¿Qué es un relé de sobrecarga térmica?

En el control eléctrico y la automatización industrial, las condiciones de funcionamiento anómalas, como la sobrecarga, la pérdida de fase y la mala disipación del calor, pueden provocar el sobrecalentamiento de los motores, acortar su vida útil o incluso quemarlos. Los relés de sobrecarga térmica se utilizan ampliamente para proteger los motores.

Estos dispositivos funcionan según el principio del efecto térmico. Cuando la corriente supera el valor nominal durante un periodo, el relé se activa y desconecta el circuito de control para evitar daños en el motor. Su funcionamiento se ajusta a las características de calentamiento reales de los motores.

Este artículo presenta la definición, el principio de funcionamiento, la estructura y la aplicación de los relés de sobrecarga térmica.

Conclusión clave

• Un relé de sobrecarga térmica es un dispositivo de protección eléctrica que protege los motores contra sobrecargas mediante el principio del efecto térmico.
• Evita que los motores se sobrecalienten y se dañen durante un funcionamiento prolongado con sobrecarga, y mantiene un funcionamiento estable y seguro del equipo.
• Cuando la corriente supera el valor establecido y se mantiene durante un tiempo determinado, la tira bimetálica interna se dobla debido al calor y hace que los contactos actúen de manera que se interrumpa el circuito de control.
• Proporciona características de tiempo inverso, lo que significa que el tiempo de acción se acorta a medida que aumenta la corriente de sobrecarga y coincide con la ley de calentamiento real de los motores.
• Se utiliza ampliamente en sistemas de control de motores industriales y normalmente se emplea junto con contactores.
• Se caracteriza por su estructura sencilla, bajo coste, alta fiabilidad y fácil mantenimiento.

¿Qué es un relé de sobrecarga térmica?

Un relé de sobrecarga térmica es un dispositivo de protección eléctrica diseñado para proteger los motores contra el funcionamiento en condiciones de sobrecarga.

Su función principal es que, cuando la corriente del motor supera el valor nominal y se mantiene durante un tiempo determinado, los componentes internos del relé actúan debido a la generación de calor y cortan automáticamente el circuito de control, lo que evita que el motor se dañe por sobrecalentamiento.

¿Cuál es el principio de funcionamiento de un relé de sobrecarga térmica?

Cuando un motor funciona con normalidad, la corriente que circula por el relé de sobrecarga térmica se mantiene dentro de un rango admisible, y el calor generado por los elementos calefactores internos no es suficiente para activarse. Sin embargo, cuando el motor se sobrecarga y la corriente aumenta y se mantiene durante un tiempo determinado, la temperatura de los elementos calefactores se eleva y provoca que la tira bimetálica interna se doble debido al calor.

Una vez que la deformación de la tira bimetálica alcanza el valor establecido, empuja el mecanismo mecánico y hace que el contacto normalmente cerrado del relé se abra o el contacto normalmente abierto se cierre, lo que interrumpe el suministro de energía a la bobina del contactor y detiene el motor.

Cuanto mayor sea la corriente de sobrecarga, mayor será el calor generado, más rápido aumentará la temperatura de la tira bimetálica y menor será el tiempo de respuesta del relé. Cuanto más se aproxime la corriente al valor nominal, mayor será el tiempo de respuesta. Esta característica se denomina característica de tiempo inverso y coincide con la ley de calentamiento real de los motores.

Tras la operación, la tira bimetálica necesita enfriarse antes de que el dispositivo pueda volver a funcionar mediante un reinicio manual o automático.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los relés de sobrecarga térmica?

Ventajas de los relés de sobrecarga térmica

• Las características de protección se aproximan a la ley de calentamiento de los motores.
• Estructura simple y alta fiabilidad
• Bajo costo y alta relación rendimiento-precio.
• Fácil de usar y de mantener
• Amplia gama de aplicaciones

Desventajas de los relés de sobrecarga térmica

• Velocidad de respuesta lenta
• Muy afectado por la temperatura ambiente.
• Función de protección relativamente única
• Menor precisión que los protectores electrónicos.

¿Cuáles son los componentes de un relé de sobrecarga térmica?

Generalmente, están hechos de resistencias o bobinas calefactoras y se conectan en serie en el circuito del motor para detectar el nivel de corriente. Una mayor corriente genera más calor. Como componente principal de un relé de sobrecarga térmica, está compuesto por dos metales con diferentes coeficientes de dilatación térmica. Se dobla al calentarse y proporciona el desplazamiento mecánico necesario para la activación del relé.

Generalmente incluye un grupo de contactos normalmente cerrados para desconectar la bobina del contactor y un grupo de contactos normalmente abiertos para la indicación de señal o alarma. Transfiere el desplazamiento de la tira bimetálica a los contactos, lo que permite que estos actúen de forma rápida y fiable en caso de sobrecarga.

Ajusta la corriente de activación del relé mediante una perilla o un tornillo de ajuste para que coincida con la corriente nominal del motor protegido. Se utiliza para la recuperación tras una sobrecarga y puede ser de reinicio manual o automático.

Componente	Mareas Ideales para Lecciones
Elementos de calentamiento	Detecta la corriente del motor y genera calor proporcional a la carga.
Tira bimetálica	Se dobla al calentarse para activar el mecanismo de relé.
Sistema de contacto	Abre el circuito de la bobina del contactor y proporciona señales de alarma.
Mecanismo de accionamiento	Transfiere el movimiento bimetálico para accionar los contactos.
Dispositivo de configuración actual	Ajusta la corriente de disparo para que coincida con la potencia nominal del motor.
Mecanismo de reinicio	Reinicia el relé después de que se active, ya sea de tipo manual o automático.

¿Qué tipos de relés de sobrecarga térmica existen?

Tipo de protección general del motor

Diseñado principalmente para la protección contra sobrecargas de motores asíncronos trifásicos en equipos industriales generales como ventiladores, bombas de agua y cintas transportadoras. Este tipo de protección se caracteriza por su estructura sencilla y su rendimiento económico.

Tipo de arranque de servicio pesado

Adecuado para equipos con alta corriente de arranque y tiempo de arranque prolongado, como trituradoras, compresores y mezcladoras. El relé permite una mayor duración del arranque para evitar disparos intempestivos.

Tipo de carga ligera o arranque frecuente

Se aplica comúnmente a equipos con pequeñas variaciones de carga o arranques y paradas frecuentes, como máquinas herramienta y pequeños sistemas de transmisión. Su alta sensibilidad garantiza una protección precisa.

Tipo de protección contra pérdida de fase

Proporciona protección contra sobrecargas y contra pérdida de fase en sistemas de alimentación trifásicos. Se utiliza frecuentemente en aplicaciones que requieren alta fiabilidad operativa.

Tipo de protección integral multifuncional

Integra múltiples funciones de protección, incluyendo protección contra sobrecarga, pérdida de fase, desequilibrio y bloqueo de rotor. Se suele elegir para sistemas automatizados o equipos críticos.

Tipo de aplicación para entornos especiales

Diseñado para entornos de alta temperatura, alta humedad, polvo o con riesgo de explosión, como las industrias minera, química y metalúrgica. Su diseño estructural mejorado y la selección de materiales garantizan una gran adaptabilidad ambiental.

¿Cuáles son las aplicaciones prácticas de los relés de sobrecarga térmica?

Circuitos de control de motores

En diversos armarios de distribución de baja tensión y armarios de control de motores, los relés de sobrecarga térmica se utilizan habitualmente junto con contactores e interruptores automáticos para formar el circuito de protección más básico para motores. Cuando la corriente del motor aumenta continuamente debido a una carga excesiva o un funcionamiento anómalo, el relé interrumpe la alimentación de control, libera el contactor y detiene el motor, lo que evita que el bobinado se queme por sobrecalentamiento.

Sistemas de ventiladores y bombas de agua

En los sistemas de ventilación, aire acondicionado, suministro de agua y drenaje, los ventiladores y las bombas de agua suelen sufrir sobrecargas causadas por obstrucciones en las tuberías, un funcionamiento incorrecto de las válvulas o cambios en las condiciones de trabajo. Los relés de sobrecarga térmica pueden interrumpir el suministro eléctrico a tiempo cuando los motores funcionan con sobrecarga durante un tiempo prolongado, lo que protege los equipos y reduce los costes de mantenimiento.

Equipos de transporte y transmisión

En cintas transportadoras, transportadores de cadena, polipastos y otros equipos, la acumulación de material o el atasco mecánico pueden provocar fácilmente un aumento de la corriente del motor. Los relés de sobrecarga térmica protegen contra estas sobrecargas continuas e impiden que los motores funcionen en condiciones anormales durante un tiempo prolongado, lo que reduce el riesgo de daños en el equipo.

Máquinas herramienta y equipos de procesamiento

En tornos, fresadoras, taladradoras y otras máquinas herramienta, los motores pueden sobrecargarse si la carga de corte es excesiva o si las herramientas están muy desgastadas. Los relés de sobrecarga térmica pueden desconectar el circuito de control del motor a tiempo y mejorar la seguridad y la estabilidad del funcionamiento del equipo.

Compresores y equipos de bombeo

En compresores de aire, bombas hidráulicas y otros equipos de funcionamiento continuo, los motores suelen trabajar bajo cargas elevadas. Los relés de sobrecarga térmica ofrecen protección antes de que los motores se sobrecalienten, lo que evita el envejecimiento del aislamiento y los daños en el equipo.

Sistemas de Control Automatizado

En las líneas de producción automatizadas y los sistemas de control industrial, los relés de sobrecarga térmica sirven como componentes básicos de protección y trabajan junto con PLC, contactores y otros equipos para formar un sistema completo de protección de motores, que aún conserva un alto valor en los sistemas inteligentes.

Tipo de relé de sobrecarga térmica	Aplicaciones
Tipo de protección general del motor	Ventiladores, bombas de agua, cintas transportadoras y otros equipos industriales en general.
Tipo de arranque de servicio pesado	Trituradoras, compresores y otros equipos con alta corriente de arranque.
Tipo de arranque ligero/frecuente	Máquinas herramienta, pequeños transmisores y otros equipos con pequeñas variaciones de carga.
Tipo de protección contra pérdida de fase	Ocasiones que requieren una alta fiabilidad operativa.
Tipo de protección integral multifuncional	Sistemas de alta automatización y equipos importantes
Tipo de aplicación para entornos especiales	Minería, industria química, metalurgia y otros entornos hostiles.

¿Cómo seleccionar un relé de sobrecarga térmica?

• El rango de corriente de ajuste del relé debe cubrir la corriente nominal del motor, y el valor de ajuste suele fijarse en aproximadamente 1.0 a 1.1 veces la corriente nominal del motor.
• Los equipos con tiempos de arranque prolongados y alta corriente de arranque deben elegir modelos adecuados para arranques de alta exigencia. Los equipos con cargas ligeras o arranques frecuentes deben elegir modelos de acción sensible.
• En función de la estructura del armario de control, se puede elegir entre un modelo dividido o combinado, siendo el modelo combinado más conveniente para la instalación y el cableado.
• En entornos con altas temperaturas o grandes diferencias de temperatura, se deben seleccionar modelos con compensación de temperatura. Para entornos especiales, se pueden elegir productos con mayor capacidad de protección.
• Para ocasiones ordinarias, se puede optar por el modelo estándar. Para situaciones con altos requisitos de seguridad, se puede elegir el modelo multifuncional con funciones de detección de pérdida de fase y desequilibrio, o bien relés electrónicos.

¿Cómo realizar el mantenimiento de un relé de sobrecarga térmica?

Asegúrese de que el valor de ajuste coincida con la corriente nominal del motor para evitar averías o fallos en la protección. Evite la generación de calor adicional o la disminución de la fiabilidad del funcionamiento causada por un mal contacto. Compruebe si hay desgaste, oxidación o atascos mecánicos y sustituya los contactos si es necesario.

Limpie el polvo y los residuos, y refuerce la inspección, especialmente en ambientes polvorientos o húmedos. Después de que se active el relé, verifique primero la causa de la sobrecarga del motor y reinicie el relé solo después de solucionar el problema, lo que evitará sobrecargas repetidas.

Conclusión

Los relés de sobrecarga térmica son componentes de uso común para la protección de motores y pueden prevenir eficazmente el sobrecalentamiento y los daños causados ​​por sobrecargas prolongadas. Se caracterizan por su estructura simple, bajo costo y alta confiabilidad, y se utilizan ampliamente en diversos sistemas de control eléctrico.

En la práctica, una selección adecuada, un ajuste correcto y un mantenimiento regular proporcionan una protección contra sobrecargas estable y fiable para los motores, convirtiéndolos en un componente fundamental del sistema de protección de motores. KRIPAL ofrece una amplia gama de relés térmicos de sobrecarga que brindan soluciones perfectas para sus necesidades en este ámbito. Póngase en contacto con nuestro ingeniero; él podrá ayudarle a resolver el problema.

Preguntas Frecuentes

P: ¿Se pueden utilizar relés de sobrecarga térmica para la protección contra cortocircuitos?

No. Los relés térmicos de sobrecarga se utilizan principalmente para la protección a largo plazo de motores contra sobrecargas y responden lentamente a fallas de alta corriente, como cortocircuitos. Generalmente, deben usarse junto con disyuntores o fusibles.

P: ¿Se puede reiniciar un relé de sobrecarga térmica inmediatamente después de que se active?

No se recomienda reiniciarlo inmediatamente. Primero se debe identificar y eliminar la causa de la sobrecarga del motor, y luego reiniciarlo una vez que el relé se enfríe para evitar que el motor vuelva a sobrecargarse.

P: ¿Cómo se suele ajustar la corriente de un relé de sobrecarga térmica?

Por lo general, se ajusta en función de la corriente nominal del motor, normalmente entre 1.0 y 1.1 veces el valor nominal, y puede ajustarse adecuadamente según las características de la carga.

P: ¿Afecta la temperatura ambiente al funcionamiento de un relé de sobrecarga térmica?

Sí. Las temperaturas ambiente excesivamente altas o bajas pueden afectar las características de funcionamiento, por lo que se deben seleccionar modelos con compensación de temperatura para ocasiones con grandes diferencias de temperatura.

P: ¿Puede un relé de sobrecarga térmica sustituir a un protector electrónico de motor?

Puede satisfacer las necesidades básicas de protección contra sobrecargas en aplicaciones generales, pero los protectores electrónicos de motor son más adecuados para ocasiones que requieren alta precisión y funciones de protección.