Material de apoyo teórico Automatización y Control Industrial PDF

UNIVERSIDAD NACIONAL DE VILLARRICA DEL ESPIRITU SANTO FACULTAD POLITÉCNICA Material de estudio  Introducción La automatización industrial ha revolucionado la manera en que las industrias operan, permitiendo procesos más eficientes, segu...

UNIVERSIDAD NACIONAL DE VILLARRICA DEL ESPIRITU SANTO FACULTAD POLITÉCNICA Material de estudio  Introducción La automatización industrial ha revolucionado la manera en que las industrias operan, permitiendo procesos más eficientes, seguros y rentables. Desde sus inicios, la automatización ha evolucionado significativamente, integrando tecnología avanzada que permite un mayor control y monitoreo de los procesos industriales. En este documento, exploraremos los conceptos fundamentales de la automatización industrial, su evolución, y los componentes que forman parte de un sistema automatizado. Además, se abordarán los niveles de automatización y el impacto de la Industria 4.0 en la automatización avanzada. Este material también profundizará en la automatización industrial utilizando tecnología cableada, proporcionando una visión detallada sobre el diseño, implementación y mantenimiento de sistemas de control industrial. Se estudiarán los motores eléctricos y sus aplicaciones, la lógica cableada y su implementación práctica, así como los circuitos de fuerza y mando. Finalmente, se explorarán los sistemas de arranque de motores, con un enfoque en técnicas como el arranque directo, estrella-triángulo, y arranque suave, brindando un panorama completo de los métodos y tecnologías que sustentan la automatización moderna en la industria. Introducción a la Automatización Industrial Definición de Automatización La automatización es la utilización de tecnologías y sistemas para realizar procesos y tareas con mínima o ninguna intervención humana. Este concepto se aplica en diversas industrias y actividades, buscando mejorar la eficiencia, precisión y seguridad en la ejecución de tareas repetitivas y complejas. La naturaleza de la automatización industrial es hacer que los procesos se realicen de manera repetitiva y se cumplan de manera correcta. Elementos clave de la automatización Control Automático: Proceso mediante el cual un sistema maneja una operación o una serie de operaciones de forma automática, ajustando parámetros en tiempo real para mantener el funcionamiento deseado. Retroalimentación (Feedback): Información que se retroalimenta al sistema para ajustar y corregir el proceso en curso, garantizando la precisión y estabilidad del sistema automatizado. Tipos de Automatización ¿Qué es Automatización fija? Si se necesita fabricar durante mucho tiempo una grandísima cantidad de piezas idénticas, se suele optar por un sistema fijo. La instalación es más económica y el proceso muy efectivo, pero no permite cambios ni reprogramaciones tras la implementación inicial. Suele ser la elección en procesos de producción estables en el tiempo y de muy altos volúmenes. ¿Qué es Automatización programable? Con el uso de sistemas programables podemos fabricar lotes de un producto con idénticas características. La instalación se adapta completamente a las necesidades de proceso. Este tipo de instalaciones permiten la fabricación de piezas según la temporada ¿Qué es Automatización flexible? Este sistema de automatización permite a la industria la producción de elementos de gran variedad y características distintas desde una única máquina. La inserción en las líneas de sistemas Industria 4.0 y robots aporta gran flexibilidad pudiendo variar casi inmediatamente los recursos necesarios para la realización de los productos. En resumen, se puede afirmar lo siguiente. 1. Automatización Fija: Diseñada para tareas específicas, ideal para producción en masa. Ejemplos incluyen líneas de montaje en fábricas automotrices.  2. Automatización Programable: Puede ser reprogramada para diferentes tareas. Es útil en producción por lotes donde la flexibilidad es necesaria. Ejemplo: Robots industriales que pueden cambiar de tarea. 3. Automatización Flexible: Se adapta rápidamente a cambios en el proceso o producto, permitiendo la producción de diversos productos en la misma línea. Ejemplo: Sistemas de manufactura flexible que pueden producir diferentes modelos de un producto sin cambiar la configuración. Algunos autores clasifican la automatización solamente en dos tipos, fija o rígida y flexible o programable. Beneficios de la Automatización Eficiencia: Aumenta la producción y reduce el tiempo de ciclo. Precisión: Minimiza los errores humanos, mejorando la calidad del producto. Seguridad: Reduce la exposición de los trabajadores a ambientes peligrosos. Productividad: Permite la operación continua de las plantas, aumentando la capacidad de producción. Otros beneficios que se pueden mencionar son: La productividad aumenta significativamente gracias a la automatización industrial Este punto es innegable y uno de los motivos principales por los que toda empresa busca adquirir maquinaria para automatizar sus procesos. ¿Por qué aumenta la productividad? ✓ porque contar con una máquina que realice procesos automáticos hace que se pueda trabajar a gran velocidad; ✓ hay menos fallas al interceder menos la mano humana; ✓ las fallas que puedan producirse en la maquinaria se pueden prever; ✓ reduce mucho los tiempos de inactividad, lo que mejora también la eficiencia. El entorno laboral es más seguro Hay procesos considerados de riesgo, especialmente en los sectores dedicados al armamento o a la construcción. Contar con maquinaria que reduzca la participación de un ser humano hace que sea mucho más seguro para él. Los costos de producción se reducen significativamente La industria 4.0 ha entrado con fuerza para estandarizar los procesos de calidad, especialmente para pequeñas y medianas empresas. La maquinaria industrial automatizada permite además reducir el error humano, como ya hemos comentado antes. Esto implica que el desperdicio de materiales será mínimo, además de que el mantenimiento de las máquinas CNC es muy bajo. La calidad en el proceso es mucho mayor Ligado una vez más al factor de error humano, si automatizamos los procesos evitamos los errores de medida, corte, taladrado, etc., que puede tener cualquier trabajador que manipule los materiales de forma manual. Determinados sectores como el automotriz o el aeronáutico dan especial importancia al hecho de que sus piezas estén elaboradas con sistemas automatizados, ya que eso asegura la calidad de las piezas que posteriormente se utilizarán en el montaje. Son un elemento esencial para procesos complejos Esto quiere decir que los sistemas automatizados pueden llevar a cabo tareas que van más allá de la capacidad humana. No cometen errores de cálculo, manipulación ni roturas, además de que son mucho más resistentes y rápidas. Esto hace que pueda funcionar las 24 horas del día y que el trabajador solo deba aprender a manejarla para asentar los parámetros de su uso. Se obtiene información precisa sobre el proceso y el resultado Lo que no se puede medir, no se puede mejorar, y en ese sentido la automatización permite recolectar datos sin apenas costo económico o tiempo. Esto permite después tomar decisiones acertadas por parte de los altos mandos. Permite a los trabajadores realizar otras tareas importantes El principal motivo por el que la automatización existe es para optimizar cualquier proceso que el trabajador ya realizaba de forma mucho más lenta y con mayor margen de error. Si el trabajador se ve liberado de realizar estas tareas rutinarias, podrá elaborar otro tipo de trabajos más importantes: organización, presentación de informes, análisis, interpretación… En definitiva, tareas que de otro modo no tendría tiempo para realizar por tener reducida su capacidad física y mental. Evolución de los Sistemas de Automatización Primeros Sistemas Mecánicos: La automatización comenzó con sistemas mecánicos simples, como los molinos de viento y los relojes mecánicos. Estos sistemas utilizaban engranajes, palancas y poleas para realizar tareas específicas. Revolución industrial: Durante la Revolución Industrial, la automatización avanzó significativamente con la introducción de máquinas de vapor y telares automáticos. Estas innovaciones permitieron una mayor producción y redujeron la dependencia del trabajo manual. Automatización electromecánica: En el siglo XX, la electrificación de las industrias permitió el desarrollo de sistemas electromecánicos. La introducción de motores eléctricos y controladores electromecánicos (como relés y temporizadores) mejoró la eficiencia y la flexibilidad de los sistemas de producción. Automatización digital: Con la llegada de la electrónica y las computadoras, los sistemas de automatización se digitalizaron. Los controladores lógicos programables (PLC) y los sistemas de control distribuido (DCS) permitieron un control más preciso y flexible de los procesos industriales. Automatización avanzada y la industria 4.0: En la actualidad, la automatización está integrada con tecnologías avanzadas como el Internet de las Cosas (IoT), la inteligencia artificial (IA) y la analítica de datos. La Industria 4.0 representa la fusión de tecnologías digitales y físicas, creando fábricas inteligentes y procesos de producción altamente eficientes y adaptables. Componentes de un Sistema Automatizado Sensores: Función: Detectan cambios en el entorno y proporcionan información al sistema de control. Pueden medir variables como temperatura, presión, velocidad y posición. Ejemplos: Sensores de temperatura, sensores de presión, sensores de proximidad. Actuadores: Función: Reciben señales del controlador y realizan acciones físicas para influir en el proceso. Transforman señales de control en movimiento o fuerza. Ejemplos: Motores, válvulas, cilindros hidráulicos. Controladores: Función: Procesan la información de los sensores y envían comandos a los actuadores. Implementan algoritmos de control para mantener el proceso en los parámetros deseados. Ejemplos: Controladores lógicos programables (PLC), microcontroladores, sistemas de control distribuido (DCS). Interfaces de Usuario: Función: Permiten la interacción entre el operador humano y el sistema automatizado. Los operadores pueden monitorear el proceso, ajustar parámetros y responder a alarmas. Ejemplos: Pantallas táctiles (HMI), paneles de control, software de supervisión y control (SCADA). Niveles de automatización industrial La automatización industrial se refiere al uso de tecnologías y sistemas automáticos para controlar procesos industriales con mínima intervención humana. En una planta industrial, la automatización se implementa en diferentes niveles, que se integran para lograr un sistema de producción eficiente y flexible. Los niveles de automatización industrial generalmente se clasifican en los siguientes: Nivel de campo: Este es el nivel más bajo y está compuesto por dispositivos que interactúan directamente con el entorno físico, como sensores y actuadores. Sensores: Recogen datos del entorno, como temperatura, presión, flujo, etc. Actuadores: Ejecutan acciones en respuesta a señales de control, como abrir válvulas, mover brazos robóticos, encender motores, etc. 1. Nivel de control: En este nivel se encuentran los controladores, como los PLCs (Controladores Lógicos Programables) y DCS (Sistemas de Control Distribuido). ¿Qué es un PLC? Entre las últimas innovaciones autómatas del mercado industrial se encuentra el PLC o Controlador Lógico Programable; se trata de una computadora industrial que tiene como objetivo principal la automatización de procesos en una línea de producción, por lo que está a cargo del control de los sistemas de las máquinas. Qué es un Sistema de Control Distribuido Un sistema de control distribuido (DCS) es un sistema de control automatizado que consta de elementos de control distribuidos de forma geográfica en la planta o área de control. En realidad, el sistema de control distribuido utiliza bucles de control distribuidos por toda una fábrica, maquinaria o área de control. Es un sistema industrial automatizado y digital que se utiliza para controlar los procesos industriales y aumentar su seguridad, rentabilidad y fiabilidad. Se diferencia del sistema de control centralizado, donde un único controlador situado en una ubicación central se encarga de la función de control, pero en el DCS cada elemento de proceso, máquina o grupo de máquinas es controlado por un controlador específico. 2. Nivel de Supervisión: Este nivel incluye sistemas SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) que supervisan y controlan múltiples PLCs y DCS. SCADA: Permiten a los operadores supervisar el proceso, visualizar datos en tiempo real y controlar manualmente el sistema si es necesario. También se encargan de almacenar datos históricos. 3. Nivel de gestión de producción: En este nivel se encuentra el sistema MES (Sistemas de Ejecución de Manufactura), que gestiona y controla la producción a nivel operativo. MES: Coordina la producción en tiempo real, incluyendo la planificación, seguimiento, y optimización de los recursos de producción.  4. Nivel de planificación y gestión: El nivel más alto de automatización industrial incluye sistemas ERP (Planificación de Recursos Empresariales), que integran todas las funciones de la empresa. ERP: Planifican y gestionan los recursos de la organización, incluyendo inventarios, finanzas, logística, y recursos humanos, alineando la producción con los objetivos empresariales. Según otros autores se tiene la siguiente descripción de cada nivel: 1. Nivel Operativo o de Campo: Los sensores, actuadores, temporizadores, contadores y toda la maquinaria y equipo que se disponga para la producción, son parte de este nivel fundamental para la realización de cualquier proceso que posteriormente se automatizará. Por su naturaleza, este nivel se encuentra en la parte operativa, piso o campo y su control se limita a esta zona. 2. Nivel de Control: Es el turno de los controladores autómatas, este nivel tiene por objeto controlar procesos secuenciales por medio de ordenadores especializados como el caso de los Controladores Lógicos Programables (PLC) que reciben señales de entrada y salida, cuentan con un CPU y memoria que procesa la información cargada o software. Estos dispositivos son programados para la realización de tareas en tiempos específicos (comandos). Entre este y el primer nivel debe haber una red de comunicación también llamado protocolo de comunicación, el más utilizado es el ethernet y es imprescindible para lograr que los primeros ejecuten las órdenes que envían los controladores. 3. Nivel de Supervisión: También llamado nivel supervisorio o SCADA, su función es la representación gráfica de los anteriores niveles por medio de paneles o pantallas conocidas como HMI. Este nivel se encarga de crear una interfaz intuitiva entre la máquina, el proceso y el operario facilitando la interacción y supervisión del proceso en tiempo real o histórico. En esta fase se utiliza comúnmente un servidor de comunicaciones OPC (Ole for Process Control) para comunicar los distintos softwares de aplicación. 4. Nivel de Integración y Gestión: Entramos a los sistemas integradores, al igual que un PLC controla el proceso de un equipo en particular, un sistema MES (Manufacturing Execution System) se encarga de controlar y supervisar la producción total de toda una planta. Brinda información estratégica extraída directamente del proceso productivo en tiempo real, esto permite la planificación correcta de la organización, facilita la toma de decisiones, detecta errores, agiliza los procesos, reduce tiempos y por ende, decrementa los costos de producción. Llegamos a la cima de la pirámide y es otro sistema integral quien lo encabeza. Es momento de hablar de los sistemas ERP (Enterprise Resource Planning) como su nombre lo dice: es un sistema empresarial o software que controla los recursos de la organización para su mejor planificación. Así es, también brinda información estratégica en tiempo real en áreas operativas y administrativas, integra la parte contable como compras, ventas, inventarios, nómina y a su vez, controla los procesos de producción. Es importante mencionar que los sistemas integrales centralizan la información para su fácil interpretación y análisis, facilitando la toma de decisiones. 5. Nivel de Planeación: Aunque este sistema se posicione en la cima de la pirámide, no es exclusivo de los grandes consorcios gracias a su adaptabilidad al tamaño de cada empresa, de aquí se derivan dos grupos de software: ERP vertical  ERP horizontal El primero atiende soluciones puntuales a determinada industria mientras que el segundo puede gestionar la administración de cualquier empresa gracias a su configuración que le permite adaptarse a las necesidades de la misma. Por último, en el mercado podemos encontrar diversas marcas de sistemas ERP, los más conocidos son SAP y ORACLE pero también existen marcas como: Baan, QAD, SSA, Visual Manufacturing, Epicor entre otros. Industria 4.0 y automatización avanzada Industria 4.0 es un término que se refiere a la cuarta revolución industrial, caracterizada por la integración de tecnologías digitales avanzadas en los procesos industriales. Estas tecnologías transforman la manera en que las fábricas operan, haciendo los sistemas de producción más inteligentes, eficientes y conectados. Los pilares fundamentales de la Industria 4.0 incluyen: 1. Internet de las Cosas (IoT): Conexión de máquinas, dispositivos, sensores y sistemas a internet para recopilar y analizar datos en tiempo real. Ejemplo: Sensores conectados que monitorean la condición de las máquinas y envían alertas para el mantenimiento predictivo. 2. Big Data y analítica: Procesamiento y análisis de grandes volúmenes de datos para obtener insights sobre la eficiencia del proceso y la toma de decisiones en tiempo real. Ejemplo: Análisis de datos de producción para optimizar el rendimiento y reducir el tiempo de inactividad. 3. Inteligencia Artificial (IA) y Machine Learning: Uso de algoritmos de IA para mejorar la toma de decisiones, optimizar procesos y predecir fallos antes de que ocurran. Ejemplo: Algoritmos que ajustan automáticamente parámetros de producción para mejorar la calidad del producto. 4. Robótica avanzada: Implementación de robots autónomos que pueden realizar tareas complejas con alta precisión y adaptarse a cambios en el entorno. Ejemplo: Robots colaborativos (cobots) que trabajan junto a operarios humanos en la línea de producción. 5. Manufactura Aditiva (Impresión 3D): Creación de componentes a través de la adición de material capa por capa, permitiendo la producción de piezas complejas con menos desperdicio. Ejemplo: Impresión 3D de prototipos o componentes personalizados para equipos de producción. 6. Ciberseguridad: Protección de los sistemas industriales conectados contra ataques cibernéticos, garantizando la integridad y confidencialidad de los datos. Ejemplo: Implementación de firewalls y sistemas de detección de intrusiones en redes industriales. 7. Computación en la Nube: Uso de servicios en la nube para almacenar datos, realizar análisis y gestionar aplicaciones industriales, permitiendo el acceso remoto y escalabilidad. Ejemplo: Control y monitoreo de plantas industriales desde cualquier ubicación utilizando plataformas en la nube. La automatización avanzada en la Industria 4.0 implica la creación de fábricas inteligentes donde los sistemas están interconectados y pueden tomar decisiones autónomas para optimizar la producción. Esto lleva a una mayor flexibilidad, personalización de productos y eficiencia energética. Introducción al PLC (Controladores Lógicos Programables) Los PLCs son dispositivos esenciales en la automatización industrial. Son controladores electrónicos que ejecutan lógicas de control de manera secuencial para gestionar procesos industriales automatizados. Arquitectura de un PLC: 1. Unidad Central de Procesamiento (CPU): Es el cerebro del PLC: Procesa las instrucciones del programa de control, toma decisiones basadas en las entradas y controla las salidas. La CPU incluye un microprocesador, memoria y circuitos de comunicación. Memoria: La memoria del PLC almacena tanto el programa del usuario (lógica de control) como los datos temporales utilizados durante la ejecución. Reloj de escaneo: Controla el tiempo de ciclo del PLC, es decir, el tiempo que tarda en leer las entradas, ejecutar el programa y actualizar las salidas.  2. Módulos de Entrada y Salida (I/O): Entradas: Son puntos de conexión para dispositivos de entrada como sensores, interruptores, etc. Capturan datos del entorno físico. Salidas: Son puntos de conexión para dispositivos de salida como motores, luces, válvulas, etc. Ejecutan acciones en el proceso industrial. Los módulos I/O pueden ser digitales (ON/OFF) o analógicos (valores continuos como voltajes). 3. Fuente de Alimentación: Suministra energía a la CPU, los módulos I/O y otros componentes del PLC. La fuente de alimentación puede ser de corriente alterna (AC) o corriente continua (DC). 4. Interfaces de Comunicación: Los PLCs pueden comunicarse con otros dispositivos y sistemas a través de interfaces de comunicación como Ethernet, RS-232, RS-485, etc. Esto permite la integración con sistemas SCADA, MES y otros controladores. Funcionamiento de un PLC: 1. Ciclo de Escaneo: El funcionamiento de un PLC se basa en un ciclo de escaneo que consta de cuatro etapas: Lectura de Entradas: El PLC lee el estado de todas las entradas y las almacena en una imagen de entrada. Ejecución del Programa: La CPU ejecuta el programa de usuario basado en la imagen de entrada, procesando las instrucciones de la lógica de control. Actualización de Salidas: Después de procesar el programa, la CPU actualiza las salidas de acuerdo con las decisiones tomadas durante la ejecución. Autodiagnóstico: El PLC realiza comprobaciones internas para asegurarse de que todo el hardware está funcionando correctamente. 2. Programación del PLC: Los PLCs se programan en lenguajes específicos como Ladder Diagram (LD), Lista de Instrucciones (IL), Diagrama de Bloques Funcionales (FBD), Texto Estructurado (ST) o Diagrama Secuencial de Funciones (SFC). Ladder Diagram: Es un lenguaje gráfico que simula circuitos eléctricos, ampliamente utilizado debido a su simplicidad y fácil comprensión. Lista de Instrucciones: Un lenguaje textual que representa cada instrucción de control en una secuencia lineal. 3. Aplicaciones de PLC: Los PLCs se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones industriales como el control de procesos, automatización de maquinaria, sistemas de transporte, y sistemas de gestión de energía. El conocimiento de los niveles de automatización industrial, los principios de la Industria 4.0 y el funcionamiento de los PLCs es fundamental para entender cómo funcionan las fábricas modernas. Estos sistemas permiten que los procesos industriales sean más eficientes, seguros y adaptables, lo cual es esencial en un entorno de producción cada vez más competitivo y orientado a la tecnología. Motores eléctricos El motor eléctrico es una máquina electromecánica que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. En otras palabras, los aparatos que producen una fuerza de rotación se conocen como motores. Tipos de motores eléctricos Los motores eléctricos se clasifican principalmente en dos tipos o categorías, dependiendo del tipo de energía eléctrica aplicada: motores de corriente continua (DC) y motores de corriente alterna (AC). Entre los motores de AC se pueden encontrar los motores síncronos y asíncronos. Para los propósitos de esta materia se estudiarán solamente las de tipo asíncrono. Motor asíncrono de corriente alterna (AC): Un tipo de motor eléctrico que funciona con corriente alterna. Es común en aplicaciones industriales y comerciales y puede ser monofásico o trifásico. Motor de corriente continua (DC): Motor que opera con corriente continua, permitiendo un control preciso de la velocidad y torque, utilizado en aplicaciones específicas como vehículos eléctricos. Principios de funcionamiento y aplicaciones industriales Principios de Funcionamiento: Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía mecánica a través de la interacción entre campos magnéticos y corrientes eléctricas en sus bobinados. En motores AC, la corriente alterna cambia de dirección periódicamente, mientras que en motores DC, la corriente fluye en una única dirección. Aplicaciones Industriales: Los motores eléctricos impulsan maquinaria en diversas industrias, como bombas, ventiladores, transportadores, y herramientas eléctricas. Los motores trifásicos se utilizan en aplicaciones que requieren alta potencia, mientras que los motores monofásicos y DC se emplean en aplicaciones de menor potencia o donde es necesario un control más preciso. Partes de un motor asíncrono Bobina o devanado La bobina, también conocida como devanado, es un componente esencial en un motor eléctrico. Consiste en un conjunto de alambres enrollados en forma de bobina alrededor de un núcleo magnético. La corriente eléctrica pasa a través de estas bobinas, creando un campo magnético en el proceso. Este campo magnético interactúa con el rotor y el estator, generando el movimiento rotativo del motor. La cantidad y la disposición de las bobinas en el devanado pueden variar según el diseño y el tipo de motor, lo que afecta sus características de funcionamiento. MOTOR ASINCRÓNICO TRIFÁSICO: posee 3 grupos de bobinas en el estator, que permiten 2 tipos de conexiones en sistemas trifásicos: CONEXIÓN TRIÁNGULO y CONEXIÓN ESTRELLA. El rotor está conformado por un bobinado fijo en cortocircuito (rotor JAULA DE ARDILLA), es decir, sin bornes de conexión, en el cual se induce la corriente provocada por el campo rotante del estator. Rotor El rotor es la parte móvil del motor eléctrico que se encuentra en el interior del estator. Puede estar compuesto por imanes permanentes o por un núcleo de hierro con bobinas enrolladas alrededor de él. La interacción entre el campo magnético del estator y el campo magnético del rotor provoca el movimiento rotativo. El rotor puede estar montado en un eje que gira para transmitir el movimiento a otros dispositivos. La selección del tipo de rotor depende del tipo de motor y la aplicación específica. Estator El estator es la parte fija del motor que rodea al rotor. Está compuesto por un conjunto de bobinas de alambre enrollado alrededor de un núcleo magnético. Las bobinas del estator se conectan a una fuente de corriente eléctrica, generando un campo magnético fijo. Este campo interactúa con el campo magnético del rotor, lo que induce el movimiento rotativo. El estator proporciona el marco para las bobinas y el campo magnético necesario para la operación del motor. Rodamientos Los rodamientos son elementos que permiten que el rotor gire suavemente dentro del estator. Están diseñados para reducir la fricción y el desgaste que se producirían debido a la rotación constante del rotor. Los rodamientos son esenciales para un funcionamiento eficiente y duradero del motor, ya que aseguran que el movimiento sea suave y sin obstrucciones. Pueden ser de diferentes tipos, como rodamientos de bolas o rodamientos de rodillos, dependiendo de la aplicación y la carga. Eje El eje es una estructura que conecta el rotor con otros dispositivos externos, transmitiendo el movimiento giratorio del rotor. Puede ser una pieza sólida de metal o una estructura tubular. El eje también puede estar diseñado para soportar cargas adicionales y proporcionar estabilidad al rotor en movimiento. La elección del material y el diseño del eje dependen de factores como la potencia del motor y el tipo de aplicación. Lógica Cableada Conceptos básicos de lógica cableada Lógica AND: Un tipo de operación lógica en la cual la salida es verdadera solo si todas las entradas son verdaderas. En un circuito, esto significa que todos los interruptores deben estar cerrados para que el circuito esté activado. Lógica OR: Un tipo de operación lógica donde la salida es verdadera si al menos una de las entradas es verdadera. En un circuito, si uno de los interruptores está cerrado, el circuito se activa. Lógica NOT: Operación lógica que invierte el estado de la entrada; si la entrada es verdadera, la salida será falsa, y viceversa. Componentes Utilizados Contactor (relé): Dispositivo electromecánico que actúa como un interruptor controlado eléctricamente. Se utiliza para activar o desactivar circuitos de alta potencia mediante una señal de bajo voltaje. Relé térmico: Un relé térmico es un dispositivo de protección que funciona contra las sobrecargas y calentamientos, por lo que se utiliza principalmente en motores, con lo que se garantiza alargar su vida útil y la continuidad en el trabajo de máquinas, evitando paradas de producción y garantizando volver a arrancar de forma rápida. Pulsador: Un interruptor momentáneo que se utiliza para iniciar o detener un circuito. Solo permanece activo mientras se presiona. Lámpara Piloto: Un indicador visual que muestra el estado de un circuito, generalmente encendido o apagado. Diagramas de control y diseño de esquemas lógicos Diagrama de Control: Representación gráfica de un sistema de control, que muestra cómo están interconectados los componentes, como relés, contactores y pulsadores, para lograr la lógica deseada. Esquema Lógico: Esquema que representa la secuencia y lógica de operaciones en un sistema de control. Los símbolos estándar se utilizan para diseñar y entender el flujo de control en los circuitos. Circuitos de fuerza y mando Diferenciación entre circuitos de fuerza y mando Circuito de fuerza: Parte del sistema eléctrico que maneja corrientes elevadas para suministrar energía a los motores y otros dispositivos de alta potencia. Incluye componentes como contactores y fusibles. Circuito de mando: Circuito que controla la operación de los circuitos de fuerza mediante señales de bajo voltaje. Incluye relés, pulsadores y sensores. Simbología Los esquemas de un automatismo eléctrico son representaciones simplificadas de un circuito, independientemente de la clase de esquema siempre se deben perseguir los siguientes objetivos: – Expresar de una forma clara el funcionamiento del circuito y de cada uno de sus aparatos. – Facilitar la localización de cada aparato y sus dispositivos dentro del circuito. Normalización de la simbología y del método de trabajo. A continuación se muestran los símbolos más utilizados en automatización con lógica cableada. Por el número de elementos que se representan con un mismo símbolo pueden ser: a) Esquemas unifilares: cuando se representan con un mismo trazo varios conductores o elementos que se repiten. Se utilizan para los circuitos de potencia de sistemas polifásicos en los que se dibuja una fase y se indica sobre el conductor a cuántas fases se extiende según sea bifásico, trifásico, etc. b) Esquemas multifilares: cuando se representan todos los conductores y elementos cada uno con su símbolo. Se utilizan en la representación de los circuitos de mando, donde cada elemento realiza funciones diferentes, y para representar circuitos de potencia de automatismos. Elementos de protección y control en circuitos de fuerza Interruptor Automático: Dispositivo que protege los circuitos de sobrecargas y cortocircuitos desconectando automáticamente el suministro de energía. Fusible: Componente de protección que interrumpe el flujo de corriente si esta supera un valor predefinido, protegiendo así el circuito de daños. Relé Térmico: Dispositivo que protege los motores del sobrecalentamiento, desconectando el circuito cuando se detectan temperaturas elevadas. Ejemplos prácticos de esquemas de fuerza y mando Arranque Directo: Esquema básico donde la tensión de alimentación se aplica directamente al motor, adecuado para motores de baja potencia. Control de Motores Trifásicos: Esquema que utiliza contactores y relés térmicos para manejar y proteger motores trifásicos en aplicaciones industriales. Sistemas de arranque de motores Componentes asociados Relé Térmico: Dispositivo que protege el motor del sobrecalentamiento al desconectar el circuito si se detectan temperaturas elevadas. Temporizador: Dispositivo que permite el control del tiempo de activación de un circuito, utilizado en arranques secuenciales. Contactor: Dispositivo que controla el flujo de corriente en los circuitos de fuerza, permitiendo o interrumpiendo la energía a los motores. Pulsador: Interruptor utilizado para iniciar o detener manualmente el arranque del motor. Señalizador: Dispositivo que indica visualmente el estado del sistema, como encendido, apagado o en proceso de arranque. Arranque Directo Método de arranque donde se aplica la tensión completa de la red directamente al motor. Es simple y económico, pero puede generar un alto pico de corriente al inicio. Arranque Estrella-Triángulo Método de arranque que reduce la tensión aplicada al motor durante el inicio, disminuyendo el pico de corriente. Después de un tiempo preestablecido, el motor cambia de conexión estrella a triángulo para operar a plena tensión. Inversión de giro en un motor trifásico Arranque con autotransformador Método que utiliza un autotransformador para reducir el voltaje durante el arranque. Es eficiente y adecuado para motores de mayor potencia, proporcionando una transición suave a la operación a plena tensión. Arranque suave (Soft Starter) Dispositivo electrónico que controla el aumento progresivo de la tensión aplicada al motor, proporcionando un arranque suave y reduciendo el estrés mecánico y eléctrico en el sistema. Es ideal para aplicaciones donde se requiere un control preciso y una reducción del impacto en el motor y en la red eléctrica.