Fundamentos de Automatismos Eléctricos: Relés, Sensores y Circuitos Secuenciales

Automatismos y Relés

Los automatismos son dispositivos diseñados para ponerse en funcionamiento o dejar de operar sin necesidad de intervención humana directa, respondiendo a ciertas circunstancias predefinidas.

Tipos de Automatismos

• Mecánicos: Como la válvula de una olla a presión.
• Eléctricos: Por ejemplo, los interruptores automáticos.
• Electrónicos: Basados en circuitos y componentes electrónicos.

El Relé

Un relé es un interruptor electromecánico que permite conectar entre sí dos circuitos eléctricos independientes. Su principal función es que un circuito de bajo voltaje o baja potencia (circuito de activación) pueda controlar la apertura o cierre de un segundo circuito que puede operar con un voltaje y una corriente mucho mayores (circuito de trabajo).

Circuito de Activación

Funciona al recibir una pequeña señal eléctrica. Cuando se cierra este circuito, una bobina (electroimán) se energiza y atrae una pieza metálica móvil llamada armadura. El movimiento de esta armadura es lo que activa físicamente los contactos del circuito de trabajo.

Circuito de Trabajo

Está formado por un conjunto de contactos que se abren o cierran por la acción mecánica de la armadura. El número y tipo de contactos determinan las funciones que el relé puede realizar.

Tipos de Relés

• Relés Normalmente Abiertos (NA): En su estado de reposo, el contacto del circuito de trabajo está abierto. Cuando se activa el relé, el contacto se cierra, permitiendo el paso de corriente.
• Relés Normalmente Cerrados (NC): En reposo, el contacto está cerrado. Al activar el relé, el contacto se abre, interrumpiendo el circuito. Se emplean habitualmente en circuitos de seguridad.
• Relés con Conmutador: Disponen de contactos que permiten elegir si se quiere usar la sección NA, la NC, o ambas, funcionando como un conmutador que dirige la corriente por uno de dos caminos posibles.

Sistemas de Control y Sensores

Un sistema de control es un dispositivo o conjunto de dispositivos capaz de ordenar, regular y dirigir su propio comportamiento o el de otro sistema para lograr un objetivo determinado.

Sistemas de Lazo Abierto

Son sistemas en los que la señal de salida no tiene ningún efecto sobre la acción de control. El sistema no comprueba si se ha alcanzado el resultado deseado. Un ejemplo simple es un tostador con temporizador.

Sistemas de Lazo Cerrado

Son sistemas que se adaptan a las circunstancias de cada momento, ya que la salida se realimenta y se compara con la entrada para ajustar la acción de control. Estos sistemas están provistos de sensores que miden las condiciones del entorno y envían señales para corregir el comportamiento del sistema.

Sensores

Un sensor es un dispositivo que detecta magnitudes físicas o químicas (variables de instrumentación) y las transforma en variables eléctricas. Cuando detectan un evento o un cambio en su entorno, envían una señal para que el sistema al que pertenecen actúe en consecuencia.

Resistencias LDR (Light Dependent Resistor)

Es un componente electrónico cuya resistencia varía según la cantidad de luz que recibe. Actúa como un sensor lumínico: cuando se ilumina, su resistencia disminuye drásticamente, permitiendo un mayor paso de corriente; en la oscuridad, su resistencia es muy alta, impidiendo el paso de corriente.

Sensores de Infrarrojos

La radiación infrarroja es invisible al ojo humano, pero se puede detectar mediante sensores adecuados. Los sensores piroeléctricos (PIR), por ejemplo, generan una pequeña corriente eléctrica cuando son expuestos a cambios en la radiación infrarroja, lo que los hace ideales para detectar el movimiento de personas o animales por el calor que emiten.

Sistemas Secuenciales

Los sistemas secuenciales son circuitos digitales cuya salida depende no solo de las entradas actuales, sino también de la secuencia de entradas anteriores (es decir, tienen memoria). Habitualmente, utilizan circuitos combinacionales junto con elementos de memoria.

Circuitos Biestables (Flip-Flops)

Un circuito biestable, también conocido como flip-flop o latch, es un circuito lógico que tiene dos estados estables posibles. Estos estados se utilizan para almacenar un bit de información: SET (estado '1' o activo) y RESET (estado '0' o inactivo).

Tipos de Biestables

• Biestable R-S (Reset-Set): Es el más básico. La versión con puertas NOR se activa a nivel alto (un '1' en la entrada S lo pone en SET, y un '1' en R lo pone en RESET). La versión con puertas NAND se activa a nivel bajo (un '0' en la entrada correspondiente provoca el cambio de estado).
• Biestable D (Data o Delay): Se diferencia del R-S en que tiene una única entrada de datos (D) y una entrada de habilitación o reloj (CLK). El valor de la salida Q tomará el valor de la entrada D cuando la señal de reloj se lo permita.
• Biestable J-K: Se comporta de forma muy parecida al R-S, pero resuelve el problema de la indeterminación que ocurre en el R-S cuando ambas entradas son '1'. En un J-K, si J=1 y K=1, la salida conmuta (cambia a su estado contrario) con cada pulso de reloj.

Registros

Los registros son un conjunto de biestables conectados en cascada, donde la información se va transmitiendo o almacenando. Son componentes fundamentales para el funcionamiento de los dispositivos de almacenamiento (como la memoria RAM) y para el desplazamiento de datos (registros de desplazamiento).