Tipos de relés electromecánicos que debe conocer

El relé electromecánico (REM) es uno de los componentes más extendidos y a la vez menos comprendidos en las aplicaciones industriales y el diseño de circuitos. Aunque puedan parecer simples interruptores de encendido y apagado, la realidad es mucho más compleja. Desde la composición microscópica de las aleaciones de los contactos hasta la arquitectura macroscópica del montaje en carril DIN, elegir el componente equivocado entre la miríada de tipos de relés electromecánicos puede ser desastroso, ya que puede provocar la soldadura de los contactos, el agotamiento de la bobina y la degradación de la señal.

Este blog ofrece una visión técnica y en profundidad de la clasificación, la mecánica interna y el proceso de selección de los distintos tipos de relés. Más allá de las meras definiciones, ofrecemos conocimientos prácticos de ingeniería para garantizar que sus líneas de fabricación y sistemas de automatización funcionen con la máxima fiabilidad.

Entender el mecanismo central: cómo funcionan los RME

Para entender las diferencias entre los distintos tipos de relés, es necesario comprender el mecanismo común que comparten. En esencia, un relé electromecánico estándar es un dispositivo que utiliza las leyes físicas del electromagnetismo para convertir una señal eléctrica en una acción de conmutación mecánica. Este aislamiento galvánico entre el circuito de control (baja potencia) y el circuito de carga (alta potencia) ha hecho que estos dispositivos sean indispensables.

El mecanismo se basa en cuatro elementos principales que funcionan conjuntamente:

1. La bobina: Alambre de cobre enrollado alrededor de un núcleo. Produce un campo electromagnético elevado cuando pasa corriente a través de él.
2. La armadura: Se trata de una armadura que está hecha de material ferroso y es atraída hacia el centro de la bobina a medida que se genera el campo magnético.
3. La primavera del retorno: Componente tensor que devuelve la armadura a su posición original una vez que se corta la corriente a la bobina.
4. Los contactos: Conjunto de contactos formados por superficies metálicas conductoras que se tocan físicamente (hacen) o se separan (rompen) para completar el circuito.

El reto de la ingeniería: histéresis

Independientemente del tipo de relé electromecánico que elija, debe conocer el concepto de histéresis. La tensión necesaria para provocar la entrada de la armadura (tensión de arranque) no es siempre inferior a la tensión necesaria para provocar su salida (tensión de desconexión). Esta inercia mecánica ayuda a evitar las vibraciones y es uno de los principales factores para garantizar la estabilidad.

Taxonomía estructural y lógica: Más allá de lo básico

Los tipos de relés electromecánicos se suelen clasificar según su diseño físico y su filosofía de control. Estas variaciones estructurales determinan la vida útil, la velocidad y la capacidad del componente para funcionar en determinadas condiciones ambientales.

Relés de armadura frente a relés Reed

Relés de armadura (El estándar industrial):

Entre los tipos más comunes de relés en aplicaciones industriales pesadas, éstos son los caballos de batalla. Utilizan una armadura articulada para mover los contactos. Tienen una construcción robusta que les permite funcionar con grandes corrientes (de 5 A a más de 100 A).

Relés Reed (Precisión y Velocidad):

A diferencia de los tipos de armadura más comunes, estos relés electromecánicos están formados por dos láminas ferromagnéticas (lengüetas) selladas en una cápsula de vidrio.

• Pros: Es muy rápido de cambiar, no se oxida (debido al gas inerte) y su vida mecánica es muy larga.
• Contras: Capacidades de transporte de corriente extremadamente bajas. Pueden verse afectados por la soldadura por contacto cuando se producen corrientes de irrupción (por ejemplo, cargas capacitivas).

Lógica monoestable frente a lógica de enclavamiento

Relés monoestables (sin enclavamiento):

Este es el ajuste por defecto. Cuando se aplica alimentación a la bobina, el relé sólo está activo. Los contactos volverán a su posición por defecto por el muelle en caso de pérdida de alimentación (Fail-Safe). Esto es necesario en los circuitos de seguridad - por ejemplo, un sistema de parada de emergencia donde el circuito se supone que se abre por la pérdida de potencia.

Relés de enclavamiento (biestables):

Los relés de enclavamiento utilizan un imán permanente o un mecanismo de bloqueo mecánico para mantener la posición del contacto. después de se retira la alimentación de la bobina. Requieren un impulso para activarse y un segundo impulso (o polaridad inversa) para restablecerse.

• Aplicación: Son ideales para aplicaciones sensibles a la energía o funciones de memoria en las que el estado debe mantenerse en caso de fallo de alimentación. Sin embargo, no son adecuados para aplicaciones críticas de seguridad porque no se reinician automáticamente (a prueba de fallos) cuando se corta la alimentación.

Categorización según la configuración del interruptor: Polos y tiros

Cuando consulte la lista de tipos de relés electromecánicos, encontrará la terminología “polos” y “lanzamientos”.

• SPST (un solo polo, un solo tiro): El más básico. Tiene cuatro terminales y es un simple interruptor de encendido y apagado. Se suele denominar forma A (normalmente abierto) o forma B (normalmente cerrado).
• SPDT (unipolar, doble efecto): Un conmutador. Dispone de un borne común que se conecta a una de las salidas en reposo y a la otra en actividad. Es necesario para alternar entre dos fuentes de alimentación o indicadores de estado.
• DPDT (doble polo, doble tiro): Básicamente dos interruptores SPDT accionados por una sola bobina. Este es el estándar de la industria del circuito inversor del motor (inversión de polaridad) o aislamiento del vivo y el neutro simultáneamente.
• 4PDT (cuatro polos, doble efecto): Se aplica en paneles de control industrial donde se requiere una sola señal para encender simultáneamente varios indicadores independientes, tanto alarmas como circuitos de control secundarios.

Categorías específicas de la industria y tipos de protección

Además de la estructura física, los tipos de relés electromecánicos también se fabrican para adaptarse a determinadas aplicaciones y perfiles de carga.

Relés de propósito general, potencia y señalización

1. Relés de señalización: Baja tensión y baja corriente (normalmente menos de 2A). Desempeñan un papel importante a bajos niveles de energía (corriente de mojado) para garantizar la integridad de los datos en telecomunicaciones e instrumentación, y la fiabilidad de los contactos.
2. Relés de propósito general: Los relés intermedios suelen tener un rango de 5A a 10A. Se utilizan en muchas aplicaciones industriales, sistemas HVAC, electrodomésticos y lógica de automatización simple.
3. Relés de potencia: Diseñados para soportar altas corrientes de arranque y cargas inductivas, normalmente entre 20 A y 80 A. Sus separaciones entre contactos son mayores para evitar los arcos eléctricos que se producen al conmutar motores o calentadores pesados.

Variaciones térmicas y de protección especializadas

• Relés guiados por fuerza (de seguridad): En este tipo de unidad, los contactos están conectados entre sí mecánicamente. Cuando un contacto Normalmente Abierto (NA) se cierra, el contacto Normalmente Cerrado (NC) no podrá cerrarse. Este aseguramiento mecánico debe darse en módulos de seguridad y circuitos de parada de emergencia.
• Relés térmicos de sobrecarga: No se trata de relés de conmutación en el sentido habitual del término, sino de dispositivos de protección. Emplean una banda bimetálica que se pliega cuando se sobrecalienta por exceso de corriente y que tiene acción mecánica de corte del circuito para evitar que se quemen los motores.

Ciencia de los materiales de contacto: Aleaciones a medida para cargas específicas

Probablemente sea lo que menos se tenga en cuenta en la selección de relés. La vida útil de un relé será de 10 años o 10 minutos en función del contenido del contacto. Se espera que los ingenieros alineen la aleación con el tipo de carga (resistiva, inductiva o capacitiva).

En la tabla siguiente se resumen las características de rendimiento de los materiales de contacto más comunes:

Nota: Para entornos industriales donde los motores y solenoides son comunes, AgSnO2 suele ser la mejor opción por su longevidad.

Arquitecturas de montaje y sellado ambiental

La forma en que un relé se integra físicamente en un sistema afecta a los protocolos de mantenimiento y a la resistencia del entorno.

Sistemas de placa de circuito impreso, zócalo y carril DIN

• PCB Monte: Se suelda directamente a la placa. Ahorra espacio y costes, pero es difícil de sustituir.
• Enchufable / Montaje en zócalo: El relé se conecta a una base. Es el sistema que requiere más rapidez de mantenimiento. Cuando se rompe un relé, es posible sustituirlo en pocos segundos sin soldador.
• Montaje en carril DIN: El estándar del armario de control industrial. Estas unidades modulares suelen combinar el relé, la toma de corriente y el indicador LED en un único módulo de interfaz, lo que agiliza el cableado del panel.

Niveles de sellado: De la estanqueidad a la hermeticidad

Las clasificaciones de los envases suelen ajustarse a la norma IEC 61810:

• RT I (Protegido contra el polvo): Carcasa estándar, no sellada.
• RT II (Prueba de flujo): Resiste el fundente de soldadura pero no se puede lavar.
• RT III (Wash Tight): Sellado contra procesos de lavado (equivalente a IP67). Importante para PCB que se limpian en agua.

Relés electromecánicos frente a relés de estado sólido: Una comparación crítica

La pregunta más difícil a la que se ven obligados a responder los ingenieros es si utilizar un relé electromecánico (EMR) o un relé de estado sólido (SSR).

En la tabla siguiente se desglosan las compensaciones críticas entre estas dos tecnologías:

El veredicto: Los SSR deben utilizarse en el control de alta velocidad y alto número de ciclos de PID (como elementos calefactores). Seguridad general, conmutación de motores y aplicaciones que requieren un flujo de corriente cero absoluto Utilice EMR.

Guía paso a paso para elegir el relé adecuado

La elección del relé adecuado es un proceso de eliminación en el que intervienen la restricción de carga y el entorno.

Factores críticos en el proceso de selección

1. Defina el tipo de carga: ¿Es un calentador (resistivo) o un motor (inductivo)? Una carga inductiva produce un enorme pico de “Back EMF” cuando se apaga, y esto puede provocar un arco en los contactos. Debe desclasificar el relé o elegir uno diseñado para cargas inductivas (categorías AC-15 frente a AC-1).
2. Compruebe la corriente de irrupción: Las fuentes de alimentación de los LED pueden consumir 100 veces su corriente nominal durante un microsegundo. Asegúrese de que el material de contacto del relé (preferiblemente AgSnO2) puede soportar esta sobretensión sin soldarse.
3. Tensión de bobina y Medio ambiente: ¿Coincide la bobina con la tensión de control (12 VCC, 24 VCC, 230 VCA)? ¿Está la temperatura ambiente dentro del rango de funcionamiento del relé?

La ventaja OMCH: Ingeniería de precisión para la fiabilidad industrial

Es pertinente conocer las especificaciones, pero la calidad del componente fabricado es la última variable en la ecuación de la fiabilidad. Un fallo en la automatización de las industrias puede compararse con un tiempo de inactividad que puede compararse con la pérdida de ingresos.

OMCH ha abordado estos retos industriales desde 1986. Como fabricante integral de piezas de automatización industrial, OMCH va más allá de la calidad estándar “lista para usar” adhiriéndose a una filosofía de fiabilidad de ingeniería.

• Integridad del material: Los relés OMCH utilizan AgSnO2 contactos con aplicaciones de potencia, que están específicamente diseñados para resistir el arco eléctrico y la soldadura de cargas industriales inductivas.
• Coherencia a través de Automatización: OMCH posee 7 líneas de producción modernizadas y una planta de 8000 metros cuadrados que elimina la variabilidad del montaje manual. Los relés son muy consistentes y están respaldados por la ISO9001, CCC, CE y RoHS.
• En todo el sistema Compatibilidad: La OMCH cuenta con más de 3.000 referencias, que incluye relés y sensores, fuentes de alimentación y neumática, lo que proporciona una solución “One-Stop”. Esto garantiza que el relé se adapte perfectamente a la fuente de alimentación de carril DIN y a la lógica del sensor, lo que simplifica la cadena de adquisición y compatibilidad.
• Apoyo global: La OMCH dispone del apoyo técnico y logístico necesario para respaldar proyectos internacionales que operan en más de 100 países y un equipo de respuesta técnica 24/7.

Cuando elige un componente OMCH, no sólo está comprando un interruptor; está invirtiendo en un legado de 40 años de estabilidad industrial.

Lista de comprobación rápida para ingenieros

Antes de finalizar su lista de materiales, compruebe lo siguiente:

• [ ] Categoría de carga: ¿He tenido en cuenta el retroceso inductivo? (Considera añadir un diodo flyback o un varistor).
• [ ] Material de contacto: ¿Este motor/LED requiere AgNi o requiere AgSnO2?
• [ ] Tensión de bobina: ¿Tiene una fuente de alimentación regulada? (Los relés tienen una ventana de tolerancia).
• [ ] Montaje: ¿Necesito un zócalo para poder sustituirlo fácilmente en el futuro?
• [ ] Certificación: ¿Requiere el proyecto componentes que figuren en la lista UL/CE/CCC?

Con esta taxonomía y esquema de selección, los ingenieros estarán en condiciones de hacer del llamado relé humilde la parte más fuerte de su cadena de automatización.