Guía Esencial de Relés: Tipos, Aplicaciones e Historia

La mayoría de aparatos electrónicos y mecánicos requieren relés para convertir pequeña entrada eléctrica en salida de alta corriente. Tradicionalmente, relés en circuitos telegráficos de larga distancia como repetidores de señal: señal entrante refrescada transmitiéndola en otro circuito. Usados masivamente en centrales telefónicas y primeros computadores para operaciones lógicas.

Hay muchos tipos de relés para diversas aplicaciones. Hoy verás definición, funciones, aplicaciones, consideraciones de selección, componentes, diagrama, tipos, funcionamiento, ventajas y desventajas.

¿Qué es un relé?

Interruptor eléctrico que usa electromagnetismo para convertir estímulos eléctricos débiles en corrientes mayores. Conversión al activar electromagnetos que cierran/abren circuitos existentes.

Aprovechando entradas débiles para manejar corrientes fuertes, relés actúan como interruptor o amplificador según aplicación.

También: interruptor operado magnéticamente que activa/desactiva al energizar electromagnet. Tensión en bornes de entrada energiza electromagnet.

Inventado por científico estadounidense Joseph Henry en 1835.

Funciones de los relés

• Función principal: servir como interruptor donde se requiera control de circuitos.
• Algunos tipos usan electromagnet para cerrar/abrir contactos.
• Protegen circuitos de sobrecarga/fallos → relés de protección.
• Permiten sistema que funcione solo tiempo determinado o inicie tras retardo → relés temporizados.
• Conmutación de motores eléctricos y cargas de iluminación.
• Un relé puede conectar múltiples contactos que se mueven juntos al energizar/desenergizar bobina. Si un contacto falla, los demás no se mueven → relés de seguridad.
• Algunos tipos: radio TX/RX comparten antena; relé conmutador TX-RX cambia antena de receptor a transmisor.

Aplicaciones de los relés

• Circuitos de relé para funciones lógicas, papel clave en lógica crítica de seguridad.
• Funciones de retardo: temporizan apertura/cierre de contactos.
• Control de alta tensión con señal baja tensión; baja corriente controla alta corriente.
• Protección de aparatos: detectan recepción y aíslan durante transmisión.

Relé de sobrecarga: dispositivo electromecánico que protege motores de fallo de potencia o sobrecarga. Común en motores contra picos de corriente.

Funcionamiento como corriente-tiempo pero distinto a interruptores automáticos y fusibles (corte brusco apaga motor). Relé térmico de sobrecarga más usado: lámina bimetálica gira al calentarse por exceso de corriente, abre contactor → desenergiza → corta motor.

Contacto lámina-contactor desenergiza contactor y retiene potencia del motor, apagando sistema.

Consideraciones de selección de un relé

• Protección: ¿cómo protegerá el relé de sobrecargas/picos? Protección de contactos (reduce arco en inductores) y bobina (reduce sobretensión al conmutar).
• Relés estándar con aprobaciones regulatorias.
• Relés conmutación alta velocidad vitales para tiempo de conmutación.
• Corriente y tensión nominales: corriente pocos amperios a ~300 A; tensión 300 V CA a 600 V CA. Alta tensión ~15 kV disponible.
• Aislamiento entre circuito bobina y contactos.
• Tipo de contacto: NC, NO o cerrado.
• «Make Before Break» o «Break Before Make» según sistema.

Componentes de un sistema de relé

• Bastidor: contenedor/estructura robusta.
• Bobina: hilo enrollado en núcleo metálico → campo electromagnético.
• Armadura: pieza móvil abre/cierra contactos. Muelle retorno a posición original.
• Contactos: parte conductora hace/rompe circuito.

Dos circuitos: excitación (bobina) y contactos. Bobina excitada al circular corriente → campo magnético. CA: polaridad cambia 120 Hz; CC: polaridad fija.

Bobina magnética atrae placa férrea (parte de armadura). Una parte unida a bastidor, forma pivote. Extremo opuesto abre/cierra contactos en distintas configuraciones.

Configuraciones según número de interrupciones (breaks), polos y contactos (throws): p.ej. unipolar uniconmutador (SPST) o bipolar uniconmutador (DPST).

Interrupción (Break)

Número de lugares/contactos separados que un relé usa para abrir/cerrar un circuito. Simple o doble: simple rompe en un punto; doble en dos.

Simple: baja potencia (pilotos). Doble: alta potencia (solenoides).

Polo (Pole)

Número de circuitos aislados que un relé puede conmutar. Unipolar (SP): una vía a la vez. Bipolar (DP): dos circuitos aislados simultáneos. Máx. 12 polos según diseño.

Contacto / Conmutación (Throw)

Número de posiciones cerradas por polo disponibles. Uniconmutador: controla un circuito; biconmutador: dos.

En resumen, relé electromagnético: bobina en núcleo blando (solenoide), yugo de hierro (baja reluctancia), armadura móvil de hierro, uno o más juegos de contactos. Todo explicado arriba.

Diagrama de un relé

[Espacio reservado para diagrama]

Tipos de relés

Relés de retención (Latching)

Mantienen estado tras actuar → relés de impulso, retención, «stay». Usados para limitar consumo y disipación.

Imanes internos: al alimentar bobina, imán interno retiene posición contacto. Sistema no requiere potencia para mantener posición. Tras actuar, mantiene último contacto aunque se quite corriente de bobina.

Relés de estado sólido (SSR)

Componentes: BJT, tiristores, IGBT, MOSFET, TRIAC. Realizan conmutación. Frente a electromecánicos, potencia obtenida mucho mayor porque potencia control es mucho menor. Funcionan CA y CC.

Altas velocidades de conmutación (sin contactos mecánicos). Sensor en SSR (dispositivo electrónico) conmuta carga tras responder a señal de control.

Relés reed

Como electromecánicos, actuación mecánica de contactos físicos. Pero contactos masa baja y mucho menores.

Interruptor reed: bobinado como armadura. Tubo/cápsula vidrio con gas inerte, dos láminas ferromagnéticas solapadas, hermético.

Relés diferenciales

Actúan cuando diferencia fasorial de dos o más grandezas eléctricas similares supera valor predeterminado. Relés diferenciales de corriente: comparan magnitud y fase de corrientes entrando/saliendo del sistema a proteger.

Condiciones normales: corrientes entrada/salida iguales en magnitud y fase → relé inactivo. Fallo: corrientes ya no iguales.

Relés polarizados

Sensibles a dirección de corriente que los energiza. Relé electromagnético CC con fuente adicional de campo magnético permanente para mover armadura.

Circuitos magnéticos con imanes permanentes, electromagnetos, armadura. En vez de muelle, fuerza magnética atrae/repele armadura. Armadura imán permanente entre caras polares de electromagneto.

Relés Buchholz

Relés operados por gas/actuados. Detectan fallos incipientes/internos: menores inicialmente, graves con tiempo. Protección de transformadores; montados en cámara entre tanque y conservador.

Solo para transformadores inmersos en aceite en transmisión/distribución. Figura muestra funcionamiento.

Relés IDMT (Inverse Definite Minimum Time)

Característica tiempo-corriente definida para corriente falta alta; inversa para corriente falta baja. Usados en protección de líneas distribución; fijan límites corriente/tiempo. Tiempo operación ≈ inversamente proporcional a corriente falta cerca valor pickup.

Relés de protección contra sobrecarga

Diseñados para protección sobrecorriente en motores y circuitos eléctricos. Tipos: lámina bimetálica fija, electrónica o calentador intercambiable bimetálico, etc.

Motor sobrecargado → requiere estos relés para proteger sistema. Equipo sensor sobrecarga (relé térmico) con bobina que calienta lámina bimetálica o pote de soldadura → funde.

Principio de funcionamiento

Depende del tipo y diseño. Relé electromagnético simple: bobina en núcleo blando (hierro dulce). Yugo hierro (baja reluctancia), armadura móvil hierro, uno o más juegos contactos.

Armadura articulada a yugo, ligada mecánicamente a contactos móviles. Muelle sujeta armadura: relé desenergizado → entrehierro en circuito magnético. Un juego contactos cerrado, otro abierto.

Según propósito, más o menos juegos contactos. Hilo une armadura a yugo → continuidad circuito entre contactos móviles. Corriente por bobina → campo magnético → activa armadura → movimiento contactos móviles hace/rompe conexión con fijo.

Si contactos cerrados al desenergizar → movimiento abre contactos rompe conexión; viceversa si abiertos. Al quitar corriente bobina, armadura vuelve por fuerza ≈ mitad fuerza magnética → posición relajada. Fuerza: muelle (gravedad en arrancadores industriales).

Vídeo: Funcionamiento de relés

[Espacio reservado para vídeo]

Ventajas y desventajas de los relés

Ventajas:

• Control remoto de dispositivo.
• Contactos cambian fácilmente.
• Aíslan parte activadora de parte actuada.
• Funcionan bien a alta temperatura.
• Activables con baja corriente → activan máquinas gran potencia.
• Una señal controla varios contactos a la vez.
• Conmutan CC y CA.

Desventajas:

• Contactos se degradan: desgaste, oxidación.
• Tiempo conmutación alto.
• Ruido activación/desactivación molesto.

Conclusión

Los relés son componentes versátiles según efecto necesario. En este artículo exhaustivo cubrimos definición, funciones, aplicaciones, selección, tipos, funcionamiento, ventajas y desventajas.

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