Relés: Manual de uso.

Introducción

     Una pregunta habitual en los talleres de arduino es como se puede controlar un elemento que requiere 9, 12, 24 o 220 voltios (o cualquier otro voltaje imaginable) utilizando una de las salidas de arduino que como sabemos son de 5 o 3.3 voltios. Pues bien, una de las soluciones a este problema es el uso de un elemento denominado relé cuyos misterios pasaremos a desvelar en este artículo.

Relé_foto_portada1

¿Cómo funciona un relé?

     Un relé no es más que un interruptor accionado por un electroimán. Y un electroimán como se muestra en la Figura 2, no es más que un núcleo de hierro dulce sobre el cual se enrolla una bobina a la cual se la aplica una corriente, en este caso mediante una pila. 

Electroiman

Figura 2. Funcionamiento de un electroimán.

     Al cerrarse el circuito de la figura, la corriente comienza a circular por el circuito y por tanto por la bobina, la cual generará un campo magnético (en rojo en el dibujo) que magnetizará el núcleo de hierro dulce convirtiéndolo en un electroimán. Si se abre el circuito, dejará de circular corriente por el mismo y por tanto el hierro se desmagnetizará, dejando de comportarse como un imán. 

     Así pues, habiendo visto como funciona un electroimán, el siguiente paso, es añadir al circuito anterior la capacidad de cerrar o abrir un interruptor cuando el núcleo del electroimán se magnetiza. Para ello lo que se hace es añadir al circuito anterior un inducido de hierro que basculará sobre un pivote (como se puede ver en la Figura 3), el cual al ser atraído por el electroimán, cerrará el circuito que se encuentra a su derecha. 

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Figura 3. Funcionamiento de un relé.

¿Y esto para que sirve?

     La función de un relé no es otra que la de conseguir que mediante una pequeña intensidad que circule por su bobina, se controle la apertura o cierre de otro circuito por el que podrá circular una corriente mucho mayor, o que podrá tener un voltaje diferente al circuito que controla la bobina del relé. Veámoslo mejor con un ejemplo:

     Supongamos que tenemos un botón que aguanta como máximo 5 voltios, pero claro, nosotros queremos encender y apagar con ese botón una bombilla que funciona a 20 voltios. Por tanto, en principio, podríamos hacer dos cosas tal y como se muestra en la Figura 4 (ambas desaconsejables). 

circuitos

Figura 4. Como no conectar el botón y la bombilla.

    Por un lado, conectar el botón y la bombilla a una fuente de 5 voltios lo cual haría que el botón funcionase bien, pero la bombilla no se encendiese. Por otro lado, podríamos conectar dicho botón y bombilla a una fuente de 20 voltios, con lo cual la bombilla se encendería pero probablemente no duraría demasiado tiempo encendida ya que el botón se quemaría. Así que… ¿como solucionamos esto?… Pues si, con la inestimable ayuda de un relé, tal y como se puede ver en la Figura 5.

Figura5. Conexión de un relé

Figura 5. Conexión de un relé.

   En este circuito podemos ver como se ha conectado el botón a una fuente de 5 voltios, que hará que este funcione perfectamente, y este botón se ha conectado en serie a la bobina del relé, de tal forma que cuando se presiona el botón, el núcleo de la bobina se magnetiza y cierra el interruptor del relé, haciendo que los 20 voltios puedan llegar a la bombilla que finalmente podrá encenderse. Podemos ver por tanto, como con una fuente de solo 5 voltios, hemos podido controlar el encendido de un elemento que requería un voltaje mucho más elevado para funcionar.

Pero, ¿cómo es un relé en la realidad? ¿cuál es su símbolo?

     Finalmente hemos llegado a la parte interesante del artículo. ¿Cómo es un relé en realidad?… Pues tal y como se muestra en la figura 6, los relés, dependiendo del fabricante pueden ser de diferentes formas y patillajes, pueden ser cajas opacas de color azul, negro, amarillo… o bien una caja trasparente donde se puede ver el interior de la misma y se puede distinguir más fácilmente a que corresponde cada patilla.

Figura 6. Aspecto de varios relés.

Figura 6. Aspecto de varios relés.

   Un dato importante a tener en cuenta, es que en la carcasa del relé suele venir la información del mismo, de tal forma que si tenemos un relé cuya bobina se activa a 5 voltios de corriente continua (DC: Direct Current) y que permite controlar un circuito por el que haya un voltaje de 120 voltios de corriente alterna (AC: Alternating Current), en la carcasa aparecerá esa información, y con suerte, un esquema del patillaje del mismo como se ve en el relé de la figura 7.

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Figura 7 . Ejemplo de carcasa de un relé.

     Este esquema podrá ser del estilo de los de la figura 8, donde se puede ver que la bobina del relé se representa con un cuadrado del que sale una línea a rayas, que conecta con un interruptor, con un conmutador, con un doble conmutador… dependiendo del relé que tengamos entre manos. Si esto no fuera así, lo mejor es buscar el datasheet del mismo mediante la referencia que si debe aparecer en la carcasa del mismo, y que nos permitirá ver cual es la correspondencia del patillaje del mismo.

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Figura 8. Símbolos de relés.

     Finalmente, en la figura 9, podemos ver lo que hay en el interior de la carcasa de un relé. Podemos ver como la bobina se corresponde con el número 1, el inducido con el número 2, el número 3 se correspondería con un interruptor normalmente cerrado (es decir que esta conectado sin necesidad de que por la bobina pase ninguna corriente), mientras que el número 4 se correspondería con un interruptor normalmente abierto. El número 5 será el contacto del interruptor que basculará según circule o no corriente por la botina. Por último, los números 6 (bobina), 7, 8 y 9 (circuitos a controlar), serán las patillas a las que habrá que conectar el circuito externo que se desee controlar.

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Figura 9. Composición de un relé real.

¿Cómo sé si el relé que tengo me vale para mi circuito?

     He aquí la gran pregunta, ya que si resulta que tenemos un relé, y lo queremos utilizar para que nuestro arduino ponga en marcha un motor de 12 voltios, ¿podemos hacerlo sin peligro para nuestro arduino? La respuesta es que normalmente esto no va a ser posible, ya que a pesar de que nuestro relé sea de 5 voltios, la corriente necesaria para activar la bobina, es un parámetro fundamental que tendremos que calcular para ver si nuestro arduino es capaz de proporcionarla. Y es que cualquiera de las salidas digitales de arduino es capaz de proporcionar una corriente de 40 mA como máximo, pero ¿será suficiente esa corriente para activar la bobina del relé?

    Veamos una forma de calcular la corriente necesaria para activar la bobina de un relé únicamente utilizando la lay de Ohm y un multímetro. En la figura 10 se ve como utilizando un multímetro en el que se ha seleccionado que la unidad de medida sean los Ohmios, se mide la resistencia entre los dos terminales del relé en los que se encuentra la bobina del mismo, dando como resultado una medida de 55.8 Ohmios (medida que he realizado físicamente con un relé que tenía por casa).

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Figura 10. Como medir la resistencia de la bobina de un relé.

     Pues bien, si ahora aplicamos la ley de Ohm que dice que:

                                                                                                                   V = R x I

     Sabiendo que el voltaje a aplicar será de 5 voltios, y que la resistencia del relé es de 55.8 Ohmos, despejando la I obtendremos que su valor será de:

                                                                                                                    I = V / R = 5 / 55.8 = 0.089 Amperios

     O lo que es lo mismo, 89 mA, lo cual es más del doble de los 40 mA que puede dar una salida digital de un arduino. Por tanto, esté relé no se podría conectar directamente a nuestro arduino, ya que no iba a ser capaz de activar su bobina como es debido y con el tiempo podríamos quemar la salida del arduino.

     La solución a este problema es utilizar un transistor que se conecte a una salida digital de arduino y que se encargue de controlar al relé, pero eso es otra historia que será contada en otro artículo. Así que si estáis interesados en el tema, permaneced atentos!

 

 

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2 comentarios en “Relés: Manual de uso.

  1. Como puedo activar un relé 12 v, el cual tiene una fuente de alimentación inestable, ya q el mismo cierra y abre y no se mantiene…

    • ¿Puedes cambiar la fuente de alimentación? si no solucionas el problema de raíz estarás siempre con un apaño.

      Si el relé tiene la bobina a 12VCC tendrás que calcular las resistencias para que el transistor trabaje bien a esa tensión.

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