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Capítulo 1 Preparación de armarios y cuadros para el montaje de circuitos eléctricos

1. Introducción

Hoy en día no podemos entender una industria sin una serie de señalizaciones; como las famosas puertas con el triangulito amarillo y el rayo, o una seta de emergencia roja en la parte delantera o lateral de la misma.

En este capítulo vamos a ocuparnos de la preparación de un cuadro eléctrico tanto en mecanización, como en disposición y organización de sus elementos, para una posterior instalación eléctrica del cableado. Sabremos cómo ubicar los elementos para ser más organizados a la hora de conectar todos los elementos entre sí; no solo los elementos propios que lleva el interior del cuadro, sino para las futuras conexiones con todos los elementos exteriores que necesitan interactuar, como son los receptores de carga, los sensores, los actuadores, etc.

2. Interpretación gráfica

El dibujo es una de las herramientas más útiles y necesarias a la hora de plasmar, en un papel y de manera rápida, el concepto que queremos construir y hacer realidad; por esto hay ciertas necesidades técnicas que debemos plantear en este título.

Antes es preciso concretar que la interpretación y la representación gráfica son un binomio que van de la mano, pues el que sabe representar sabe interpretar.

Vamos a explicar algunas de las técnicas de representación más usadas en la elaboración de cuadros eléctricos y su instalación.

Nota

Por ello y dado que un mantenedor en muchas ocasiones tiene que realizar representaciones gráficas, vamos a estudiar el dibujo desde el punto de vista de la representación.

2.1. Escalas

Las escalas son necesarias para poder representar en el papel el tamaño que va a tener en realidad el objeto a instalar, pudiendo ser en unos casos menores que en la realidad, con lo que le llamaremos escala de reducción. Estas escalas se usan para poder representar los tamaños grandes, en un papel más o menos manejable a la hora de trabajar. Por el contrario, si lo que necesitamos es ver detalles que en el tamaño real no son fácilmente visibles, utilizaremos una escala de ampliación.

Todas las escalas están claramente expresadas tanto en ampliación como en reducción; la forma de expresarlas es escribiendo el tamaño usado en el papel y a continuación dos puntos “:”, seguido del tamaño que tendría en la realidad.

Ejemplo

Si tenemos una caja de 100 centímetros en la realidad y la dibujamos con 1 centímetro en el papel, lo indicaríamos como “Escala 1:100”.

2.2. Planos

Son la viva representación de un conjunto de elementos que componen una pieza -o un conjunto de las mismas-, directamente plasmadas en papel con toda la normalización requerida para dibujarlo.

Todos los planos deben de cumplir unas normas de dibujo técnico y son necesarias para poder entender los planos. Sin embargo, en el trabajo de campo no disponemos de herramientas adecuadas para elaborarlos, así que el sustituto rápido de los planos es el croquis, que nos ayuda de manera rápida a realizar y tomar notas para montar lo que se representa en el proyecto de instalación.

Plano formato A-3

Nota

Entendemos por “normalización” su acotación, signos, símbolos, referencias, etc., todos ellos datos de uso cotidiano en cualquier tipo de plano, sea eléctrico o mecánico.

2.3. Croquis

Los croquis son dibujos hechos a mano alzada o con pocos recursos gráficos: lápiz, papel, regla y poco más. Dado que en el trazado de estos dibujos no hay mucha precisión, hay que tenerlos bien acotados y dar el mayor número posible de datos en cuanto a vistas de la pieza, para poder hacernos una idea o visión mental de la pieza lo más fiel posible a la realidad.

Las vistas de las piezas nos permiten observarlas con detalle, según la vemos desde un lado, desde arriba o desde su frontal; estas vistas son lo que llamamos proyecciones ortogonales y nos ayudan a ver el dibujo tal y como es en la realidad.

Vistas y proyección ortogonal (isométrica)

2.4. Acotación

Entendemos por acotación la medida de una característica de un objeto, la cual debe ser especificada en un dibujo técnico. A la acotación, también se la conoce como cota o dimensión. Las cotas han de escribirse con caracteres bien visibles, no deben producir dudas de comprensión en el sentido paralelo a las correspondientes líneas de cota, encima de las mismas, con una ligera separación y en cuanto sea posible hacia su mitad.

Importante

La acotación debe cumplir un conjunto de reglas para facilitar su lectura y por consiguiente, permitir la construcción de una pieza.

Recuerde

Las cotas no deben nunca estar atravesadas o separadas por ninguna línea del dibujo.

Existen diferentes formas de acotar, dependiendo de la complejidad que presente la pieza u objeto a representar.

Pieza acotada en posición horizontal

La acotación puede ser de muchos tipos, como de tamaño o de dimensión, de localización o posición, de notas locales y generales.

Importante

Solo se podrá fabricar una pieza si las cotas son dibujadas correctamente. Un error en la cota da lugar a una pieza mala, que habrá que desechar.

3. Ajustes y tolerancias de mecanizado

En el montaje de un cuadro eléctrico o de los elementos que intervienen en la automatización de algún proceso productivo industrial, debemos tener en cuenta las piezas a instalar y los ajustes y tolerancias necesarias para una fácil colocación en su lugar predeterminado.

Imaginemos que tenemos que fijar una pieza en un bloque macizo, usando para ello un tornillo. Lo primero que haremos es tomar medidas y ajustar el roscado del bloque macizo a la métrica del tornillo deseado, para evitar que quede el tornillo flojo o demasiado duro.

En este título vamos a explicar los conceptos de ajuste y tolerancia, para saber interpretarlos y usarlos correctamente.

Ejemplo

Otro ejemplo lo encontramos en el hueco del eje de un motor (chavetero) y su correspondiente chaveta. Estos deben ajustarse y tener una tolerancia mínima, que depende de la precisión del ajuste.

3.1. Ajuste

El ajuste es la forma en que dos piezas de un mismo conjunto y pertenecientes a una máquina se acoplan entre sí, de tal forma que una sería la que se introduce sobre la otra. Por este motivo, a la primera se le denomina pieza macho y a la segunda pieza hembra.

Pieza macho

Es aquella que posee una o varias extensiones en cuyas caras externas ajustará por la parte interna de la pieza hembra. Ejemplos de pieza macho pueden ser ejes, chavetas, estrías, etc.

Pieza hembra

Es aquella que ajusta de forma inversa a la pieza macho y podemos mencionar como ejemplos a un agujero, ranuras, troqueles, etc.

También guardan una estrecha relación de ajuste los elementos que se pueden roscar, engranar, embutir, etc.

Nota

Siempre que se tenga que ajustar alguna pieza, hay que pensar que la tolerancia nos va a determinar su nivel correcto de ajuste. Ni holgada ni excesivamente apretada.

3.2. Tolerancia

Siempre que efectuemos una medición de una pieza, esta va a depender de la herramienta de medida que usemos. No es lo mismo medir con un flexómetro -vulgarmente llamado metro-, que con un calibre -pie de rey- o con un pálmer. Todos los elementos de medida tienen un límite de precisión. Por ello, dependiendo de la precisión que requiera la medida, usaremos una herramienta u otra.

Por otro lado, debemos tener en cuenta que las mediciones pueden realizarlas tanto máquinas como personas. En el caso de que la haga una persona, que sería lo más habitual, la medida que efectúa dará un valor determinado. Ahora bien, si la hace otra persona, puede que nos dé otro valor distinto. Esto es debido a que existe un criterio de precisión que puede diferir de una persona a otra. Esta es la diferencia más considerada en la medida.

En conclusión, las medidas debemos tomarlas en relación a la exactitud que requiera la pieza, tanto para su montaje como para su instalación. Debido a esto, necesitamos darle un margen de exactitud, al que podríamos llamar tolerancia.

Cotas con tolerancias (vertical y horizontal)

Definición

Tolerancia

Es la diferencia permisible entre una cota nominal o de referencia y su medida máxima y/o mínima permisible. Cualquier valor de la pieza entre estos valores máximos y mínimos es válido.

Recuerde

A mayor tolerancia, más error respecto a la medida de referencia y más fácil nos resultará fabricar la pieza y ajustarla. A menor tolerancia más difícil resultará fabricar la pieza y ajustarla y tendremos menos error.

Como podemos observar en la imagen anterior, la tolerancia se escribe a la derecha de la cota y a un tamaño inferior a esta.

En la parte superior, donde indicamos los valores de tolerancia, pondremos la diferencia entre el valor máximo admisible y el valor nominal o de referencia de la pieza.

En la parte inferior, donde ponemos los valores de tolerancia, pondremos la diferencia entre el valor nominal o de referencia y el valor mínimo admisible de la pieza.

Aplicación práctica

Calcule los valores que debemos colocar en una cota con tolerancia, sabiendo que una pieza debe tener 85 mm de longitud, pero no valdrá si esta tiene más de 85,5 mm o menos de 84,8 mm.

SOLUCIÓN

Los valores de 85,5 mm y 84,8 mm son los valores máximo y mínimo respectivamente. La diferencia con la medida real que es 85 mm será el valor de la tolerancia. Esto sería 85,5 - 85 = 0,5 (tolerancia superior que llevará signo +) y 85 - 84,8 = 0,2 (tolerancia inferior que llevará signo -).

Estos resultados, se pondrán con el signo + en la parte superior derecha de la cota de referencia, y con signo – en la parte inferior, tal que así, 85 ±^0.5 _0.2

4. Mecanizados manuales

Hoy en día en la industria, es muy habitual que en sus procesos de producción se tengan que fabricar piezas y es posible que en esa fabricación se tengan que efectuar mecanizados, bien automáticos o manuales, de las mismas.

Aquí nos centraremos en el mecanizado manual, al cual podríamos definir como el trabajo que realizamos sobre una pieza con ayuda de herramientas para darle una forma determinada, especificada mediante medidas que hemos tomado con anterioridad para su fabricación.

Máquina-herramienta automática. Esta máquina se encarga de mecanizar la pieza.

4.1. Necesidades de seguridad en el manejo de herramientas de mecanizado

Antes de centrarnos en las herramientas para mecanizar hay que mencionar simplemente los factores de seguridad necesarios para trabajar sin riesgo de un posible accidente.

Siempre que tengamos que utilizar una de las herramientas antes mencionadas, debemos utilizar protecciones, ya que lo más normal es que en un proceso de mecanizado salten virutas o pequeños elementos que se proyectan sobre nosotros, pudiéndose incrustar en nuestro cuerpo. Por este motivo, para evitarlo y también posibles cortes, utilizaremos un banco de trabajo para que la pieza se quede inmóvil al mecanizarla. Esto lo conseguimos con el llamado tornillo de banco.

En nuestro campo de trabajo el tornillo es algo diferente en las mordazas, estas tienen la particularidad de ser paralelas, de ahí su nombre de tornillo paralelo.

Tornillo de banco normal a la izquierda y paralelo a la derecha

Nota

El tornillo de banco consta de una mandíbula fija y otra móvil, que se ajusta mediante una barra de tornillo.

4.2. Herramientas para el mecanizado

A continuación hablaremos de algunas herramientas de uso cotidiano en montajes y reparaciones de cuadros eléctricos y automatismos en general. Nos referimos a:

Lima.

Broca.

Juego de machos.

Cincel.

Remache.

Recuerde

En la mecanización manual de una pieza es imprescindible llevar gafas de protección y guantes anti-corte para protegernos de los desprendimientos de materiales.

Lima

El limado es una parte del ajuste de las piezas para producirles sus mecanizados más finos. Consiste en la eliminación de material que aún sobra de las piezas. A estas sobras de material se le denomina viruta.

La lima es una barra de acero templado con sus caras ásperas o estriadas. Las limas pueden tener formas cilíndricas, triangulares, de media caña o planas. Su uso depende de la superficie a limar y del tipo de material que queremos eliminar, pues no es la misma lima la que usamos para limar metal que para madera o plástico.

Distintos tipos de limas

Nota

Las limas se enumeran según se lime de manera más o menos fina, de ahí los nombres de lima basta, lima media y lima fina.

Sierra

El serrado es la acción que consiste en el corte de un material usando una sierra.

Las sierras de que disponemos en la actualidad son de diferentes campos de aplicación y de muy diversas formas, dependiendo, al igual que las limas, del material a cortar. En nuestro caso usaremos una sierra de acero.

Ejemplo

Podemos cortar madera, acero, marquetería, cerámica, vidrio, etc.

La sierra de acero es una hoja plana de 1 mm de espesor, de más de 30 cm de longitud y aproximadamente 1 cm de ancha, con 2 agujeros: uno en cada extremo. Esta hoja va alojada en un arco metálico sobre dos tetones, uno fijo y otro móvil que lo usamos de tensor; además, posee un mango para poderla sujetar con comodidad y soltura. Por este soporte a esta sierra se la denomina comúnmente arco de sierra.

Hay que especificar que la hoja de sierra posee dos cantos, uno de ellos con dientes. Estos dientes son los que, por rozamiento, producirán el corte, pero hay que tener en cuenta el sentido del diente, pues debe de mirar fuera, para no arrastrar la viruta hacia nosotros al realizar el movimiento de vaivén del arco de sierra.

Colocación de la hoja de sierra

El arco de sierra lo usaremos para cortar tubo de acero, canalizaciones metálicas, perfiles metálicos, etc.

Arco de sierra

Por último, es preciso puntualizar que la posición correcta del arco de sierra es siempre perpendicular al suelo para evitar torcernos en el corte.

Importante

Siempre que necesitemos cortar, sea material duro o blando, usaremos el tornillo de banco para sujetarlo, nunca las manos.

Broca

El taladrado es muy conocido en el ambiente doméstico, -¿quién no ha colocado un cuadro alguna vez? Consiste en hacer agujeros cilíndricos de una determinada longitud y en un material cualquiera, para lo que necesitamos una máquina llamada taladradora. Esta máquina posee una sujeción para colocarle la broca que es la que realiza el mecanizado de agujero.

Tipos más comunes de brocas

BROCA PARA HORMIGÓN:

Vale para taladrar paredes y materiales de obra. No sirve ni para metal ni para madera Tiene una placa de matal duro en la punta que va rompiendo el material y puede usarse con percusión.

BROCA PARA METAL:

Sirve para taladrar metales, plásticos y maderas en las que no se requiera demasiada precisión. Suelen estar hechas de acero y son de una sola pieza a diferencia de la de hormigón. No pueden usarse con percusión.

BROCA PARA MADERA:

Es la más usada para taladrar madera. Tiene tres puntas afiladas en el extremo de penetración, la central sirve para centrar la broca perfectamente y las de los lados van cortando el material. No puede usarse con percusión.

Sabía que...

Antiguamente no había taladradoras y se hacia el agujero con una herramienta manual que tenía una manivela como el pedal de una bicicleta y recibía el nombre de “berbiquí”.

Las brocas son herramientas cilíndricas de acero templado, con punta afilada en un extremo y con una estría a lo largo de ella en forma helicoidal, también con rebordes afilados, de manera que al girar hace el efecto de un tornillo, cortando el material y produciéndole un alojamiento o agujero de forma cilíndrica y del mismo diámetro de la broca.

Brocas hay de diferentes diámetros y materiales. Los diámetros más usados son con salto de una broca a otra de 0,5 mm (1-1, 5-2-2, 5-3, etc.), y hasta un máximo de 10 o 13 mm de diámetro. Diámetros más grandes no se pueden alojar en una máquina taladradora de mano. Los materiales de los que están fabricadas las brocas son dependientes del material a taladrar; así nos las podemos encontrar de acero, cromo-vanadio, vidia, etc.

Para realizar un taladro, hay que realizar 2 movimientos a la broca: uno de rotación para arrancar material y otro de avance para penetrar en el material.

Consejo

Para facilitar la extracción de la broca, una vez penetrado el material hasta la profundidad deseada, hay que cambiar el sentido de giro de la taladradora.

Cincel

El cincelado consiste en eliminar material mediante una herramienta cortante que recibe el nombre de cortafríos o cincel; este tiene un filo que por impacto, producido normalmente por un martillo, corta el material.

Cincel

Juego de machos

El juego de machos es una de las herramientas que también se usan en instalaciones, mantenimiento y reparaciones eléctricas. Se usa para fabricar roscas en el material y así fijarle algún elemento con tornillo.

La rosca es una estría arrollada en forma helicoidal a lo largo de un agujero realizado en el material. A esa estría que es saliente se le denomina filete de rosca. Entre filetes, existe un surco o canal con una profundidad distinta en cada rosca.

El roscado consiste en realizar un agujero y posteriormente le introducimos los machos de roscar, empezando con el cónico, seguimos con el semicónico y por último, el cilíndrico.

Las roscas pueden ser de distintos diámetros y estar basadas en distintos sistemas de normalización. Así tenemos la rosca métrica o la rosca de Whitworth: la primera se refiere al sistema métrico internacional y la segunda utiliza las pulgadas.

Juego de machos

Remachadora

Al igual que los tornillos y sus tuercas, para fijar elementos se usan los remaches, y en nuestro campo los más usados son los de remachadora.

Consiste en un tubo cilíndrico (el vástago) que dispone de una cabeza en su extremo final. Las cabezas tienen un diámetro mayor que el resto del remache, para que así al introducir este en un agujero, pueda ser encajado. Una vez introducido en el agujero, este posee una punta que lo atraviesa con cabeza esférica donde introducimos esa punta en las mordazas de nuestra remachadora y presionamos para retirar la punta y dejar el remache afianzado.

Remachadora y tipos de remaches

5. Montaje de elementos eléctricos y electrónicos

Las instalaciones eléctricas de automatismos son en algunos casos un tanto complejas por la variedad de elementos que se deben ubicar en distintos lugares.

Nota

Estos lugares están definidos según cada caso por la aplicación de la instalación y necesitan una serie de elementos muy diversos: eléctricos, electrónicos, mecánicos, neumáticos, hidráulicos, etc.

Estos elementos, en la actualidad, abarcan un amplísimo campo de uso, por lo que nos centraremos en los de uso más frecuente.

Todo montaje requiere inicialmente un tiempo de preparación para organizar las pautas a seguir y de esta manera ordenar los elementos a instalar. Realmente todos van vinculados, pero es recomendable establecer un método de ejecución.

5.1. Método de ejecución

Realmente no existe ningún método específico de ejecución del montaje, ni ninguna normativa donde se exija en qué orden debe efectuarse un montaje. Pero la experiencia del montador decide según el tipo de instalación qué elementos colocar primero y qué orden seguir para agilizar la instalación.

Nosotros nos centraremos en un método convencional, el cual queda definido por 5 bloques de trabajo. Estos bloques representan la base de toda instalación y son los siguientes:

Bloque de alimentación.

Bloque de dispositivos de mando y fuerza.

Bloque de canalización.

Bloque de carga o receptores.

Bloque de emisores o pupitres.

Esquema de bloques

Bloque de alimentación

Este bloque ubica sus elementos desde la toma de corriente que nos indica la instalación hasta los dispositivos de mando y fuerza. Los elementos que intervienen son de protección y van ubicados en cajas empotradas o de superficie, o en la mayoría de los casos en cuadros o armarios eléctricos solo con protecciones.

Caja de fusibles y cuadro de protecciones

Bloque de dispositivos de mando y fuerza

Se considera la parte cerebral de toda la instalación, el bloque donde se sitúan los cuadros y armarios eléctricos con elementos de control. Aquí los elementos van sobre placas de montaje; en ellas pueden existir elementos eléctricos o electrónicos especiales que necesitan su propia placa de anclaje, -la cual es facilitada por el fabricante de estos elementos. También se pueden montar sobre zócalos, perfiles e incluso atornillados o remachados a la placa o placas del cuadro eléctrico: en ellos se montan todos los elementos eléctricos de mando y fuerza.

Nota

Las puertas de un armario o cuadro se suelen aprovechar como panel de indicadores luminosos o para ubicar elementos eléctricos y electrónicos: pulsadores, interruptores, setas de emergencia y conmutadores.

Bloque de canalización

Este bloque es el camino que debemos seguir para llevar toda la fuerza y el mando a los diferentes receptores -por ejemplo, un motor- y emisores -por ejemplo, un detector magnético.

Los elementos eléctricos que intervienen en este bloque son solo cables o mejor dicho mangueras de cable de distintos tipos que se mezclan entre sí en la canalización. Los hay con tensiones considerables, con señales analógicas o digitales, con tensiones bajas, en corriente continua, en corriente alterna, etc. En conclusión cualquier tipo de cable que vaya o vuelva del cuadro eléctrico o armario.

Solo queda puntualizar que generalmente las mangueras de cable que van en la canalización suelen ir sueltas, menos cuando se produce una subida o bajada de nivel, en estos casos tendremos que usar bridas o correíllas para amarrarlas a la canalización.

Canalización de rejilla con mangueras

Bloque de carga o receptores

Es el bloque más pesado del montaje, pues es donde tenemos que fijar todos los receptores, normalmente atornillados, bien al suelo, en una bancada o donde se requiera, como por ejemplo en los motores. También podemos montar cualquier tipo de receptores, como cuadros secundarios, paneles electrónicos, sistemas de iluminación, etc.

Motor

Nota

Son los elementos eléctricos más usados.

Bloque de emisores o pupitres

Son las zonas de trabajo, si las hubiera, donde se montan todos los pulsadores, interruptores, conmutadores, etc., de control o mando, que debe manipular el operario del puesto, haciendo que funcione el proceso de automatización.

Nota

Estos elementos suelen estar situados en peanas en forma de pupitre y en una disposición que facilita el uso del operario.

En este bloque también van incorporadas las señalizaciones de seguridad, como balizas, giradores luminosos o señalizadores acústicos.

Pupitre

6. Resumen

La base de conocimiento que debemos recordar de este capítulo se centra en saber interpretar un plano o croquis, de manera que sepamos situar los elementos que intervienen en el montaje de un cuadro eléctrico. Sabremos reconocer tolerancias y aplicarlas para el mecanizado de los elementos, así como el ajuste de piezas que intervienen en el montaje. Además, podremos realizar escalas en los planos para conocer la verdadera dimensión de la instalación.

Una vez reconocida la magnitud de todo lo que tenemos que montar, a través de los planos y croquis, debemos saber qué herramientas son las más adecuadas para efectuar el montaje. Sabremos qué herramienta usar en cada caso: usaremos la sierra para cortes; las limas para quitar rebabas o salientes que pudiesen producir cortes; la remachadora y remaches para unir elementos; los juegos de machos para fabricar roscas; el cincel y el martillo para cortar trozos más duros; las brocas y la taladradora para hacer agujeros y la mordaza o tornillo de banco para sujetar los elementos a mecanizar.

Ya sabemos interpretar, ajustar, mecanizar y lo último que debemos recordar es cómo montar los elementos eléctricos de la instalación. Para ello, tenemos que organizar nuestro método de trabajo, sabiendo qué elementos montaremos según el esquema eléctrico en la zona de alimentación y protección; cuáles en el cuadro de mando y fuerza; cuáles irán sobre la canalización y, por último, nos ocuparemos de los elementos que intervienen como carga o receptores y como emisores o pupitres.

Ejercicios de repaso y autoevaluación

1. En un plano, para fabricar una pieza, como mínimo usaremos la vista de ________ _____________ y la vista de ___________________ en piezas sencillas, y utilizaremos también la vista de_________________ en las más complejas.

2. Un plano a escala 20:1 es un plano de ampliación.

Verdadero

Falso

3. Nunca debemos acotar un croquis a mano alzada.

Verdadero

Falso

4. Una pieza con poca tolerancia, podría ajustarse con herramientas pero sin dificultad.

Verdadero

Falso

5. Una tolerancia negativa es aquella cuya cota es _______________ que la referente o nominal y una tolerancia positiva es aquella cuya cota es _______________ que la referente o nominal.

6. Relacione el tipo de lima y la superficie más idónea a usar.

a. Triangular.

b. Redonda.

c. De media caña.

d. Plana.

7. Relacione las brocas con el material que las usaremos.

a. Acero.

b. Madera.

c. Hormigón.

8. El orden de intervención de los machos de rosca es 1º ____________, 2º ____________ y 3º ______________.

9. Relacione la parte instalada de una instalación con su componente.

a. Pupitre

b. Máquina

c. Relé

d. Fusible

_— Motor

_— Caja de acometida

_— Pulsador

_— Cuadro eléctrico

10. Un cable multiconductor se alojará en una canalización o canaleta.

Verdadero

Falso