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CCaappttuulloo XX

FFoottooccoonnttrroolleess

Fotocontroles

Un fotocontrol o interruptor fotoelctrico es un dispositivo destinado a conectar o desconectar un circuito en forma automtica, en funcin del nivel luminoso del entorno en el cual se encuentra.

147

Es utilizado fundamentalmente para encender instalaciones de alumbrado durante la noche e interrumpir el circuito cuando llega el da. Su principio de funcionamiento est basado en un sensor fotoelctrico, el cual entrega la seal a un detector de nivel. Este ltimo acta sobre un interruptor que comanda directamente el circuito de carga. Dependiendo del tipo de sensor, detector e interruptor se clasifican en diversos tipos los cuales detallaremos mas

adelante en este captulo del Curso de Instaladores. Diagrama en bloques de un interruptor fotoelctrico:

Sensor Fotoelctrico

Detector de Nivel

Retardo Interruptor

Fotocontrol

Principio de Funcionamiento Independiente del tipo de fotocontrol, observando el diagrama en bloques, podemos hacer el siguiente razonamiento: El sensor fotoelctrico acta como transductor, produciendo una variacin de resistencia elctrica o tensin en funcin del nivel luminoso del entorno. Esta variacin es controlada por un circuito detector de nivel, quin ser el encargado de realizar la conmutacin por debajo y por encima de determinados valores de iluminacin a los cuales llamamos niveles de operacin. Pero antes de actuar directamente sobre el interruptor, vemos que en el diagrama encontramos un circuito de retardo. Este circuito sirve para evitar que el fotocontrol conmute por variaciones luminosas transitorias, como por ejemplo relmpagos o la luz de un vehculo pasando cerca de la columna donde se encuentra el fotocontrol.

Ejemplo:

Imagnense una autopista en la noche en medio de una tormenta elctrica, sera muy peligroso que el alumbrado se apagara por el nivel luminoso producido por los relmpagos. Por ms que la conmutacin del interruptor vuelva casi instantneamente al estado de conexin, las lmparas de descarga tardaran varios minutos en volver a reencender (ver captulo II del Curso de Instaladores).

ATENCIN: Este retardo no tiene ninguna relacin con fotoctemporizados, estos ltimos son otro tipo de interruptores fotoelctricos que veremos con detenimiento mas adelante en escaptulo.

ontroles

te

Luego de transcurrido el tiempo de retardo, se acta directamente sobre el interruptor, el cual puede estar construido por un relay o simplemente un interruptor bimetlico. Este ltimo se encarga de conectar la tensin de alimentacin al circuito. Montaje Mirando un fotocontrol por debajo nos encontramos con tres terminales, los cuales estn debidamente preparados para ser colocados en un zcalo para fotocontrol. Observe la imagen:

148

El fotocontrol debe alojarse en el zcalo haciendo presin hacia abajo (A) y luego girando el mimo en sentido de las agujas del reloj hasta trabarlo (B). De esta manera el fotocontrol estar listo para ser conectado, colocando los cables de salida del zcalo de la siguiente forma:

Cable Negro: Se conecta a la Fase de la Red de alimentacin. Cable Rojo: Se conecta a la carga o al circuito que se desea interrumpir. Cable Blanco: Se conecta al neutro de la red de alimentacin, con la finalidad de alimentar los circuitos internos del fotocontrol.

IMPORTANTE: cuando el fotocontrol acta, el interruptor interno conecta el cable NEGRO (Alimentacin) con el cable ROJO. Por lo tanto la tensin alimentacin del circuito a interrumpir debe coincidir con la tensin de alimentacin del fotocontrol.

B

A

Bornes de Lnea, Neutro y Carga

Cable de Lnea (Negro)

Cable de Carga (Rojo)

Cable de Neutro (Blanco)

Zcalo para Fotocontrol

Fijacin del zcalo:

Ventana del sensor fotoelctrico

El zcalo siempre deber estar fijado en el plano hotizontal tal cual se muestra en la figura. Para evitar la influencia de solarizacin excesiva, la ventana del sensor fotoelctrico deber estar dirigida hacia el sur.

Circuitos de Conexin Los fotocontroles deben conectarse siempre entre la lnea de alimentacin y el circuito que se desea comandar. Aqu hay un ejemplo para conectar un fotocontrol con un equipo auxiliar para lmpara de alta intensidad de descarga:

Uno de los errores frecuentes cometidos en obras con equipos auxiliares para lmparas de descarga, es conectar el fotocontrol a la salida del balasto. Cuando el circuito se alimenta (como ya hemos analizado en captulos anteriores del Curso de Instaladores) e independientemente del tipo de ignitor utilizado, los pulsos de alta tensin generados por el ignitor llegan directamente al fotocontrol, destruyendo el interruptor interno del mismo casi instantneamente. El sntoma mas comn presentado por este tipo de fallas es encontrar las lmparas encendidas a horas del da, producto la de fusin de los contactos del interruptor interno del fotocontrol. Este efecto se produce por el arco elctrico de los pulsos del ignitor, como si se tratara de una soldadora por arco elctrico. Observe la siguiente imagen:

149

Otra de las opciones de conexin es utilizar el fotocontrol para comandar lmparas fluorescentes, aunque es raramente utilizada. Vea el siguiente circuito de conexin:

Y la opcin ms simple: conectar lmparas incandescentes (carga resistiva):

Carga Los fotocontroles se dividen en diferentes clases, de acuerdo a la carga que soporten los contactos del interruptor interno. No es lo mismo colocar como carga un circuito resistivo (lmpara incandescente) que un circuito reactivo (lmparas de descarga), en este ltimo caso los contactos del interruptor interno se exigen ms en cada operacin, por lo tanto la corriente de carga inductiva o capacitiva admitida es menor (repasar conceptos de cargas reactivas en el captulo 4 del Curso de Instaladores).

150

Analicemos los motivos por los cuales se produce este fenmeno:

a) Si la carga es inductiva:

El problema se produce cuando el contacto del interruptor interno del fotocontrol abre, interrumpiendo el circuito. La bobina del balasto se opone a esta variacin tan brusca de corriente generando un pulso de alta tensin para intentar compensar la falta de corriente. Esta tensin produce un arco que salta entre los contactos abiertos del interruptor interno del fotocontrol, deteriorando los contactos en los sucesivos ciclos,

b)

hasta daarlos permanentemente.

Si la carga es capacitiva: l problema se produce cuando el contacto del interruptor interno del fotocontrol cierra,

e

se

rcuitos con lmparas de

o

potencia supere a la

n esta tabla se muestran las diferentes categoras de fotocontroles y los valores

Econectando el circuito. En ese momento el capacitor utilizado para corregir el factor de potencia se encuentra descargado (la resistencia interna tiende a cero) y la corriente qucircula a travs de los contactos cerrados del interruptor interno del fotocontrol es muy elevada. Esta corriente puede ocasionar que los contactos se suelden por exceso de temperatura, dado que en ese punto existe una resistencia de contacto y por lo tantodisipa una potencia en forma de calor.

IMPORTANTE: Si alimentamos varios cidescarga desde un mismo fotocontrol, puede que la corriente de rgimen no exceda los valores especificados por el fabricante, perpuede ocurrir que la capacidad utilizada para compensar el factor de mxima admitida por la categora del fotocontrol (corriente pico de

carga) creando un riesgo de fusin de los contactos tal cual explicamos anteriormente. Emximos admisibles de corrientes y capacidades 151

Categora A B C D

Potencia mxima para cargas resistivas (lmparas incandescentes)

300 W 600 W 1000 W 2000 W

Potencia mxima para cargas inductivas 250 W 400 W 700 W 1000 W

(lmparas descarga)

Capacidad mxima para correccin de factor de potencia

16 F 25 F 50 F

152

100 F

ajo estas condiciones, los contactos del interruptor interno deben garantizar 4.000

eguridad de Accionamiento

a norma IRAM AADL J20-24, especifica que los fotocontroles debern tener lo que

he.

iveles de Operacin

re el encendido y el apagado no deber

peracin

troles son utilizados a la intemperie, deben estar

rtar

l

mperaturas de operacin entre -5 y 50 C y la segunda (Tipo 2), mucho mas exigente entre -30 y 50 C.

Baccionamientos S Ldenominamos Prioridad a la Conexin o Seguridad de Accionamiento. Para ello los contactos del interruptor interno debern ser normalmente cerrados (NC). Estoquiere decir que si el fotocontrol no recibe alimentacin, se produce alguna falla en el circuito interno o hay un defecto en la conexin del neutro, las lmparas quedarn encendidas y por lo tanto no corremos el riesgo de quedar a oscuras durante la nocPor otra parte, los fotocontroles fallados pueden identificarse fcilmente ya que las lmparas permanecern encendidas durante el da. N La conmutacin de los estados del fotocontrol debe establecerse dentro de los siguientes parmetros de iluminacin (medidos en Lux):

con un nivel menor a 50 Lux. La diferencia entDebe conectar la carga con un nivel de 10 Lux (+/- 30%). Debe desconectar la carga

ser menor de 5 Lux. Condiciones de O

Dado que los fotoconconstruidos de tal forma que toleren las condiciones ambientales. Deben ser resistentes a la niebla salina y ser totalmente hermticos para sopolluvia y granizo, siendo IP53 un grado de proteccin adecuado para estascondiciones. Es necesario que la carcaza externa est dotada de proteccin contra rayos ultravioletas, lo que reducir considerablemente eenvejecimiento por exposicin a los rayos solares. Existen dos categoras de fotocontroles, la primera (Tipo 1) con te

Especificaciones Tcnicas A

153

nalizaremos detenidamente los parmetros tcnicos reglamentarios segn norma IRAM

Tensin de alimentacin: necesaria para alimentar el circuito interno del fotocontrol, debe coincidir con la tensin de alimentacin del circuito de carga.

del

el ipo.

e.

l

l tivo.

de tipo reactivo.

otocontroles Segn su Fabricacin

asta ahora hemos analizado el principio de funcionamiento, caractersticas y detalles s en detalle describiendo las

componentes.

que deben figurar en el equipo:

Corriente Mxima de Carga: corriente mxima admitida por los contactosinterruptor interno del fotocontrol. Niveles de Operacin: niveles de conmutacin a los estados de conexin y desconexin (expresados en lux). Grado de proteccin IP: proteccin contra slidos y lquidos para asegurar grado de proteccin del ambiente de instalacin y la vida til del equ Orientacin de la Ventana: indica la posicin de la ventana del sensor fotoelctrico. Deber estar dirigida al sur como hemos visto anteriorment Frecuencia de Lnea: Indica la frecuencia de lnea apta para alimentar efotocontrol. En este caso es compatible tanto para 50 Hz como para 60 Hz. Potencia Mxima para Cargas Resistivas: indica la potencia mxima decircuito de carga que puede se comandado cuando el mismo es de tipo resis

Potencia Mxima para Cargas Reactivas: indica la potencia mxima del circuito de carga que puede se comandado cuando el mismo es

Temperatura de Operacin: indica el rango de temperatura en el cual puede operar el fotocontrol.

Tipos de F Htcnicos de los fotocontroles en general. Ahora entraremoventajas y desventajas de los principales tipos de acuerdo a su construccin y

A

B

C

D

F

G

H

E I

A

B

C

D

E

F

G

H

I

Fotocontroles por Sensor Fotoresistivo

Este tipo de fotocontroles basan su funcionamiento en un sensor fotoresistivo

de los fotoresistores es cambiar su

sistencia elctrica en funcin de la luz

e el

aspecto intfotoresistivfotoresistor

or iente. Debido a esto el r

e estado. Este tipo de construccin, basado en un relay como interruptor interno de magntico.

Col

resistoesta disipacin de potencia acta sobre un interruptor bimetlico sensible al calor (como

na sensible del bimetal

llamado fotoresistor. La caracterstica

reambiente que impacta en su superficie. Observe la imagen del fotoresistor que sla izquierda. A la derecha se muestraerno de un fotocontrol con sensor o. Cuando la resistencia baja en el , producto de una disminucin en la luz

ambiente, comienza a circular mayor corriente a travs del circuito. Esta variacin puede aprovecharse de dos formas: Colocando una bobina de relay en serie: la disminucin de la resistencia del fotoresistprovocar un aumento de corr

muestra a

elay pega y sus contactos cambian dconmutacin, recibe el nombre de Fotocontrol

los interruptores bimetlicos utilizados en una plancha). La lmi

ocando un dispositivo trmico: la disminucin de la resistencia del fotoresistor, produce un aumento de corriente. Esto provoca una disipacin de potencia sobre un

r de valor fijo, colocado en serie al fortoresistor. La temperatura generada por

se dilata y entra en contacto con la lmina de metal fija. De esta forma se produce el cambio de estado. Reciben el nombre de Fotocontroles Trmicos.

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Algunas desventajas de los fotocontroles por sensor fotoresistivo:

155

El desgaste de los componentes mecnicos es muy importante, produciendo una

operacin.

ctricas, produciendo corrimientos en los tiempos de operacin (con el consiguiente gasto de energa).

ajustes mecnicos que van desgastndose

con el tiempo. Por esta razn dependen de ajustes peridicos para conservar las

de la incidencia de la luz ambiente, existe un instante previo a la conmutacin total del relay donde los contactos

nmutacin y los empos de retardo.

s por eratura ambiente, por lo tanto los rangos de operacin no

ueden superar el Tipo 1 -5 a 50 C.

duce continuamente en el resistor fijo obre la lmina del interruptor bimetlico.

Los fotocontroles por comando electrnico utilizan un mo elemento sensor de los

diferenciales luminosos. Este componente es un

un

n a limentados por una fuente

e corriente continua estabilizada. Esto proporciona una

osemiconductores a lo largo de to

rincipio a travs de referencias de nsin que permanecen estables y no dependen de materiales mecnicos, los cuales se

desgastan a medida que transcurre el tiempo.

variacin de los parmetros elctricos, como por ejemplo, los niveles de Los fotoresistores, presentan a lo largo de su vida una variacin en sus caractersticas el La operacin del relay de comando a los niveles de sensibilidad requerida, en los fotocontroles magnticos, dependen de especificaciones requeridas por la norma.

En los fotocontroles de tipo magnticos, cuando la fotocelda comienza a bajar su resistencia y la corriente aumenta producto

vibran. Esto se produce porque la variacin de corriente en funcin del tiempo se realiza lentamente y en un primer instante ese valor no alcanza para pegar totalmente la bobina del relay. Esta vibracin produce chispas en los contactos provocando un desgaste prematuro por erosin elctrica. Los cambios de tensin en la red de alimentacin, producen variaciones en los parmetros de funcionamiento como ser los niveles de coti En los fotocontroles trmicos, los parmetros de funcionamiento son afectadolas variaciones de tempp En los fotocontroles trmicos, el consumo de potencia de lnea es elevado. Esto se debe la disipacin de potencia que pros

Fotocontroles por Comando Electrnico

fototransistor co

semiconductor preciso y por ende las tolerancias son mucho ms estrechas que las presentadas porfotocontrol con fotoresistor. La deteccin el retardo y la conmutacin se realizatravs circuitos electrnicos adestabilidad muy alta en los niveles de conmutacin a lolargo de la vida til del fotocontrol. Por otra parte los corrimientos propios de los fotoresistores, son s de tensin que presentan las junturas de materiales da su vida til.

Tampoco hace falta realizar ajustes para mantener los parmetros indicados por la norma, ya que dichos ajustes se realizan en un p

reemplazados por los valores fij

te

El relay interno utilizado como elemento de interrupcin, recibe siempre el mismo nide tensin de la fuente de corriente continua estabilizada, por lo tanto las vibraciones de los contactos desaparecen prolongando la durab

vel

ilidad y reduciendo considerablemente la sistencia de contacto de los mismos. Observe el siguiente diagrama en bloques que

Por el hentrada

representa el funcionamiento global de un fotocontrol electrnico:

FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA ESTABILIZADA

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echo de estar dotados con componentes activos, existe un protector en la de alimentacin del fotocontrol contra picos y sobretensiones en la red.

Ventajas de los fotocontroles electrnicos:

La combinacin del fototransistor con el resto de los componentes electrnicos, no necesitan ajustes de calibracin a lo largo de la vida til del fotocontrol.

No existe desgaste de componentes mecnicos, ya que el principio de

ayor vida til, con respecto a los fotocontroles por sensor fotoresistivo.

que en los fotocontroles trmicos, hay n tiempo asociado al calentamiento que se transmite por conveccin a la lmina

os de retardo.

es es muy importante, aproximadamente un 20%.

funcionamiento es totalmente electrnico. M Menor tiempo de respuesta. Esto se debe audel interruptor bimetlico. Debido a que la fuente de alimentacin es estabilizada, los cambios en la tensin de lnea no afectan los parmetros de funcionamiento como ser los niveles de conmutacin ni los tiemp Los parmetros de funcionamiento tampoco son afectados por las variaciones de temperatura ambiente, dado que el principio de funcionamiento no es de tipo trmico. Poseen un consumo muy bajo de potencia (no utilizan resistor fijo para calentamiento) por lo tanto el ahorro de energa con respecto a los fotocontroltrmicos

Detector vel

o

Fototransistor (Sensor tico)

Retardo o p

De Ni Electrnic

Electrnic

Conmutador Electrnico

Fotocontroles Temporizados

Su principio de funcionamiento es muy similar a los fotocontroles electrnicos convencionales. La diferencia radica en que la desconexin de la lse producir luego de un tiempo (que puede sero ajustable) a diferencia de los fotocontroles normales donde el corte se produce por haber llegado a los niveles luminosos de desconexin (cuando se hace de da).

mpara fijo

ombinacin

El tiempo es gobernado por un timer interno electrnico intercalado en el conmutador. El inicio de la temporizacin comienza en el momento de accionamiento del fotocontrol. Este tipo de fotocontroles se emplean en ccon fotocontroles normales.

Intercalando, luminaria por medio, un fotocontrol convencional con un fotocontrol temporizado, una vez pasado el tiempo de ajuste del timer, producimos un ahorro de energa basado en la desconexin del 50% de las fuentes luminosas, cuando a ciertas horas de la noche, no es necesario un 100% en los niveles de iluminacin. Este ahorro es directamente proporcional al tiempo de ajuste del timer que generalmente oscila entre las 4 y las 6 horas de iniciada la conexin. Si desea ampliar conocimientos acerca de Ahorro de Energa en Iluminacin consulte el sitio Web de ELT Argentina S.A http://www.eltargentina.com en la seccin Documentacin Tcnica El siguiente es un diagrama de conexin y desconexin de un sistema combinado con un fotocontrol convencional y un fotocontrol temporizado. Ntese que a diferencia de la barra superior, donde se representa al fotocontrol convencional, en la barra inferior (fotocontrol temporizado) la desconexin no depende del nivel de conmutacin superior.

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Existen dos tipos de fotocontroles temporizados:

Con Tiempo de Desconexin Fijo: preestablecido por el fabricante, generalmente cambian de estado 5 horas despus de la activacin.

Con tiempo Ajustable: entre 1 y 8 horas de ajuste en los mejores modelos de

fotocontroles, donde el usuario por medio de una llave selectora, puede elegir en que momento realizar la conmutacin y de esta forma compensar las diferencias estacionales.

En la siguiente imagen se muestra la parte inferior de un fotocontrol temporizado con selector de ajuste del tiempo de desconexin:

Selector de Ajuste de Tiempo de desconexin

Ventajas y desventajas de los fotocontroles electrnicos temporizados:

Prolonga la vida de la lmpara en aproximadamente un 30%, esto se debe a que la misma trabaja menos cantidad de horas/da. Prolonga la vida del equipo auxiliar en un 40% debido a que el calentamiento producto del funcionamiento se reduce desde el tiempo en que el fotocontrol temporizado desconecta el circuito. Economiza energa elctrica, dado que la instalacin de alumbrado permanece encendida menos cantidad de horas/noche. Se pueden sustituir directamente colocando los mismos en el zcalo del fotocontrol convencional sin necesidad de modificar el circuito. Apagar puntos intermedios del alumbrado genera conos de sombra que causan cansancio visual y sensacin de inestabilidad producto de la apertura y cierre permanentes de las pupilas, cuando por ejemplo, se est conduciendo por una calzada con este sistema de iluminacin. La solucin que reemplaza a los fotocontroles temporizados son los equipos doble nivel de potencia.

Para mayor informacin sobre equipos doble nivel de potencia, consultar el sitio Web de ELT Argentina http://www.eltargentina.com en la seccin Documentacin Tcnica

Fin del Dcimo Captulo

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