Tipos de relés y principio de funcionamiento

Figura 1: Relé electromecánico para automóviles

Un relé es un interruptor accionado eléctricamente que se utiliza para aislar circuitos, conmutar entre circuitos y controlar un circuito de alta potencia con una señal de baja potencia. Los relés se clasifican por su diseño y funcionalidad, como los electromecánicos, los de estado sólido y los de láminas. Este artículo explora los distintos tipos de relés, sus principios de funcionamiento y analiza sus diversas aplicaciones industriales.

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Terminología general

Hay cuatro tipos de terminales en un relé:

Entrada de control (terminales de bobina): Dos terminales de entrada que controlan su mecanismo de conmutación.
Común (COM): Este terminal sirve como salida para el relé y es donde se conecta un lado del circuito de carga. Internamente, este terminal está conectado a uno de los otros dos terminales, que varía en función del estado del relé.
Normalmente abierto: El terminal normalmente abierto (NO) es otro terminal de carga en un relé que permanece desconectado cuando el relé está inactivo. El borne NA se conecta con el borne Común (COM) cuando se activa el relé.
Normalmente cerrado: El borne normalmente cerrado (NC) es un borne de carga adicional en un relé. En circunstancias normales, sin ninguna entrada de control, este terminal mantiene una conexión con el terminal Común (COM). Sin embargo, cuando se activa el relé, el terminal NC rompe su conexión con el terminal COM y permanece abierto hasta que se desactiva el relé.

Lea nuestro artículo sobre aplicaciones de relés para obtener más información sobre el funcionamiento y el cableado de los relés industriales.

Figura 2: Terminales de relé

Postes y lanzamiento

Poste: El término "polos" se refiere al número de circuitos separados que el relé puede conmutar o controlar. Cada polo representa un interruptor individual dentro del relé; por ejemplo, un relé unipolar tiene un interruptor y puede controlar un circuito, mientras que un relé bipolar tiene dos interruptores y puede controlar dos circuitos de forma independiente.
Lanza: El término "tiro" indica el número de posiciones a las que puede conectarse cada polo. Describe el número de salidas a las que se puede conectar cada interruptor. Por ejemplo, un relé de una sola vía tiene una posición por polo, lo que significa que cada interruptor sólo puede conectarse a una salida. En cambio, un relé de doble efecto tiene dos posiciones por polo, lo que permite que cada interruptor se conecte a una de las dos salidas.

Figura 2: Lanzamiento simple (izquierda), lanzamiento doble (derecha): pértiga (A) y lanzamiento (B)

Basado en postes y lanzamiento

Tabla 1: Clasificación de los relés en función del número de polos y lanzamientos dentro de un relé.

Tipo de relé	Descripción	Diagrama
SPST (un polo, un relé)	Un relé SPST controla un solo circuito (unipolar). Tiene dos posiciones: encendido y apagado (tiro único). Conecta o desconecta el circuito cuando se le da la vuelta.
SPDT (unipolar de doble efecto)	Un relé SPDT controla un solo circuito (unipolar). Tiene dos estados; en cada estado, uno de sus circuitos permanece cerrado mientras que el otro permanece abierto, y esta condición se invierte en el estado alterno.
DPST (Doble polo de un solo tiro)	El término "bipolar" indica que tiene capacidad para gestionar dos circuitos totalmente separados de forma independiente. El "tiro único" significa que cada polo tiene una única posición de conducción.
DPDT (Doble polo, doble efecto)	El término "bipolar" significa que puede controlar dos circuitos distintos, y "de doble efecto" implica que cada polo puede conducir en dos posiciones diferentes.

Basado en principios de funcionamiento

Los relés se clasifican en varias categorías en función de sus principios de funcionamiento.

Relé electromecánico

Un relé electromecánico tiene una bobina y un contacto accionado mecánicamente. Al activar la bobina, se genera un campo magnético. Este campo tira del inducido (el contacto móvil) hacia él. A la inversa, cuando la bobina se desenergiza, pierde su campo magnético y un muelle tira de la armadura para devolverla a su posición original. Lea nuestro artículo sobre disyuntores para obtener más detalles sobre la construcción y el funcionamiento de los relés electromecánicos.

El relé electromagnético (REM) puede utilizarse con una fuente de alimentación de CA o CC, según la aplicación. La construcción de los relés EMR para CA y CC varía ligeramente, sobre todo en el diseño de sus bobinas.

El principal inconveniente de un relé electromagnético (EMR) es que sus contactos tienden a crear un arco eléctrico cuando se separan, lo que puede provocar un aumento de la resistencia de los contactos con el paso del tiempo. Este aumento progresivo de la resistencia se traduce en una reducción de la vida útil del relé.

Relé de estado sólido

Un relé de estado sólido o electrónico (SSR) consta de componentes semiconductores en lugar de elementos mecánicos. Cuando se aplica una señal de control a un relé de estado sólido (SSR), se enciende un diodo emisor de luz (LED) interno que emite luz infrarroja. Esta luz es detectada por un componente semiconductor fotosensible, que transforma la señal luminosa en una señal eléctrica, activando el interruptor del circuito.

Los relés de estado sólido funcionan a una velocidad relativamente alta y consumen mucha menos energía que los relés electromagnéticos (EMR). También tienen una vida útil más larga, debido a la ausencia de contactos físicos que puedan desgastarse. Sin embargo, una desventaja notable de los SSR es la caída de tensión inherente en el semiconductor, que provoca una pérdida de potencia por disipación de calor. También existen relés híbridos compuestos por relés SSR y EMR.

Figura 3: Relé de estado sólido: entrada de control (A) y circuito de carga (B)

Relé Reed

Un relé reed se compone de un interruptor reed y una bobina electromagnética, a menudo acompañada de un diodo para proteger contra la fuerza electromotriz de retorno (back EMF). El interruptor de láminas está formado por dos láminas metálicas delgadas de un material ferromagnético, selladas dentro de un tubo de vidrio (Figura 4 etiquetada C). Este tubo de vidrio también soporta las lengüetas metálicas y está lleno de un gas inerte para evitar la oxidación y la contaminación. Al energizar la bobina (Figura 4 etiquetada B), las láminas metálicas ferromagnéticas dentro del interruptor reed se atraen magnéticamente entre sí, creando un circuito cerrado. Al no haber ningún inducido en movimiento, el problema del desgaste de los contactos es prácticamente inexistente. Además, la presencia de gas inerte dentro del tubo de vidrio sellado prolonga aún más la vida útil del interruptor al evitar la corrosión y otras formas de degradación.

Figura 4: terminales de contacto (A, D), entrada de bobina (B) y tubo de vidrio (C)

Relé térmico

Un relé electrotérmico se compone de una banda bimetálica (formada por dos metales con coeficientes de dilatación térmica diferentes). Cuando la corriente circula por el conductor, produce calor, haciendo que la temperatura de la tira bimetálica aumente y se expanda. El metal con un coeficiente de dilatación térmica elevado se dilata más que el otro. Debido a esto, la tira se dobla y cierra los contactos para activar el circuito de disparo. Los relés térmicos suelen utilizarse para la protección de motores eléctricos.

Figura 5: Relé térmico: circuito de disparo (A), banda bimetálica (B) y bobina de calentamiento (C)

En función de la aplicación

Relé secuenciador

La función principal de un relé secuenciador es controlar la secuencia de operaciones entre varios dispositivos eléctricos o componentes del sistema. Recibe una señal que desencadena acontecimientos predeterminados en un orden específico. Estos relés se diseñan a menudo con múltiples contactos que se cierran o abren en una secuencia específica cuando el relé recibe corriente. Este funcionamiento escalonado permite al relé controlar varios circuitos paso a paso. Los relés secuenciadores se utilizan normalmente cuando la temporización precisa y el orden de las operaciones son críticos. Por ejemplo:

En un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado, un relé secuenciador puede gestionar la secuencia de activación de los elementos calefactores para evitar una gran subida de tensión inicial y garantizar que el aire circule correctamente antes de encender la calefacción.

El secuenciador puede activar el motor del ventilador en un horno eléctrico para asegurar que el aire se mueve a través del sistema. Tras un breve retardo, activa el primer juego de elementos calefactores y, tras otro retardo, activa elementos adicionales si es necesario. Esta secuencia controlada ayuda a proteger el sistema eléctrico y los componentes de sobrecargas y garantiza un funcionamiento eficaz.

Relé diferencial

Un relé diferencial es un dispositivo de protección utilizado en sistemas de energía eléctrica para detectar fallos en equipos como transformadores, generadores, motores y barras colectoras. Compara dos magnitudes eléctricas, normalmente corrientes, en distintos puntos del equipo. Si la diferencia entre estas cantidades supera un valor predeterminado, el relé se dispara, abriendo un disyuntor y aislando el equipo averiado del resto del sistema. Esto ayuda a evitar daños en los equipos y a proteger al personal de los riesgos eléctricos.

Relé de distancia

Un relé de distancia es un relé de protección utilizado en los sistemas de energía eléctrica, principalmente para proteger las líneas de transmisión. Mide la impedancia (la oposición combinada al flujo de corriente) entre la ubicación del relé y el fallo en la línea. Al comparar la impedancia medida con valores preestablecidos, el relé puede determinar la ubicación aproximada de la avería y aislar la sección averiada de la línea disparando el disyuntor asociado.

Relé de enclavamiento

Un relé de enclavamiento o biestable es un interruptor electromecánico que difiere de un relé estándar en un aspecto clave: mantiene su estado de conmutación sin que se aplique alimentación continua a su bobina. Este comportamiento de "enganche" lo hace ideal para aplicaciones con alimentación intermitente o cuando se desea que el interruptor permanezca activado incluso después de eliminar la señal de disparo inicial.

Relé temporizado

Un relé temporizado, también conocido como relé temporizador, introduce una pausa controlada entre la aplicación de una señal y la activación de su salida. Esto permite al relé controlar la temporización de los circuitos eléctricos, algo fundamental en muchos procesos automatizados y sistemas de control.

Relés de frecuencia

Los relés de frecuencia detectan y responden a las desviaciones en la frecuencia del sistema eléctrico. Son fundamentales en los sistemas de generación y distribución de energía. El relé de seguridad activa los disyuntores para desconectar cargas o generadores cuando la frecuencia cae fuera de un rango predefinido, lo que indica una posible sobrecarga o pérdida de generación. Esto ayuda a restablecer el equilibrio y evitar cortes generalizados de electricidad o daños en los equipos.

Basado en formularios

Tabla 2: Clasificación de los relés en función de las formas

Tipo de formulario	Descripción	Diagrama
Formulario A	SPST con estado por defecto NO
Formulario B	SPST con estado NC por defecto
Formulario C	SPDT con terminales de contacto dobles (NA y NC)
Formulario D	Similar a la forma C, pero cierra el siguiente circuito antes de romper (abrir) el primero.

Aplicaciones

Los relés aíslan los circuitos de alta y baja tensión.
Se utilizan para controlar varios circuitos simultáneamente.
Los relés pueden funcionar como conmutadores automáticos para transferir cargas entre circuitos.
Los microprocesadores utilizan relés para controlar cargas eléctricas pesadas.
Los relés de sobrecarga se utilizan para proteger los motores de sobrecargas y fallos eléctricos.

Preguntas frecuentes

¿Para qué sirven los relés?

Los relés encienden y apagan circuitos utilizando una señal de baja potencia para controlar un circuito de mayor potencia, proporcionando aislamiento entre ambos.

¿Cuál es la diferencia entre un relé con enclavamiento y un relé sin enclavamiento?

Un relé con enclavamiento mantiene su posición de contacto después de eliminar la energía de actuación, mientras que un relé sin enclavamiento requiere energía de actuación constante para permanecer en su estado energizado.

¿Cuál es la diferencia entre un relé de láminas y un relé electromagnético?

Los relés de láminas utilizan láminas magnéticas para conmutar; son más pequeños y rápidos, mientras que los relés electromagnéticos utilizan bobinas y armaduras y pueden manejar más potencia.