Volta", que producía cargas eléctricas por una reacción
química originada en dos placas de zinc y cobre sumergidas en ácido sulfúrico. En honor a
Volta se denominó a la diferencia de potencial suficiente para producir una corriente eléctrica
como el "voltio". Siendo ésta, una de las magnitudes eléctricas más importantes. En la
siguiente sección se mencionan las magnitudes eléctricas faltantes.
1.2 CONCEPTOS DE MAGNITUDES ELÉCTRICAS
VOLTAJE
Si tenemos dos elementos conectados y uno de ellos tiene mayor carga negativa, decimos que
tiene mayor voltaje o potencial. Los electrones que tiene de más se desplazarán a través de un
conductor al elemento de menos potencial hasta que queden equilibrados. A la diferencia de
carga entre ambos potenciales se le conoce con el nombre de voltaje.
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En un circuito en serie, la diferencia de potencial o voltaje es igual a la suma de las diferencias
de potencial que crean todos los elementos del circuito. Esto es debido a que cada elemento
está colocado a continuación del otro.
Donde:
VT es el voltaje total del circuito.
V1 es el voltaje del primer elemento
V2 es el voltaje del segundo elemento
En un circuito en paralelo, la diferencia de potencial o voltaje es igual en todas las ramas del
circuito. Todos los elementos están conectados directamente a los polos del generador, es
decir:
Los esquemas de circuitos en serie y en paralelo se muestran en la Figura 1 y 2
respectivamente.
INTENSIDAD DE CORRIENTE
La intensidad de corriente se define como la cantidad de carga “q” en culombios que pasa por
un conductor por unidad de tiempo “t” (en segundos).
En un circuito en serie, la intensidad de corriente es la misma en todo el circuito ya que
atraviesa todos los elementos.
Donde:
IT es la intensidad de corriente total del circuito.
I1 es la intensidad de corriente del primer elemento
I2 es la intensidad de corriente del segundo elemento
En un circuito en paralelo, la intensidad total es igual a la suma de intensidades de cada una de
las ramas del circuito.
RESISTENCIA
La resistencia eléctrica es la mayor o menor capacidad que tiene un material para permitir el
paso de la corriente. Depende de su resistividad , su longitud L y de su grosor S.
La resistencia equivalente en un circuito en serie es igual a la suma algebraica de cada una de
las resistencias en serie del circuito.
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Donde:
RT es la resistencia total del circuito.
R1 es la resistencia del primer elemento
R2 es la resistencia del segundo elemento
En un circuito en paralelo, el inverso de la resistencia equivalente es igual a la suma inversa
de cada una de las resistencias en paralelo del circuito.
1.3 CIRCUITO ELÉCTRICO
Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como
resistencias, inductores, capacitores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al
menos una trayectoria cerrada.
En un circuito en serie, una de las terminales de cada elemento se conecta con una de las
terminales de otro elemento de forma continua, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Circuito en serie de dos resistencias
En un circuito en paralelo, las terminales de un elemento se conectan en paralelo a las dos
terminales del siguiente elemento, como se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Circuito en paralelo de dos resistencias.
1.4 MEDICIÓN DE MAGNITUDES ELÉCTRICAS
Para medir el voltaje de un elemento en un circuito, el multímetro debe conectarse en
paralelo al elemento en el que se desea realizar la medición, como se muestra en la Figura 3.
Si el circuito es alimentado con una batería, la modalidad del multímetro debe estar en
Corriente Directa (Vcd) si, la alimentación es de corriente alterna, el multímetro debe estar en
corriente Alterna (Vca), también debe tenerse precaución en la selección del rango de medición.
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Figura 3. Medición de voltaje en un elemento de un circuito.
La resistencia de un elemento de un circuito se mide en paralelo, al igual que el voltaje. Para
esta medición, se debe coloca la perilla del multímetro, en el símbolo  e indicar el rango de
medición de la resistencia, si es necesario.
En el caso de la medición de corriente, el multímetro debe colocarse en serie, es decir, el
circuito debe ser abierto y colocar una punta del multímetro en uno de los extremos donde se
abrió el circuito y la otra punta en el otro extremo, como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Medición de corriente en un elemento de un circuito.
1.5 CONCEPTOS BÁSICOS DE LAS LEYES DE OHM, KIRCHHOFF, LENZ, FARADAY
Y WATTS
LEY DE OHM
La ley que relaciona las tres magnitudes eléctricas, es conocida como la Ley de Ohm y
establece que el voltaje es directamente proporcional al producto de la corriente por la
resistencia. Esto es:
Donde:
V es el voltaje del circuito o elemento de este.
I es la intensidad de corriente del circuito o elemento de este.
R es la resistencia del circuito o elemento de este.
Como se mencionó anteriormente, cuando se tiene un circuito en paralelo, el voltaje en cada
resistencia es exactamente el mismo. En cambio, la corriente es diferente para cada una de
las resistencias. Para obtener la corriente I que circula por el circuito, es necesario calcular la
resistencia equivalente R eq
La resistencia equivalente de un circuito en paralelo, es menor que la resistencia de valor más
pequeño.
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Ejemplo 1.1
Para el circuito mostrado en la Figura 5, encontrar:
a) la corriente en cada resistor
b) la potencia en cada resistor,
c) la resistencia equivalente y
d) la potencia total entregada por la batería.
I1
I2
I3
Figura 5. Circuito de tres resistencias en paralelo
Solución
Las corrientes pueden calcularse despejándola de la ley de Ohm:
El cálculo de la resistencia equivalente es:
Por último, la potencia en cada resistencia, sabiendo que P=VI, se calcula de la siguiente
manera:
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Por último, la potencia total entregada es la suma de la potencia en cada resistor, es decir,
200w.
LEYES DE KIRCHHOF
Las leyes de Kirchhof se enuncian de acuerdo a las siguientes reglas:
1) La suma de las corrientes que entran en un nodo de un circuito es igual a la suma de
las corrientes que salen por el mismo nodo.
∑
∑
Donde:
Ient son las corrientes de entrada en un nodo
Isal son las corrientes de salida de un nodo
2) La suma de las diferencias de potencial a través de los elementos de un circuito de
lazo cerrado es igual a cero.
∑
Para la primera regla, la suma de corrientes que entran, son iguales a la suma de corrientes
que salen, se puede representar de acuerdo a la Figura 6.
I2
I1
I3
Figura 6. La corriente que entra en un nodo de un circuito es igual a la suma de corrientes que salen de él.
El signo de la diferencia de potencial se define de acuerdo a los criterios de la Figura 7.
a)
b
a
I
V=-IR
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b)
b
a
I
V=IR

c)
b
a
V=

d)
b
a
V=-
Figura 7. Criterios para la determinación del signo de la diferencia de potencial, de acuerdo a: a) y b) flujo de corriente
y c) y d) posición de la batería.
Ejemplo 1.2
Encontrar la potencia entregada en cada una de las resistencias del diagrama de la Figura 8,
aplicando Leyes de Kirchhof.

I
R2
R1

Figura 8. Diagrama esquemático de dos resistencias en serie con dos baterías.
Solución
Tomando en cuenta la segunda regla de Kirchhof
adecuados se expresa como:
∑
, la ecuación con los valores
Despejando I, tenemos:
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El signo negativo significa que se tomó la dirección opuesta de la corriente. Finalmente, la
potencia en cada resistencia es:
LEY DE LENZ- FARADAY
En torno 1830, Faraday en Inglaterra y J. Henry en U.S.A., descubrieron de forma
independiente, que un campo magnético induce una corriente en un conductor, siempre que el
campo magnético sea variable. La fuerza electromotriz inducida en un circuito, es directamente
proporcional a la rapidez con que varía el flujo magnético a través del circuito y sentido
contrario.
 
d
dt
Donde:
E es la fuerza electromotriz
es el flujo magnético y
t es el tiempo
LEY DE WATT
La potencia disipada por un elemento o componente eléctrica es directamente
proporcional al producto del voltaje por la corriente.
Donde:
V es el voltaje e
I es la corriente
La información de la primera unidad temática fue tomada de [1].
1.6 APLICACIÓN DELOS CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD
Hoy en día, el hombre tiene una gran dependencia de la electricidad ya que su uso
favorece el funcionamiento de dispositivos electrónicos que facilitan y que forman parte de su
vida cotidiana. Entre las industrias de mayor aplicación encontramos: la industria papelera, la
industria harinera, la industria alimentaria, materiales eléctricos, plásticos y polímeros,
industrias textiles, telecomunicaciones, etc.
Es importante tener estos conocimientos ya que a nivel industrial tienen mucha aplicación.
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II MOTORES, TRANSFORMADORES Y APLICACIONES
Cuando una fuente eléctrica es conectada a un motor, decimos que éste convierte la
energía eléctrica en mecánica (ya que su eje gira).
Los motores pueden ser usados para posicionar un objeto en algún lugar deseado, también se
usan para la apertura y cierre de válvulas, para la variación de la velocidad de una bomba para
ajustar la razón de flujo de algún líquido, y para la variación de velocidad de un ventilador para
ajustar el flujo de aire. Solo por mencionar algunas aplicaciones [2].
2.1 MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA Y ALTERNA
La estructura general de un motor consiste en:
1. La carcasa o caja que envuelve las partes eléctricas del motor, es la parte externa.
2.
El inductor, llamado estator, cuando se trata de motores de corriente alterna, consta de
un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado estatórico,
que es una parte fija y unida a la carcasa.
3. El inducido, llamado rotor cuando se trata de motores de corriente alterna, consta de un
apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado rotórico, que
constituye la parte móvil del motor y resulta ser la salida o eje del motor.
En la Figura 9, se muestran las componentes principales de un motor:
Figura 9. Componentes de un motor.
Una de las principales clasificaciones de los motores es de acuerdo al uso en corriente directa
o alterna, las cuales se definen a continuación.
CORRIENTE DIRECTA
La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo
continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A
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diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en la corriente continua las
cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de
menor potencial son siempre los mismos).
Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo
la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma
polaridad.
CORRIENTE ALTERNA
Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating
current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma
de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal (figura
1), puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía.
La razón del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su facilidad de
transformación, cualidad de la que carece la corriente continua. En el caso de la corriente
continua la elevación de la tensión se logra conectando dínamos en serie, lo cual no es muy
práctico, al contrario en corriente alterna se cuenta con un dispositivo: el transformador, que
permite elevar la tensión de una forma eficiente.
Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido
para su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.
Los motores de corriente alterna, se usan mucho en la industria, sobretodo, el motor trifásico
asíncrono de jaula de ardilla.
Los motores de corriente continua, suelen utilizarse cuando se necesita precisión en la
velocidad, montacargas, locomoción, etc.
Los motores universales son los que pueden funcionar con corriente alterna o continua, se
usan mucho en electrodomésticos. Son los motores con colector.
CLASIFICACIÓN DE MOTORES POR SU VELOCIDAD
A) Asíncronos. Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo
magnético generado por el estator supera a la velocidad de giro del rotor.
B) Síncronos. Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético
del estator es igual a la velocidad de giro del rotor. Recordar que el rotor es la parte móvil
del motor. Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con una subclasificación:
- Motores síncronos trifásicos.
- Motores asíncronos sincronizados.
- Motores con un rotor de imán permanente.
CLASIFICACIÓN DE MOTORES POR SU TIPO DE ROTOR
-Motores de anillos rozantes.
-Motores con colector.
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-Motores de jaula de ardilla, un motor de este tipo se muestra en la Figura 10.
Figura 10. Motor tipo Jaula de ardilla
CLASIFICACIÓN DE MOTORES POR SU TIPO DE ALIMENTACIÓN
Motores monofásicos.
Motores bifásicos.
Motores trifásicos.
Motores con arranque auxiliar bobinado.
Motores con arranque auxiliar bobinado y con condensador.
2.2 TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS Y TRIFÁSICOS
Un transformador se usa para cambiar el valor del voltaje o corriente en un sistema eléctrico.
Si reduce el voltaje, se denomina transformador reductor y si lo incrementa, transformador
elevador.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel
de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo
magnético. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí
eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material
ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que
se establece en el núcleo.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción
electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas
sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se
denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en
cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este
caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
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TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS
Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de
estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ
y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las
tensiones de fase varían. En la Figura 11 se muestra un transformador de este tipo.
Figura 11. Transformador trifásico.
TRANSFORMADOR DE LÍNEA O FLY-BACK
Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC
(CRT), ver Figura 12, para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión
horizontal Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones
para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta
que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia
de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.
Figura 12. Transformador lineal o flyback.
TRANSFORMADOR DIFERENCIAL DE VARIACIÓN LINEAL
El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de
transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee
tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el
devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma
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cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del
tubo. En la Figura 13 se muestra la fotografía de un transformador de este tipo.
Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la
medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos.
Figura 13. Transformador diferencial de variación lineal.
La información sobre clasificación de motores fue tomada de [3] y [4].
2.3 REGLAMENTO DE OBRAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS (ROEI)
INTRODUCCIÓN
La presente norma oficial mexicana de instalaciones eléctricas, en adelante NOM, cuyo
proyecto fue publicado el 22 de diciembre de 1997, en el Diario Oficial de la Federación toma
en cuenta los comentarios recibidos que fueron analizados y aceptados por el CCNNIE así
como las opiniones y aportaciones de las instituciones y diversas organizaciones.
La estructura de la NOM responde a las necesidades técnicas que requieren la utilización de
las instalaciones eléctricas en el ámbito nacional; se cuida el uso de vocablos y se respetan los
términos habituales, para evitar confusiones en los conceptos.
Asimismo se han ordenado los textos procurando claridad de expresión y unidad de estilo para
una más específica comprensión. Lo que hará más fácilmente atendible sus disposiciones.
Se ha apegado el uso de las unidades al Sistema General de Unidades de Medida, único legal
y de uso obligatorio en los Estados Unidos Mexicanos, con las excepciones y consideraciones
permitidas en la NOM-008-SCFI vigente.
En la sección 5 “Lineamientos para la aplicación de las especificaciones de la NOM”, se
establece la metodología para la apropiada aplicación de las disposiciones establecidas y una
guía general para su interpretación formal.
OBJETIVO
El objetivo de esta NOM es establecer las disposiciones y especificaciones de carácter
técnico que deben satisfacer las instalaciones destinadas a la utilización de la energía eléctrica,
a fin de que ofrezcan condiciones adecuadas de seguridad para las personas y sus
propiedades, en lo referente a protección contra choque eléctrico, efectos térmicos, sobre
corrientes, corrientes de falla, sobretensiones, fenómenos atmosféricos e incendios, entre
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otros. El cumplimiento de las disposiciones indicadas en esta NOM garantizará el uso de la
energía eléctrica en forma segura.
CAMPO DE APLICACIÓN
Esta NOM cubre a las instalaciones destinadas a la utilización de la energía eléctrica
en:
a) Propiedades industriales, comerciales, residenciales y de vivienda, institucionales,
cualquiera que sea su uso, públicas y privadas, y en cualquiera de los niveles de tensiones
eléctricas de operación, incluyendo las utilizadas para el equipo eléctrico conectado por los
usuarios. Instalaciones en edificios utilizados por las empresas suministradoras, tales como
edificios de oficinas, almacenes, estacionamientos, talleres mecánicos y edificios para fines de
recreación.
b) Casas móviles, vehículos de recreo, edificios flotantes, ferias, circos y exposiciones,
estacionamientos, talleres de servicio automotriz, estaciones de servicio, lugares de reunión,
teatros, salas y estudios de cinematografía, hangares de aviación, clínicas y hospitales,
construcciones agrícolas, marinas y muelles, entre otros.
c) Plantas generadoras de emergencia o de reserva propiedad de los usuarios.
d) Subestaciones, líneas aéreas de energía eléctrica y de comunicaciones e instalaciones
subterráneas.
e) Cualesquiera otras instalaciones que tengan por finalidad el uso de la energía eléctrica.
Excepción: Esta NOM no se aplica en:
1) Instalaciones eléctricas en barcos y embarcaciones.
2) Instalaciones eléctricas para unidades de transporte público eléctrico, aeronaves o vehículos
automotrices.
3) Instalaciones eléctricas del sistema de transporte público eléctrico para la generación,
transformación, transmisión o distribución de energía eléctrica utilizada exclusivamente para la
operación de equipo rodante, o instalaciones usadas exclusivamente para propósitos de
señalización y comunicación.
4) Instalaciones eléctricas en minas y maquinaria móvil autopropulsada para las mismas.
5) Instalaciones de equipo de comunicaciones que esté bajo el control exclusivo de empresas
de servicio público de comunicaciones.
REFERENCIAS
Para la correcta aplicación de esta NOM es necesario consultar los siguientes
documentos vigentes:
· Ley Federal sobre Metrología y Normalización y su Reglamento
· Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica y su Reglamento
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· NOM-008-SCFI, Sistema General de Unidades de Medida
·NOM-024-SCFI, Información comercial - aparatos electrónicos, eléctricos y electrodomésticos.
Instructivos y garantías para los productos de fabricación nacional e importada
· NOM-050-SCFI, Información comercial - Información comercial del envase o su etiqueta que
deberán ostentar los productos de fabricación nacional y extranjera
· NMX-J-098, Sistemas eléctricos de potencia - Suministro - Tensiones eléctricas normalizadas.
ESPECIFICACIONES
ARTÍCULO 110 - REQUISITOS DE LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS
A. Disposiciones Generales
110-2. Aprobación. En las instalaciones eléctricas a que se refiere la presente NOM se
aceptará la utilización de materiales y equipos que cumplan con las normas oficiales
mexicanas, normas mexicanas o con las normas internacionales. A falta de éstas con las
especificaciones del fabricante.
Los materiales y equipos de las instalaciones eléctricas sujetos al cumplimiento de normas
oficiales mexicanas, normas mexicanas o normas internacionales, deben contar con un
certificado expedido por un organismo de certificación de productos acreditado y aprobado.
En caso de no existir norma oficial mexicana o norma mexicana aplicable al producto de que se
trate, se podrá requerir el dictamen de un laboratorio de pruebas que haya determinado el
grado de cumplimiento con las especificaciones técnicas internacionales con que cumplen, las
del país de origen o a falta de éstas, las del fabricante.
Los materiales y equipos que cumplan con las disposiciones establecidas en los párrafos
anteriores se consideraran aprobados para los efectos de esta NOM.
110-3. Instalación y uso de los equipos.
Los equipos y en general los productos eléctricos utilizados en las instalaciones
eléctricas deben usarse o instalarse de acuerdo con las indicaciones incluidas en la etiqueta,
instructivo o marcado.
110-4. Tensiones eléctricas.
A lo largo de esta NOM, las tensiones eléctricas consideradas deben ser aquellas a las
que funcionan los circuitos. La tensión eléctrica nominal de un equipo eléctrico no debe ser
inferior a la nominal del circuito al que está conectado.
Tensión eléctrica nominal.
Es el valor asignado a un sistema, parte de un sistema, un equipo o a cualquier otro
elemento y al cual se refieren ciertas características de operación o comportamiento de éstos.
Tensión eléctrica nominal del sistema.
Es el valor asignado a un sistema eléctrico. Como ejemplos de tensiones
normalizadas, se tienen:
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120/240 V; 220Y/127 V; 480Y/277 V; 480 V como valores preferentes
2400 V como de uso restringido
440 V como valor congelado
La tensión eléctrica nominal de un sistema es el valor cercano al nivel de tensión al cual opera
normalmente el sistema. Debido a contingencias de operación, el sistema opera generalmente
a niveles de tensión del orden de 10% por debajo de la tensión eléctrica nominal del sistema
para la cual los componentes del sistema están diseñados.
Tensión eléctrica nominal de utilización.
Es el valor para determinados equipos de utilización del sistema eléctrico. Los valores
de tensión eléctrica de utilización son:
En baja tensión: 115/230 V; 208Y/120 V; 460Y/265 y 460 V; como valores preferentes.
Sistema eléctrico típico para la generación, transmisión, distribución y utilización de energía
eléctrica.
Para otros niveles de tensión eléctrica y para complementar la información referente a
tensiones normalizadas, debe consultarse la Norma Mexicana correspondiente.
110-5. Conductores.
Los conductores normalmente utilizados para transportar corriente eléctrica deben ser
de cobre, a no ser que en esta NOM, se indique otra cosa. Si no se especifica el material del
conductor, el material y las secciones transversales que se indiquen en esta NOM se deben
aplicar como si fueran conductores de cobre. Si se utilizan otros materiales, los tamaños
nominales deben cambiarse conforme a su equivalente en cobre.
110-6. Tamaño nominal de los conductores.
Los tamaños nominales de los conductores se expresan en mm2 y opcionalmente su
equivalente en AWG (American Wire Gage) o en circular mils.
110-7. Integridad del aislamiento.
Todos los cables deben instalarse de modo que, cuando la instalación esté terminada,
el sistema quede libre de cortocircuitos y de conexiones a tierra distintas de las necesarias o
permitidas en el Artículo 250.
110-8. Métodos de alambrado.
En esta NOM sólo se incluyen métodos de alambrado reconocidos comoadecuados.
Los métodos de alambrado reconocidos se permiten instalar en cualquier tipo de edificio o
estructura, a menos que en esta NOM se indique lo contrario.
110-9. Corriente de interrupción.
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Los equipos diseñados para interrumpir la corriente eléctrica en caso defallas, deben
tener una corriente de interrupción suficiente para la tensión eléctrica nominal del circuito y la
intensidad de corriente eléctrica que se produzca en los terminales de la línea del equipo.
El equipo proyectado para interrumpir el paso de corriente eléctrica a otros niveles distintos del
de falla, debe tener una corriente de interrupción a la tensión eléctrica nominal del circuito,
suficiente para la corriente eléctrica que deba interrumpir.
CONCLUSIÓN
En la realidad puede que las normas sean demasiado extensas pero eso hará la
diferencia de que NO pongamos en un futuro en riesgo nuestras propias vidas las 666 páginas
que son de las normas nos dicen a detalle todo el manejo, uso adecuado y correcto que
debemos hacer nosotros como ciudadanos para no caer en que lo barato sale caro y lo mas
importante el ahorro en electricidad haciendo caso y llevando a detalle una buena instalación
eléctrica de casa como de cualquier industria.
2.4 ELEMENTOS ELÉCTRICOS DE CONTROL INDUSTRIAL (RELEVADORES)
RELEVADOR
Un relevador es un interruptor operado magnéticamente que cierra o abre uno o más de los
contactos entre sus terminales. Como en el caso de interruptores mecánicos, la acción de los
relevadores se describe por medio del número de líneas (polos) que se controlan y el número
de contactos (vías o tiros) que cada polo puede realizar. El relevador de la figura, controla una
línea (monopolar) y puede tocar o cerrar cualquiera de dos contactos (dos vías o dos tiros).
Los principios de operación de un relevador monopolar unidireccional (una vía) se describe:
Cuando el interruptor se cierra en el circuito del relevador, se activa el electroimán. Por tal
motivo atrae la armadura al punto de contacto fijo. Existe ahora continuidad entre las
terminales 1 y 2 y la lámpara se enciende. Cuando se abre el interruptor del circuito del
relevador, la bobina de éste se desactiva. Esto permite al resorte alejar la armadura del punto
de contacto fijo y de esta manera se interrumpe el circuito conectado a las terminales 1 y 2. En
la Figura 14 se muestra la estructura interna de un relevador [5].
Figura 14. Estructura interna de un relevador
Especificación
El relevador de potencia de propósito general se especifica en términos de:
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1) El voltaje de operación de la bobina del relevador y si esta operará con un voltaje de cc
o de ca.
2) La resistencia de su bobina,
3) La corriente nominal de sus contactos
Contactos
Los contactos de un relevador se describen a menudo indicando que están
normalmente abiertos (na) o normalmente cerrados (nc). Los contactos normalmente abiertos
son los que están separados cuando el relevador está desactivado. Los contactos normalmente
cerrados son los que están en contacto cuando el relevador está desactivado [5].
RELEVADOR DE LÁMINAS MAGNÉTICAS
El arreglo de conmutación de un relevador de láminas magnéticas está formado por unas
láminas ferromagnéticas encerradas en un tubo de vidrio sellado. En un arreglo completo de
un relevador, el tubo se coloca próximo al campo magnético de una bobina. Cuando se activa
la bobina, las láminas hacen contacto como un resultado de la atracción magnética. Como
este relevador es muy sensible, opera con una cantidad de corriente muy pequeña [5].
INTERRUPTOR DE PROXIMIDAD MAGNÉTICA
El interruptor de proximidad magnética consiste de un relevador de láminas magnéticas, con la
diferencia de que la separación entre láminas se controla con un imán permanente [5].
INTERRUPTOR DE CIRCUITO MAGNÉTICO
Dispositivo que protege a un circuito contra una corriente demasiado grande. La bobina de un
electroimán y dos puntos de contacto se conectan en serie con un alambre de un circuito [5].
1.5 APLICACIONES
Los relevadores junto con los interruptores magnéticos son muy utilizados en la industria,
específicamente en los tableros de control automático, con su uso se garantiza la protección
de las tarjetas electrónicas, circuitos y dispositivos de una maquinaria debido a su sensibilidad
a la variación de corrientes. Otro campo de aplicación es en robótica, para el accionamiento de
los diferentes brazos mecánicos o ejes de giro.
III ELECTRÓNICA INDUSTRIAL BÁSICA
3.1 INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL (ANALÓGICA Y DIGITAL)
Desde la introducción del transistor en la década de los 40´s, los cambios en el desarrollo
de la electrónica han sido continuos y han manifestado una influencia de crear dispositivos
cada vez más pequeños y de bajo consumo eléctrico. El campo de la electrónica analógica se
trata del control del manejo de corriente-voltaje mediante semiconductores basados
esencialmente en diodos y transistores.
19
Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
El término analógico se refiere a las magnitudes o valores que "varían con el tiempo en forma
continua" como la distancia y la temperatura, la velocidad, que podrían variar muy lento o muy
rápido como un sistema de audio. Ver reloj analógico (lado izquierdo del diagrama)
En la vida cotidiana el tiempo se representa en forma analógica por relojes (de agujas), y en
forma discreta (digital) por displays digitales.
En la tecnología analógica es muy difícil almacenar, manipular, comparar, calcular y recuperar
información con exactitud cuando esta ha sido guardada.
La electrónica digital se encarga del control de voltajes y corrientes con la finalidad de
mantener estados de encendido-apagado mediante codificación binaria (1 ó 0). El término
digital se refiere a "cantidades discretas" como la cantidad de personas en un una sala,
cantidad de libros en una biblioteca, cantidad de autos en una zona de estacionamiento,
cantidad de productos en un supermercado, etc.
El circuito indicador del nivel de combustible de un automóvil es un ejemplo de un sistema
analógico de medición; se utiliza para determinar el volumen de combustible en el tanque.
Dicho volumen se presenta visualmente según la posición de una aguja indicadora en una
escala. Puesto que la aguja puede moverse a diversas posiciones sobre la escala, indica en
forma continua el volumen de combustible [5].
Los Sistemas digitales tienen una alta importancia en la tecnología moderna, especialmente en
la computación y sistemas de control automático.
Se considera que la electrónica comenzó con el diodo de vacío inventado por John Ambrose
Fleming en 1904. El funcionamiento de este dispositivo está basado en el efecto Edison.
Edison fue el primero que observó en 1883 la emisión termoiónica, al colocar una lámina dentro
de una bombilla para evitar el ennegrecimiento que producía en la ampolla de vidrio el
filamento de carbón. Cuando se polarizaba positivamente la lámina metálica respecto al
filamento, se producía una pequeña corriente entre el filamento y la lámina. Este hecho se
producía porque los electrones de los átomos del filamento, al recibir una gran cantidad de
energía en forma de calor, escapaban de la atracción del núcleo (emisión termoiónica) y,
atravesando el espacio vacío dentro de la bombilla, eran atraídos por la polaridad positiva de la
lámina.
El otro gran paso lo dio Lee De Forest cuando inventó el triodo en 1906. Este dispositivo es
básicamente como el diodo de vacío, pero se le añadió una rejilla de control situada entre el
cátodo y la placa con el objeto de modificar la nube electrónica del cátodo, variando así la
corriente de placa. Esto fue muy importante para que se fabricaran los primeros amplificadores
de sonido, receptores de radio, televisores, etc.
Conforme pasaba el tiempo las válvulas de vacío se fueron perfeccionando y mejorando,
apareciendo otros tipos, como los tetrodos (válvulas de cuatro electrodos), los pentodos (cinco
electrodos), otras válvulas para aplicaciones de alta potencia. Dentro de los
perfeccionamientos de las válvulas se encontraba su miniaturización.
Pero fue definitivamente con el transistor, aparecido de la mano de Bardeen y Brattain de la
Bell Telephone en 1948, cuando se permitió aún una mayor miniaturización de los aparatos
tales como las radios. El transistor de unión apareció algo más tarde en 1949, este es el
dispositivo utilizado actualmente para la mayoría de las aplicaciones de la electrónica
analógica. Sus ventajas respecto a las válvulas son entre otras: menor tamaño y fragilidad,
mayor rendimiento energético, menores tensiones de alimentación, etc. El transistor no
funciona en vacío como las válvulas, sino en un estado sólido semiconductor (silicio), razón por
la que no necesitan centenares de voltios de tensión para funcionar.
A pesar de la expansión de los semiconductores, todavía se siguen utilizando, en pequeños
círculos audiófilos, las válvulas porque parecen ofrecer unas cualidades sonoras que no
muestran los transistores.
20
Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
3.2 ELEMENTOS BÁSICOS DE ELECTRÓNICA ANALÓGICA (DIODO, DIODO
EMISOR DE LUZ, TRANSISTOR, SCR Y TRIAC)
DIODO
Las características de un diodo ideal son aquellas de un interruptor que puede conducir
corriente en una dirección.
El diodo es un componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido.
Los primeros dispositivos de este tipo fueron los diodos de tubo de vacío, que consistían en un
receptáculo de vidrio o de acero al vacío que contenía dos electrodos: un cátodo y un ánodo.
Ya que los electrones pueden fluir en un solo sentido, desde el cátodo hacia el ánodo, el diodo
de tubo de vacío se podía utilizar en la rectificación. Los diodos más empleados en los circuitos
electrónicos actuales son los diodos fabricados con material semiconductor. El más sencillo, el
diodo con punto de contacto de germanio, se creó en los primeros días de la radio, cuando la
señal radiofónica se detectaba mediante un cristal de germanio y un cable fino terminado en
punta y apoyado sobre él. En los diodos de germanio (o de silicio) modernos, el cable y una
minúscula placa de cristal van montados dentro de un pequeño tubo de vidrio y conectados a
dos cables que se sueldan a los extremos del tubo. En la Figura 15 se muestra el símbolo del
diodo semiconductor [5].
A
K
Figura 15. Símbolo del diodo
Donde A corresponde al ánodo (terminal positiva) y K al cátodo (terminal negativa).
DIODO EMISOR DE LUZ
El diodo emisor de luz, conocido como LED por sus siglas en inglés, tiene la misma función
que un diodo semiconductor, a diferencia de que en el LED, cuando está polarizado
directamente actúa como interruptor cerrado, y al permitir el flujo de corriente produce luz
mediante electroluminiscencia. La electroluminiscencia es el proceso de luz mediante la
aplicación de una fuente de energía eléctrica [6]. El símbolo del LED se muestra en la Figura
16 y sus formas comerciales se muestra en la Figura 17.
A
K
Figura 16. Símbolo del diodo emisor de luz (LED)
21
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Figura 17. Formas comerciales del diodo emisor de luz (LED)
TRANSISTOR
Los transistores se componen de semiconductores. Se trata de materiales, como el silicio o el
germanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeñas cantidades de materias
extrañas), de manera que se produce un exceso o una carencia de electrones libres. En el
primer caso, se dice que el semiconductor es del tipo n, y en el segundo, que es del tipo p.
Combinando materiales del tipo n y del tipo p se puede producir un diodo. Cuando éste se
conecta a una batería de manera tal que el material tipo p es positivo y el material tipo n es
negativo, los electrones son repelidos desde el terminal negativo de la batería y pasan, sin
ningún obstáculo, a la región p, que carece de electrones. Con la batería invertida, los
electrones que llegan al material p pueden pasar sólo con muchas dificultades hacia el material
n, que ya está lleno de electrones libres, en cuyo caso la corriente es prácticamente cero [6].
De acuerdo al acomodo de los materiales, tenemos transistores NPN y PNP, cuyos símbolos
se muestran en las Figuras 18 y 19 respectivamente.
Figura 18. Símbolo del Transistor tipo NPN
Figura 19. Símbolo del Transistor tipo PNP
SCR
Para controlar la energía eléctrica se acostumbraba el uso de transformadores y reóstatos, los
cuales en el manejo de niveles de energía altos resultan grandes, caros y requieren
mantenimiento, desperdiciando cantidades grandes de energía.
Desde 1960 ha estado disponible un dispositivo electrónico que no tiene ninguna de las fallas
antes mencionadas. El SCR es pequeño y relativamente barato, no requieren mantenimiento y
casi no desperdicia energía. Algunos SCR modernos pueden controlar corrientes de varios
22
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cientos de amperes en circuitos que operan a voltajes mayores de 1000 V. Por estas razones,
los SCR son muy importantes en el campo de control industrial moderno [2].
Un rectificador controlado de silicio (SCR, silicon-controlled rectifier) es un dispositivo de tres
terminales usado para controlar corrientes más bien altas para una carga. El símbolo
esquemático del SCR se presenta en la Figura 20 junto con las letras para identificar sus
terminales.
A
K
G
Figura 20. Símbolo del diodo
Donde A corresponde al ánodo (terminal positiva), K al cátodo (terminal negativa) y G a la
compuerta.
Un SCR actúa a semejanza de un interruptor. Cuando está condicionado o encendido (ON)
hay una trayectoria de flujo de corriente de baja resistencia del ánodo al cátodo. Actúa
entonces como un interruptor cerrado. Cuando está apagado (OFF), no puede haber flujo de
corriente del ánodo al cátodo- Por tanto, actúa como un interruptor abierto. Dado que es un
dispositivo de estado sólido, la acción de conmutación de un SCR es muy rápida.
Si la alimentación de voltaje es de corriente alterna (ca), el SCR pasa una cierta parte del
tiempo del ciclo de ca en el estado ON, y el resto del tiempo en el estado OFF. Para una
fuente de 60Hz de ca, el tiempo del ciclo es de 16.67 ms. Son estos 16.67 ms los que se
dividen entre el tiempo que está en ON y el tiempo que está en OFF. La cantidad de tiempo
que está en cada estado es controlado por el disparador [2].
TRIAC
Los tríacs se comportan en general como los SCR, excepto en que los primeros pueden
conducir corriente en ambas direcciones. Tanto los tríacs como los SCR son miembros de la
familia de tiristores. Este término incluye a los dispositivos semiconductores que presentan un
comportamiento de encendido y apagado inherente, en oposición a permitir un cambio graual
en la conducción.
Un tríac es un dispositivo de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente
promedio a una carga. Un triac difiere del SCR en que puede conducir corriente en cualquier
dirección. Su símbolo esquemático se muestra en la Figura 21.
Figura 21. Símbolo del triac
Donde A1 y A2 son los ánodos 1 y 2 respectivamente.
23
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Cuando el tríac está apagado, no puede fluir corriente entre las terminales principales, sin
importar la polaridad del voltaje externo aplicado. El tríac, por tanto actúa como interruptor
abierto.
Cuando el tríac se enciende hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de
una terminal a la otra, dependiendo de la dirección de flujo de la polaridad del voltaje externo
aplicado [2].
3.3 ELEMENTOS BÁSICOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL (COMPUERTAS LÓGICAS,
TABLAS DE VERDAD, TEMPORIZADORES, CONTADORES, SUMADORES)
COMPUERTAS LÓGICAS
Las computadoras digitales utilizan el sistema de números binarios, que tiene dos
dígitos 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. La información está representada en las
computadoras digitales en grupos de bits. Utilizando diversas técnicas de codificación los
grupos de bits pueden hacerse que representen no solamente números binarios sino también
otros símbolos discretos cualesquiera, tales como dígitos decimales o letras de alfabeto.
Utilizando arreglos binarios y diversas técnicas de codificación, los dígitos binarios o grupos de
bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar
diversos tipos de cálculos.
La información binaria se representa en un sistema digital por cantidades físicas denominadas
señales, Las señales eléctricas tales como voltajes existen a través del sistema digital en
cualquiera de dos valores reconocibles y representan una variable binaria igual a 1 o 0. Por
ejemplo, un sistema digital particular puede emplear una señal de 3 volts para representar el
binario "1" y 0.5 volts para el binario "0". La ilustración de la Figura 22 muestra un ejemplo de
una señal binaria.
Figura 22. Conversión de señal analógica a binaria.
Como se muestra en la figura, cada valor binario tiene una desviación aceptable del valor
nominal. La región intermedia entre las dos regiones permitidas se cruza solamente durante la
transición de estado. Los terminales de entrada de un circuito digital aceptan señales binarias
dentro de las tolerancias permitidas y los circuitos responden en los terminales de salida con
señales binarias que caen dentro de las tolerancias permitidas.
La lógica binaria tiene que ver con variables binarias y con operaciones que toman un sentido
lógico. La manipulación de información binaria se hace por circuitos lógicos que se denominan
Compuertas.
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TABLAS DE VERDAD
Las compuertas son bloques del hardware que producen señales en binario 1 ó 0 cuando se
satisfacen los requisitos de entrada lógica. Las diversas compuertas lógicas se encuentran
comúnmente en sistemas de computadoras digitales. Cada compuerta tiene un símbolo gráfico
diferente y su operación puede describirse por medio de una función algebraica. Las relaciones
entrada - salida de las variables binarias para cada compuerta pueden representarse en forma
tabular en una tabla de verdad.
Las compuertas básicas son: AND, OR, NAND Y NOR, y se describen a continuación.
COMPUERTAS AND
Cada compuerta tiene dos variables de entrada designadas por A y B y una salida binaria
designada por x.
La compuerta AND produce la multiplicación lógica AND: esto es: la salida es 1 si la entrada A
y la entrada B están ambas en el binario 1: de otra manera, la salida es 0.
Estas condiciones también son especificadas en la tabla de verdad para la compuerta AND. La
tabla muestra que la salida x es 1 solamente cuando ambas entradas A y B están en 1.
El símbolo de operación algebraico de la función AND es el mismo que el símbolo de la
multiplicación de la aritmética ordinaria (*).
Las compuertas AND pueden tener más de dos entradas y por definición, la salida es 1 si todas
las entradas son 1. En la Figura 23 se muestra el símbolo de una compuerta AND y en la
Tabla 1 su correspondiente tabla de verdad.
A
X
B
Figura 23. Símbolo de una compuerta AND, con entradas A y B, y salida X.
Tabla 1. Tabla de verdad para la compuerta AND
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
X
0
0
0
1
COMPUERTAS OR
La compuerta OR produce la función sumadora, esto es, la salida es 1 si la entrada A o la
entrada B o ambas entradas son 1; de otra manera, la salida es 0.
El símbolo algebraico de la función OR (+), es igual a la operación de aritmética de suma.
Las compuertas OR pueden tener más de dos entradas y por definición la salida es 1 si
cualquier entrada es 1. En la Figura 24 se muestra el símbolo de una compuerta AND y en la
Tabla 2 su correspondiente tabla de verdad.
25
Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
A
X
B
Figura 24. Símbolo de una compuerta OR, con entradas A y B, y salida X.
Tabla 2. Tabla de verdad para la compuerta OR
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
X
0
1
1
1
COMPUERTA NOT
El circuito NOT es un inversor que invierte el nivel lógico de una señal binaria. Produce el NOT,
o función complementaria. El símbolo algebraico utilizado para el complemento es una barra
sobra el símbolo de la variable binaria.
Si la variable binaria posee un valor 0, la compuerta NOT cambia su estado al valor 1 y
viceversa. El círculo pequeño en la salida de un símbolo gráfico de un inversor designa un
inversor lógico. Es decir cambia los valores binarios 1 a 0 y viceversa. En la Figura 25 se
muestra el símbolo de una compuerta NOT y en la Tabla 3 su correspondiente tabla de verdad.
A
X
Figura 25. Símbolo de una compuerta NOT, con entrada A, y salida X.
Tabla 3. Tabla de verdad para la compuerta NOT
A
0
1
X
1
0
COMPUERTA NAND
Es el complemento de la función AND, como se indica por el símbolo gráfico, que consiste en
una compuerta AND seguida por un pequeño círculo (quiere decir que invierte la señal).
La designación NAND se deriva de la abreviación NOT - AND. Una designación más adecuada
habría sido AND invertido puesto que es la función AND la que se ha invertido.
Las compuertas NAND pueden tener más de dos entradas, y la salida es siempre el
complemento de la función AND. En la Figura 26 se muestra el símbolo de una compuerta
NAND y en la Tabla 4 su correspondiente tabla de verdad.
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Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
A
X
B
Figura 26. Símbolo de una compuerta NAND, con entradas A y B, y salida X.
Tabla 4. Tabla de verdad para la compuerta NAND
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
X
1
1
1
0
COMPUERTA NOR
La compuerta NOR es el complemento de la compuerta OR y utiliza el símbolo de la compuerta
OR seguido de un círculo pequeño (quiere decir que invierte la señal). Las compuertas NOR
pueden tener más de dos entradas, y la salida es siempre el complemento de la función OR.
En la Figura 27 se muestra el símbolo de una compuerta NOR y en la Tabla 5 su
correspondiente tabla de verdad.
A
X
B
Figura 27. Símbolo de una compuerta NOR, con entradas A y B, y salida X.
Tabla 5. Tabla de verdad para la compuerta NOR
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
X
1
0
0
0
TEMPORIZADORES
Es uno de los circuitos digitales de mayor uso, ya que por medio de él se controla el tiempo, en
con secuencia, la frecuencia, en la transmisión de información digital. Dado que el
temporizador de uso más frecuente es el NE555, describiremos su funcionamiento. El
temporizador 555 fue introducido en el mercado en el año 1972 por Signetics con el nombre:
27
Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
SE555/NE555 y fue llamado "The IC Time Machine" (El Circuito Integrado Máquina del
Tiempo). Este circuito tiene muy diversas aplicaciones, y aunque en la actualidad se emplea
mas su remozada versión CMOS desarrollada por Dave Bingham en Intersil, se sigue usando
también la versión original, especialmente en aplicaciones que requieran grandes corrientes de
parte de la salida del temporizador.
Este Circuito Integrado (C.I.) es para los experimentadores y aficionados, un dispositivo barato
con el cual pueden hacer muchos proyectos. Este temporizador es tan versátil que se puede
utilizar para modular una señal en Amplitud Modulada (A.M.)
En estos días se fabrica una versión CMOS del 555 original, como el Motorola MC1455, que es
muy popular. Pero la versión original de los 555 sigue produciéndose con mejoras y algunas
variaciones a sus circuitos internos. El 555 esta compuesto por 23 transistores, 2 diodos, y 16
resistencias encapsulados en silicio. Hay un circuito integrado que se compone de dos
temporizadores en una misma unidad, el 556, de 14 pines y el poco conocido 558 que integra
cuatro 555 y tiene 16 pines.
Hoy en día, si ha visto algún circuito comercial moderno, no se sorprenda si se encuentra un
circuito integrado 555 trabajando en él. Es muy popular para hacer osciladores que sirven
como reloj (base de tiempo) para el resto del circuito. En la Figura 28 se muestra la
configuración del NE555.
Figura 28. Configuración del temporizador NE555
Control de voltaje (normalmente la 5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de
controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica
como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en
que la salida está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por las resistencias y
condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla de control de
voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la configuración monostable. Cuando se
utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando
el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará la frecuencia original del astable
sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un
condensador de 0.01μF para evitar las interferencias.
Umbral (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se
utiliza para poner la salida a nivel bajo.
Descarga (normalmente la 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo
utilizado por el temporizador para su funcionamiento.
V+ (normalmente la 8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el
voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 18 voltios (máximo). Hay versiones militares
de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.
GND (normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra.
Disparo (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de
retardo, si el 555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando
este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta
28
Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la
entrada de disparo pase a alto otra vez.
Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea
que esté conectado como monostable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será
el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi
0 voltios con la ayuda de la patilla de reset (normalmente la 4).
Reset (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de
salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para
evitar que el 555 se "resetee".
CONTADORES
En electrónica digital, un contador (counter en inglés) es un circuito secuencial
construido a partir de biestables y puertas lógicas capaz de realizar el cómputo de los impulsos
que recibe en la entrada destinada a tal efecto, almacenar datos o actuar como divisor de
frecuencia. Habitualmente, el cómputo se realiza en un código binario, que con frecuencia será
el binario natural o el BCD natural (contador de décadas).
CLASIFICACIÓN DE LOS CONTADORES
Según la forma en que conmutan los biestables, podemos hablar de contadores síncronos
(todos los biestables conmutan a la vez, con una señal de reloj común) o asíncronos (el reloj no
es común y los biestables conmutan uno tras otro).
Según el sentido de la cuenta, se distinguen en ascendentes, descendentes y UP-DOWN
(ascendentes o descendentes según la señal de control).
Según la cantidad de números que pueden contar, se puede hablar de contadores binarios de
n
n bits (cuentan todos los números posibles de n bits, desde 0 hasta 2 − 1), contadores BCD
(cuentan del 0 al 9) y contadores Módulo N (cuentan desde el 0 hasta el N-cuarto.
El número máximo de estados por los que pasa un contador se denomina módulo del contador.
Este número viene determinado por la expresión 2^n donde n indica el número de bits del
contador. Ejemplo, un contador de módulo 4 pasa por 4 estados, y contaría del 0 al 3. Si
necesitamos un contador con un módulo distinto de 2^n, lo que haremos es añadir un circuito
combinacional.
SUMADORES
En electrónica un sumador es un circuito lógico que calcula la operación suma. En los
computadores modernos se encuentra en lo que se denomina Unidad aritmético lógica (ALU).
Generalmente realizan las operaciones aritméticas en código binario decimal o BCD exceso 3,
por regla general los sumadores emplean el sistema binario. En los casos en los que se esté
empleando un complemento a dos para representar números negativos el sumador se
convertirá en un sumador-substractor (Adder-subtracter).
Las entradas son A,B,Cin que son la entradas de bits A y B, y Cin es la entrada de acarreo. Por
otra parte, la salida es S y Cout es la salida de acarreo. En la Figura 29 se muestra el
esquema de un sumador completo.
29
Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
Figura 29. Esquema de un sumador completo
La información de la sección 3.3 fue tomada de [7-9]
3.4 APLICACIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTRÓNICA
De acuerdo a la evolución industrial podemos ver en los siguientes ejemplos que de los años
de 1972 los sistemas informáticos han ido evolucionando hasta nuestros tiempos sin dejar
fuera la tecnología de punta para poder sobre salir. En la Figura 30 se muestra un tambor
magnético; en la Figura 31, un disco duro; en la Figura 32 se muestra un disco en formato 5 ¼;
en la Figura 33, un disco en formato 3 ½; en la Figura 34 se muestra una memoria flash portátil;
y finalmente, en la Figura 35, se muestra un DVD, como ejemplo de la evolución en dispositivos
para almacenar información.
Figura 30. Tambor Magnético
.
Figura 31. Disco
30
Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
Figura 32. Disco Flexible Flexible 5 ¼
Figura 33. Disco flexible 31/2.
Figura 34. Pen Drive o Memory Flash
Figura 35. DVD-ROM
31
Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
Este solo es un caso, pero al igual, existen muchos otros dispositivos que han evolucionado
hasta llegar a tamaños mínimos y reducción de costos, así como en mejoras en su
funcionamiento. El almacenamiento de información se mencionó ya que, tanto en niveles
domésticos, como industriales, es necesario el respaldo de programas para la ejecución de
maquinarias, tal es el caso de periféricos como impresoras, equipo óptico, robots, escáners, y a
nivel industrial, el Controlador Lógico Programable (PLC) y máquinas de Control Numérico
(CNC).
CIRCUITOS INTEGRADOS (1960-1970)
A finales de la década de 1960 apareció el circuito integrado (CI), que posibilitó la fabricación
de varios transistores en un único sustrato de silicio en el que los cables de interconexión iban
soldados. El circuito integrado permitió una posterior reducción del precio, el tamaño y los
porcentajes de error. El microprocesador se convirtió en una realidad a mediados de la década
de 1970, con la introducción del circuito de integración a gran escala (LSI, acrónimo de Large
Scale Integrated) y, más tarde, con el circuito de integración a mayor escala (VLSI, acrónimo
de Very Large Scale Integrated), con varios miles de transistores interconectados soldados
sobre un único sustrato de silicio. En la Figura 36 se muestra una fotografía de una tarjeta
electrónica que contiene varios circuitos integrados.
Figura 36. Tarjeta electrónica que contiene varios circuitos integrados.
Cada vez se pudo avanzar más en la tecnología, y hoy en día en un circuito integrado especial
para el procesamiento de datos, con una pequeña Memoria de alta velocidad (cache) incluida
en el mismo, denominado Microprocesador, se incorporan mediante técnicas sofisticadas más
de 200 millones de transistores, por ejemplo el Microprocesador FX-62 de la empresa AMD
contiene 227 millones de transistores aproximadamente. Una cifra increíble en comparación a
los 15 o 20 que incluían los primeros circuitos integrados, esto debido a las altas técnicas de
integración.
En gran medida la velocidad o rendimiento de un Microprocesador esta dato por la cantidad de
transistores que lo componen. Por ejemplo, el primer Microprocesador de la empresa Intel, el
4004 poseía 2300 transistores pudiendo realizar 60.000 instrucciones por segundo y el
Microprocesador Intel 8080 que fue un modelo posterior, poseía 4500 transistores pudiendo
realizar 200.000 instrucciones por segundo.
32
Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
IV CAMPO DE APLICACIÓN DE LA ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
En la presente sección se describen los principales elementos de uso industrial.
4.1 SENSORES Y TRANSDUCTORES ELÉCTRICOS
Se llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica que refleja el
valor de una propiedad, mediante alguna correlación definida.
En cambio, los transductores son dispositivos que convierten el valor de una variable
controlada en una señal eléctrica.
Las ventajas que representa una señal eléctrica son:



Las señales eléctricas pueden transmitirse de un lugar a otro de manera más sencilla
que las señales mecánicas.
Las señales eléctricas son más sencillas de amplificar y filtrar que las señales
mecánicas.
Las señales eléctricas son sencillas de manipular para encontrar cosas tales como la
razón de cambio de la variable, la integral de tiempo de la variable, si la variable a
excedido algún límite, etc.
De acuerdo al tipo de señal convertido en señal eléctrica podemos encontrar:
– Transformadores lineales de variación lineal
– Tubos de Bourdon
– Sondas de resistencia. (RTD) Variación de resistencia en un conductor
– Termistores. Variación de resistencia de un semiconductor
– Termopares. FEM creada en la unión de dos metales distintos
– Pirómetros de radiación. Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo
– Celdas fotovoltaicas
– Fototransistores y fotodiodos
– Fibras ópticas
– Ondas ultrasónicas
– Galgas Extensiométricas
– Resolutor
– Higrómetros
SENSORES DE PROXIMIDAD
Estos sensores pueden estar basados en algo simple como en la operación mecánica de un
actuador o, tan complejo como en la operación de un sensor de proximidad fotoeléctrico con
discriminación de color.
MICROINTERRUPTORES
Los microinterruptores son de muy diversas formas pero todos se basan en la operación por
medio de un actuador mecánico. Este actuador mecánico mueve a su vez una lengüeta
metálica en donde están colocados los contactos eléctricos, y los abre o cierra de acuerdo con
la disposición física de estos contactos.
Desde el punto de vista eléctrico son extremadamente simples, ya que consisten en uno o
varios juegos de contactos con cierta capacidad de conducción a cierto voltaje. Estos contactos
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Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
pueden ser de apertura instantánea ("snap") o lenta, y de contactos de operación traslapada o
de abre y cierra.
INDUCTIVOS
Tanto estos sensores como los de efecto capacitivo y ultrasónico presentan las ventajas
siguientes:
Conmutación: * Sin desgaste y de gran longevidad.
* Libre de rebotes y sin errores de impulsos.
* Libres de Mantenimiento.
* De Precisión Electrónica.
* Soporta ambientes Hostiles.
Los sensores inductivos consisten en una bobina cuya frecuencia de oscilación cambia al ser
aproximado un objeto metálico a su superficie axial. Esta frecuencia es empleada en un circuito
electrónico para conectar o desconectar un tiristor y con ello, lo que esté conectado al mismo,
de forma digital (ON-OFF) o, analógicamente. Si el objeto metálico se aparta de la bobina, la
oscilación vuelve a empezar y el mecanismo recupera su estado original.
Estos sensores pueden ser de construcción metálica para su mayor protección o, de caja de
plástico. Y pueden tener formas anular, de tornillo, cuadrada, tamaño interruptor de límite, etc.
Además, por su funcionamiento pueden ser del tipo empotrable al ras en acero o, del tipo no
empotrable. Los del tipo no empotrable se caracterizan por su mayor alcance de detección, de
aproximadamente el doble.
La técnica actual permite tener un alcance de hasta unos 100 mm en acero. El alcance real
debe tomarse en cuenta, cuando se emplea el mismo sensor en otros materiales. Ej: Para el
Acero Inoxidable debe considerarse un 80% de factor de corrección, para el Aluminio un 30 %
y para el cobre un 25%.
Ciertas marcas fabrican estos sensores en dos partes, una parte es el sensor propiamente
dicho y el otro es el amplificador de la señal de frecuencia mencionada arriba, con el fin de
usarlos en zonas peligrosas. A estos sensores se les conoce como de "Seguridad Intrínseca".
Eléctricamente se especifican por el voltaje al que trabajan (20-40 V C.D., 90-130 V C.A., etc. )
y por el tipo de circuito en el que trabajan ( dos hilos, PNP, NPN, 4 hilos, etc.). Generalmente
los tipos en corriente directa son más rápidos - Funcionan en aplicaciones de alta frecuencia. que los de corriente alterna.
CAPACITIVOS
Existen muchas aplicaciones que requieren el sensar a distancia materiales no metálicos y,
para ello se emplea este tipo de sensor que usa el efecto capacitivo a tierra de los objetos a
sensar. Ejemplos: Presencia de agua en un tubo o el cereal dentro de una caja de cartón.
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El elemento funcional primario del sensor capacitivo de proximidad es un oscilador de alta
frecuencia con un electrodo flotante en el circuito de base de un transistor. En el estado de
inactividad hay un campo ruidoso en la región de base, que representa el área activa del
sensor de proximidad. Cuando un objeto aparece dentro del área activa, empiezan las
oscilaciones. La etapa de conmutación rectifica las oscilaciones de alta frecuencia y la señal
continua resultante se aplica a la etapa de salida. La etapa de conmutación incluye un sistema
de señal de retroalimentación, el nivel del cual puede ajustarse en algunos modelos, a través
de un potenciómetro; esto capacita el sensor de proximidad de variar su sensibilidad de
respuesta.
Principalmente se emplean para líquidos y sólidos no metálicos y, externamente son muy
parecidos a los sensores inductivos (Ver arriba).
Tanto los sensores inductivos como los capacitivos tienen una distancia máxima de
accionamiento, que depende en gran medida del área de la cabeza sensora (bobina o
electrodo), por ello a mayor diámetro, mayor distancia máxima.
Además, la distancia de sensado siempre se especifica para agua en estado líquido pero, para
otros materiales es diferente. Para el vidrio se tiene que considerar un factor de corrección del
65%, mientras que para el agua congelada del 30%.
Además de los voltajes y circuitos mencionados en los inductivos, existe también en los
sensores capacitivos un tipo con salida analógica (4-20 mA).
SENSORES DE RELUCTANCIA VARIABLE.
Existen ciertos casos donde las condiciones físicas de operación requieren un sensor a prueba
de casi todo. La solución acostumbrada son los sensores de reluctancia variable.
Funcionan de la siguiente manera: El campo de un imán permanente es deformado al paso de
un objeto de alta reluctancia, como los dientes de un engrane metálico; este cambio en el
campo induce un voltaje en una bobina colocada rodeando al imán. La magnitud de este voltaje
depende de la velocidad con la que el diente en nuestro ejemplo pasa frente al campo
magnético y, cuando es suficientemente grande (4500 mm/seg), puede ser empleado en
contadores o indicadores de velocidad directamente.
En nuestro medio usualmente se conocen estos sensores como de "Pick Up" magnético. Y,
tienen forma de cilindro metálico, a manera de un tornillo.
SENSORES FOTOELECTRICOS
Estos sensores son muy usados en algunas industrias para contar piezas, detectar colores,
etc., ya que reemplazan una palanca mecánica por un rayo de luz que puede ser usado en
distancias de menos de 20 mm hasta de varias centenas de metros, de acuerdo con los lentes
ópticos empleados.
Funcionan con una fuente de luz que va desde el tipo incandescente de los controles de
elevadores a la de estado sólido modulada (LED) de los detectores de colores. Y operan al
detectar un cambio en la luz recibida por el fotodetector.
Los fotodetectores son típicamente fotodiodos o fototransistores, inclinándose los fabricantes
por los primeros por su insensibilidad a campos de radiofrecuencia, que podrían causar
interferencia.
35
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Algunos modelos de estos sensores son fabricados con inmunidad a la luz solar incidente o
reflejada. Para ello emplean haces de luz modulada que únicamente pueden ser detectados
por receptores sintonizados a la frecuencia de modulación.
Los diferentes tipos de sensores se agrupan por el tipo de detección:
a) Sensores de Transmisión Directa. Cuando existe un receptor y un emisor apuntados uno al
otro. Tiene este método el más alto rango de detección (hasta unos 60 m).
b) Sensores Reflex. Cuando la luz es reflejada por un reflector especial cuya particularidad es
que devuelve la luz en el mismo ángulo que la recibe ( 9 m de alcance).
c) Sensores Reflex Polarizados. Son prácticamente iguales a los del tipo anterior, excepto que,
el emisor tiene un lente que polariza la luz en un sentido y el receptor otro que la recibe
mediante un lente con polarización a 90 ° del primero. Con ésto, el control no responde a
objetos muy brillosos que pueden reflejar la señal emitida (5m de alcance).
d) Sensores de Foco Fijo. Cuando la luz es reflejada difusamente por el objeto y es detectado
por el hecho de que el transmisor y el receptor están estereoscópicamente acoplados, evitando
con ello interferencia del fondo (3.5 m de alcance).
e) Sensores de detección difusa. Iguales a los anteriores pero los lentes son divergentes, y se
usan para detectar objetos muy próximos (1.5 m de alcance).
f) Sensores de Fibra Optica. En este tipo, el emisor y receptor están interconstruídos en una
caja que puede estar a varios metros del objeto a sensar. Para la detección emplean los cables
de fibra óptica por donde circulan los haces de luz emitido y recibido. La mayor ventaja de
estos sensores es el pequeño volumen o espacio ocupado en el área de detección.
NEUMATICOS DE PROXIMIDAD
Algunas veces por su simpleza olvidamos que existen sensores que detectan la presencia o la
falta de una presión neumática, y que se han usado por años en las industrias papeleras para
controlar que el enrrollado del papel sea parejo.
Estos sensores son extremadamente confiables y requieren muy poco mantenimiento.
SENSORES ULTRASONICOS
Los sensores ultrasónicos son empleados en las industrias químicas como sensores de nivel
por su mayor exactitud en presencia de burbujas en los reactores.
Funcionan al igual que el sistema de sonar usado por los submarinos. Emiten un pulso
ultrasónico contra el objeto a sensar y, al detectar el pulso reflejado, se para un contador de
tiempo que inició su conteo al emitir el pulso. Este tiempo es referido a distancia y de acuerdo
con los parámetros elegidos de respuesta ("Set Point") con ello manda una señal eléctrica
digital o analógica.
La técnica actual permite la fabricación de estos sensores con un rango de detección desde
100 mm hasta unos 6000 mm con una exactitud de 0.05%.
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Estos sensores son empleados con gran éxito sobre otros tipos de sensores para detectar
objetos a cierta distancia que son transparentes o extremadamente brillosos y no metálicos.
SENSORES MAGNETICOS
De los sensores magnéticos tenemos los siguientes tipos: los mecánicos o tipo "reed", los de
tipo electrónico o de efecto Hall y, los transformadores lineales variables (LVDT).
Los sensores de tipo "reed" tienen gran difusión al emplearse en muy bajos voltajes, con lo que
sirven de indicador de posición a PLCs y, además, por emplearse como indicador de posición
de los cilindros neumáticos de émbolo magnético de las marcas que tienen mayor difusión.
Los sensores de efecto Hall, son semiconductores y por su costo no están muy difundidos pero
en codificadores ("encoders") de servomecanismos se emplean mucho.
Los transformadores lineales variables (LVDT) proporcionan una lectura de posición, usando la
inductancia mutua entre dos embobinados. Un núcleo magnético móvil acopla el voltaje de
excitación en corriente alterna a los dos secundarios. La fase y la amplitud del voltaje del
secundario varía de acuerdo con la posición del núcleo.
Cuando el núcleo está enmedio de los embobinados, los voltajes de ambos están 180 grados
defasados y son de igual magnitud, por lo que el voltaje neto es cero. Cuando el núcleo se
mueve hacia la escala positiva, la señal en fase con la onda de entrada crece y viceversa
cuando el núcleo se mueve hacia la escala negativa.
ENCODERS
Un tipo especial de sensor de proximidad es el "encoder" o codificador, ya que con él se puede
obtener la distancia exacta de proximidad.
Para la medición angular se utiliza un disco codificado montado en un eje. La transformación
de la codificación mecánica en una señal eléctrica proporcional se consigue por la posición del
disco utilizando sensores electromagnéticos (tipo Inductosyn), inductivos o acopladores
ópticos. En el caso de posicionado inductivo, el código del disco tiene la forma de segmentos
de cobre en serie. Con este método, el trasductor consiste en un sensor tipo herradura, cuyo
consumo eléctrico varía de acuerdo con el grado de interferencia de su campo magnético. Esta
señal es empleada a continuación por el equipo de control.
El posicionamiento óptico de un disco segmentado es el método más usual, donde la
codificación consiste en sectores transparentes y opacos. Cuando el disco gira, el recorrido de
la luz al sensor óptico se abre y se bloquea alternativamente, produciendo así una salida digital
en proporción con el movimiento y la posición.
Existen dos tipos de "Encoders":
Encoders Incrementales. Los "encoders" incrementales suministran un número específico de
impulsos por cada revolución completa del eje. Esta cuenta de impulsos está determinada por
el número de divisiones o segmentos del disco de codificación. Ej. El disco de codificación
consta de 360 segmentos, por lo tanto por revolución del eje, se obtendrán 360 impulsos. Es
decir, un impulso por grado angular.
Hay disponibles tres versiones del generador de impulsos rotativo: canal simple, doble y triple.
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El tipo de canal simple (Señal A) es empleado donde el sentido del movimiento no cambia, ni
se tienen vibraciones. En el caso contrario, son mejores los de doble canal (Señales A y B),
también llamados de señales en cuadratura porque una señal está defasada en 90 grados de
la otra, lo cual sirve para detectar el sentido del giro. El tercer canal (Señal Z) es una señal de
posición que aparece una vez por revolución, y es empleado para regresar a ceros contadores
en sistemas controlados digitalmente (CNC, PLCs, etc.).
Los problemas más frecuentes con los codificadores son causados por un pobre blindaje del
conductor o, por la distancia tan larga y la frecuencia tan alta con la que trabaja el aparato. Un
buen cable aterrizado únicamente en el contador y, un codificador de señales complementarias
(A, noA, B, noB y Z) resuelven en su mayor parte estos problemas.
"Encoders" Absolutos A diferencia de los "encoders" incrementales, los del tipo absoluto
proporcionan una combinación única de señales para cada posición física. Esto resulta una
ventaja importante, ya que no es necesario un contador para la determinación de la posición.
La combinación de señales se establece mediante un patrón de código de sectores
transparentes y opacos en varias pistas de un disco rotativo. El número de pistas de código
disponibles determina la resolución máxima del codificador en la totalidad de los 360 grados.
En el caso de las pistas codificadas en binario, la resolución máxima es de 2^n siendo "n" el
número de pistas. Por consiguiente, para 10 pistas, la resolución es de 2^10 = 1024.
Una característica importante de la lectura de modo paralelo es que la posición real se registra
inmediatamente cuando se conecta inicialmente, la alimentación eléctrica, o después de un
cambio de posición sin potencia aplicada o si se excede del número de revoluciones por minuto
permitidas electrónicamente (desventajas del tipo incremental).
El código de Gray es el sistema de codificación más usado. Este método de codificación tiene
la ventaja de producir un cambio de código de un sólo dígito binario en el desplazamiento de
una posición a la siguiente.
Aunque se ha mencionado únicamente el funcionamiento de los "encoders" rotativos, los
lineales trabajan de la misma manera.
SENSORES DE PRESION
Los sensores de presión sofisticados funcionan a base de celdas de carga y de sus respectivos
amplificadores electrónicos, y se basan en el conocido puente de Wheatstone, donde una de
sus piernas está ocupada por el sensor. Este sensor es básicamente una resistencia variable
en un sustrato que puede ser deformado, y lo cual ocasiona el cambio en el valor de la
mencionada resistencia.
Los sensores comunes de presión son interruptores eléctricos movidos por una membrana o,
un tubo Bourdón. El tubo Bourdón se abre hacia afuera con el aumento de presión y este
movimiento es transmitido a un interruptor, el cual es accionado cuando la posición del tubo
corresponde con un ajuste preseleccionado.
En el caso de los interruptores de presión por diafragma, la fuerza provocada por la presión
sensada actúa sobre un resorte, el cual al ser vencido actúa sobre un microinterruptor. Es
obvio que el resorte determina el rango de presión de operación.
38
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SENSORES DE NIVEL
Los sensores de nivel en su mayoría trabajan indirectamente sensando la posición de un
flotador mediante un sensor inductivo o un interruptor del tipo de canilla ("reed") y un imán
permanente.
SENSORES DE TEMPERATURA
Los sensores de temperatura más sencillos son los que actúan sobre un interruptor miniatura y
en general, éstos son de dos tipos: Sistemas de Dilatación de un fluido y Bimetálicos. Los
primeros actúan al dilatarse el líquido o el gas contenido dentro de un capilar y, los segundos
actúan directamente el interruptor mediante el efecto de diferencia de dilataciones de tiras de
dos metales diferentes. En general, se usan para interrumpir hasta corrientes de 30 Amperes
en 120 volts.
Otros sensores de temperatura son los termopares, detectores de temperatura por resistencia
(RTD) y, los termistores.
TERMOPARES
Los termopares están hechos de dos alambres de metales diferentes unidos precisamente en
el punto de medición, también conocido como "unión caliente". Un pequeño voltaje llamado
Seebeck, en honor a su descubridor, aparece entre los dos alambres en función de la
temperatura de esa unión y, ese voltaje es la señal que actúa sobre el controlador de
temperatura.
Los termopares son en general de los sensores los más baratos y los más robustos, aunque
para evitar errores de materiales disímiles, los cables de extensión deben ser del mismo
material del termopar.
Existen termopares apropiados para diferentes rangos de temperatura y diferentes ambientes
industriales. Ejemplos:
TIPO ALEACIONES RANGO (°C)
J Hierro/Constantan 0 a 760
K Chromel / Alumel 0 a 1260
E Chromel / Constantan -184 a 871
T Cobre / Constantan -184 a 371
R Platino 13% / Rodio Platino 0 a 1482
RTD
Los RTDs son principalmente hechos de alambre de platino enrrollado en una base cerámica
cubiertos de vidrio o de material cerámico. Además pueden encontrarse como película en un
sustrato.
39
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Con la temperatura el platino cambia de resistencia y, con un circuito similar al conocido
Puente de Wheatston este cambio puede ser utilizado en un indicador o controlador de
temperatura.
Este tipo de sensor se fabrica también de Níquel en lugar de Platino pero son más usuales los
de este último material, en sus variantes de norma alemana o japonesa.
Es sencilla la conexión de estos elementos y su prueba, ya que a 0° C, la resistencia del RTD
de Platino es de 100 ohms y varía a razón de 0.385 ohms por grado Celsius.
TERMISTORES.
Los termistores están fabricados de un material semiconductor que cambia su resistencia
eléctrica abruptamente en un pequeño rango de temperatura, por lo que son empleados en
sistemas de adquisición de datos y en equipos delicados. Ejemplo: Control de Temperatura de
Osciladores Electrónicos.
Su desventaja es que requieren de potencia para funcionar por lo que se autocalientan, y eso
debe ser compensado en el circuito de medición.
SENSORES DE FLUJO.
Los sensores de flujo más usuales comprenden de una pequeña turbina que gira dentro del
fluido a sensar, y, de un sensor del tipo inductivo que sensa el número de revoluciones de los
álabes de la turbina, o, en otro tipo, la señal es tomada de un tacogenerador acoplado
directamente a la turbina.
También los hay del tipo de estado sólido, los cuales tienen en la cabeza sensora dos
resistencias calibradas. Con una de ellas se calienta un poco el fluido que rodea la cabeza y
con el otro se sensa la temperatura del fluido. Comparando la temperatura electrónicamente, la
cual se ajusta manualmente, es posible detectar movimientos de fluidos muy lentos como los
de lubricantes de baleros, o flujos muy rápidos como los de una bomba de agua.
DETECTORES DE ULTRASONIDOS
Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de detección de objetos de
prácticamente cualquier material. Trabajan en ambientes secos y polvorientos. Normalmente se
usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.
INTERRUPTORES BÁSICOS
Se consiguen interruptores de tamaño estándar, miniatura, subminiatura, herméticamente
sellados y de alta temperatura. Los mecanismos de precisión se ofrecen con una amplia
variedad de actuadores y características operativas. Estos interruptores son idóneos para
aplicaciones que requieran tamaño reducido, poco peso, repetitividad y larga vida.
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Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
INTERRUPTORES FINAL DE CARRERA
Descripción: El microswitch es un conmutador de 2 posiciones con retorno a la posición de
reposo y viene con un botón o con una palanca de accionamiento, la cual también puede traer
una ruedita.
Funcionamiento: En estado de reposo la patita común (COM) y la de contacto normal cerrado
(NC), están en contacto permanente hasta que la presión aplicada a la palanca del microswitch
hace saltar la pequeña platina acerada interior y entonces el contacto pasa de la posición de
normal cerrado a la de normal abierto (NO), se puede escuchar cuando el microswitch cambia
de estado, porque se oye un pequeño clic, esto sucede casi al final del recorrido de la palanca.
INTERRUPTORES MANUALES
Estos son los sensores más básicos, incluye pulsadores, llaves, selectores rotativos y
conmutadores de enclavamiento. Estos productos ayudan al técnico e ingeniero con ilimitadas
opciones en técnicas de actuación y disposición de componentes.
PRODUCTOS ENCAPSULADOS
Diseños robustos, de altas prestaciones y resistentes al entorno o herméticamente sellados.
Esta selección incluye finales de carrera miniatura, interruptores básicos estándar y miniatura,
interruptores de palanca y pulsadores luminosos.
PRODUCTOS PARA FIBRA ÓPTICA
El grupo de fibra óptica está especializado en el diseño, desarrollo y fabricación de
componentes optoelectrónicos activos y submontajes para el mercado de la fibra óptica. Los
productos para fibra óptica son compatibles con la mayoría de los conectores y cables de fibra
óptica multimodo estándar disponibles actualmente en la industria.
PRODUCTOS INFRARROJOS
La optoelectrónica es la integración de los principios ópticos y la electrónica de
semiconductores. Los componentes optoelectrónicos son sensores fiables y económicos. Se
incluyen diodos emisores de infrarrojos (IREDs), sensores y montajes.
SENSORES PARA AUTOMOCIÓN
Se incluyen sensores de efecto Hall, de presión y de caudal de aire. Estos sensores son de alta
tecnología y constituyen soluciones flexibles a un bajo costo. Su flexibilidad y durabilidad hace
que sean idóneos para una amplia gama de aplicaciones de automoción.
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SENSORES DE CAUDAL DE AIRE
Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de película fina aislada térmicamente,
que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente suministra
una respuesta rápida al caudal de aire u otro gas que pase sobre el chip.
SENSORES DE CORRIENTE
Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de
corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente
digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula o desconectar
una bomba. La señal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser
utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de
trabajo que realiza una máquina.
SENSORES DE EFECTO HALL
Son semiconductores y por su costo no están muy difundidos pero en codificadores
("encoders") de servomecanismos se emplean mucho.
SENSORES DE HUMEDAD
Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa están configurados con
circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Estos sensores contienen un
elemento sensible capacitivo en base de polímeros que interacciona con electrodos de platino.
Están calibrados por láser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento
estable y baja desviación.
SENSORES DE POSICIÓN DE ESTADO SÓLIDO
Los sensores de posición de estado sólido, detectores de proximidad de metales y de corriente,
se consiguen disponibles en varios tamaños y terminaciones. Estos sensores combinan
fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con diversos circuitos electrónicos para
aportar soluciones a las necesidades de aplicación.
SENSORES DE PRESIÓN Y FUERZA
Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo costo. Ofrecen una excelente
repetitividad y una alta precisión y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Además,
presentan unas características operativas constantes en todas las unidades y una
intercambiabilidad sin recalibración.
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SENSORES DE TEMPERATURA
Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos
sensores consisten en una fina película de resistencia variable con la temperatura (RTD) y
están calibrados por láser para una mayor precisión e intercambiabilidad. Las salidas lineales
son estables y rápidas.
SENSORES DE TURBIDEZ
Los sensores de turbidez aportan una información rápida y práctica de la cantidad relativa de
sólidos suspendidos en el agua u otros líquidos. La medición de la conductividad da una
medición relativa de la concentración iónica de un líquido dado.
SENSORES MAGNÉTICOS
Los sensores magnéticos se basan en la tecnología magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta
sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brújulas, control remoto de vehículos, detección
de vehículos, realidad virtual, sensores de posición, sistemas de seguridad e instrumentación
médica.
SENSORES DE PRESIÓN
Los sensores de presión están basados en tecnología piezo resistiva, combinada con
microcontroladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y
capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones afines a estos productos
incluyen instrumentos para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas,
comprobación de motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado.
El sonido y la vibración están conectados en el sentido de que un sonido está asociado con
una vibración mecánica
Muchos sonidos son causados por la vibración de sólidos o gases y el efecto de un sonido
sobre un oyente es la vibración del tímpano
La onda del sonido es una forma de onda causada por una vibración
Las vibraciones mecánicas no necesitan necesariamente causar alguna onda de sonido,
porque una onda de sonidos necesita un medio para vibrar, por lo que no hay transmisión del
sonido en el vacío
Cuando un sonido es transmitido, los parámetros de la onda son la velocidad la longitud de
onda y la frecuencia. La frecuencia y la forma de onda están determinadas por la frecuencia y
la forma de onda de la vibración que causa la onda del sonido pero la velocidad y la longitud de
onda son dependientes del medio que lleva la onda de sonido
La relación de la velocidad, longitud de onda y frecuencia es v= .f
La percepción del sonido por la oído es un trabajo mucho mas complicado
43
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El oído tiene una respuesta no lineal y una sensibilidad que varia muy notablemente con la
frecuencia del sonido
El rango de frecuencias sobre las cuales el sonido puede ser detectado por el oído humano
está limitado en el rango de 20Hz a 20KHz
El límite inferior esta determinado por el efecto de filtrado del sonido de los tejidos del oído y la
anulación de los efectos desagradables de las vibraciones de baja frecuencia que existe a
nuestro alrededor
Pero sin embargo los transductores no necesariamente se restringen a esos límites de
frecuencias, en algunos casos puede ser usado con infrasonidos (muy bajas frecuencias) o con
ultrasonidos (muy altas frecuencias)
Las ondas de acústica de hecho pueden hacer uso de frecuencias en el rango de los MHz
El efecto de una onda de sonido sobre un material es la vibración de ese material y de acuerdo
a esta vibración cada parte del material puede ser acelerado
La aceleración esta en direcciones alternativas y no hay desplazamiento en peso del material
pero una salida eléctrica puede ser obtenida desde un acelerómetro conectado al material.
Los sensores y transductores para sonido son eléctricamente de la misma forma que los
sensores y transductores para aceleración y velocidad y la principal diferencia son los caminos
en los cuales los sensores y transductores son usados [2].
4.2 DISPOSITIVOS DE CONTROL ELÉCTRICO Y ELECTRÓNICO
En la mayoría de las situaciones industriales de control, los motores operan directamente de
las líneas de suministro de ca o de cd. Es decir, las terminales de los devanados del motor se
conectan directamente a las líneas que suministran la corriente eléctrica. En estas situaciones,
el comportamiento operativo del motor es determinado por la naturaleza de la carga mecánica
conectada al eje del motor. En términos sencillos, si la carga es fácil de manejar, el motor
tenderá a entregar un par relativamente pequeño, y girará a una alta velocidad. Si la carga es
difícil de manejar, el motor tenderá a entregar mucho par, y girará a una velocidad alta. Si la
carga es difícil de manejar, el motor tenderá a entregar mucho par y girará a una velocidad
menor. El punto es que el comportamiento operativo del motor es establecido por su carga
(para una línea de voltaje fijo) y el operador no tiene control sobre el comportamiento del motor.
En las situaciones industriales modernas hay muchas aplicaciones que requieren que el
operador sea capaz de intervenir en el control de la velocidad del motor. Tal control
generalmente se logra mediante tiristores. La combinación del motor, el o los tiristores de
control y los componentes electrónicos asociados es conocida como sistema de control de
velocidad o sistema de manejo.
A continuación se describen brevemente los dispositivos de control eléctrico y electrónico de
mayor uso en la industria.
MOTORES DE CD
Los motores de CD son importantes en el control industrial porque son más adaptables
que los motores de ca de campo giratorio a los sistemas de velocidad ajustable.
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Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
El devanado de armadura de un motor de cd se construye de relativamente pocas vueltas de
alambre más grueso, por lo que tiene una resistencia de cd pequeña. La resistencia del
devanado de armadura de un motor de cd de tamaño medio o grande generalmente es menor
a 1 .
Al aplicarse potencia por primera vez al devanado de armadura, sólo la resistencia óhmica de
cd del devanado está disponible para limitar la corriente, por lo que el aumento súbito de la
corriente es bastante grande. Sin embargo a medida que se empieza a acelerarse el motor,
comienza a inducir una fuerza contraelectromotriz por la acción de generador común. Esta
fuerza contraelectromotriz se opone al voltaje de alimentación y limita la corriente de armadura
a un valor razonable.
Cuando un motor de cd ha alcanzado la velocidad de operación mormal, su fuerza
contraelectromotriz es aproximadamente el 90% de la magnitud del voltaje de armadura
aplicado. La caída de voltaje IR a través de la resistencia del devanado de armadura
representa el otro 10% del voltaje aplicado, ignorando cualquier caída de voltaje a través de las
escobillas de carbón.
CONTROL MEDIANTE TIRISTORES DEL VOLTAJE Y CORRIENTE DE ARMADURA
Como se vio anteriormente, en el capítulo III, un SCR puede desempeñar la mayoría de las
tareas de un reóstato en el control de la corriente promedio a una carga. Es más, un SCR o
cualquier tiristor de potencia, no tiene las desventajas de los reóstatos de alta potencia. Los
SCR son pequeño, económicos y eficientes enérgicamente. Por tanto, es natural aparear el
motor de cd en derivación y el SCR para proporcionar control de armadura de la celocidad de
un motor.
CONTROL DE VELOCIDAD MONOFÁSICO Y DE MEDIA ONDA PARA UN MOTOR DE CD
EN DERIVACIÓN
La velocidad del motor es ajustada por un potenciómetro de ajuste de velocidad de 25KW. A
medida que se gira hacia arriba, aumenta la velocidad del motor. Esto ocurre porque el voltaje
de compuerta relativo a tierra se convierte una parte mayor del voltaje de la línea de ca,
permitiendo por lo tanto que el voltaje de compuerta a cátodo alcance el voltaje de disparo del
SCR más pronto en el ciclo.
CONTROL REVERSIBLE DE VELOCIDAD
Algunas aplicaciones de control de velocidad requieren que el giro de un motor sea reversible.
Esto es, el motor debe ser capaz de girar tanto en dirección de las manecillas del reloj como en
dirección contraria, además de tener velocidad ajustable. La inversión de la dirección del eje
de giro puede lograrse de dos maneras:
1.
Invirtiendo la dirección de la corriente de armadura, dejando igual la corriente de
campo.
2. Invirtiendo la dirección de la corriente de campo, manteniendo igual la corriente de
armadura.
CONTROL CON EL MANEJO DE SISTEMAS TRIFÁSICOS PARA MOTORES DE CD
Para los motores de CD mayores a 10HP, un sistema de manejo trifásico es superior a un
sistema de una fase. Esto es porque un sistema trifásico proporciona más pulsaciones de
45
Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
voltaje de armadura por ciclo de la línea de ca y por tanto da mayor flujo de corriente de
armadura promedio.
CONTROL MEDIANTE MODULACIÓN DE ANCHO DE PULSO
Los motores grandes de cd son controlados mejor por tiristores de alta potencia, pero los
motores de CD de imán permanente pequeños y medianos, y algunos motores sin escobillas,
son controlados más exitosamente por transistores de conmutación conectados en serie,
manejados mediante modulación por ancho de pulso [2].
CONTROL MEDIANTE UN TEMPORIZADOR-OSCILADOR TIPO 555
Un medio práctico para lograr la modulación por ancho de pulso consiste en usar un circuito
integrado 555, descrito en la sección 3.3
4.3 FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL PLC
El PLC es un dispositivo electrónico que puede ser programado por el usuario y se utiliza en la
industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o procesos, ahorrando
costos en mantenimiento y aumentando la confiabilidad de los equipos. Es importante conocer
sus generalidades y lo que un PLC puede hacer en un proceso, pues se podría estar gastando
mucho dinero en mantenimiento y reparaciones, cuando estos equipos solucionan un
problema.
Además, programar un PLC resulta bastante sencillo. Anteriormente se utilizaban los sistemas
de relevadores pero las desventajas que presentaban eran bastantes; más adelante
mencionaremos algunas. La historia de los PLC nos dice que fueron desarrollados por
Ingenieros de la GMC (General Motors Company) para sustituir sus sistemas basados en
relevadores.
La palabra PLC es el acrónimo de Controlador Lógico Programable (en inglés Programmable
Logic Controller).
RELEVADORES Y PLC’s
Los sistemas de relevadores eran utilizados para un proceso específico, por lo tanto su función
era única. Pensar en cambiar el proceso era un caos y el cambio requería volver a obtener la
lógica de control y para obtenerla se tenía que realizar un análisis matemático. También había
que modificar el cableado de los relevadores y en algunos casos incluso era necesario volver a
hacer la instalación del sistema. En la Figura 37 se muestra una imagen de un PLC.
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Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
Figura 37. Fotografía de un PLC.
En cambio, el PLC es un sistema de microprocesador; en otras palabras una computadora de
tipo industrial. Tiene una Unidad central de procesamiento mejor conocido como CPU,
interfaces de comunicación, y puertos de salida y entrada de tipo digital o análogo, etc., y estas
son solo algunas de sus características más sobresalientes.
En la Figura 38 se muestra un diagrama sobre la estructura de un PLC.
Figura 38. Diagrama de la estructura de un PLC.
Al igual que un programa de computadora personal, existen programas diseñados
especialmente para el manejo con PLC’s en ellos se utilizan tanto lenguajes gráficos como
lenguajes textuales.
LENGUAJES GRAFICOS
Se denomina lenguaje gráfico a la representación basada en símbolos gráficos, de tal forma
que según la disposición en que se encuentran cada uno de estos símbolos Y en conformidad
a su sintaxis que lo gobierna, expresa una lógica de mando y. control. Dentro de ellos tenemos:
A) Carta de Funciones Secuenciales o Grafcet
El Grafcet es una representación de análisis gráfico donde se establecen las funciones de un
sistema secuencial.
Este lenguaje consiste en una secuencia de etapas y transiciones, asociadas respectivamente
con acciones y condiciones.
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Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial
Las etapas representan las acciones a realizar y las transiciones las condiciones que deben
cumplirse para ir desarrollando acciones. La Etapa - Transición es un conjunto indisociable.
B) Plano de Funciones
Es una representación gráfica orientada a las puertas lógicas AND, OR y sus combinaciones.
Las funciones individuales se representan con un símbolo, donde su lado izquierdo se ubica las
entradas y en el derecho las salidas. Los símbolos usados son iguales o semejantes a los que
se utilizan en los esquemas de bloques en electrónica digital.
C) Diagrama de Contactos o Plano de Funciones
Es la representación gráfica que tiene cierta analogía a los esquemas de contactos según la
norma Nema (USA).
Su estructura obedece a la semejanza que existe con los circuitos de control con lógica
cableada, es decir, utiliza la misma representación de los contactos normalmente abiertos y
normalmente cerrados, con la diferencia que su interpretación es totalmente diferente.
Además de los simples contactos que dispone, existen otros elementos que permiten realizar
cálculos aritméticos, operaciones de comparación, implementar algoritmos de regulación, etc.
Su gran difusión se debe por facilitar el trabajo a los usuarios.
LENGUAJES TEXTUALES
Este tipo de lenguaje se refiere básicamente al conjunto de instrucciones compuesto de letras,
códigos y números de acuerdo a una sintaxis establecida. Se considera un lenguaje de menor
nivel que los gráficos y por lo general se utilizan para programar pequeños PLCs cuyos
programas no son muy complejos, o para programar instrucciones no programables en modo
gráfico
CAMPOS DE APLICACIÓN DEL PLC
En la actualidad el campo de aplicación de un PLC es muy extenso. Se utilizan
fundamentalmente en procesos de maniobras de máquinas, control, señalización, etc. La
aplicación de un PLC abarca procesos industriales de cualquier tipo y ofrecen conexión a red;
esto te permite tener comunicado un PLC con una PC y otros dispositivos al mismo tiempo,
permitiendo hacer monitoreo, estadísticas y reportes.
VENTAJAS DEL PLC
Hablar sobre las ventajas que ofrece un PLC es un tema largo, pero aquí se presentan las más
importantes:
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Manual de Asignatura de Electricidad y Electrónica Industrial

Ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica cableada, principalmente por su variedad de
modelos existentes.

Menor tiempo empleado en su elaboración.

Se pueden realizar modificaciones sin cambiar cableado.

La lista de materiales es muy reducida.

Mínimo espacio de aplicación.

Menor costo.

Mantenimiento económico por tiempos de paro reducidos.
FUNCIONES BÁSICAS DE UN PLC
Detección. El PLC detecta señales del proceso de diferentes tipos.
Mando. Elabora y envía acciones al sistema según el programa que tenga.
Dialogo hombre máquina. Recibe configuraciones y da reportes al operador de producción o
supervisores.
Programación. El programa que utiliza permite modificarlo, incluso por el operador, cuando se
encuentra autorizado.
Por todo esto es evidente que por medio de la implementación de un sistema de control PLC es
posible hacer automático prácticamente cualquier proceso, mejorar la eficiencia y confiabilidad
de la maquinaria, y lo más importante bajar los costos. En suma, se pagan solos [10].
En la Figura 39 se muestra la fotografía de una máquina XY diseñada para pulir lentes para
telescopios, donde su sistema de control está compuesto por un PLC. Dentro del gabinete del
sistema de control se muestra toda la electrónica involucrada en este tipo de máquinas
(interruptores, fusibles, relevadores, fuente de alimentación conmutada, circuitos integrados,
PLC) y es un claro ejemplo de la aplicación de la eléctrica y electrónica industrial (motores,
encoders, entre ellos).
Figura 39 Bancada XY adaptada para pulir superficies ópticas asimétricas controlada por un PLC, a la derecha
se muestra el interior del tablero de control.
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GLOSARIO
Anillos colectores. Anillos de cobre montados sobre un motor o eje de generador, pero
aislados de él, y al que las puntas de bobina se encuentran soldadas. Las escobillas de
carbón que viajan sobre los anillos colectores sirven para conectar la bobina del
electroimán al mundo externo.
Compuertas lógicas. Los circuitos individuales de lógica que son los bloques funcionales
de circuitos más complejos. Las cinco compuertas básicas son AND, OR, NOT, NAND,
NOR.
Configuración en delta. Método trifásico de conexión en el que los devanados
individuales se conectan de una forma que parece esquemáticamente en la forma de la
letra griega Delta ().
Configuración en estrella (Y). Método trifásico de conexión en el que los tres voltajes de
fase se conectan para formar un punto neutro, mostrado esquemáticamente por la letra Y.
Controlador (de un sistema de lazo cerrado). Dispositivo que recibe la señal de error del
comparador y genera una señal de salida al dispositivo corrector final, corrigiendo así
desviaciones del punto de ajuste.
Control de armadura. Variación del voltaje aplicado al devanado de la armadura para
controlar la velocidad de un motor de cd confiurado en paralelo con la armadura.
Control de campo (de velocidad de un motor de cd) Técnica de control de la velocidad
de un motor en derivación de cd por medio del ajuste de la corriente de campo
Controlador Lógico Programable (PLC). Sistema lógico que combina hardware y
software, de modo que sus instrucciones codificadas pueden modificarse (reprogramarse)
por el uso de un teclado.
Detector de proximidad. Dispositivo que detecta la presencia de un objeto sin tener que
tocarlo, comúnmente respondiendo a un cambio en el flujo magnético.
Devanado de armadura. Devanado de electroimán dentro de un generador o motor que
origina la salida de una máquina
Devanado de campo. Devanado de electroimán dentro de un motor o generador que
produce el flujo electromagnético principal de la máquina cuando pasa corriente a través de
este.
Efecto Hall. Fenómeno por el que los portadores de carga que se mueven a través de un
campo magnético son forzados hacia un lado del medio conductor.
Escobillas. Bloques de carbón que se mantienen ajustados contra los anillos colectores o
conmutador de una máquina giratoria de conversión de energía (generador o motor).
Fibra óptica. Filamento muy delgado de vidrio o plástico que llevan luz desde un sitio de
envío a uno de recepción.
LVDT. Transformador de devanado secundario doble con un núcleo móvil que da una
señal de voltaje de salida de ca proporcional a su desplazamiento físico.
Modulación por ancho de pulso. Técnica de variación continua de la potencia promedio
a una carga eléctrica cambiando el ciclo de trabajo (anchura) de pulsos aplicados a la
carga.
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NEMA. Asociación nacional de fabricantes eléctricos de los Estados Unidos.
Relevador. Bobina magnética y su contacto controlado en el que la bobina es energizada
o desenergizada por la operación de contactos o interruptores condicionales. El relevador
puede desempeñar funciones lógicas.
Rotor. Parte interior en forma de cilindro de un generador o motor que está adherido al eje
y que gira mientras el exterior (estator) permanece estacionario.
*Tomado de [2].
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REFERENCIAS
1. R. Serway. Física para Ciencias e Ingenierías. Volumen II. Sexta Edición. Editorial
Thomson.
2. Timothy Maloney. Electrónica Industrial Moderna. Editorial Prentice Hall.
3. Stephen Chapman. Máquinas Eléctrica. Tercera Edición Graw Hill.
4. http://www.nichese.com/motor.html
5. Buban Peter, Malvino Albert, Shcmitt Marshall. Electricidad y Electrónica: Aplicaciones
Prácticas. Tomo I. Tercera Edición. Mc Graw Hill.
6. Boylestad R. Electrónica: Teoría de Circuitos, Editorial Pearson.
7. http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/int/comp_log.htm
8. http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555
9. http://es.wikipedia.org/wiki/Sumador
10. http://www.mailxmail.com/curso-controladores-logicos-programables/programacion-plc-1
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