Relés Electromecánicos:

Estructura Funcionamiento y Aplicaciones.

Tipos de Relés y Tecnologías.

Un relé electromecánico es esencialmente un interruptor accionado por una señal eléctrica. Actúa como un interruptor de control que utiliza un electroimán para abrir o cerrar contactos eléctricos en un circuito.

Su función principal es permitir que un circuito de baja potencia (el circuito de control, que alimenta el electroimán) pueda controlar un circuito de alta potencia (el circuito de carga, que se abre o cierra con los contactos). Esto proporciona un aislamiento eléctrico completo entre el circuito de control y el circuito controlado. 

Estructura y Funcionamiento

Los componentes principales y su funcionamiento son:

1. Bobina (Electroimán): Es un enrollamiento de alambre que, al aplicarle una corriente eléctrica (la señal de control), genera un campo magnético.
2. Núcleo: Una pieza fija de material ferromagnético (como hierro) que está dentro de la bobina y ayuda a concentrar el campo magnético.
3. Armadura: Es la parte móvil del relé. Cuando la bobina se energiza, el campo magnético atrae la armadura.
4. Contactos: Son los interruptores que se abren o cierran cuando la armadura se mueve. Pueden ser:
• Normalmente Abiertos (NA o NO - Normally Open): El circuito está abierto (desconectado) cuando el relé no está energizado. Se cierran al activarse la bobina.
• Normalmente Cerrados (NC - Normally Closed): El circuito está cerrado (conectado) cuando el relé no está energizado. Se abren al activarse la bobina.

Funcionamiento:

• Al aplicar corriente a la bobina, se crea un electroimán.
• El electroimán atrae la armadura.
• El movimiento de la armadura provoca que los contactos cambien de estado (los NA se cierran y los NC se abren), permitiendo o interrumpiendo el flujo de corriente en el circuito de carga.
• Al interrumpir la corriente en la bobina, el campo magnético desaparece, y un resorte devuelve la armadura y los contactos a su posición inicial. 

Aplicaciones Comunes:

Los relés electromecánicos son muy versátiles y se utilizan en una amplia gama de sistemas:

• Control Industrial: En sistemas de automatización, para arrancar y detener motores, y para el control de maquinaria.
• Automoción: Control de luces, limpiaparabrisas, sistemas de inyección, y otros circuitos de potencia.
• Sistemas de Protección: En circuitos de seguridad para desconectar equipos automáticamente en caso de fallos, sobrecargas o cortocircuitos.
• Electrónica de Consumo: En electrodomésticos (como aires acondicionados, calefacción) y otros dispositivos donde se necesite conmutar alta potencia.

La gran ventaja es su capacidad para manejar altas potencias o voltajes en el circuito de carga, siendo controlados por una tensión o corriente mucho menor en su bobina 

Si quieres ver una explicación visual del funcionamiento de los relés, puedes ver este video:

https://youtu.be/XUwzoUD3UD 

Tipos de relés electromecánicos:

Existen varios tipos de relés electromecánicos (EMR), clasificados principalmente por su diseño interno o por la función especializada que cumplen.

Tipos más comunes:

Tipos por Diseño Interno (Mecanismo de Acción)

Estos relés se diferencian por cómo el electroimán mueve los contactos:

Relé de Armadura (Convencional):

• Características: Es el tipo más antiguo y común. Utiliza una armadura giratoria que bascula cuando el electroimán se energiza, cerrando o abriendo los contactos.
• Aplicación: Ampliamente usado en electrónica general, control industrial y aplicaciones de bajo a medio consumo.

Relé de Núcleo Móvil (Tipo Solenoide):

• Características: En lugar de una armadura giratoria, utiliza un émbolo (núcleo) que se desliza linealmente dentro de la bobina (solenoide). Genera una mayor fuerza atractiva.
• Aplicación: Útil para conmutar altas corrientes, a menudo se encuentra en sistemas de automoción y aplicaciones de potencia.

 

Relé Tipo Reed o de Lengüeta:

• Características: Consta de una ampolla de vidrio sellada herméticamente que contiene dos o más láminas metálicas flexibles (lengüetas) que actúan como contactos. Se activan mediante la bobina que lo rodea o simplemente acercando un imán.
• Aplicación: Se utiliza cuando se requiere una conmutación de alta velocidad, larga vida útil, y en aplicaciones de baja potencia/bajo voltaje (como sensores de proximidad o en telecomunicaciones).

Relé Polarizado (o Biestable):

• Características: Incorpora un imán permanente además del electroimán. Esto permite que el estado del relé dependa de la polaridad de la corriente aplicada a la bobina, y a menudo, el relé mantiene su estado (memoria) incluso después de que se quita la energía de la bobina (biestable).
• Aplicación: Sistemas de control que requieren conmutación rápida y donde la posición del interruptor debe ser mantenida con mínima energía.

 

Tipos por Función Especializada (Protección y Control):

Estos se nombran según la función que realizan en un circuito:

Relé Térmico (o de Sobrecarga):

• Función: No es un relé de control tradicional, sino de protección. Utiliza una tira bimetálica que se calienta y se curva (o un mecanismo térmico similar) cuando la corriente excede un límite seguro por un tiempo prolongado, abriendo un contacto de control para detener un motor o carga
• Aplicación: Protección de motores eléctricos contra sobrecargas. 

Relé Temporizador (o de Tiempo):

• Función: Contiene un circuito interno que retarda la acción de sus contactos por un tiempo preestablecido, ya sea para activarse (ON-Delay) o desactivarse (OFF-Delay), una vez energizada la bobina.
• Aplicación: Secuencias de automatización, sistemas de tráfico, y control industrial.

Relé de Enclavamiento (Latching Relay):

• Función: Similar al polarizado biestable. Sus contactos permanecen en la última posición conmutada después de que se quita el pulso de control. Requiere un segundo pulso (o un pulso inverso) para regresar al estado original.
• Aplicación: Control de iluminación, circuitos de memoria en automatización.

Relé de Protección (e.g., de Corriente, Tensión, o Diferencial):

• Función: Diseñados para monitorear parámetros eléctricos (corriente, voltaje, frecuencia) y actuar (abrir un disyuntor o contactor) si el valor excede o cae por debajo de los límites programados, protegiendo así el sistema.
• Aplicación: Subestaciones eléctricas, protección de transformadores y generadores

Relé de Armadura:

El Relé de Armadura, también llamado relé convencional o de yugo, es el tipo de relé electromecánico más antiguo y utilizado. Funciona mediante la basculación de una pieza móvil (la armadura) al ser atraída por un electroimán.

Estructura y Construcción:

Componente	Detalle Estructural y Función	Materiales Comunes (Actuales)
Bobina	Conductor enrollado alrededor del núcleo. Crea el campo magnético al ser energizada.	Alambre de cobre esmaltado (alta conductividad y aislamiento).
Núcleo y Yugo	Piezas fijas de material ferromagnético (forma de "E" o "U"). Concentran el flujo magnético para atraer la armadura.	Acero o hierro dulce de baja remanencia magnética (para desmagnetizarse rápidamente al quitar la energía).
Armadura	Pieza móvil fijada a un punto de giro. Se mueve por la fuerza de atracción del electroimán, accionando los contactos.	Aleaciones de hierro o acero con excelente elasticidad y baja remanencia magnética.
Contactos	Terminales metálicos que se abren (NA) o cierran (NC) para conmutar el circuito de carga.	Aleaciones de plata (AgNi, AgCdO) o tungsteno para alta corriente, que ofrecen baja resistencia de contacto y alta resistencia al arco.
Resorte de Retorno	Fija la posición inicial de la armadura (desenergizada) y la devuelve a ella.	Acero (muelle) con alta elasticidad.
Carcasa	Cubierta protectora externa.	Plásticos termoplásticos (por ejemplo, Policarbonato o Poliéster) resistentes al calor, al fuego y que proporcionan aislamiento eléctrico.

Características Técnicas:

Las especificaciones clave de un relé de armadura son:

• Tensión/Corriente de Bobina (V.bobina, I.bobina): Los valores nominales (típicamente 5 V, 12 V, 24 V CC o 120 V, 230 V CA) necesarios para activar la bobina.
• Resistencia de Contactos: La resistencia eléctrica muy baja (en mili-ohmios) que presentan los contactos cuando están cerrados.
• Capacidad de Conmutación (Rating de Contacto): La máxima tensión (V) y corriente (A) que los contactos pueden manejar de forma segura, ya sea en corriente continua (DC) o alterna (AC).
• Configuración de Contactos: Se expresa mediante notación estándar (p. ej., SPST, SPDT, DPST, DPDT). El relé de armadura permite múltiples polos y tiros (ej. 2 polos, doble tiro - DPDT) 

Vida Útil:

• Mecánica: El número de ciclos que puede realizar la armadura sin fallar (puede ser de 10 a 100 millones de ciclos).
• Eléctrica: El número de ciclos que puede conmutar la carga nominal sin fallar (es menor, por el desgaste de los contactos debido al arco eléctrico).

Funcionamiento Detallado:

El principio es la transmisión electromagnética y mecánica:

 

1. Estado Desactivado: No hay corriente en la bobina. El resorte mantiene la armadura alejada del núcleo. Los contactos NC (Normalmente Cerrados) están unidos y los NA (Normalmente Abiertos) están separados.
2. Activación: Se aplica la tensión nominal a la bobina, generando un campo magnético.
3. Atracción: La fuerza magnética supera la fuerza del resorte, atrayendo la armadura hacia el núcleo.
4. Conmutación: El movimiento de la armadura mueve el contacto móvil. Los contactos NC se abren y los NA se cierran, conmutando el circuito de carga.
5. Desactivación: Se interrumpe la corriente de la bobina. El campo magnético colapsa. El resorte empuja la armadura de vuelta a su posición inicial, y los contactos vuelven a su estado de reposo (NC cerrados, NA abiertos).

Señalización de Estado y Falla:

• Señalización de Estado: Muchos relés, especialmente los industriales, incluyen un indicador LED en paralelo con la bobina. Si el LED está encendido, indica que la bobina está energizada y los contactos han conmutado.
• Señalización de Falla:
• Falla de Bobina: Si el LED no enciende, o no se escucha el "click" de conmutación, la bobina puede estar abierta o en cortocircuito.
• Falla de Contactos: El fallo más común es el desgaste de los contactos (picaduras, corrosión o soldadura) debido al arco eléctrico. Esto se detecta si el circuito de carga no opera correctamente (falla en abrir o cerrar) a pesar de que la bobina esté activada.

 

Aplicaciones Típicas:

El relé de armadura se sigue utilizando ampliamente debido a su robustez, su capacidad de manejar altas corrientes y su completo aislamiento galvánico entre el circuito de control y el de carga:

• Control Industrial: Actuando como intermediario entre controladores de baja tensión (PLCs, microcontroladores) y cargas de alta tensión (motores, solenoides, calentadores).
• Automoción: Control de circuitos de potencia como faros, limpiaparabrisas, claxon y sistemas de inyección.
• Electrónica de Potencia: En fuentes de alimentación, UPS (Sistemas de Alimentación Ininterrumpida) y sistemas de control de baterías.
• Sistemas de Seguridad: Circuitos de protección donde se requiere una conmutación robusta y fiable.

Para ver de forma animada cómo se activa la armadura y cambian los contactos de estado, puedes revisar este video:

https://youtu.be/2mK0UEfG_7g

Relé Tipo Reed:

El Relé Tipo Reed (o de lengüeta) es un interruptor electromecánico de pequeño tamaño, conocido por su alta velocidad de conmutación, larga vida útil y excelente aislamiento ambiental.

Estructura y Construcción:

El corazón del relé Reed es el interruptor de lengüeta sellado herméticamente, alrededor del cual se enrolla una bobina.

Componente	Detalle Estructural y Función	Materiales Comunes (Actuales)
Interruptor de Lengüeta	Dos láminas delgadas y flexibles (lengüetas o reeds) actúan como los contactos. Están superpuestas con una pequeña separación.	Láminas: Aleaciones de Níquel-Hierro u otros materiales ferromagnéticos para responder al campo magnético.
Contactos	Son las puntas de las láminas. Pueden ser NA (Normalmente Abiertos) o NC (Normalmente Cerrados).	Recubrimiento: Metales preciosos como Rodio (Rh), Rutenio (Ru), Iridio (Ir) o Platino (Pt) para una baja resistencia de contacto y mayor durabilidad.
Ampolla	Un tubo de vidrio que sella herméticamente las láminas y los contactos.	Vidrio con un gas inerte seco (como nitrógeno o argón) en el interior para proteger los contactos de la oxidación y la contaminación.
Bobina	Se enrolla sobre la ampolla para generar el campo magnético.	Cobre esmaltado (bajo consumo).

 

Características Técnicas:

Característica	Detalle	Implicación
Aislamiento	Alto aislamiento eléctrico entre la bobina de control y los contactos.	Permite controlar circuitos de voltaje y corriente independientes y sensibles.
Resistencia de Contacto	Muy baja (miliohmios).	Ideal para conmutación de señales de bajo nivel (microvoltios/microamperios), donde la interferencia o la pérdida de señal deben ser mínimas.
Velocidad de Conmutación	Rápida (del orden de milisegundos).	Adecuado para aplicaciones de alta frecuencia y conmutación rápida.
Vida Útil	Extremadamente larga (millones o miles de millones de operaciones).	La naturaleza sellada evita el desgaste por contaminación ambiental.
Capacidad de Carga	Limitada (generalmente < 1-2 Amperios y < 50 VA).	No son aptos para la conmutación directa de grandes cargas de potencia (a diferencia del relé de núcleo móvil).
Interferencia (EMI)	Mínima.	Crucial para la electrónica sensible.

Funcionamiento Detallado:

El relé Reed opera por inducción magnética sobre las lengüetas ferromagnéticas:

 

1. Estado Desactivado: Las lengüetas están separadas (NA) o ligeramente solapadas (NC) y sin contacto.
2. Activación por Bobina: Al energizar la bobina que rodea la ampolla, se genera un campo magnético axial (a lo largo del eje del relé).
3. Polarización de Lengüetas: Las láminas de níquel-hierro son magnetizadas inductivamente, los extremos libres de las láminas se convierten en polos de polaridad opuesta (Norte y Sur).
4. Atracción y Contacto: Dado que los polos son opuestos, se atraen mutuamente, haciendo que las lengüetas se doblen y se toquen, cerrando así el circuito de carga.
5. Activación por Imán Externo (Interruptor Reed): Una variación común es usar la ampolla sin bobina y activarla acercando un imán permanente, esto se usa frecuentemente en sensores de proximidad o alarmas.

Señalización de Estado y Falla:

• Señalización de Estado: El estado del relé (activado/desactivado) se verifica indirectamente midiendo la continuidad en el circuito de carga. Al ser tan pequeños, la señalización óptica (LED) suele estar en la placa de circuito impreso que los contiene.
• Falla: La falla más común es la soldadura de contactos (pegado) si se excede su capacidad de corriente (ej. por picos inductivos) o la fatiga de las láminas tras un número excesivo de ciclos. Debido a que están sellados en gas inerte, la oxidación de los contactos es extremadamente rara.

Aplicaciones

Su fiabilidad, velocidad y tamaño compacto los hacen ideales para la conmutación de señales y equipos sensibles:

• Instrumentación de Prueba y Medición: En equipos de alta precisión como osciloscopios o multímetros de alta gama, donde se requiere conmutar circuitos de medición con una resistencia de contacto mínima y rápida.
• Sistemas de Telecomunicaciones: Para el enrutamiento y conmutación de señales de baja potencia y alta frecuencia.
• Sensores de Proximidad (Interruptores de Lámina): Muy utilizados en alarmas antirrobo (sensores de puertas y ventanas), donde el relé se activa al alejar o acercar un imán.
• Dispositivos Médicos: En equipos donde la fiabilidad, el bajo consumo de energía y el bajo ruido son esenciales.

Puedes encontrar más información sobre cómo funcionan los relés, incluidos los de lengüeta, en el siguiente video:

https://youtu.be/mnE2DV8xLPs

Relé Polarizado:

El Relé Polarizado es un tipo especializado de relé electromecánico que incorpora un imán permanente en su estructura para aumentar su sensibilidad y hacer que su funcionamiento dependa de la polaridad de la corriente aplicada a la bobina de control.

 

Estructura y Construcción:

La principal diferencia estructural con los relés de armadura convencionales es la adición del campo magnético permanente:

Componente	Detalle Estructural y Función	Materiales Comunes (Actuales)
Bobina (Electroimán)	Bobina de control estándar, pero a menudo con menos vueltas o menor tamaño, ya que requiere menos energía para la conmutación.	Alambre de cobre esmaltado.
Imán Permanente	Componente clave que crea un campo magnético constante (el campo de polarización) que actúa continuamente sobre la armadura.	Materiales magnéticos fuertes (como neodimio o ferrita) para mantener la polarización.
Armadura Móvil	Pequeña y ligera, a menudo con un punto de giro o pivote. Está unida solidariamente al campo del imán permanente.	Aleaciones ferromagnéticas ligeras.
Núcleo y Yugo	Proporcionan el circuito magnético para la bobina y guían el flujo.	Hierro o acero dulce.
Contactos	Contactos de conmutación. En los modelos biestables (una subclase del polarizado), los contactos mantienen su posición después de retirar la energía.	Aleaciones de plata (Ag) o paladio (Pd) para conmutación de señales sensibles.

Características Técnicas:

• Dependencia de la Polaridad: El campo magnético generado por la bobina se suma o se resta al campo del imán permanente, lo que hace que la dirección de la corriente de control determine el movimiento de la armadura.
• Alta Sensibilidad: Requiere una menor potencia de control en la bobina para conmutar, ya que el campo del imán permanente ya está haciendo parte del trabajo.
• Velocidad de Respuesta: Es generalmente más rápido que un relé de armadura estándar debido a la menor masa de su armadura y la ayuda del campo permanente.
• Función Biestable (Común): Muchos relés polarizados funcionan como biestables (latching). Un pulso de cierta polaridad lo conmuta a un estado (SET), y un pulso de polaridad opuesta lo conmuta al estado inverso (RESET). El relé mantiene su estado incluso sin energía en la bobina (memoria mecánica).
• Aislamiento Galvánico: Mantiene el aislamiento eléctrico total entre el circuito de control (bobina) y el circuito de carga (contactos).

Funcionamiento Detallado:

El funcionamiento se basa en la interacción de dos campos magnéticos: el del imán permanente y el del electroimán de la bobina.

1. Estado de Reposo: El imán permanente mantiene la armadura en una posición determinada (ej. contacto NC cerrado) debido a su campo constante.
2. Activación (Pulso 1 - SET): Se aplica un pulso de corriente a la bobina con la Polaridad A. El campo del electroimán se combina con el campo permanente en un sentido, lo que hace que la armadura gire hacia un polo opuesto. El contacto conmuta al estado SET (ej. NA cerrado).
3. Mantenimiento (en Biestable): Si es un relé biestable, al retirar la corriente, la armadura se queda bloqueada en su nueva posición, manteniendo los contactos en el estado SET.
4. Desactivación (Pulso 2 - RESET): Se aplica un pulso de corriente a la bobina con la Polaridad B (inversa). El campo del electroimán se opone o anula temporalmente al campo permanente, haciendo que la armadura gire de vuelta a su posición inicial (RESET)

Señalización de Estado y Falla:

• Señalización de Estado: Al igual que otros relés, los modelos más avanzados pueden tener indicadores visuales (LEDs) en la bobina. En los relés biestables, la verificación del estado se realiza principalmente leyendo la continuidad de los contactos, ya que el estado se mantiene sin energía.
• Falla: La falla principal es el desgaste de los contactos (soldadura o corrosión), aunque su menor energía de conmutación y su uso en señales sensibles reduce este riesgo. Una falla en la polarización (el imán permanente pierde fuerza) puede impedir que el relé mantenga o cambie su estado correctamente.

Aplicaciones:

Los relés polarizados se utilizan en aplicaciones que requieren alta sensibilidad, bajo consumo de energía o función de memoria:

• Telecomunicaciones: Conmutación de señales de bajo nivel y baja potencia.
• Sistemas Biestables (Memoria): En circuitos de control industrial y automatización donde se requiere que el relé mantenga su estado (SET o RESET) sin necesidad de mantener la energía en la bobina. Esto ahorra energía y simplifica el cableado.
• Instrumentación: Equipos de prueba y medición de alta sensibilidad donde se debe conmutar con precisión.

Para una explicación sobre el funcionamiento de los relés en general, incluyendo los conceptos de polaridad, puedes consultar el siguiente video:

https://youtu.be/LkfuFycMSJM

VER: Relés de Estado Sólido

VER: Stock 4.0                                             VER: Stock 4.