Protección de motores · Guía técnica
Principio de funcionamiento, componentes internos, ajuste correcto y diagnóstico de fallos del dispositivo de protección más usado en arranques de motores trifásicos.
El relé térmico —también llamado relé de sobrecarga o relé bimetálico— es el elemento de protección encargado de evitar que un motor eléctrico se dañe por calentamiento excesivo cuando circula por él una corriente superior a la nominal durante un tiempo prolongado. A diferencia de un fusible o un interruptor magnetotérmico, no protege contra cortocircuitos: su función es simular térmicamente el comportamiento del bobinado del motor y desconectarlo antes de que la temperatura interna comprometa el aislamiento.
1 Principio de funcionamiento
Cada polo del relé incorpora una lámina bimetálica: dos metales con coeficientes de dilatación distintos, soldados entre sí. La corriente de línea circula directamente por la lámina (relés de calentamiento directo) o por una resistencia calefactora arrollada a ella (calentamiento indirecto). Cuando la corriente supera el valor ajustado, el efecto Joule calienta el bimetal, que se curva de forma proporcional al cuadrado de la corriente y al tiempo transcurrido.
Las tres láminas (una por fase) empujan una barra de arrastre común. Al alcanzar el punto de disparo, esta barra libera un mecanismo de resorte (acción brusca, independiente de la velocidad de calentamiento) que:
- Abre el contacto normalmente cerrado 95-96 (NC), que corta la alimentación de la bobina del contactor asociado.
- Cierra el contacto normalmente abierto 97-98 (NA), usado para señalización remota, alarma o enclavamiento.
Esta desconexión es indirecta: el relé térmico no interrumpe la corriente del motor por sí mismo, sino que ordena al contactor que lo haga. Por eso siempre trabaja en conjunto con un contactor y, normalmente, con un fusible o interruptor automático que cubra la protección contra cortocircuito (coordinación tipo 1 o tipo 2 según IEC 60947-4-1).
2 Anatomía del relé térmico
El siguiente diagrama muestra la disposición típica de un relé térmico bimetálico trifásico para montaje sobre contactor, con vista externa (frente) y un corte interno simplificado.
3 Funciones clave del relé térmico
Protección contra sobrecarga térmica
Es la función principal: desconecta el motor cuando la corriente absorbida supera de forma sostenida el valor ajustado en el dial (Ir), replicando la curva de calentamiento real del bobinado mediante la inercia térmica del bimetal.
Protección contra fallo de fase (sensibilidad al desequilibrio)
Los relés térmicos de buena calidad incorporan un mecanismo diferencial que detecta la pérdida de una fase o un desequilibrio significativo entre corrientes de línea, y acelera el disparo antes de que el motor llegue a girar en condición monofásica prolongada —una de las causas más frecuentes de quema de bobinados.
Compensación de temperatura ambiente
Un bimetal auxiliar (componente 12 del diagrama) corrige el punto de disparo según la temperatura del tablero, evitando disparos intempestivos en ambientes calurosos y falta de protección real en ambientes fríos.
Memoria térmica
Tras un disparo, el bimetal permanece caliente durante un periodo (típicamente 2 a 5 minutos según el modelo) antes de permitir el rearme, respetando el tiempo real de enfriamiento del motor y evitando reconexiones prematuras.
Selección de clase de disparo
La norma IEC 60947-4-1 clasifica los relés según el tiempo de disparo a 7,2 veces la corriente ajustada, lo que determina su compatibilidad con el tipo de arranque:
| Clase | Tiempo de disparo a 7,2×Ir | Aplicación típica |
|---|---|---|
| Clase 10A | 2 s – 10 s | Arranques muy rápidos, cargas ligeras |
| Clase 10 | 4 s – 10 s | Motores estándar, arranque directo (uso general) |
| Clase 20 | 6 s – 20 s | Arranques prolongados: bombas, ventiladores, compresores |
| Clase 30 | 9 s – 30 s | Alta inercia: centrífugas, cintas, cargas pesadas |
Rearme manual o automático
Configurable mediante el selector (componente 6): el modo manual exige intervención humana tras un disparo (recomendado en procesos críticos o donde el arranque inesperado sea peligroso); el modo automático reconecta al enfriarse el bimetal, útil en procesos desatendidos con causa de sobrecarga transitoria y no crítica.
Señalización de falla
El contacto auxiliar NA (97-98) permite enviar la señal de disparo a un PLC, SCADA, baliza o alarma sonora, mientras el contacto NC (95-96) corta la bobina del contactor. La bandera indicadora (componente 7) ofrece verificación visual inmediata en campo.
Función de prueba (TEST)
El botón TEST fuerza mecánicamente el mecanismo de disparo sin necesidad de corriente real, permitiendo verificar la actuación de los contactos y la lógica de control durante puesta en marcha o mantenimiento.
4 Cómo prevenir una sobrecarga: ajuste y buenas prácticas
El relé térmico protege eficazmente solo si está correctamente seleccionado, ajustado e instalado. Los siguientes puntos son la base de una protección confiable:
- Seleccionar el rango correcto: el rango de ajuste del relé debe incluir la corriente nominal de placa (In) del motor, idealmente cerca del centro de la escala.
- Ajustar Ir = In del motor, no la corriente del contactor ni un valor «de seguridad» superior; sobreajustar anula la protección.
- Elegir la clase de disparo según el tiempo de arranque real del motor (medido o de placa), evitando disparos en el arranque sin dejar de proteger ante rotor bloqueado.
- Verificar la coordinación con el contactor y el dispositivo de protección contra cortocircuito (tipo 1: daño aceptable tras falla; tipo 2: sin daño, según IEC 60947-4-1).
- Considerar la temperatura ambiente del tablero; en gabinetes muy calurosos, usar relés compensados o reajustar según curvas del fabricante.
- Apretar las conexiones con el torque especificado: un terminal flojo genera resistencia de contacto, calentamiento localizado y disparos falsos —o peor, un punto caliente no detectado.
- No puentear ni anular el relé térmico para «solucionar» disparos repetitivos sin antes diagnosticar la causa real.
- Revisar el equilibrio de fases de la instalación; un desequilibrio de tensión de solo 5% puede generar sobrecorrientes de hasta 25-40% en una fase.
5 Detección de fallos
Causas típicas de disparo
| Causa | Síntoma característico | Verificación recomendada |
|---|---|---|
| Sobrecarga mecánica real | Corriente elevada y sostenida en las tres fases | Medir corriente con pinza; revisar carga mecánica acoplada |
| Fallo de fase | Corriente nula o muy baja en una fase, elevada en las otras | Verificar fusibles, bornes de línea y continuidad |
| Rotor bloqueado / atascamiento | Corriente cercana a la de arranque de forma sostenida, motor no gira | Inspección mecánica del acople y rodamientos |
| Arranque prolongado no compensado | Disparo repetitivo solo durante el arranque | Verificar clase de disparo vs. tiempo real de arranque |
| Ajuste incorrecto (Ir < In) | Disparo con carga nominal normal | Verificar dial de ajuste contra placa del motor |
| Temperatura ambiente elevada | Disparos más frecuentes en horas de mayor calor del tablero | Medir temperatura interna del gabinete, revisar ventilación |
| Conexión floja / oxidada | Calentamiento localizado en un terminal específico | Termografía o inspección visual, reapriete según torque |
| Contenido armónico elevado | Disparo sin corriente aparente excesiva en el amperímetro RMS | Medición con analizador de calidad de energía (THD) |
Lectura de indicadores
- Bandera roja / ventana de disparo: indica que el mecanismo actuó; debe rearmarse manual o automáticamente tras el enfriamiento.
- Contacto 97-98 (NA) cerrado: confirma disparo para el sistema de control o supervisión remota.
- Contacto 95-96 (NC) abierto: corta la bobina del contactor; el motor queda desenergizado aunque el operador no vea la bandera.
- Botón RESET que no enclava: el bimetal aún está caliente (memoria térmica); esperar el tiempo de enfriamiento antes de forzar el rearme.
6 Mantenimiento preventivo
- Inspección visual periódica de terminales, buscando signos de oxidación, decoloración por calor o aflojamiento.
- Prueba funcional con el botón TEST durante paradas programadas.
- Verificación del ajuste Ir contra la placa del motor tras cualquier reemplazo o intervención.
- Reapriete de bornes según el torque indicado por el fabricante (un valor típico de referencia ronda 1,5-2,5 N·m en relés pequeños, pero debe verificarse en la hoja técnica específica).
- Contraste de la corriente real medida con pinza amperométrica contra el valor ajustado, al menos una vez al año o tras cambios de carga.
- Limpieza de polvo y contaminantes en el bloque de contactos auxiliares.
7 Relé térmico bimetálico vs. relé de sobrecarga electrónico
En instalaciones modernas es cada vez más común encontrar relés de sobrecarga electrónicos como alternativa al bimetálico clásico. Ambos cumplen la misma función normativa, pero difieren en prestaciones:
| Aspecto | Bimetálico | Electrónico |
|---|---|---|
| Principio | Deformación mecánica por calor | Medición de corriente por sensores + microcontrolador |
| Precisión de disparo | Moderada (±10-20%) | Alta (±3-5%), curvas programables |
| Detección de fallo de fase/desequilibrio | Mecánica, limitada | Algorítmica, más sensible y ajustable |
| Diagnóstico y comunicación | Solo contacto auxiliar | Bus de campo, historial de disparos, corriente en tiempo real |
| Costo | Bajo | Medio-alto |
| Robustez ante ambientes agresivos | Alta, sin electrónica sensible | Requiere protección adicional (polvo, vibración, EMI) |
8 Conclusión
El relé térmico sigue siendo, décadas después de su desarrollo, la protección más extendida contra sobrecargas en motores de baja tensión gracias a su simplicidad, robustez y bajo costo. Su eficacia depende enteramente de tres factores que están en manos del técnico: selección correcta del rango, ajuste preciso de Ir y elección adecuada de la clase de disparo según el tipo de arranque. Un relé bien dimensionado y bien mantenido no solo evita paradas de producción por disparos falsos, sino que constituye la última línea de defensa antes de una falla térmica irreversible en el bobinado del motor.
