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4.1: Tipos de interruptores

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    Aunque pueda parecer extraño cubrir el tema elemental de los interruptores eléctricos en una etapa tan tardía de esta serie de libros, lo hago porque los capítulos que siguen exploran un reino más antiguo de la tecnología digital basada en contactos de interruptores mecánicos en lugar de circuitos de compuerta de estado sólido, y una comprensión profunda de los tipos de interruptores son necesarios para la empresa. Aprender la función de los circuitos basados en conmutadores al mismo tiempo que aprendes sobre las puertas lógicas de estado sólido hace que ambos temas sean más fáciles de entender y prepara el escenario para una experiencia de aprendizaje mejorada en álgebra booleana, las matemáticas detrás de los circuitos lógicos digitales.

    ¿Qué es un interruptor eléctrico?

    Un interruptor eléctrico es cualquier dispositivo utilizado para interrumpir el flujo de electrones en un circuito. Los conmutadores son esencialmente dispositivos binarios: están completamente encendidos (“cerrados”) o completamente apagados (“abiertos”). Hay muchos tipos diferentes de interruptores, y exploraremos algunos de estos tipos en este capítulo.

    Conozca los diferentes tipos de interruptores

    El tipo de interruptor más simple es aquel en el que dos conductores eléctricos se ponen en contacto entre sí por el movimiento de un mecanismo de accionamiento. Otros interruptores son más complejos, contienen circuitos electrónicos capaces de encenderse o apagarse dependiendo de algún estímulo físico (como la luz o el campo magnético) detectados. En cualquier caso, la salida final de cualquier interruptor será (al menos) un par de terminales de conexión por cable que estarán conectados entre sí por el mecanismo de contacto interno del interruptor (“cerrado”), o no conectados entre sí (“abierto”).

    Cualquier interruptor diseñado para ser operado por una persona generalmente se llama interruptor de mano, y se fabrica en varias variedades:

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    Interruptores de palanca

    Los interruptores de palanca son accionados por una palanca inclinada en una de dos o más posiciones. El interruptor de luz común utilizado en el cableado doméstico es un ejemplo de un interruptor de palanca. La mayoría de los interruptores de palanca llegarán a descansar en cualquiera de sus posiciones de palanca, mientras que otros tienen un mecanismo interno de resorte que devuelve la palanca a una cierta posición normal, permitiendo lo que se llama operación “momentánea”.

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    Interruptores pulsadores

    Los interruptores de botón pulsador son dispositivos de dos posiciones accionados con un botón que se presiona y suelta. La mayoría de los interruptores de botón tienen un mecanismo interno de resorte que devuelve el botón a su posición “fuera” o “no presionado”, para su operación momentánea. Algunos interruptores de botón pulsador se encienden o apagan alternativamente con cada pulsación del botón. Otros interruptores de botón pulsador permanecerán en su posición “adentro” o “presionada” hasta que se retire el botón. Este último tipo de interruptores pulsadores suelen tener un botón en forma de hongo para facilitar la acción push-pull.

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    Interruptores selectores

    Los interruptores selectores se accionan con una perilla giratoria o palanca de algún tipo para seleccionar una de dos o más posiciones. Al igual que el interruptor de palanca, los interruptores selectores pueden descansar en cualquiera de sus posiciones o contener mecanismos de retorno por resorte para un funcionamiento momentáneo.

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    Interruptores Joystick

    Un interruptor de joystick es accionado por una palanca libre para moverse en más de un eje de movimiento. Uno o más de varios mecanismos de contacto del interruptor se accionan dependiendo de la forma en que se empuje la palanca, y a veces hasta qué punto se empuja. La notación de círculo y punto en el símbolo del interruptor representa la dirección del movimiento de la palanca de mando requerida para accionar el contacto. Los interruptores manuales con joystick se utilizan comúnmente para el control de grúas y robots.

    Algunos interruptores están diseñados específicamente para ser operados por el movimiento de una máquina en lugar de por la mano de un operador humano. Estos interruptores operados por movimiento se denominan comúnmente interruptores de límite, ya que a menudo se usan para limitar el movimiento de una máquina apagando la potencia de accionamiento a un componente si se mueve demasiado lejos. Al igual que con los interruptores de mano, los interruptores de límite vienen en varias variedades:

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    Interruptores de límite

    Estos interruptores de límite se asemejan mucho a interruptores manuales de palanca o selector resistentes equipados con una palanca empujada por la parte de la máquina. A menudo, las palancas se inclinan con un pequeño rodamiento de rodillos, evitando que la palanca se desgaste por el contacto repetido con la parte de la máquina.

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    Interruptores de proximidad

    Los interruptores de proximidad detectan el acercamiento de una pieza metálica de la máquina ya sea por un campo magnético o electromagnético de alta frecuencia. Los interruptores de proximidad simples utilizan un imán permanente para accionar un mecanismo de interruptor sellado cada vez que la pieza de la máquina se acerca (normalmente 1 pulgada o menos). Los interruptores de proximidad más complejos funcionan como un detector de metales, energizando una bobina de cable con una corriente de alta frecuencia y monitoreando electrónicamente la magnitud de esa corriente. Si una parte metálica (no necesariamente magnética) se acerca lo suficiente a la bobina, la corriente aumentará y disparará el circuito de monitoreo. El símbolo que se muestra aquí para el interruptor de proximidad es de la variedad electrónica, como lo indica la caja en forma de diamante que rodea el interruptor. Un interruptor de proximidad no electrónico usaría el mismo símbolo que el interruptor de límite accionado por palanca.

    Otra forma de interruptor de proximidad es el interruptor óptico, compuesto por una fuente de luz y fotocélula. La posición de la máquina se detecta ya sea por la interrupción o reflexión de un haz de luz. Los interruptores ópticos también son útiles en aplicaciones de seguridad, donde los haces de luz se pueden utilizar para detectar la entrada de personal en un área peligrosa.

    Los diferentes tipos de interruptores de proceso

    En muchos procesos industriales, es necesario monitorear diversas cantidades físicas con interruptores. Dichos interruptores pueden ser utilizados para hacer sonar alarmas, indicando que una variable de proceso ha excedido los parámetros normales, o pueden usarse para apagar procesos o equipos si esas variables han alcanzado niveles peligrosos o destructivos. Hay muchos tipos diferentes de interruptores de proceso.

    Interruptores de velocidad

    Estos interruptores detectan la velocidad de rotación de un eje ya sea por un mecanismo de peso centrífugo montado en el eje, o por algún tipo de detección sin contacto del movimiento del eje, como óptico o magnético.

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    Interruptores de Presión

    La presión de gas o líquido se puede usar para accionar un mecanismo de conmutación si esa presión se aplica a un pistón, diafragma o fuelle, lo que convierte la presión en fuerza mecánica.

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    Interruptores de temperatura

    Un mecanismo de detección de temperatura económico es la “banda bimetálica”: una tira delgada de dos metales, unidos espalda con espalda, cada metal tiene una tasa de expansión térmica diferente. Cuando la tira se calienta o enfría, las diferentes tasas de expansión térmica entre los dos metales hacen que se doble. La flexión de la tira se puede utilizar entonces para accionar un mecanismo de contacto de interruptor. Otros interruptores de temperatura utilizan una bombilla de latón llena de líquido o gas, con un pequeño tubo que conecta la bombilla a un interruptor de detección de presión. A medida que la bombilla se calienta, el gas o líquido se expande, generando un aumento de presión que luego acciona el mecanismo de conmutación.

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    Interruptor de nivel de líquido

    Un objeto flotante se puede utilizar para accionar un mecanismo de interruptor cuando el nivel de líquido en

    un tanque se eleva más allá de cierto punto. Si el líquido es eléctricamente conductor, el líquido en sí puede usarse como conductor para tender un puente entre dos sondas metálicas insertadas en el tanque a la profundidad requerida. La técnica de conductividad generalmente se implementa con un diseño especial de relé disparado por una pequeña cantidad de corriente a través del líquido conductor. En la mayoría de los casos

    no es práctico y peligroso cambiar la corriente a plena carga del circuito a través de un líquido.

    Los interruptores de nivel también se pueden diseñar para detectar el nivel de materiales sólidos como astillas de madera, grano, carbón o alimento para animales en un silo de almacenamiento, contenedor o tolva. Un diseño común para esta aplicación es una pequeña rueda de paletas, insertada en el contenedor a la altura deseada, la cual es girada lentamente por un pequeño motor eléctrico. Cuando el material sólido llena el contenedor a esa altura, el material evita que la rueda de paletas gire. La respuesta de par del motor pequeño que dispara el mecanismo del interruptor. Otro diseño utiliza una punta metálica en forma de “diapasón”, insertada en el contenedor desde el exterior a la altura deseada. La horquilla se hace vibrar a su frecuencia resonante mediante un circuito electrónico y un conjunto de bobina de imán/electroimán. Cuando el contenedor se llena a esa altura, el material sólido amortigua la vibración de la horquilla, el cambio en la amplitud y/o frecuencia de vibración detectado por el circuito electrónico.

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    Interruptor de flujo de líquido

    Insertado en una tubería, un interruptor de flujo detectará cualquier caudal de gas o líquido que exceda un cierto umbral, generalmente con una pequeña paleta o paleta que es empujada por el flujo. Otros interruptores de flujo se construyen como interruptores de presión diferencial, midiendo la caída de presión a través de una restricción incorporada en la tubería.

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    Interruptor de nivel nuclear

    Otro tipo de interruptor de nivel, adecuado para la detección de material líquido o sólido, es el interruptor nuclear. Compuesto por un material fuente radiactivo y un detector de radiación, los dos están montados a través del diámetro de un recipiente de almacenamiento para material sólido o líquido. Cualquier altura de material más allá del nivel de la disposición fuente/detector atenuará la fuerza de radiación que llega al detector. Esta disminución de la radiación en el detector se puede utilizar para activar un mecanismo de relé para proporcionar un contacto de interruptor para la medición, punto de alarma o incluso control del nivel de la embarcación.

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    Bource y el detector están fuera de la embarcación, sin intrusión en absoluto excepto el flujo de radiación en sí. Las fuentes radiactivas utilizadas son bastante débiles y no representan una amenaza inmediata para la salud del personal de operaciones o mantenimiento.

    Todos los interruptores tienen múltiples aplicaciones

    Como es habitual, hay más de una manera de implementar un switch para monitorear un proceso físico o servir como control de operador. Por lo general, no hay un solo switch “perfecto” para ninguna aplicación, aunque algunas obviamente exhiben ciertas ventajas sobre otras. Los interruptores deben ajustarse de manera inteligente a la tarea para un funcionamiento eficiente y confiable.

    Revisar

    • Un interruptor es un dispositivo eléctrico, generalmente electromecánico, utilizado para controlar la continuidad entre dos puntos.
    • Los interruptores de mano son accionados por el tacto humano.
    • Los interruptores de límite son accionados por movimiento de la máquina.
    • Los interruptores de proceso son accionados por cambios en algún proceso físico (temperatura, nivel, flujo, etc.).

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