13. Esquemas de conexión prácticos

Seguridad ante todo esquema

Los dibujos que figuran aquí son figuras didácticas y de principio. No son un proyecto de ejecución, ni una asignación de bornes o de conductores, ni dan autorización para trabajar bajo tensión. En un circuito a tensión de red (230/400 V) solo debe trabajar un profesional habilitado; la protección, la puesta a tierra, la sección del conductor y la normativa en el lugar de la instalación tienen siempre prioridad.

¿Cómo leer las figuras? Los dibujos utilizan los símbolos simplificados habituales de los esquemas eléctricos, con designaciones de aparatos en lugar de texto (su significado lo encuentra al final de cada punto). Los interruptores, contactos y pulsadores están dibujados en estado de reposo (sin accionar, bobinas sin tensión). Los colores solo ayudan: marrón = fase (L1), negro y gris = L2 y L3, azul = neutro (N), verde-amarillo = conductor de protección (PE); en corriente continua, rojo = +, azul = 0 V. La línea discontinua significa una conexión mecánica (por ejemplo, entre la bobina de un relé y su contacto). En las designaciones, F es la protección (fusible, magnetotérmico, relé de sobrecorriente), Q el interruptor automático o interruptor general, S el interruptor o pulsador, K y KM el relé y el contactor, M el motor, E la iluminación, B el detector, G la fuente de alimentación.

1. Conexión de un LED: aprenda con baja tensión

Para empezar conviene un circuito de baja tensión, por ejemplo de 12 V DC. El LED es un diodo: conduce en un solo sentido. El ánodo (A) mira hacia el lado positivo y el cátodo (K) hacia el negativo; con polaridad invertida no luce y el LED incluso puede dañarse. La corriente de un LED no se regula por sí misma: una vez alcanzada la tensión directa (UF), la corriente crece abruptamente, por lo que hace falta una resistencia en serie o un excitador de corriente constante; sin ellos, el LED se daña. El fusible (F1) protege el conductor y el lado de alimentación frente al cortocircuito, pero no limita la corriente del LED.

Lea la figura en el sentido de la corriente, desde el lado positivo hacia el negativo: fuente G1 → fusible F1 → interruptor S1 → resistencia R1 → LED D1 (ánodo → cátodo) → de vuelta al negativo de G1.

El valor de la resistencia se calcula a partir de la hoja de características: R1 = (U − UF) / IF. Por ejemplo, con una tensión de alimentación de 12 V, UF ≈ 2 V e IF = 20 mA, R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; elija el valor normalizado inmediatamente superior (510 Ω), con lo que la corriente es de unos 19,6 mA. En la resistencia se disipan unos 0,2 W, por lo que debe usarse una resistencia de ½ W.

Designaciones: G1 fuente de alimentación de corriente continua de 12 V, F1 fusible, S1 interruptor (contacto de cierre), R1 resistencia, D1 LED, I sentido de la corriente. La figura no sirve para conectar un excitador de LED a tensión de red.

2. Conexión de un motor: papel distinto del circuito de potencia y del de mando

Arrancar un motor trifásico no consiste simplemente en conectarle tres conductores. El circuito de potencia (L1, L2, L3 → motor) y el circuito de mando (la bobina del contactor, los pulsadores) son circuitos distintos. La figura muestra el circuito de potencia del arranque directo: Q1 protege contra el cortocircuito y secciona, los contactos principales del contactor KM1 conectan el motor, el relé térmico de sobrecorriente F2 vigila la sobrecarga prolongada, el motor M1 recibe las tres fases en los bornes U1, V1, W1 y el conductor de protección (PE) va a la carcasa del motor. La bobina del contactor (A1–A2) y el contacto auxiliar de F2 (95–96, de apertura) pertenecen al circuito de mando: en el lado derecho de la figura solo se indica su conexión, y su cableado se muestra en el punto 9.

En un guardamotor, que dispone de disparador térmico y magnético, el F2 aparte puede omitirse, porque el interruptor también protege contra la sobrecarga. El valor de disparo debe ajustarse a la intensidad nominal según la placa de características del motor. La categoría de empleo del contactor (en motores, normalmente AC-3), el modo de arranque, la parada de emergencia, la secuencia de fases (que decide el sentido de giro) y la elección de los aparatos de protección los determinan la placa de características del motor y el proyectista.

Designaciones: Q1 protección contra cortocircuito (guardamotor o magnetotérmico), KM1 contactor (contactos principales 1–2, 3–4, 5–6; bobina A1–A2), F2 relé térmico de sobrecorriente (contacto auxiliar 95–96), M1 motor trifásico (3~), U1 V1 W1 los bornes del motor.

3. Lectura de un esquema: lámpara mandada desde dos lugares

En la conmutación, dos conmutadores mandan la misma lámpara. La fase (L) llega, a través del magnetotérmico F1, al borne común (COM) de S1. Entre los otros dos bornes de S1 y los dos bornes correspondientes de S2 discurren dos conductores de conmutación. Desde el borne común de S2 el conductor va a la lámpara (E1). El neutro (N) se conecta directamente a la lámpara. El accionamiento de cualquiera de los conmutadores cambia el estado de la lámpara: si ambos conmutadores están en el mismo conductor de conmutación, el circuito está cerrado y la lámpara luce; si están en conductores diferentes, el circuito está abierto. La figura muestra el estado apagado.

Los conmutadores maniobran la fase, no el neutro, de modo que en estado apagado el portalámparas no está en tensión. El conductor de protección (PE) es un conductor aparte y continuo: va a la carcasa de la luminaria y no puede interrumpirse con un contacto de conmutador. Para el mando desde tres o más lugares se intercala un conmutador de cruce entre los dos conmutadores, en los conductores de conmutación.

Orden de lectura del esquema: identifique primero la alimentación y el receptor, después los elementos de maniobra y, por último, siga por separado el recorrido de la fase, del neutro y del conductor de protección. Color de los conductores: la fase suele ser marrón (o negro, gris), el neutro azul claro, el conductor de protección verde-amarillo; el conductor de conmutación no tiene un color propio, pero no use para ello el azul claro ni el verde-amarillo. Los colores de la figura solo ilustran; para el marcado real use siempre el proyecto, la documentación del aparato y la normativa aplicable.

Designaciones: F1 magnetotérmico, S1 y S2 conmutador (COM = borne común), E1 lámpara, L fase, N neutro, PE conductor de protección.

4. Pulsador y relé: ¿por qué se separa el mando?

La bobina del relé se acciona con una pequeña señal de mando (aquí 24 V DC), mientras que su contacto maniobra, separado galvánicamente de ella, otro circuito (aquí un circuito de lámpara de 230 V protegido con F1). Así, el pulsador solo maniobra la pequeña corriente de la bobina, no la corriente del receptor. Mientras mantenga pulsado S1, K1 se activa y el contacto 13–14 se cierra; al soltarlo, K1 se desactiva. Para un funcionamiento permanente hace falta una autorretención (punto 9).

En paralelo con la bobina de corriente continua se conecta un diodo de libre circulación (V1): su cátodo mira hacia el lado positivo, de modo que en funcionamiento normal está polarizado en inverso, pero al desconectar la bobina deriva el pico de tensión inductivo que podría dañar el mando. Muchos relés o módulos de relé ya lo incluyen; el diodo es sensible a la polaridad y, conectado al revés, provoca un cortocircuito. La tensión, la corriente y la categoría de empleo nominales del contacto deben elegirse según la carga real (con un excitador de LED o una carga inductiva también cuenta el pico de corriente de conexión); la tensión de la bobina debe adaptarse al circuito de mando. El nivel de aislamiento entre el circuito de mando de 24 V y el de carga de 230 V lo garantiza la hoja de características del relé.

Designaciones: S1 pulsador (de cierre), K1 relé (bobina A1–A2, contacto 13–14 de cierre), V1 diodo de libre circulación, F1 protección, E1 receptor (lámpara). El dibujo muestra dos circuitos separados; la línea discontinua es la conexión mecánica entre la bobina y el contacto.

5. Estrella–triángulo: no todos los motores arrancan igual

En motores grandes de arranque ligero (por ejemplo, un ventilador o una bomba), el arranque estrella–triángulo reduce la corriente de arranque. Su condición es un motor de seis terminales, cuyos devanados puedan funcionar en triángulo a la tensión compuesta de la red. Esto se lee en la placa de características: en una red de 400 V sirve un motor «400 V Δ» (por ejemplo, 400/690 V Δ/Y), mientras que un motor con placa 230/400 V Δ/Y solo puede funcionar en estrella a 400 V, por lo que no es apto para este caso.

Según la figura: el contactor de red KM1 aplica la red a los bornes U1, V1, W1. El contactor de estrella KM2 une los bornes W2, U2, V2 (punto de estrella): el motor arranca en estrella, los devanados reciben 1/√3 de la tensión compuesta (aprox. el 58 %, a 400 V unos 230 V), y la corriente de arranque y el par de arranque son aproximadamente un tercio de los del arranque directo. Según el diagrama de tiempos, KM2 se cierra un poco (unas decenas de milisegundos) antes que KM1, para no maniobrar el circuito con carga, y transcurrido el tiempo t (ajustado en el relé temporizador, acorde con el arranque de la máquina) KM2 se desactiva y, tras un breve tiempo muerto, se cierra el contactor de triángulo KM3: une los bornes U1–W2, V1–U2, W1–V2, y el motor funciona en triángulo, a plena tensión.

KM2 y KM3 nunca deben activarse a la vez: juntos provocarían un cortocircuito entre las fases, por lo que el enclavamiento eléctrico es obligatorio, y el enclavamiento mecánico es habitual y recomendable. En estrella el par es pequeño, por lo que no se puede aplicar a una máquina que arranca con carga, y en la conmutación se produce un pico de corriente y de par. El relé de sobrecorriente F2 está aquí en la rama de red, ajustado a la intensidad nominal del motor; si vigila la corriente de fase (en serie con la rama del devanado), debe ajustarse a aprox. el 58 % de la intensidad nominal. El dimensionamiento de los contactores lo da la tabla del fabricante.

Designaciones: Q1 protección contra cortocircuito, KM1 contactor de red, KM2 Y contactor de estrella, KM3 Δ contactor de triángulo, F2 relé de sobrecorriente, M1 motor de seis bornes (U1 V1 W1 y W2 U2 V2), t el tiempo de conmutación.

6. Tira de LED: varios tramos no son un único LED largo

La tira de LED necesita una fuente de tensión constante (aquí 24 V DC), y la tensión nominal de la fuente debe coincidir con la de la tira. La tira consta de ramas prefabricadas (en el dibujo, una resistencia y un LED en serie) que están en paralelo entre el carril positivo y el negativo, por lo que se puede seccionar en los puntos de corte marcados por el fabricante. En el dibujo, simplificado, hay un LED y una resistencia por rama; en una tira real de 24 V hay varios LED en serie por rama con una resistencia. Polaridad: el positivo al carril positivo, el negativo al carril negativo.

En una tira larga, la resistencia del carril conductor provoca una caída de tensión y el extremo de la tira queda más tenue. Por ello los tramos deben alimentarse de forma independiente, en paralelo (no encadenados extremo con extremo), y un tramo largo debe alimentarse por ambos extremos. Una tira de mayor tensión (24 V) absorbe, con la misma potencia, menos corriente, por lo que también es menor la caída de tensión. En la figura, los tramos LS1 y LS2 reciben cada uno su par de conductores desde la misma fuente G1, cada uno con su propio fusible F1 y F2.

Calcule a partir de la potencia: I = P / U. Ejemplo: 5 m de una tira de 14,4 W/m son 72 W, es decir, 3 A a 24 V. La potencia de la fuente debe ser mayor que la de todas las tiras, con un margen suficiente; la intensidad nominal del fusible, mayor que la corriente del tramo, pero menor que la intensidad admisible del conductor. La longitud máxima de alimentación de la tira y sus datos los da la hoja de características del fabricante; no la haga funcionar enrollada, porque se sobrecalienta.

Designaciones: G1 fuente de alimentación de tensión constante de 24 V, F1 y F2 fusible, LS1 y LS2 tramo de tira de LED.

7. Esquema unifilar: la lógica del cuadro en una línea

El esquema unifilar representa con una sola línea un circuito de varios conductores (aquí L, N y PE) y no muestra los lugares físicos de montaje, sino el orden de las protecciones y de los receptores. En la figura: acometida (1N~ 230 V tras el contador) → interruptor general Q0 (seccionamiento) → dos interruptores diferenciales (FI1, FI2, 30 mA) → tras ellos los magnetotérmicos (F1–F4) → circuitos finales: E1 alumbrado, XS1 y XS2 tomas de corriente, EH1 placa de cocción. En el cable, junto a la raya oblicua figuran el número de conductores y la sección (por ejemplo 3×1,5: tres conductores, 1,5 mm²).

¿Por qué dos diferenciales? El disparo de un único aparato común dejaría sin tensión toda la vivienda; con dos aparatos esto se limita. B10 y B16 son la curva de disparo (B) y la intensidad nominal (10 y 16 A, respectivamente) del magnetotérmico. Los valores de ejemplo (B10 y 1,5 mm² para alumbrado, B16 y 2,5 mm² para tomas de corriente) son meramente orientativos: el valor real lo dan la carga, la longitud del conductor, el modo de instalación y la normativa. El ejemplo de la placa EH1 vale para una placa monofásica de como máximo unos 3,6 kW; una placa mayor se conecta normalmente a un circuito trifásico dimensionado aparte.

Designaciones: Q0 interruptor general, FI1 y FI2 interruptor diferencial (IΔ: actúa con la corriente diferencial, es decir, la corriente de defecto), F1–F4 magnetotérmico, E1 lámpara, XS1 y XS2 toma de corriente, EH1 placa de cocción (receptor fijo).

8. Relé temporizador: maniobra tras una espera determinada

La bobina del relé temporizador (KT1) inicia la temporización con la señal de mando y maniobra su contacto transcurrido el tiempo t ajustado. La figura muestra un relé con retardo a la conexión (retardo a la activación): al cerrarse S1, KT1 recibe tensión, transcurrido el tiempo t se cierra el contacto de cierre temporizado 15–18 y la lámpara E1 se enciende. Al cesar S1, la bobina queda sin tensión y el contacto se abre de inmediato. El diagrama de tiempos lo muestra: la conexión se retrasa, la desconexión no. El pequeño arco sobre el contacto es la marca del retardo; el lado cóncavo del arco mira hacia el movimiento retardado, aquí hacia el cierre.

Un relé así se utiliza, por ejemplo, en el arranque secuencial de máquinas, en la temporización de la conmutación estrella–triángulo (punto 5) o en el retardo del rearranque de un compresor. El relé con retardo a la desconexión mantiene la salida todavía durante el tiempo t tras la desconexión; es la solución típica de la ventilación posterior (por ejemplo, un ventilador de cuarto de baño) y del alumbrado de escalera. Los relés temporizadores multifunción también saben hacer estas funciones y las de impulso y de ciclo; la función debe elegirse siempre según el tipo de aparato.

Designaciones: S1 contacto de mando (aquí una fuente de señal mantenida cerrada), KT1 relé temporizador (bobina A1–A2, contacto de cierre temporizado 15–18), E1 la carga maniobrada, t el tiempo de retardo.

9. Autorretención de contactor: el START no tiene que quedarse pulsado

En la autorretención, una breve pulsación del pulsador START (S1, de cierre) activa el contactor KM1. El contacto auxiliar 13–14 del propio KM1 se cierra en paralelo con S1 y asume la alimentación de la bobina, de modo que S1 puede soltarse. El contacto STOP (S0, de apertura) y el contacto de apertura 95–96 del relé de sobrecorriente F2 están en serie con la bobina: cualquiera de ellos interrumpe el circuito, KM1 se desactiva, el contacto auxiliar también se abre, y el motor solo volverá a arrancar tras un nuevo START.

El STOP es un contacto de apertura (NC) porque, incluso en caso de rotura de conductor o de un borne flojo, se alcanza el estado de parada, seguro: un fallo del circuito de mando no puede mantener el motor conectado. Los contactos de maniobra están en el lado de la fase (L) y la bobina en el lado del neutro, de modo que un defecto a tierra no activa el contactor. Tras un corte de tensión, el mando con autorretención no arranca por sí solo, lo cual es deseable; en cambio, en un circuito mandado con un interruptor mantenido cerrado (de dos conductores), la máquina puede arrancar por sí sola al volver la tensión. Es una lógica de mando que debe diseñarse junto con las protecciones reales, los enclavamientos y la protección contra el rearranque inesperado, según la evaluación de riesgos de la máquina.

Designaciones: F1 fusible del circuito de mando, S0 STOP (de apertura), F2 relé de sobrecorriente 95–96 (de apertura), S1 START (de cierre), KM1 contactor (bobina A1–A2, contacto auxiliar 13–14 de cierre).

10. Luz con detector de movimiento

El detector de movimiento (B1, aquí PIR, infrarrojo pasivo) maniobra con su contacto interno el conductor de fase de la lámpara (L → L′). Tiene tres bornes: L y N son la alimentación propia del detector, por lo que el detector necesita una fase permanente y un neutro permanente; L′ es la salida maniobrada, que va a la lámpara. El otro borne de la lámpara se conecta al neutro, y a la carcasa de la luminaria, el conductor de protección. Si en la caja del interruptor no hay conductor neutro (solo la fase y el conductor que va a la lámpara, como en una instalación convencional con interruptor), no se puede conectar un detector de tres conductores: para ello hace falta un detector de ejecución a dos conductores.

Al aprender, separe mentalmente la detección (PIR), la decisión (la electrónica del detector: sensibilidad, retardo, umbral de luz), la maniobra (L′) y el receptor; con ello se hacen comprensibles la mayoría de las tareas de alumbrado automático. La carga máxima admisible de la salida, las condiciones necesarias para una carga LED o inductiva (carga mínima, corriente de conexión) y la posibilidad de anulación manual las indica siempre la documentación del aparato.

Designaciones: F1 magnetotérmico, B1 detector de movimiento (PIR; L, N, L′ maniobrada), E1 lámpara, L fase, N neutro, PE conductor de protección.

11. Detector de 24 V en la entrada del controlador

El detector industrial de tres conductores utiliza conductores de alimentación y un conductor de señal separados. Los colores de conductor y la asignación del conector M12 habituales: marrón (BN, terminal 1) = +24 V, azul (BU, terminal 3) = 0 V, negro (BK, terminal 4) = señal de salida. El detector recibe la alimentación de la fuente G1, y el PLC solo lee la señal (el conductor negro).

El detector PNP, en estado activado, conecta su salida a +24 V. En ese caso la corriente de señal fluye por la entrada del PLC y se cierra hacia 0 V, por lo que el punto común de la entrada (aquí 1M) se conecta a 0 V, y los 0 V del detector, de la fuente y de la entrada son comunes. El detector NPN, en cambio, conecta su salida a 0 V, y para ello hace falta una entrada de polaridad inversa. El tipo de entrada, el nivel de tensión y la carga admisible del detector deben coordinarse según las hojas de características del PLC y del detector; si no coinciden, la entrada no funciona o el dispositivo puede dañarse.

Designaciones: G1 fuente de alimentación de 24 V DC, B1 detector PNP (BN, BU, BK), PLC1 controlador (DI0 entrada digital, 1M punto común de la entrada), I la corriente del circuito de señal.

12. Inversión del sentido de giro de un motor

En un motor trifásico, el intercambio de dos fases cambia el sentido de giro. En la figura, KM1 conecta las fases L1, L2, L3 directamente a los bornes U1, V1, W1 (adelante), y KM2 intercambia las fases L1 y L2 (atrás: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). Los dos contactores reciben corriente de la misma acometida, por lo que, si se activaran a la vez, se produciría un cortocircuito entre las fases. KM1 y KM2 nunca pueden funcionar juntos, por lo que el enclavamiento no es opcional.

El enclavamiento debe resolverse eléctricamente (con el contacto auxiliar de apertura de uno de los contactores, por ejemplo KM1 21–22, en serie con la bobina del otro contactor) y, a ser posible, también mecánicamente (un elemento mecánico que une los dos contactores; en la figura, la doble flecha entre las líneas discontinuas). La inversión durante la marcha provocaría un fuerte pico de corriente y de par, por lo que el mando normalmente solo permite el arranque en sentido contrario tras la parada. El dibujo muestra el circuito de potencia; el mando (START separado por cada sentido, STOP común) debe completarse según el punto 9; la protección de fin de carrera, el frenado y la protección contra el rearranque inesperado forman parte del plan de seguridad de la máquina.

Designaciones: Q1 protección contra cortocircuito, KM1 contactor de avance, KM2 contactor de retroceso, F2 relé de sobrecorriente, M1 motor trifásico, el ⇄ entre los dos contactores es el enclavamiento mecánico.

13. ¿Por qué se divide en varios circuitos?

En el cuadro, los receptores de distinto destino parten normalmente de ramas de protección separadas. En la figura, tras el interruptor general Q0 y el diferencial FI1 hay tres circuitos: F1 alumbrado (E1–E3), F2 tomas de corriente (XS1–XS3), F3 placa de cocción (EH1). Si en el circuito de tomas de corriente se produce una sobrecorriente o un cortocircuito (el símbolo del rayo), solo dispara F2: el alumbrado y la placa de cocción siguen en servicio (en la figura, el circuito disparado aparece en gris discontinuo).

La ventaja es una localización de averías más clara (se ve qué circuito falla), una protección más específica (cada circuito recibe un magnetotérmico dimensionado para su propio conductor y su propia carga) y una mejor continuidad de servicio (un fallo en una toma de corriente no debe dejar la vivienda a oscuras). Los grandes receptores (placa de cocción, horno, termo, aire acondicionado) suelen recibir un circuito propio. El diferencial FI1, en cambio, dispara con la corriente de defecto (con la diferencia entre la corriente de fase y la del neutro, por ejemplo en caso de defecto a masa o de fuga) y desconecta todos los circuitos que hay tras él; por ello, en un cuadro mayor se utilizan varios diferenciales (véase el punto 7). La agrupación exacta se hace según el proyecto, las cargas y los requisitos aplicables.

Designaciones: Q0 interruptor general, FI1 interruptor diferencial, F1–F3 magnetotérmico (B10, B16 su curva y su intensidad), E1–E3 lámpara, XS1–XS3 toma de corriente, EH1 placa de cocción (ejemplo menor, monofásico).

Preguntas de práctica

1. ¿Por qué hace falta limitar la corriente en el circuito del LED y cómo se calcula el valor de la resistencia?
2. ¿Qué diferencia hay entre la función de maniobra del contactor y la función de protección contra la sobrecarga?
3. ¿Por qué el PE no puede pasar a través de un interruptor?
4. ¿Por qué se utiliza un contacto de apertura (NC) para el pulsador STOP?
5. ¿Por qué no pueden activarse a la vez el contactor de estrella y el de triángulo, ni el de avance y el de retroceso?

Si quiere documentar un proyecto de forma clara, continúe con los símbolos y juegos de símbolos y después con el capítulo de conductores y circuitos.