rele de estado solido

Desde la época de los interruptores mecánicos, que poseían una vida útil limitada, los investigadores y quienes hacen la electrónica día a día se esforzaron en la búsqueda de un interruptor que pueda ser utilizado con corriente alterna y, que al mismo tiempo, sea capaz de manejar cargas eléctricas de consumo medio, es decir, hasta 10 Amperes. El advenimiento de los Rectificadores Controlados de Silicio (SCR’s) allanaría el paso de la tecnología electromecánica a otra puramente electrónica y sin partes móviles. Sin contener piezas que se desgasten, los Rectificadores de Estado Sólido fueron ganando terreno por sobre sus antecesores y hoy son una realidad en cualquier sistema automatizado de buena calidad. La mayoría de los circuitos que inundan la web son muy sencillos y se soportan en dos piezas fundamentales: un Opto-Triac para aislar la parte de control de la parte activa de potencia y un Triac para realizar el trabajo del interruptor propiamente dicho.

Este es el cásico Relé de Estado Sólido que inunda la web

El Opto-Triac, en los casos de relé simple, posee un circuito “inteligente” que activará al Triac durante el paso por cero de la tensión alterna de entrada. Esto garantiza una conmutación en un momento clave y que permitirá evitar picos de corriente hacia la carga. Esto es: durante el lapso en que la tensión de línea adquiere una tensión de 0Volts, la corriente que circulará sobre la carga será en consecuencia de 0 Amper. En el caso de la utilización de interruptores mecánicos o que no posean esta cualidad (Detector de Cruce por Cero), los peligros de destruir la carga están siempre presentes ya que las corrientes iniciales, en el momento de la conmutación, pueden ser muy elevadas y, en consecuencia, destructivas para el elemento utilizado como carga. ElOpto-Triac MOC3041 es un excelente dispositivo con “detección de cruce por cero” que será fundamental para nuestro Relé de Estado Sólido. Para el caso del Triac, tendremos un abanico muy amplio de elección ya que el mercado nos permite acceder de manera sencilla a dispositivos capaces de trabajar con, podríamos decir, cualquier valor de corriente. En nuestro caso, la selección se inclinó por el BTB24-600, un Triacque puede manejar cargas de hasta 25Amperes (según su hoja de datos). Por supuesto, tú utilizarás el que se ajuste a tus necesidades.

El Triac empleado por nosotros soporta hasta 25Amperes de corriente

De este modo, y con un circuito muy sencillo, nos queda armado el popular y clásicoRelé de Estado Sólido que encontrarás en casi todas las páginas que recopilan circuitos electrónicos. Pero como buenos habitantes de este templo tecnológico que esNeoTeo, a este circuito le podemos brindar funciones y prestaciones muy superiores que quizás no encuentres en ningún lugar (ni en los comerciales). Estas cualidades surgen de la necesidad, del uso y de la experiencia de trabajar con este tipo de circuitos. Por ejemplo, ¿alguna vez has encontrado un circuito que tenga un monitor de tensión de salida? Es decir, un LED que indique que el Relé está activado y entregando energía a la carga. Solo en los modelos de alta calidad y precio, ¿verdad? La mayoría tiene un aspecto compacto, robusto y que no admite un desarme sencillo, por lo tanto, ¿traen incorporado un fusible de protección? Es imposible saberlo si no podemos desarmarlos. ¿Debemos confiar en que el instalador eléctrico colocará los fusibles en forma externa? Observa como vamos preparando el circuito impreso de “nuestro” relé.

• Modelo de PCB utilizado para el Relé de estado Sólido NeoTeo
• Placa terminada

Uno de los elementos que transforman al Relé de Estado Sólido NeoTeo en un dispositivo de alta calidad es la posibilidad de ofrecer al usuario múltiples informaciones en tiempo real que serán muy útiles para determinar el funcionamiento del sistema en todo su conjunto. Sin enormes gastos y utilizando materiales convencionales, agregaremos al diseño popular los siguientes elementos:

• Fusible (no todos lo incorporan)

• Indicador de fusible quemado (LED)

• Indicador de salida de energía hacia la carga (Triac en buen estado) (LED)

• Indicador de activación de entrada (LED)

• Sensor de corriente de salida hacia la carga.

Observa la cantidad de datos elementales que siempre hacen falta cuando estás ante un relé de estado sólido. Imagínate todas las preguntas que podrías hacerte:

• ¿Tengo protección ante un cortocircuito en la salida a la carga?

Cuando la carga no enciende:

• ¿Llegan el dato de encendido al relé?

• ¿Sale energía desde el relé a la carga?

• ¿Tendrá algún fusible quemado dentro?

• Si todo lo anterior está correcto, ¿Porque no funciona la carga?

• La carga que estoy energizando ¿Es peligrosa para este relé?

• ¿Circula corriente a la salida? ¿Cuánta?

Esta y muchas preguntas más estarán resueltas (y ante tu vista) con el relé de estado sólido que te proponemos. Observa el circuito y compáralo con el inicial. Verás que las reformas son mínimas y muy sencillas.

actuadores neumaticos

Los actuadores neumáticos son mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico por medio de un movimiento lineal de vaivén, o de motores. Los actuadores neumáticos se clasifican en dos grande grupos:

•  Cilindros
•  Motores

CILINDROS 

Los cilindros neumáticos producen un trabajo: transforman la energía neumática en trabajo mecánico de movimiento rectilíneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso.

Existen diferentes tipos de cilindros neumáticos. Según el modo en que se realiza el retroceso del vástago, los cilindros se dividen en tres grupos:

• Cilindros de simple efecto
• Cilindros de doble efecto
• Cilindro de rotación

Pero antes de explicar cada tipo de cilindro hay que tener claras los elementos que componen un cilindro: 

Generalmente, el cilindro neumático está constituido por un tubo circular cerrado en los extremos mediante dos tapas, entre las cuales de desliza un émbolo que separa dos cámaras. Al émbolo va unido a un vástago que saliendo a través de una ambas tapas, permite utilizar la fuerza desarrollada por el cilindro (gracias a la presión del fluido al actuar sobre las superficies del émbolo).  

        

Cilindros de simple efecto 

El cilindro de doble efecto realiza el trabajo en un solo sentido:

- El émbolo se desplaza por la presión del aire comprimido.

- Después retorna a su posición inicial por medio de un muelle recuperador ( o bien mediante fuerzas exteriores.)

Como por regla general la longitud de la carrera no supera los 10 cm, que el diámetro de los cilindros es pequeño y el consumo aire es muy poco entonces se suelen aplicar: como elementos auxiliares en las automatizaciones.

   

Podemos encontrar hasta 3 tipos de cilindros de simple efecto:

Embolo
Membrana

Membrana enrollable

Cilindro de émbolo

Funcionamiento:

El perbunan (un material flexible) recubre el pistón para así conseguir que este cerrado completamente. 1-2) El aire comprimido entra empujando el vástago, y comprimiendo el muelle. Los bordes de junta se deslizan sobre la pared interna del cilindro. 2-3) Después el muelle hace volver el vástago a su estado inicial.  

1)      2)      3) 

Aplicación:

Este cilindro tan simple se usa para frenar objetos rotativos con mucha velocidad, se aplica sobretodo en los frenos de camiones y trenes, ya que se usa de frenado instantáneo de emergencia.

Cilindros de membrana

Funcionamiento:

Funciona igual que el cilindro de embolo pero esta vez no es un embolo sino una membrana que lo sustituye. El vástago se fija al centro de la membrana.

1-2) El aire comprimido entra con fuerza, empujando la membrana y por consiguiente se empuja el vástago.  2-3) La flexibilidad de la membrana la hace volver a su estado inicial  

1)      2)       3) 

Aplicación:

Sus aplicaciones son extensas, sobretodo en la fabricas de automatización. Se podría usar para estampar, remachar o fijar por ejemplo.

Cilindros de membrana enrollable

Este cilindro es muy parecido al cilindro de membrana, pero el vástago puede salir mucho más (unos 5 o 8 cm). A parte el rozamiento es mucho menor.

1-2) El aire comprimido entra con fuerza, empujando la membrana, comprimiendo el muelle y por consiguiente empujar el vástago. 2-3) La flexibilidad de la membrana y el efecto del muelle hace volver la membrana a su estado inicial.  

1)         2)         3) 

        _______________________________________________________________ 

Cilindros de doble efecto 

Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar una misión también al retornar a su posición inicial, ya que hay un esfuerzo neumático en ambos sentidos. Se dispone de una fuerza útil en ambas direcciones.

1-2) El aire comprimido empuja el émbolo hacia fuera.

2-1) El aire comprimido empuja el émbolo hacia dentro.

1)         2) 

 Podemos encontrar hasta 4 tipos de cilindros de doble efecto:

:    Con amortiguación interna

:    De vástago pasante

:    Posicionadores

:    De percusión

Para entender bien el cilindro de doble efecto explicaremos como funciona y como se aplica cada tipo de este actuador.

    

   Cilindros con amortiguación interna:

Si el cilindro tiene que trasladar masas grandes, para evitar choques bruscos y daños: se usa un amortiguador que funciona antes de acabar “la carrera” del émbolo.

Funcionamiento:  

-1-		Se introduce aire comprimido por la parte del amortiguador, el vástago se empuja hacia fuera.
-2-		Introducimos aire comprimido por la parte opuesta al amortiguador, obligando al vástago volver a su posición inicial.
-3-		El aire comprimido se comprime más en la última parte de la cámara del cilindro.
-4-		Esta sobrepresión producida se disminuye gracias al escape de aire ( la sección de escape es muy pequeña).
-5-		Entonces el émbolo se desliza poco a poco hasta su posición final.
-1-		Se vuelve a introducir aire comprimido, y así sucesivamente.

   

 Cilindros de doble vastago

Este tipo de cilindros tiene un vástago corrido hacia ambos lados. Dando la posibilidad de dar trabajo por cada lado. Solo dispone de dos cojinetes facilitando el movimiento del vástago.

   

1-2)Entra aire comprimido por la izquierda entonces el vástago se mueve hacia la derecha.

      

2-1)Entra aire comprimido por la derecha entonces el vástago se mueve hacia la izquierda.

Cilindros de diferentes posiciones:

Funcionamiento:      

Este cilindro está constituido por dos o más cilindros de doble efecto. Dependiendo en que cámara se introduce actúa un cilindro u otro. En el esquema os mostramos como están acoplados dos cilindros de carreras distintas, se obtienen cuatro posiciones:

1)		2)		3)
4)		5)

Aplicación:Su ampliación es muy amplia, sobretodo en los autómatas industriales:

-Colocación de piezas en estantes.

-Accionamiento de compuertas

-Cambio de palanca en parada.

-Diferenciar las piezas malas con las buenas, clasificador

   

Cilindros de percusión:

   

Funcionamiento:

En este cilindro se aprovecha la energía del aire a presión y a mas la energía de movimiento. Obteniendo así una gran fuerza ya que sale a una velocidad de 7,5 y 10 m/s (sabiendo que lo normal es entre 1 y 2 m/s). La fuerza varia en función de la velocidad y por el diámetro del cilindro (se puede obtener hasta 500Nm)

1)		2)
3)		4)

Aplicación:

  Como la fuerza de impacto es muy grande en relación con el tamaño del cilindro entonces se usa para:

- Prensar

- Remachar

- Estampar

- etc

        

Cilindro de rotación 

Estos cilindros por método de la presión introducida podemos obtener un movimiento rotativo

De este tipo de actuador podemos encontrar de 2 tipos:

        :    Los cilindros de giro

        :    Los cilindros de cable

   

Los cilindros de giro

Funcionamiento:

En esta ejecución de cilindro de doble efecto, el vástago es una cremallera que acciona un piñón y transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio, podemos regular si queremos el movimiento en sentido de las agujas del reloj o al reves.

Los ángulos típicos de giro son de 45° , 90° , 180° , 290° hasta 720° ..

El giro está en función de: la presión y la superficie del émbolo.

A continuación mostramos dos secuencias claves de este cilindro rotativo tan simple:

           

Aplicación:

Al dar un movimiento rotativo se puede emplear para:

-         Voltear piezas y doblar tubos metálicos.

-         Regular acondicionadores de aire.

-         Accionar válvulas.

-         etc

Otro tipo de cilindro de giro:

Puede realizar un movimiento angular especificado, como mucho un giro de 300º. En este siguiente se ve claramente que funciona igual que el anterior cilindro de giro:

1)        2)      3) 

   

Los cilindros de cable:

Funcionamiento:

Este es un cilindro de doble efecto. Por medio de poleas en los extremos de un cable (las poleas están fijadas en ambos lados del émbolo).  

    

Cuando entra presión por un lado: el embolo se mueve hacia el otro. De esta forma el cable se mueve también, provocando un movimiento rotativo.

Aplicación:

Esos cilindros son muy útiles para:

-Abrir y cerrar puertas.

-Mover cargas no muy pesadas.(tanto horizontal como vertical)

-Obtener carreras largas (en el caso que las dimensiones sean pequeñas)

   

MOTORES 

   

Estos elementos transforman la energía neumática en un movimiento de giro mecánico. Funcionan igual que los cilindros de giro pero el ángulo de giro no está limitado. Por eso es de los cilindros neumáticos más usados.

Estos cilindros por método de la presión introducida podemos obtener un movimiento rotativo

De este tipo de actuador podemos encontrar de 2 tipos:

            :    Motor de aletas

            :    Motor de pistones 

Ventajas:

- Construcción sencilla ( peso ligero )

- Arranque y paro muy rápido

- Insensibilidad al polvo, agua, calor y frío

- La velocidad varia entre 3.000 y 8.500 rpm .

- Alta aceleración y baja inercia.

 Motor de aletas

Este motor por medio de aletas transforma la energía neumática en energía rotativa (también podría  por medio de piñones)

Este es el motor neumático usado más frecuentemente.

Funcionamiento:

Estos motores se constituyen en el principio de la inversión del compresor rotativo. Un rotor dotado de ranuras gira en una cámara cilíndrica. En las ranuras se deslizan aletas, que son empujadas contra la pared interior del cilindro por el efecto de la fuerza centrífuga. Normalmente estos motores tienen de 3 a 10 aletas, estas forman cámaras en el interior del motor. El aire entra en la cámara más pequeña y se dilata a medida que el volumen de la cámara aumenta.

Ventajas:  

- Son mas ligeros y baratos que los motores de pistones

- La velocidad se controla fácilmente y oscila entre 3000 y 25000 r.p.m.

- La relación peso/potencia es muy alta

Motor de pistones:

Funcionamiento:

La presión que se provoca en cada pistón hace desarrollar una potencia se desarrolla bajo la influencia. El numero de cilindros puede ser 4 o 6.

Según sea la disposición de los pistones pueden ser de tipo radial o axial. Su comportamiento es similar, caracterizándose los de pistón axial por un par rápido y elevado en el arranque.

Esquema de un motor de pistones con 4 cilindros en dos momentos distintos:

                                                    

Ventajas:

- Trabajan a bajas velocidades (inferiores a las de los motores de aletas)

- Si la velocidad es muy baja entonces se obtiene el par máximo.

- El par de arranque es muy efectivo (más que el de los motores de aletas)

Aplicaciones:

Se emplean para trabajos a baja velocidad con grandes cargas, por ejemplo: estos motores, generalmente, están diseñados para ser usados en maquinas de perforación.