Interruptor Termomagnético: Funcionamiento y aplicaciones

¿Qué es un interruptor termomagnético?

El interruptor termomagnético es un dispositivo de protección que se utiliza en sistemas eléctricos para proteger contra sobrecargas y cortocircuitos.. Estos interruptores combinan dos mecanismos de protección: térmico y magnético, lo que les permite detectar y desconectar automáticamente un circuito en caso de condiciones anormales.

¿Para qué sirve un interruptor termomagnético (ITM)?

Se utilizan para proteger los cables y demás elementos de una instalación eléctrica de fallas como los cortocircuitos y las sobrecargas.

Tipos de interruptores termomagnéticos

los interruptores termomagnéticos se clasifican en varios tipos según sus características y aplicaciones específicas. Aquí te presento los principales tipos de interruptores termomagnéticos:

1. Por Curva de Disparo

   • Curva B

     • Características: Disparo rápido para corrientes de sobrecarga bajas.
     • Aplicaciones: Circuitos con cargas resistivas como iluminación y calefacción.
     • Disparo Térmico: Entre 3 y 5 veces la corriente nominal.
     • Disparo Magnético: Entre 3 y 5 veces la corriente nominal.

   • Curva C

     • Características: Disparo moderado, adecuado para una variedad de aplicaciones.
     • Aplicaciones: Circuitos con cargas mixtas, incluyendo motores pequeños y transformadores.
     • Disparo Térmico: Entre 5 y 10 veces la corriente nominal.
     • Disparo Magnético: Entre 5 y 10 veces la corriente nominal.

   • Curva D

     • Características: Disparo retardado para altas corrientes de inrush (arranque).
     • Aplicaciones: Circuitos con cargas inductivas altas como motores grandes y equipos industriales.
     • Disparo Térmico: Entre 10 y 20 veces la corriente nominal.
     • Disparo Magnético: Entre 10 y 20 veces la corriente nominal.

   • Curva K

     • Características: Diseñado para aplicaciones específicas con altas corrientes de inrush.
     • Aplicaciones: Equipos industriales y motores de alto arranque.
     • Disparo Térmico: Similar a la curva C.
     • Disparo Magnético: Entre 8 y 12 veces la corriente nominal.

   • Curva Z

     • Características: Muy sensible a pequeñas sobrecargas.
     • Aplicaciones: Equipos electrónicos sensibles y circuitos con cargas de baja corriente.
     • Disparo Térmico: Entre 2 y 3 veces la corriente nominal.
     • Disparo Magnético: Entre 2 y 3 veces la corriente nominal.

2. Por Número de Polos

   • Unipolares (1P)

     • Características: Protege un solo conductor.
     • Aplicaciones: Circuitos monofásicos simples, generalmente en sistemas residenciales.

   • Bipolares (2P)

     • Características: Protege dos conductores, generalmente fase y neutro.
     • Aplicaciones: Circuitos monofásicos donde es necesario desconectar tanto la fase como el neutro.

   • Tripolares (3P)

     • Características: Protege tres conductores, utilizados en sistemas trifásicos.
     • Aplicaciones: Circuitos trifásicos industriales y comerciales.

   • Tetrapolares (4P)

     • Características: Protege cuatro conductores, incluyendo el neutro.
     • Aplicaciones: Circuitos trifásicos con neutro en aplicaciones industriales y comerciales.

3. Por Capacidad de Interrupción

   • Interruptores de Baja Capacidad

     • Características: Diseñados para manejar corrientes de cortocircuito bajas.
     • Aplicaciones: Instalaciones residenciales y pequeñas aplicaciones comerciales.

   • Interruptores de Alta Capacidad

     • Características: Capaces de interrumpir corrientes de cortocircuito elevadas.
     • Aplicaciones: Instalaciones industriales y grandes aplicaciones comerciales.

Selección del Tipo Adecuado

1. Aplicación: Identifica el tipo de carga y la aplicación específica (residencial, comercial, industrial).
2. Curva de Disparo: Selecciona la curva de disparo que mejor se adapte a las características de la carga.
3. Número de Polos: Determina el número de polos necesario según el tipo de sistema (monofásico o trifásico).
4. Capacidad de Interrupción: Asegúrate de que la capacidad de interrupción sea adecuada para la corriente de cortocircuito esperada en la instalación.

Interruptor termomagnético como funciona

Un interruptor termomagnético funciona combinando dos mecanismos de protección distintos: uno térmico y otro magnético. A continuación, te explicamos cómo funcionan estos dos mecanismos:

Mecanismo de Disparo Térmico

1. Componente Principal: Bimetal

   • Un interruptor termomagnético tiene un componente bimetálico, que está formado por dos metales con diferentes coeficientes de expansión térmica unidos entre sí.

2. Función del Bimetal

   • Cuando la corriente eléctrica que pasa por el interruptor es mayor que la corriente nominal pero no tan alta como para causar un cortocircuito, el bimetal se calienta debido al efecto Joule.
   • Debido a la diferente expansión térmica de los dos metales, el bimetal se dobla. Este proceso es lento y está diseñado para permitir sobrecargas temporales, como las corrientes de arranque de los motores, sin dispararse de inmediato.

3. Disparo del Interruptor

   • Si la sobrecarga persiste el tiempo suficiente, el bimetal se dobla lo suficiente como para accionar un mecanismo de disparo que abre los contactos del interruptor, interrumpiendo el circuito y protegiendo los conductores y dispositivos conectados.

Mecanismo de Disparo Magnético

1. Componente Principal: Bobina Electromagnética

   • El interruptor termomagnético también contiene una bobina electromagnética.

2. Función de la Bobina Electromagnética

   • En caso de un cortocircuito, la corriente que pasa por el interruptor aumenta drásticamente en un tiempo muy corto.
   • Esta alta corriente crea un campo magnético fuerte alrededor de la bobina electromagnética.

3. Disparo del Interruptor

   • El campo magnético generado por la corriente de cortocircuito atrae rápidamente un núcleo móvil dentro de la bobina, que acciona un mecanismo de disparo.
   • Este mecanismo de disparo abre los contactos del interruptor casi instantáneamente, interrumpiendo el circuito y evitando daños graves por el cortocircuito.

Funcionamiento Combinado

• Protección Dual: Los interruptores termomagnéticos están diseñados para proporcionar protección dual: el mecanismo térmico actúa en caso de sobrecargas sostenidas, y el mecanismo magnético actúa en caso de cortocircuitos.
• Rearme Manual: Una vez que se ha disparado, el interruptor termomagnético puede ser rearmado manualmente una vez que se ha identificado y corregido la causa del disparo.

Resumen del Funcionamiento

1. Sobrecalentamiento (Sobrecarga)

   • Corriente excede el valor nominal durante un tiempo prolongado.
   • El bimetal se calienta y se dobla.
   • Si la sobrecarga persiste, el bimetal acciona el mecanismo de disparo.
   • El interruptor se abre, interrumpiendo el circuito.

2. Cortocircuito

   • Corriente extremadamente alta en un periodo muy corto.
   • La bobina electromagnética genera un fuerte campo magnético.
   • El núcleo móvil es atraído rápidamente.
   • El mecanismo de disparo se acciona casi instantáneamente.
   • El interruptor se abre, interrumpiendo el circuito.

Interruptor termomagnético y sus partes

• Cuerpo o Carcasa:
  • Función: Proporciona una estructura protectora que alberga todos los componentes internos del interruptor.
  • Material: Generalmente está hecho de un material aislante resistente al calor y al fuego.
• Palanca de Operación:
  • Función: Permite al usuario encender o apagar manualmente el interruptor.
  • Características: A menudo incluye un indicador de estado (ON/OFF).
• Terminales de Conexión:
  • Función: Permiten la conexión del interruptor al circuito eléctrico.
  • Tipos: Terminales de entrada y salida, generalmente atornillados o con conexión rápida.
• Contactos Móviles y Fijos:
  • Función: Establecen o interrumpen el circuito eléctrico cuando el interruptor se opera.
  • Características: Los contactos móviles se desplazan para hacer o romper la conexión con los contactos fijos.
• Mecanismo de Disparo Térmico:
  • Componente Principal: Bimetal.
  • Función: Detecta sobrecargas sostenidas. El bimetal se calienta y se dobla, accionando el mecanismo de disparo.
  • Características: El tiempo de disparo depende de la magnitud de la sobrecarga.
• Mecanismo de Disparo Magnético:
  • Componente Principal: Bobina Electromagnética.
  • Función: Detecta cortocircuitos. La alta corriente genera un campo magnético que desplaza un núcleo móvil, accionando el mecanismo de disparo.
  • Características: Proporciona una respuesta rápida y casi instantánea a los cortocircuitos.
• Arco de Extinción:
  • Función: Apaga el arco eléctrico que se forma cuando los contactos se abren bajo carga.
  • Características: Generalmente compuesto por una serie de placas metálicas que dividen y enfrían el arco eléctrico.
• Mecanismo de Cierre y Apertura:
  • Función: Permite la operación manual y automática del interruptor, manteniendo los contactos en posición cerrada o abierta.
  • Características: Incluye resortes y palancas que aseguran un funcionamiento correcto.
• Botón de Prueba:
  • Función: Permite al usuario verificar el correcto funcionamiento del interruptor termomagnético.
  • Características: Al presionar el botón, se simula una falla para asegurar que el interruptor dispare adecuadamente.
• Indicadores de Estado:
  • Función: Muestran visualmente el estado del interruptor (ON/OFF, disparado).
  • Características: Pueden ser luces LED o marcas en la palanca de operación.

Aplicaciones y Usos

Los interruptores termomagnéticos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones eléctricas, desde instalaciones domésticas hasta entornos industriales. Algunas de sus aplicaciones más comunes incluyen:

1. Protección de circuitos residenciales: En hogares y edificios, los interruptores termomagnéticos se instalan en el panel eléctrico principal para proteger contra sobrecargas y cortocircuitos en las instalaciones eléctricas.
2. Sistemas industriales: En entornos industriales y comerciales, estos interruptores se emplean para proteger maquinaria y equipos eléctricos de daños causados por sobrecargas o fallas en el sistema.
3. Sistemas de distribución de energía: En sistemas de distribución de energía eléctrica, los interruptores termomagnéticos se utilizan para proteger líneas de transmisión y subestaciones contra condiciones anormales de operación.
4. Aplicaciones especializadas: Además de sus aplicaciones convencionales, los interruptores termomagnéticos también se utilizan en aplicaciones especializadas, como en vehículos eléctricos, sistemas de energía renovable y equipos médicos.

Capacidades y amperaje de interruptores termomagnéticos

Un polo: 15A, 20A, 40A, 50A
Dos polos: 15A, 20A, 30A, 40A, 50A, 70A
Tres polos: 100A, 125A, 150A, 175A, 200A, 225A, 250A, 300A, 350A, 400A, 500A, 600A.

¿Cómo seleccionar un interruptor termomagnético?

Para calcular la capacidad de un ITM podemos usar la fórmula : I= P/V, donde I es la corriente en amperes, P es la potencia en watts y V es el voltaje en volts.

Suponiendo que tenemos un refrigerador con una potencia de 1000 w, una plancha de 800 w y un microondas de 1200 w, la potencia total sería de 3000 w; y los 3 aparatos funcionan con un voltaje de 127 v.

Sustituimos los valores en la fórmula: I = 3000 / 127 = 23.6 A

Con ese resultado podemos deducir que necesitamos un ITM de 25 A, pero si no existe uno de esa capacidad podemos ocupar uno de 30 A.

Siempre es recomendable que la capacidad del interruptor termomagnético sea mayor que el amperaje consumido por los aparatos, no importa que el amperaje que consumen los aparatos sea mayor que la capacidad del ITM aunque sea por 0.5 A. Nosotros siempre debemos seleccionar un ITM de mayor capacidad.

Conclusión

En conclusión, los interruptores termomagnéticos desempeñan un papel fundamental en la protección de circuitos eléctricos contra sobrecargas y cortocircuitos. Su combinación de protección térmica y magnética los convierte en dispositivos esenciales en una amplia gama de aplicaciones, desde entornos residenciales hasta industriales. Su fiabilidad, facilidad de instalación y capacidad para garantizar la seguridad eléctrica los hacen indispensables en cualquier sistema eléctrico moderno.

También te recomendamos este artículo sobre el interruptor diferencial para que aprendas las diferencias que tiene con un ITM.