Hay una gran de dispositivos eléctricos, mismos se clasifican como dispositivos de salida utilizados para controlar u operar algún proceso físico externo. Estos dispositivos convierten una señal eléctrica en una cantidad física correspondiente, como movimiento, fuerza o sonido. Son muy habituales en la época que vivimos, siendo además su utilidad en verdad enorme. Por ello, en el presente texto queremos hablar de ciertos dispositivos de este tipo. Nos referimos a los relés o relevadores.
Los relés también se clasifican como transductores, porque cambian un tipo de cantidad física en otro; y generalmente se activa u opera mediante una señal de comando de bajo voltaje. Pueden ser clasificados como dispositivos binarios o continuos, según el número de estados que tenga su salida. No cabe duda que se trata de aparatos de gran ingenio, mismos que ameritan de su conocimiento por parte del público en general.
Un relé o relevador es un dispositivo el cual ayuda a proporcionar una conexión entre dos o más puntos en respuesta a la aplicación de una señal de control. Hay de diferentes tipos. Sin embargo, el más utilizado en todo el mundo es el conocido con las iniciales EMR o también llamado relé electrónico. Convierten un flujo magnético, generado por la aplicación de una señal de control eléctrico de bajo voltaje AC o DC, a través de los terminales del relé, en una fuerza mecánica que opera los contactos eléctricos que se encuentran dentro.
¿Cómo funcionan los relés?
Estos dispositivos se componen de un sistema interno donde la pieza principal es un electroimán que es básicamente una bobina de cable. Esta pieza es la que se convierte en un imán temporal cuando la electricidad fluye a través de él. Se enciende con la estimulación de una corriente eléctrica de poca carga. Por consiguiente; se enciende y se mueve una palanca que conduce energía eléctrica de mayor intensidad. Estas piezas son muy sensibles al paso de la electricidad en su sistema
Los relés son útiles dado a que hacen posible que las corrientes de energía eléctrica de menor intensidad sean capaces de activar dispositivos que funcionan con corrientes más grandes. Se pueden comparar estos dispositivos con los interruptores que sirven para encender o apagar equipos, al interrumpir la entrada de energía. Inclusive; pueden compararse con los amplificadores que son capaces de convertir las corrientes de energía desde las más pequeñas aumentando su intensidad.
La forma en que los sistemas internos trabajan es bastante simple. Cuando la energía fluye a través del primer circuito, activa el electroimán generando un campo magnético que atrae un contacto y activa el segundo circuito. Cuando se desconecta la alimentación, un resorte hace que el contacto vuelva a su posición original, desconectando el segundo circuito de nuevo. Así de simple son estos aparatos, que en ciertas zonas de América Latina también son conocidos con el nombre de “contactores”.
En caso de que una pequeña corriente fluya en el circuito de entrada, activando el electroimán, produce un campo magnético a su alrededor. El electroimán energizado tira de la barra de metal en el circuito de salida hacia él, cerrando el interruptor y permitiendo que una corriente mucho más grande fluya a través del circuito de salida. El circuito de salida opera un aparato de alta corriente, como una lámpara o un motor eléctrico.
Los relés eléctricos son básicamente interruptores eléctricos que vienen en muchas formas, tamaños y niveles de potencia adecuados para todo tipo de aplicaciones. Se utilizan en circuitos de control o conmutación eléctricos. Pueden ser colocados directamente en tableros de PCB; o también aparecen conectados de forma independiente en los que las corrientes de carga, las cuales son normalmente fracciones de hasta 20 amperios.
¿Cómo es su sistema interno?
La forma más común de relé electromecánico consiste en una bobina de energización llamada “circuito primario” enrollada alrededor de un núcleo de hierro permeable. Este núcleo de hierro tiene una parte fija llamada yugo, e igualmente una parte movible por un resorte llamada armadura. Esta última es la que completa el circuito del campo magnético al cerrar el espacio de aire entre la bobina eléctrica fija y la armadura móvil. La relación entre el yugo y armadura son esenciales para el correcto funcionamiento de un relé.
Para entender mejor el sistema interno de un relé, hay que considerar muy bien la pieza denominada con el nombre de armadura. Esta pieza es la que se mueve permite el correcto funcionamiento del mecanismo. Es tan relevante, que deseamos describirla con cuidado en el párrafo que presentamos a continuación a nuestros lectores.
La armadura está articulada o pivotada, lo que permite que se mueva libremente dentro del campo magnético generado y que cierre los contactos eléctricos que están conectados a dicho campo magnético. Normalmente, el yugo y la armadura se conectan entre sí por resortes para restablecer los contactos a su posición de reposo inicial cuando la bobina del relé está apagada. Estos resortes son de importancia, por lo general hay que cambiarlos cuando el relé comienza a dar errores.
Todo relé también suele tener un par de contactos, los cuales se clasifican como Normalmente Abierto (NO), los cuales no hacen contacto entre sí. Además, tienen otro conjunto que se clasifica como Normalmente Cerrado (NC) o contactos de ruptura.
En la posición normalmente abierta, los contactos se cierran solo cuando la corriente de campo está encendida y los contactos del interruptor se desplazan hacia la bobina inductiva. En la posición normalmente cerrada, los contactos se cierran permanentemente cuando la corriente de campo está apagada y cuando los contactos del interruptor vuelven a su posición normal. Estos términos de “normalmente abierto” o “normalmente cerrado” se refieren al estado de los contactos eléctricos cuando la bobina del relé está sin uso, es decir, no hay energía de alimentación conectada a la bobina del relé. De algún modo, son piezas de seguridad para el relé.
Los elementos de contacto pueden ser de diseño simple o doble. Los contactos de los relés son piezas de metal eléctricamente conductoras que se tocan entre sí para completar un circuito. Es así como permiten que la corriente del circuito fluya, como un interruptor. Cuando los contactos están abiertos, la resistencia entre los contactos es muy alta, lo que produce una condición de circuito abierto y no fluye corriente de circuito. Cuando los contactos están cerrados, la resistencia de contacto es cero, un cortocircuito, pero no siempre es así. Todos los contactos de relé tienen una cierta cantidad de resistencia cuando están cerrados.
Materiales de contacto de los relés eléctricos
Ya hemos explicado como es el funcionamiento de estos ingeniosos dispositivos. Empero, ahora es necesario hablar de los materiales usados para su manufacturación. Al respecto, los más habituales son la plata, la aleación de cobre y plata, el óxido de cadmio, el tungsteno de plata, el níquel plateado y el paladio de plata. Sobre cada uno de ellos, damos unas breves consideraciones a continuación:
- Ag (plata fina): un material con una enorme cantidad de ventajas, entre las que podemos mencionar las de la siguiente lista.
- La conductividad eléctrica y térmica son las más altas de todos los metales.
- Exhibe baja resistencia de contacto, es económico y ampliamente utilizado.
- Los contactos se deslustran fácilmente a través de la influencia de la sulfatación.
No obstante, los relés de plata son costosos. Además, tienen un problema: es frecuente que los hurten para vender luego el metal. Por eso, también se usan otros materiales.
- AgCu (cobre plata): conocidos como contactos “plateados duros” y tienen mejor resistencia al desgaste y menos tendencia a formar arcos y soldaduras, pero una resistencia de contacto ligeramente mayor.
- AgCdO (plata óxido de cadmio): muy poca tendencia al arco y soldadura, buena resistencia al desgaste y propiedades de extinción del arco. De buen precio, bastante asequibles.
- AgW (tungsteno de plata): una solución muy frecuente es valerse de esta material. Presentamos un listado con sus bondades.
- La dureza y el punto de fusión son altos, la resistencia al arco es excelente.
- No es un metal precioso.
- Se requiere una alta presión de contacto para reducir la resistencia.
- La resistencia de contacto es relativamente alta y la resistencia a la corrosión es pobre.
Como se puede apreciar, combina las bondades de otros materiales en uno solo. Por ello, goza de tanta popularidad.
- AgNi (níquel plateado): igual a la conductividad eléctrica de la plata, excelente resistencia al arco.
- AgPd (paladio de plata): bajo desgaste de contacto, mayor dureza.
- Platino, oro y aleaciones de plata: excelente resistencia a la corrosión, utilizada principalmente para circuitos de baja corriente.
Como se pude notar, son varias las alternativas para manufacturar los relés. Un primer factor a considerar sería el coste. Luego, la capacidad de cada material para transmitir cierta cantidad de energía eléctrica. Por ello, es menester preguntar siempre por el tipo de material antes de hacer son uno de estos dispositivos. Hay que tener en cuenta que los relés controlan aparatos de gran calibre, por ello deben funcionar a plenitud y sin inconvenientes de ningún tipo.
¿Para qué se utilizan habitualmente y que otras aplicaciones tienen los relés?
Los relés tienen diferentes aplicaciones y es importante aclarar que no siempre están destinados a activar sistemas. Por ejemplo, si en una planta de energía las líneas de transmisión de electricidad tienen integrados relés de protección, estos funcionan activándose cuando ocurren fallas con el fin de evitar las sobrecargas de corriente.
Hay relés electromagnéticos similares a los descritos anteriormente que en algún momento fueron ampliamente utilizados para este propósito. No obstante, son más complejos desde el punto de vista tecnológico.
En estos días, los relés electrónicos basados en circuitos integrados hacen el mismo trabajo, no sólo miden el voltaje o la corriente en un circuito; sino que también actúan automáticamente si exceden un límite previamente establecido. Es decir, se auto regulan.
¿Quién inventó los relés y cómo han evolucionado?
El año de 1835 fue cuando el ingeniero Joseph Henry inventa los relés. Este pionero del electromagnetismo estadounidense realiza una demostración de su invento en el College of New Jersey, utilizó un pequeño electroimán para encender y apagar uno más grande. Durante su discurso; deja entrever que este dispositivo podría tener múltiples usos, entre ellos es que podían utilizarse con la finalidad de controlar máquinas eléctricas que se encuentren a muchos metros de distancia.
Inclusive, el inventor hizo muestra de sus posibles usos al adaptarlo a otro invento en el que estaba trabajando en ese momento: el telégrafo eléctrico. Este artefacto sería el precursor del teléfono, que fue desarrollado con éxito por William Cooke, Charles Wheatstone y por Samuel FB Morse en el Reino Unido. Su aplicación en el ámbito de las comunicaciones se seguía haciendo en los años venideros
Los relés fueron utilizados en el cambio de los teléfonos y en las primeras computadoras electrónicas. Sin embargo, en algún punto fueron remplazados por los transistores a finales de la década de 1940. Se estima que para aquella época aún había en funcionamiento un aproximado de 70 millones de relés en el país norteamericano.
Son muchas las razones por las cuales fueron remplazados con los transistores. Estos dispositivos eran mucho más pequeños, además de que pueden hacer un trabajo similar a los relés ya que funcionan tanto como amplificadores o interruptores. Igualmente, consumen considerablemente menos electricidad y cuestan menos que los relés en referencia a su fabricación y compra.
Sin embargo, los transistores funcionaban solamente con corrientes eléctricas de corta intensidad y por ello se siguieron utilizando los relés para otras aplicaciones. Los relés eléctricos utilizan una señal de control de bajo nivel para conmutar un voltaje o suministro de corriente mucho más altos utilizando un número de diferentes configuraciones de contacto. Fue el desarrollo de transistores lo que estimuló la revolución de las computadoras desde mediados del siglo XX en adelante. Pero también hay que admitir que sin los relés, no habría transistores dado a que sirvieron de modelo para su creación.