Clasificación de tableros eléctricos

Los tableros eléctricos son elementos esenciales en toda instalación, pues, más que ser gabinetes únicamente donde se concentran los dispositivos de conexión, control, maniobra, protección, medición, señalización y/o distribución; cumplen la función de añadir un grado de protección adicional a dichos equipos, permitiendo un funcionamiento correcto de los circuitos en cuestión.

Fig. 1: tablero eléctrico.

Anteriormente revisamos qué elementos contienen, típicamente, la mayoría de los tableros del sector industrial y uno de los puntos enunciados fueron los dispositivos eléctricos y electrónicos. Es aquí donde surgen un par de dudas que buscaremos resolver en este artículo. En primer lugar: ¿Qué tipos de tableros existen según los dispositivos que contienen? ¿Qué elementos eléctricos y electrónicos podemos encontrar en su interior? Y, adicionalmente ¿Qué normas deben cumplir los gabinetes al momento de su instalación? Empecemos con la primera interrogante.

Clasificación según su función

Bajo la consideración de que los tableros cumplen funciones específicas en los distintos circuitos de un entorno industrial, podemos encontrar las siguientes categorías:

»Tableros de distribución (TD): Como su nombre lo indica, se encargan de la distribución de corriente hacia las distintas tomas (o derivaciones) del circuito. A su vez, podemos encontrar tres variantes en esta categoría que dependen de la cantidad de energía que soportan.

Fig. 2: Tableros de distribución.

    1. Distribución principal: se conectan a la línea principal de alimentación y, mediante un interruptor principal, permiten el paso de energía o, en su defecto, la detienen.

    2. Distribución secundaria: son derivaciones del tablero principal y se encargan de controlar circuitos de menor escala dentro del sistema principal.

    3. Tableros de paso: Tienen la finalidad de proteger las derivaciones del circuito principal que, por su capacidad, no pueden ser conectadas directamente a alimentadores o subalimentadores. La protección se realiza mediante el uso de fusibles.

»Centros de control de motores (CCM): se caracterizan por contener elementos como contactores, relevadores, variadores de frecuencia y, en general, equipos necesarios para controlar motores eléctricos.

Fig. 3: Centro de control de motores.

»Alumbrado y centros de carga: distribuyen pequeñas cargas a elementos de bajo consumo como pueden ser contactos y sistemas de alumbrado.

Fig. 4: Tablero de alumbrado.

»De control de potencia: esta categoría destaca porque puede controlar grandes cantidades de corriente, las cuales pueden ir desde los 1000 [A] hasta los 6000 [A] y tensiones de hasta 600 [V] en corriente alterna.

Fig. 5: Tablero de potencia.

»De protección, control y medición (PCyM): esta clasificación resulta ser una composición de diferentes tableros donde cada uno está diseñado para cumplir una función específica como puede ser control, protección o medición.

Fig. 6: Tableros de control, protección y medición.

Clasificación según su orientación y ubicación

Además de las categorías que provienen de las funciones que cumplen los tableros, es posible clasificarlos de acuerdo a la orientación y ubicación que tienen una vez que son instalados.

═Autosoportados: pueden sostener su propio peso y, por lo general, se colocan sobre pedestales fijos o anclados.

Fig. 7: Tablero autosoportado.

═Empotrados: este tipo de tableros se caracteriza por que van colocados dentro de paredes y/o estructuras.

Fig. 8: Tablero empotrado.

═Adosado: están diseñados para ser colocados junto a paredes o estructuras de cualquier tipo.

Fig. 9: Tableros adosados.

Componentes eléctricos y electrónicos en los tableros eléctricos

En el artículo anterior mencioné brevemente la existencia de componentes de este tipo como un conjunto, sin embargo, considero que es importante desglosar dichos elementos bajo tres clasificaciones que son: indicadores y pulsadores, elementos de protección y elementos de control.

≡ Indicadores y pulsadores

Este tipo de elementos permite a los operadores realizar la activación (o desactivación) de procesos, además brindan una retroalimentación de las variables del sistema con el fin de corroborar su correcto funcionamiento o, en su defecto, detectar fallas cuando se presenta una alarma.

▪Botones: su función principal es la de activar (o desactivar) actuadores y elementos de campo como bombas hidráulicas, motores, válvulas e incluso secciones de los procesos.

▪Paros de emergencia: su función principal es detener completamente segmentos del proceso en aso de ser requerido.

▪Selectores: permiten la programación de controladores que cambien la función del proceso según su posición, por ejemplo, permitir la operación manual con una posición y la automática con otra.

▪Pilotos: son lámparas indicadoras que permiten conocer cuestiones como qué etapa del proceso se encuentra en ejecución, si las variables tienen valores óptimos, si existe algún inconveniente en el sistema, etc.

▪HMI: a primera instancia, este podría considerarse como elemento de control, sin embargo, debido a la posibilidad de desarrollar aplicaciones dentro de su programación que se encarguen de la supervisión del proceso, se pueden considerar como indicadores y/o pulsadores digitales.

Fig. 10: Indicadores y pulsadores.

≡ Elementos de protección

Estos elementos existen para evitar que los dispositivos principales sufran desperfectos por variaciones y perturbaciones en la alimentación del circuito, ya sea por sobrecorrientes, mal funcionamiento, variaciones de tensión, etc. Puedes encontrar un artículo completo sobre estos elementos haciendo click en este enlace.

▪Guardamotores: protegen a los motores cuando la corriente de alimentación supera sus valores nominales.

▪Termomagnéticos: estos pueden aparecer en casi cualquier instalación eléctrica ya que se encargan de supervisar cortocircuitos y sobrecorrientes. Cuando se presenta una falla en el suministro, el calentamiento de sus componentes térmicos ocasiona una desconexión de sus elementos magnéticos, restringiendo el paso de corriente.

▪Diferenciales: monitorean el flujo de corriente y comparan el valor de entrada con el de salida. Siguiendo las leyes de Kirchhoff, si se detecta una ligera variación, el elemento de protección se dispara pues esto indica la presencia de una fuga de corriente que puede ser perjudicial (e incluso mortal) a los operarios.

▪Térmicos: monitorean los cambios de temperatura que pueden presentar los embobinados al estar en operación constante.

▪Fusibles: son los elementos de protección más básicos. Constan de un filamento que se funde cuando se sobre pasa la corriente nominal.

▪Relevadores térmicos: protegen a los motores de sobrecorrientes y fallas en las fases ocasionadas por diferencias de cargas.

Fig. 11: Elementos de protección.

≡ Elementos de control

En esta clasificación encontramos equipos que permiten la manipulación de variables propias de los procesos como pueden ser temperaturas, tiempos, niveles, presiones, etc.

▪Contactores: son interruptores eléctricos que pueden ser activados (o desactivados) a distancia.

▪Temporizadores: funcionan como contactores pero su acción está determinada por un reloj interno que activa o desactiva el contacto en cuestión.

▪Relevadores: su funcionamiento es similar al de los contactores con la excepción de que estos pueden manejar menores cantidades de corriente y suelen ser utilizados en circuitos de mando o de control.

▪PLC: son el cerebro de los tableros eléctricos de control destinados a aplicaciones industriales ya que procesan todas las señales y deciden qué acciones tomar según a programación contenida en su memoria.

▪Convertidores de señal: convierten el tipo de energía de las señales para que los dispositivos de control puedan procesar la información enviada por los dispositivos de campo.

Fig. 12: Elementos de control.

Normatividad aplicable

Una parte vital a considerar durante el diseño y la elaboración de un tablero eléctrico es asegurarnos de cumplir con la normatividad correspondiente, en nuestro caso, al ser un sitio de origen mexicano, debemos garantizar el cumplimiento de tres normas en específico:

>NMX-J-118/1-ANCE: llamada "Productos eléctricos: tableros de alumbrado y distribución en baja tensión-especificaciones y métodos de prueba" donde se establecen los requisitos que deben cumplir los tableros de alumbrado de hasta 600 [VCA] en sus características mecánicas y eléctricas, además de las pruebas necesarias para garantizar un funcionamiento seguro, los cuales serán utilizados para protección, distribución y control de circuitos derivados de alumbrado, aparatos, circuitos de potencia y circuitos alimentadores.

>NMX-J-118/2-ANCE: llamada "Productos eléctricos: tableros de distribución de fuerza baja en baja tensión-especificaciones y métodos de prueba" donde se establecen los requisitos que deben cumplir los tableros de distribución de hasta 600 [V] en sus secciones, interiores y envolventes, que estén diseñados para emplearse como tableros de distribución y protección de alimentadores en circuitos de fuerza e, inclusive, para alumbrado de baja tensión.

>NMX-J-235-ANCE (partes 1 y 2): llamada "Envolventes (gabinetes) para uso en equipo eléctrico-especificaciones y métodos de prueba" donde se establecen los requisitos generales de construcción y métodos de prueba que deben cumplir los gabinetes para equipo eléctrico en interiores.

Conclusiones

Continuando con lo expuesto en el artículo anterior, resulta interesante la cantidad de información que podemos generar a partir de una necesidad tan "simple" como es el requerir un lugar en el cual colocar los distintos elementos eléctricos y electrónicos que permitirán el funcionamiento de un proceso de un circuito.

Respecto a las clasificaciones de los tableros, considero que es una respuesta natural a las necesidad del sector industrial el hecho de tener una instalación específica que cumpla con las funciones enunciadas pues, como es de esperarse, los requerimientos de un circuito de potencia nunca serán los mismos que los de un circuito de control y tampoco serán los mismos de un sistema de alumbrado.

Como ingenieros de diseño, debemos tener siempre presente que la seguridad de los operarios es más importante que nada, es por eso que recalco el deber de cumplir con la normatividad existente. En este caso (y como ya mencioné), seguimos la normatividad mexicana y desafortunadamente desconozco las normas que aplican en los distintos países de procedencia de nuestros lectores, es por eso que exhorto a que realices una investigación (en caso de ser necesario) sobre los lineamientos que deben cumplir tus diseños. Esto es, esencialmente, un ejercicio de ética.

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Y, como siempre, gracias por leer.

-AHN