Fundamentos de Electricidad, Automatización y Neumática Industrial

Diferencias entre la Corriente Continua y Corriente Alterna

La corriente continua (C.C.) se genera a partir de un flujo continuo de electrones siempre en el mismo sentido.

En la corriente alterna (C.A.), los electrones no se desplazan de polo a polo, sino que, a partir de su posición fija en el cable, oscilan de un lado a otro de su centro, dentro de una misma amplitud y a una frecuencia determinada.

Leyes Fundamentales de la Electricidad

Ley de Ohm

El flujo de corriente que circula por un circuito eléctrico cerrado o entre dos puntos es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos, e inversamente proporcional a la resistencia eléctrica.

Ley de Watt

La ley de Watt establece que la potencia eléctrica es directamente proporcional al voltaje de un circuito y a la intensidad que circula por él.

Efecto Joule

Es el fenómeno por el cual, si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor, elevando la temperatura del mismo.

Estructura y Representación de Circuitos Eléctricos

Los 5 bloques de un circuito eléctrico

1. Generador: Encargado de producir la energía eléctrica.
2. Receptor o carga: Transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía.
3. Conductor: Hilos y cables que conectan el generador y el receptor.
4. Elementos de control: Conectan o desconectan partes del circuito eléctrico.
5. Elementos de protección: Desconectan el circuito ante cambios bruscos que pueden provocar su deterioro.

Formas de representar un circuito eléctrico

1. Unifilar: Permite simplificar la representación de una instalación.
2. Multifilar: Explica el funcionamiento y contenido de una instalación (es el más usado).
3. Topográfica: Dibujo en perspectiva de la zona a plasmar.
4. Circuital: Muestra elementos, canalizaciones, cajas de derivación con los conductores, el modo en que se conectan las líneas repartidoras, elementos de control y los receptores.

Funciones de los elementos del circuito

Elementos de mando

Permiten controlar el flujo de corriente eléctrica en el circuito y pueden ser manuales o automáticos.

Dispositivos de protección

Su función es evitar sobrecargas, cortocircuitos y derivaciones en el circuito eléctrico que podrían provocar su deterioro.

Derivación eléctrica

Se produce cuando parte de la corriente se deriva a tierra, ya sea por defectos de aislamiento en los conductores o por contactos accidentales. Se evita conectando una toma de tierra al circuito.

Automatización Industrial

Concepto y Partes

La automatización es la sustitución de la acción humana por mecanismos independientes o interconectados, movidos por una fuente de energía exterior, capaces de realizar ciclos completos de operaciones repetitivas.

Partes de la automatización:

• Una fuente de energía.
• Órganos de mando: Ordenan el ciclo a realizar.
• Órganos de trabajo: Ejecutan las tareas.

Técnicas de automatización

1. Automatización mecánica.
2. Automatización neumática.
3. Automatización hidráulica.
4. Automatización eléctrica.
5. Automatización electrónica.

Control de procesos: Lazo Abierto y Lazo Cerrado

Lazo abierto: La información circula en una sola dirección; el sistema de control no recibe confirmación de que las acciones se han efectuado correctamente.

Entrada -> Control -> Planta o Proceso -> Salida

Lazo cerrado: Existe una realimentación a través de sensores que permiten comprobar si el proceso se ha realizado correctamente.

Entrada -> Comparador -> Control -> Planta o Proceso -> Salida
(Retroalimentación desde la salida hacia el comparador)

Protección de Instalaciones Eléctricas

Una instalación debe protegerse contra sobrecargas, cortocircuitos y derivaciones a tierra (contactos directos o indirectos).

Diferencias entre dispositivos

• Fusible vs. Magnetotérmico: El poder de corte del magnetotérmico es generalmente inferior al poder de corte del fusible.
• Relé de tensión: Al recibir tensión la bobina, hace bascular el conjunto magnético, cambiando la posición de los contactos (los abiertos se cierran y los cerrados se abren).
• Relé de intensidad: Se utiliza para la protección contra excesos de intensidad, falta de fases o faltas de tierra.
• Magnetotérmico: Dispositivo que actúa ante sobrecargas o cortocircuitos. Protege la instalación y los dispositivos.
• Interruptor diferencial: Actúa cuando hay una derivación a tierra. Protege a personas y animales.
• Disyuntor o protección térmica: Actúa ante sobrecargas o cortocircuitos. A diferencia del magnetotérmico, este es regulable.

Motores Eléctricos

Corriente de arranque

La corriente de arranque es la que toma el motor al iniciar su marcha; es considerablemente mayor que su corriente nominal porque necesita vencer la inercia del eje y la carga acoplada. El par de arranque es directamente proporcional a esta corriente.

Motor Asíncrono Trifásico

Identificación de bornes:

• Conexión en estrella: Trabaja con menos tensión en cada bobina (es veces menor que la tensión de línea).
• Inversión de giro: Para que un motor invierta su sentido, es necesario intercambiar dos de las fases que llegan al motor.
• Tipos: Motor de rotor de jaula de ardilla y motor de rotor de anillos rozantes.
• Partes principales: Estator, rotor, bobinado, eje y carcasa.

Sistemas Neumáticos

Ventajas y Desventajas

Ventajas: Materia prima inagotable, fácil transporte, almacenable, no tóxico, no inflamable y económico.

Desventajas: Fuerza limitada, regulación imprecisa, problemas por compresibilidad, requiere tratamiento del aire y los compresores son ruidosos.

Conceptos Físicos y Leyes de los Gases

Presión: Relación entre la fuerza ejercida sobre una superficie y su área.

• Ley de Gay-Lussac: A presión constante, el volumen de un gas aumenta proporcionalmente a la temperatura.
• Ley de Boyle y Mariotte: A temperatura constante, el volumen disminuye al aumentar la presión.

Componentes de la Red Neumática

El compresor de aire impulsa el fluido ejerciendo presión. Los procedimientos pueden ser por compresión volumétrica o turbocompresión.

Elementos de una red de distribución: Compresor, dispositivo auxiliar, grifo de purga, colector de reparto y separador.

Unidad de mantenimiento (FRL): Filtro de aire, regulador de presión y lubricador.

Válvulas y Control Neumático

Existen diversos tipos de válvulas: OR, AND, 5/2, 2/2, escape rápido, de estrangulamiento y antirretorno.

Una válvula distribuidora ordena los cambios en la dirección del fluido (asiento o corredera).

Tipos de mando en cilindros

• Mando directo: El operador actúa directamente sobre los actuadores de trabajo.
• Mando indirecto: El operador actúa sobre actuadores de mando que gobiernan a los principales.
• Mando condicional: Requiere la acción simultánea de dos pulsadores (Lógica AND).
• Mando automático: Repetición indefinida del ciclo sin intervención humana.

Electroneumática

Relé eléctrico: Interruptor controlado por un electroimán que permite manejar circuitos independientes. Controla las electroválvulas.

Electroválvula: Elemento mixto que utiliza una señal eléctrica para mover el émbolo distribuidor. Pueden ser monoestables o biestables.

Retroalimentación: Proceso donde la señal vuelve al principio del sistema en forma de bucle.

Niveles de la Neumática

1. Alimentación.
2. Actuadores.
3. Lógica.
4. Distribuidores.
5. Reguladores.
6. Trabajo.