Cómo funciona un interruptor magnetotérmico.

En esta entrada vamos a describir cómo funciona un magnetotérmico por dentro. Veremos en detalle el mecanismo de este dispositivo tan importante para la protección de instalaciones eléctricas. Así que, si tienes curiosidad en conocer los aspectos físicos y mecánicos que ponen en funcionamiento estos interruptores automáticos, continúa leyendo.

Por otro lado, hemos escrito una entrada en la que puedes conocer las características técnicas para elegir el magnetotérmico adecuado.

¿Qué es un magnetotérmico?

Para comenzar, vamos a definir formalmente que es un magnetotérmico. Un magnetotérmico es un dispositivo eléctrico que interrumpe la corriente en un circuito cuando supera cierto valor umbral. Se emplea para proteger las instalaciones eléctricas de cortocircuitos y sobrecargas, evitando daños en los elementos que hay conectados. Por poner una analogía, su funcionamiento es el mismo que el de un fusible, pero en este caso en lugar de quedar inutilizable cuando hay un problema, el interruptor magnetotérmico, como su propio nombre indica, es un interruptor y lo podemos activar de nuevo.

La función de los interruptores termomagnéticos.

Los interruptores termomagnéticos o interruptores magnetotérmicos, se denominan así en electricidad por la doble función que realizan y que vemos a continuación. También se les conoce con las iniciales PIA, que no quieren decir otra cosa que Pequeño Interruptor Automático. Su función principal es cortar la corriente eléctrica cuando esta alcanza un valor máximo establecido. Por tanto, los PIA o magnetotérmicos juegan un papel muy importante en las instalaciones eléctricas como elementos de seguridad.

Para explicarlo de forma sencilla, el interruptor magnetotérmico actúa en dos situaciones posibles:

  1. Cuando ocurre un cortocircuito. Los cortocircuitos ocurren cuando la fase y el neutro entran en contacto accidentalmente, produciendo una intensidad muy grande en un instante de tiempo.
  1. Cuando ocurre una sobrecarga. Los casos de sobrecarga son aquellos en los que la intensidad de corriente también aumenta, debido a que estamos conectando más elementos de los soportados, o que el total de elementos conectados tienen un consumo mayor al permitido por la instalación para un termomagnético en particular. La corriente es elevada pero no lo suficiente para producir un cortocircuito, entonces lo que produce es un sobrecalentamiento en la red que puede ser más o menos rápido dependiendo de la intensidad.

Funcionamiento de un interruptor magnetotérmico.

De la explicación anterior ha quedado claro que el interruptor del magnetotérmico puede saltar por dos motivos, cortocircuito y sobrecarga, y que cada motivo se produce por dos fenómenos físicos diferentes, magnético y térmico respectivamente. Es decir, en el interior del dispositivo nos vamos a encontrar con dos mecanismos que se ponen en funcionamiento de forma independiente. Veamos los mecanismos de protección del magnetotérmico:

Protección magnética.

La protección magnética está basada en algo tan sencillo como un electroimán. Un electroimán no es otra cosa que un imán que se pone en funcionamiento únicamente cuando se alimenta con una corriente eléctrica. Cuanto mayor es la corriente, mayor es la fuerza de atracción del imán. En el caso del magneto, cuando ocurre un cortocircuito se genera una corriente tan elevada como para activar el mecanismo de protección. La fuerza del imán atrae una pieza metálica que abre el interruptor para aislar el circuito.

Protección térmica.

El accionamiento del interruptor en este caso se produce a través de una placa bimetálica. Una placa bimetálica, como podemos deducir de su nombre, se compone de dos placas metálicas realmente. Son placas muy finas que están pegadas y cada una tiene un coeficiente de dilatación distinto. Su comportamiento es muy interesante con la temperatura, al dilatarse cada placa a una temperatura diferente y estas encontrarse pegadas, cuando se someten a una temperatura elevada el conjunto se deforma.

El mecanismo de protección térmica del magnetotérmico para evitar las sobrecargas es muy sencillo. El aumento gradual de la corriente en un circuito produce un calentamiento en la red. Cuando circula una corriente igual a la corriente nominal del magnetotérmico es cuando se alcanza esa temperatura limite que produce la deformación, y como consecuencia salta el interruptor, que detiene la entrada de corriente en el circuito.

Las placas bimetálicas también se usan para proteger de sobrecalentamientos los circuitos internos en los electrodomésticos.

Si deseas ampliar la información, en este enlace de Wikipedia se explica de forma muy clara el funcionamiento de los interruptores magnetotérmicos.

Curva de disparo.

Las curvas de disparo de los interruptores magnetotérmicos representan en el eje vertical el tiempo que tarda en activarse el mecanismo de protección (tiempo de disparo en escala logarítmica), frente a la intensidad que pasa por el magneto en el eje horizontal. En las curvas verás intensidades muy superiores a la nominal, y es correcto, por el magnetotérmico puede circular más intensidad que la nominal, eso sí, nunca durante un tiempo mayor al tiempo de disparo. Como era de esperar al aumentar la intensidad se reduce el tiempo de disparo, siendo una respuesta inmediata cuando la intensidad es muy elevada.

También puedes encontrarte algunas especificaciones con una curva de disparo normalizada, esto es cuando en el eje horizontal se representa la intensidad que pasa por el magneto dividida entre la intensidad nominal, de este modo, tendríamos un valor de intensidad proporcional a la nominal: un 3 en el eje x para un magneto de 10 A son 30 A circulando, para un magneto de 20 A son 60 A circulando y así.

Las curvas de disparo de los magnetotérmicos se identifican con una letra en función de la intensidad a la que tardarían en saltar sus interruptores en 0,1 segundos.

Las curvas más utilizadas son, por orden alfabético, la B, la C y la D siendo la B la que menos intensidad necesita para saltar y la D la que más. En las instalaciones de viviendas se utilizan los magnetotérmicos con curva de disparo C, su velocidad de disparo es de 0,1 segundos para una corriente que puede estar entre 5 y 10 veces la intensidad nominal.

Simplemente comentar que existen otras curvas, como son la curva de disparo A, utilizada en la protección de circuitos electrónicos y la curva de disparo D que se utiliza en transformadores y es la que menos sensibilidad necesita, tolerando corrientes entre 10 y 20 veces la intensidad nominal. La curva de disparo A es muy sensible a subidas de intensidad, tardan en saltar 0,1 segundos para una intensidad entre dos y tres veces la nominal.

En la siguiente imagen puedes ver el ejemplo gráfico de las tres curvas de disparo más típicas que puede tener un magnetotérmico, la curva B, C y D:

curvas de disparo magnetotermicos
curvas de disparo magnetotermicos

Interpretación de la curva de disparo.

Para explicar los dos modos de funcionamiento que se pueden dar en un magnetotérmico, respuesta a cortocircuitos (funcionamiento magnético) y respuesta a sobrecargas (funcionamiento térmico), podemos dividir la curva de disparo en dos partes diferenciadas. La primera parte es la zona de disparo térmica, empieza bajando con una pendiente muy pronunciada y se va nivelando conforme aumenta la intensidad. La segunda parte es la zona de disparo magnética, que en la curva del magneto se distingue claramente por su forma de L.

  1. Interpretación de zona térmica de disparo. Es la primera parte de la curva y vemos lo siguiente: conforme aumenta la intensidad se reduce el tiempo de respuesta (responde más rápidamente) de forma progresiva. Recuerda que a mayor corriente mayor calor. Según la representación, el circuito soportará una intensidad de 60 A durante 100 segundos. Un tiempo mayor con esa corriente producirá que salte el magneto por sobrecalentamiento.
  2. Interpretación de zona magnética de disparo. La caída en vertical de la curva coincide con una intensidad muy elevada, es la intensidad que podemos asociar a un cortocircuito y se produce de forma repentina. En la imagen podemos ver que son 100 A para un magnetotérmico con curva B. El tiempo de respuesta en ese instante es el tiempo que tarda el electroimán en activar su mecanismo, lo hemos representado con 0,1 segundos pero puede ser inferior.

Además, podemos sacar las siguientes conclusiones del gráfico de forma general:

  1.  El magnetotérmico únicamente salta cuando hay una intensidad superior a la nominal durante un tiempo concreto.
  2. Cuanto mayor es la intensidad que circula por el magnetotérmico menor es el tiempo de disparo.

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