Relé térmico

Uno de los fallos más habituales en los motores eléctricos son las sobrecargas, que se manifiestan por un aumento de la corriente de consumo superior a la nominal, que provoca el calentamiento de los conductores y el deterioro de los aislantes. El relé térmico es un dispositivo de protección para motores eléctricos contra las sobre cargas. Un relé térmico o relé de sobrecarga como también se le conoce, trabaja en combinación con un contactor.

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Qué es un relé térmico

Los relés de protección contra sobrecarga previenen el daño al motor de la bomba de agua al monitorear la corriente en el circuito del motor e interrumpirla cuando se detecta una sobrecarga eléctrica o una falla de fase. Dado que los relés son mucho más baratos que los motores, proporcionan una forma asequible de proteger los motores y por ende nuestras bombas de agua.


Tabla comparativa con los mejores modelos de relé térmico

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Por qué ocurren las sobrecargas

Las mencionadas sobrecargas ocurren por varios factores como son:

  • el funcionamiento con elevada carga según la aplicación a la que está destinado, provocando que demasiada corriente circule por el motor.
  • Fluctuación del voltaje o un valor bajo del mismo.
  • Pérdida de una de las fases, en el caso de un motor trifásico.
  • Puede ocurrir ante atascos o bloqueos, que impidan que el motor gire correctamente.

Los dispositivos relés térmicos actuales ofrecen protección contra los eventos antes mencionados pero se le suma la protección contra un desequilibrio entre las fases y también nos brindan una compensación automática a temperatura ambiente.

Como se sabe al arrancar un motor hay un pico de consumo de corriente, el relé térmico viene preparado para no activarse durante ese proceso de arranque de la bomba.

Un aspecto importante es que el relé térmico actúa sobre la parte de comando, o sea, en la parte de bajas tensiones.

Cuando se activa el relay térmico se corta la alimentación a la bobina del contactor y desencadena el resto de las acciones según el diseño del circuito.

Esa es la principal diferencia con relación al guardamotor puesto que este último trabaja directamente en la zona de alta potencia, o lo que es lo mismo en serie con la carga.

Aunque hay variedad de circuitos eléctricos con diseños específicos, normalmente si se usa un guardamotor ya no hay que emplear al mismo tiempo un relé térmico y viceversa. Los dos vigilan el consumo de corriente del motor eléctrico o si falta una de las fases y procederán en consecuencia como protección de la bomba de agua.


Tipos de relé de sobrecarga

Aunque la mayoría les llama simplemente relé térmico, hay dos tipos de relés de sobrecarga, ambos diseñados para hacer lo mismo sólo que de diferentes maneras:

  • los tradicionales pero todavía muy comunes del tipo bimetálico o bimetal
  • el relé de sobrecarga de estado sólido o relé de sobrecarga electrónico

Relé de protección bimetálico

El relé térmico bimetálico normalmente se monta debajo de un contactor y viene usualmente con tres puntas que encajan perfectamente en los terminales del lado de la carga del contactor. Se dice que se acopla al contactor.  

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Esta combinación de relé térmico y contactor se le llama arrancador de motor.

Cuando el contactor está activado, la energía que viene del lado de la línea fluye todo el camino por el contactor y a través del lado de carga del relé de sobrecarga.

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Partes de un relé térmico

El relé de sobrecarga o sobreconsumo tiene un control giratorio o dial donde podemos seleccionar la corriente máxima del motor. Con la ayuda de un destornillador o algo parecido puede girar la perilla y seleccionar el valor adecuado. Este será el valor de vigilancia del dispositivo.

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partes de un rele térmico

Con el valor que seleccionamos definimos el valor de corriente a consumir por el motor que se considerará como una condición de sobrecarga.

Un control más pequeño nos permite colocar el dispositivo en modo manual o automático. Con esto controlamos si posterior a una anomalía que activó al dispositivo, este se reinicie automáticamente o tengamos que reiniciarlo manualmente.

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Algunos modelos de relés térmicos incorporan algún señalizador o led para alertar que se ha producido la activación o disparo del dispositivo.

También podemos encontrar un botón de test o comprobación, que cuando lo presionamos el dispositivo se activa y de esta forma nos aseguramos que todo está funcionando bien para el caso de que ocurra alguna anomalía.

El botón de parada nos sirve para detener el dispositivo y abrir el circuito por cualquier causa.

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A continuación vemos dos contactos auxiliares. Uno normalmente abierto (NO) y el otro normalmente cerrado (NC). El contacto NC te permite según el circuito por ejemplo quitar la alimentación a la bobina del contactor en caso de una anomalía. Y el contacto NO se cierra en caso de disparo y lo puedes emplear para activar alarma o señal lumínica, entre otras alternativas.

Finalmente tenemos los bornes de entrada de la energía y que se acopla al contactor y los de salida directamente hacia el motor eléctrico a controlar.


Simbología del relé térmico

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Cómo funciona el relé térmico

Es importante destacar que el relé térmico no tiene contactos principales, o sea, el relé térmico no abre la alimentación al motor cuando se activa. Él solo activa sus contactos auxiliares que se encargan de quitar la alimentación a la bobina del contactor y este entonces corta el paso de la energía eléctrica directamente hacia el motor.

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El relé térmico está compuesto por 3 bimetales, construidos cada uno por combinación de 2 metales de diferente coeficiente de dilatación térmica, como pudieran ser el ferroníquel y el invar. El fabricante coloca un enrollado calefactor en serie en cada una de las fases y alrededor de cada bimetálica separada con un aislante. La sección de estos enrollados depende del valor de intensidad de corriente a controlar.

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La bimetálica está diseñada para que cuando el calor del elemento calefactor se transfiere, la bimetálica se expande de tal manera que hace que se doble.

Cuando se dobla mueve la pieza o lámina llamada corredera de disparo y que está conectada a la unidad de disparo. Si el doblez es suficiente los contactos normalmente abiertos se cierran y el normalmente cerrado se abre.

Aquí notamos que en este tipo de relé térmico cuando giramos el dial de control de intensidad, lo que en realidad estamos haciendo es un control mecánico, pues le damos mayor rigidez o tensión al mecanismo de disparo y la corredera tendrá que hacer mayor fuerza para alcanzar el umbral de disparo.

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Los relés térmicos suelen incorporar otras partes internas, como puede ser un bimetal de compensación, montado en oposición e independiente de los principales. Está sometido a la temperatura ambiente y se deforma según esa temperatura y por ende convierte al relé en un dispositivo insensible a la temperatura ambiente en un determinado rango.

Otro aspecto interno que se incorpora es un dispositivo diferencial que dispara el relé cuando se detecta que las intensidades a través de los tres bimetales son diferentes, como por ejemplo cuando falta una de las fases de alimentación.

Curva de disparo del relé térmico

Un punto a tener en cuenta cuando analicemos un determinado modelo o marca de relé térmico es la curva de disparo. Un ejemplo es la siguiente, donde el eje Y representa el tiempo en que tarda en producirse el disparo y en el eje X horizontal se representa el cociente entre la intensidad que circula por el relé térmico y la intensidad de reglaje ajustada (seleccionada por el dial).

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Podemos analizar que el tiempo de disparo del relé térmico es menor a medida que aumenta el valor del cociente del eje horizontal. Tomemos como ejemplo que el valor en el eje x es 2. Esto significa que la corriente que circula es 2 veces mayor que la que tenemos ajustada en el dial. La tabla nos indica que si esto ocurre, entonces a los 40 segundos de mantenerse esta condición el relé térmico se activará desplazando la condición de sus contactos auxiliares.

Si por ejemplo, el valor del cociente es 7 (7 veces circula respecto a la ajustada), el relé se activará a los 4 segundos.

Relé de sobrecarga de estado sólido o relé de sobrecarga electrónico

Este es el segundo tipo de relé de sobrecarga mencionado y que muchas personas le dicen igualmente relé térmico.

Todo lo mencionado anteriormente es válido ya que tiene exactamente los mismos propósitos del relé térmico bimetálico. Solo que utiliza métodos diferentes para la detección de la corriente empleando circuitos electrónicos y no utilizando las tiras bimetálicas.

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En el relé de ejemplo salta a la vista los 4 interruptores (dip switches) que sirven para definir el modo de rearme manual o automático.

También permiten definir la clase de disparo. Es una gran característica de este tipo de relé. Mientras con el relé térmico bimetálico la clase venía fija, en este tipo de relé de sobrecarga se puede definir al emplear transformadores de corriente en su diseño.

Estos transformadores de corriente no son más que un cable envuelto alrededor de una pieza en forma de rosquilla de metal. La corriente del motor viaja a través de la rosquilla que a su vez crea un campo magnético que produce una corriente mucho más pequeña que es la que se procesa por los circuitos electrónicos. Es de un valor pequeño pero es directamente proporcional a la corriente del motor y se procesa digitalmente para el control de la corriente que circula por la carga.

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Otra ventaja de este tipo de relé de sobre carga de estado sólido es que se le pueden añadir módulos de comunicación como Ethernet y así supervisar diferentes parámetros para su uso en un sistema de automatización.

Esta mayor flexibilidad con este tipo de relé de protección trae aparejado que son más costosos.

Ya depende de tus requerimientos y condiciones elegir entre un relé “térmico” de estado sólido o el tradicional relé térmico bimetálico.


Conexión de un relé térmico

Múltiples son los esquemas de conexión de un relé térmico a un motor eléctrico o en nuestro asunto, a una bomba de agua. No obstante a modo de ejemplo, mostramos un circuito clásico de control del motor y el empleo de un contactor, un relé térmico y botones de arranque y parada del tipo pulsador.

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Lo primero que vemos en el esquema eléctrico del control del motor con relé térmico, es lo que habíamos planteado que el relé térmico no corta directamente la alimentación del motor. Él trabaja sobre el circuito de mando a través de sus contactos auxiliares, específicamente sobre la bobina del contactor y este último entonces corta la alimentación eléctrica al motor.

Vamos a arrancar el motor pulsando el botón de arranque o marcha S1. El contactor se activa pues a la bobina del mismo le llega la fase a través de los contactos auxiliares NC del relé térmico, el botón de parada (NC) que está cerrado y el propio botón de marcha que hemos pulsado.

Al activarse el contactor cierra sus contactos principales arrancando el motor.

El contactor cierra los contactos auxiliares de KM1 para no depender más del botón de marcha que podemos soltar.

El relé térmico ejecuta su función de vigilar la corriente de consumo del motor y en el caso de suceder cualquier anomalía de las ya descritas, el relé térmico abre inmediatamente sus contactos 95 y 96. De esa forma interrumpe la alimentación hacia la bobina del contactor KM1 y por ende, este contactor abre inmediatamente sus contactos principales dejando de funcionar el motor a modo de protección.


Conexión de un relé térmico a un motor monofásico

También podemos proteger un motor monofásico empleando un relé térmico. Debemos en el caso del neutro realizar la conexión como se muestra en el esquema siguiente. Uniendo la salida de una de las fases libres a la entrada de la otra y ya entonces ir directamente al motor.

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Cómo probar un relé térmico

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Mostraremos cómo comprobar un relé térmico con la ayuda de un multímetro. Lo primero es identificar los terminales de nuestro relé térmico.

En el ejemplo tenemos la entrada de fuerza o línea, en los bornes 1L1, 3L2, 5L3. Y los de salida identificados por 2T1, 4T2 y 6T3, que son los que irían directamente al motor.

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Se identifican igualmente los contactos auxiliares 96 y 96, que son normalmente cerrados y los 97 y 98 que son los normalmente abiertos.

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La primera comprobación es la verificar la continuidad en los contactos principales. O sea, medimos con el multímetro o tester la continuidad entre 1L1 y 2T1, entre 3L2 y 4T2 y por último entre 5L3 y 6T3. Si alguno está abierto, el relé térmico tiene problemas.

De igual forma con el multímetro midiendo resistencia eléctrica comprobamos que 95 y 96 tienen continuidad, ya que son normalmente cerrados. Entre los contactos 97 y 98 la medición da circuito abierto.

Podemos a través del switch de test del relé térmico comprobar como los conctactos auxiliares cambian de condición. Coloque las puntas del medidor entre 95 y 96, debe dar el beep de continuidad y seguidamente desplace el interruptor de test del relé. La medición debe pasar de cortocircuito o circuito abierto, indicando que funcionan bien esos contactos normalmente cerrados.

Realice la misma prueba pero empleando los contactos 97 y 98, que deben estar abiertos y cuando desplace el interruptor de test, deben mostrar continuidad.



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