Construcción de relés: de solenoides a aplicaciones industriales

Electricidad y magnetismo

Cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor, genera un campo magnético que rodea el conductor. Si el conductor se enrolla en bobina, el campo magnético se alinea a lo largo del eje de la bobina. Más fuerte la corriente, más fuerte el campo magnético, todo lo demás igual.

Inductores y campos magnéticos

Los inductores resisten cambios de corriente almacenando energía en su campo magnético. En un transformador, dos bobinas inductivas comparten un núcleo de hierro común para que el campo de una bobina transfiera energía a la otra. Más allá de transformadores, los campos electromagnéticos pueden aprovecharse para movimiento mecánico.

Solenoides

Cuando un campo magnético de una bobina con corriente tira de un objeto magnético cercano —llamado armadura— se forma un solenoide. La armadura puede ser impulsada por CC o CA, y la polaridad del campo es irrelevante para atraer material ferrosos. Los solenoides impulsan pestillos de puertas, válvulas, articulaciones robóticas y mecanismos de interruptores. Cuando un solenoide acciona contactos, el dispositivo se llama relé.

Relés

Los relés son indispensables para controlar grandes corrientes o voltajes con una modesta señal eléctrica. La bobina puede consumir solo pocos miliamperios, mientras los contactos pueden transportar cientos de amperios. En efecto, un relé amplifica una señal de control de baja potencia en una acción de alta potencia. Esta propiedad hace a los relés esenciales en circuitos lógicos y automatización industrial.

En el esquemático anterior, una bobina de 12 VCC energiza un contacto unipolar unidireccional que interrumpe un circuito de 480 VCA. Las bobinas de relé típicas consumen <1 A, mientras contactos industriales están calificados para 10 A o más.

Ensamblaje de relé

Un ensamblaje bobina/armadura puede operar múltiples contactos —normalmente abiertos, normalmente cerrados, o mezcla. Los contactos están en su estado «normal» cuando la bobina está desenergizada. Tipos de contactos incluyen almohadillas metálicas al aire, tubos de mercurio y láminas magnéticas, elegidos según capacidad de corriente, resistencia a corrosión y supresión de chispa.

Ejemplos de dispositivos relé físicos

Tres relés pequeños de base octal, cada uno de unas dos pulgadas de alto, montados en panel de control en planta municipal de tratamiento de agua. Los relés de base octal se enchufan en zócalos asegurados por ocho pines metálicos, permitiendo extracción y reemplazo rápido.

Otros beneficios de los relés

Los relés proporcionan aislamiento eléctrico entre circuito de bobina y circuito de contactos, permitiendo un lado CC y otro CA, o operar a niveles de voltaje muy distintos. Este aislamiento protege electrónica de control sensible de picos de alto voltaje.

Corriente de enganche (Pull-in) y corriente de liberación (Drop-out)

Los relés exhiben histéresis. Para actuar, la bobina debe suministrar corriente mínima —conocida como corriente de enganche— análoga al umbral de entrada alta de una compuerta lógica. Una vez la armadura en posición, una corriente menor, la corriente de liberación, basta para mantenerla ahí. La diferencia entre corrientes de enganche y liberación crea comportamiento tipo trigger-Schmitt, asegurando operación limpia encendido/apagado.

Repaso

• Un solenoide produce movimiento mecánico desde bobina electromagnética; su parte móvil es la armadura.
• Un relé es un solenoide configurado para accionar contactos de interruptor cuando se energiza.
• Corriente de enganche es la corriente mínima de bobina necesaria para mover armadura de su estado normal.
• Corriente de liberación es la corriente máxima de bobina por debajo de la cual la armadura retorna a su estado normal.

Hojas de trabajo relacionadas

• Hoja de trabajo de relés electromagnéticos básicos