¿Cómo entender las señales eléctricas?

Las señales eléctricas gobiernan casi todos los artefactos eléctricos que vemos a nuestro alrededor. Desde una simple lámpara hasta un complejo centro de mecanizado, todos ellos necesitan en mayor o menor medida de un sistema de señalización para poder funcionar correctamente.

Las señales eléctricas también se pueden entender como los distintos niveles de tensión, corriente, resistencia, capacidad, inductividad, impedancia y demás, que podemos medir mediante distintos instrumentos. En este artículo veremos la diferencia entre ambos conceptos, y una introducción a cada uno de esos casos.

Las señales eléctricas entendidas como magnitudes

La primera acepción se refiere a las distintas características —mensurables— que posee la electricidad: la diferencia de potencial, la intensidad de la corriente, la resistencia que ofrece determinado elemento a su paso, la frecuencia si se trata de corriente alterna, la impedancia, la inductancia, etcétera.

Para obtener esos parámetros necesitamos instrumentos tales como el voltímetro, el amperímetro, el óhmetro (o meghometro si se trata de resistencias muy elevadas), el osciloscopio y, en general, el multímetro, que es un instrumento que permite la medición de varios de esos parámetros sin cambiar de instrumento.

El Sistema Internacional de unidades (SI) es un estándar, aceptado a nivel mundial, que establece tanto los nombres de esas unidades como sus valores. Por ejemplo, la tensión debe ser medida en volts, la intensidad en amperes, la resistencia en ohms, la capacidad en farads, la inductancia en henrys, la frecuencia en hertz y así.

Instrumentos más comunes para medir estas señales

Voltímetro

Permite medir la diferencia de potencial, o tensión, entre dos elementos de un circuito eléctrico, y expresa la medición resultante en volts o voltios.

Amperímetro

Este instrumento mide la corriente eléctrica entre dos elementos de un circuito eléctrico, expresando la medición en amperes o amperios.

Óhmetro

Mide la resistencia entre dos terminales o puntos de un circuito o de un elemento, y expresa el resultado de la medición en ohms u ohmios.

MegóHmetro

Cumple la misma función que el óhmetro, aunque es un instrumento especializado en grandes resistencias, por lo que expresa la medición en millones de ohms, es decir, megaohms o megaohmios. Algunos instrumentos pueden incluso medir gigaohms, teraohms y hasta petaohms.

Multímetro

Es un instrumento que permite medir tensiones, corrientes y resistencias por sí solo, y a veces ofrece mediciones adicionales especializadas, como capacidad (en farads), frecuencia (en hertz), inductividad (en henrys), etc. Sólo es necesario aplicar sus terminales en distintos puntos de un circuito; en ocasiones, el instrumento requiere colocar una de las terminales de las puntas de prueba en un socket secundario (por ejemplo, cuando es necesario medir tensiones elevadas, del orden de los kilovolts).

Las señales eléctricas entendidas como señalizadores de eventos

La segunda acepción de esta frase se refiere a la señalización de distintos eventos mediante impulsos eléctricos: la pulsación de una tecla enciende una lámpara, detiene un motor, inicia un ciclo de mecanizado, etcétera.

Un buen ejemplo de señalización eléctrica se da en las computadoras; si bien son artefactos muy complejos como para analizarlos aquí, podemos decir que todas las operaciones que realizan ocurren gracias a que una señal eléctrica llegó a determinado circuito y produjo un output o salida.

Otro ejemplo, que es más apropiado para tratar aquí, es el de los sensores que se utilizan en distintas máquinas herramientas industriales y hogareñas: el tope de fin de carrera en una prensa hidráulica, al ser pulsado, detiene inmediatamente los motores y previene la rotura de la máquina; el láser infrarrojo en la puerta de un ascensor impide el accionamiento de las puertas y de los motores, impidiendo así los accidentes; los sensores inductivos al costado de un tobogán de producción —a la salida de alguna cinta transportadora— permiten contar los elementos que pasan por allí, y automatizar el proceso de contabilidad de la producción de esa máquina.

Como vimos, existen distintos tipos de sensores y elementos que actúan emitiendo o recibiendo señales eléctricas; veremos a continuación los más comunes.

Interruptores

Son los generadores de señales eléctricas más sencillos. Permiten interrumpir o activar el paso de una corriente eléctrica por un circuito; pueden ser normalmente abiertos (en condiciones normales impiden el paso de la corriente) o normalmente cerrados (en condiciones normales permiten el paso de la corriente).

Un ejemplo de interruptor es la llave de emergencia que toda máquina herramienta de importancia posee, para permitir su detención inmediata en caso de peligro.

Reóstatos

Un reóstato es un tipo especial de interruptor, que además de permitir o impedir el paso de una corriente eléctrica, permite su atenuación por medio de una resistencia variable.

Se utilizan, por ejemplo, en algunos controladores analógicos para CNC, o para variar en forma analógica la velocidad de un motor de corriente continua.

Relés

Son interruptores que actúan cuando reciben una señal eléctrica en sus terminales primarias. Se utilizan para interrumpir o permitir el paso de una corriente eléctrica en un circuito dependiendo de la presencia o no de determinada señal eléctrica en sus bornes de señalización.

Un ejemplo sencillo de relé es que se utiliza en las bombas de agua domiciliarias: el flotante instalado dentro del tanque de agua, al bajar el nivel, establece el paso de una pequeña corriente eléctrica en un cable que está conectado a un relé; éste, al recibir esa corriente, activa el circuito de la bomba de agua. Cuando el nivel del agua supera cierta marca, el flotante interrumpe la corriente y el relé, a su vez, interrumpe la corriente a la bomba de agua.

Los relés pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados y, por supuesto, tener funciones más complejas, o más entradas de señal. Por ejemplo, el relé que permite operar un balancín sólo se activa cuando recibe dos señales, provenientes de sendos interruptores normalmente abiertos, dispuestos a los costados del martillo; de este modo se previenen accidentes por distracciones al obligar al operario a pulsar ambos interruptores para hacer trabajar la máquina.

Sensores

Además de los pulsadores y los relés, existen dispositivos que emiten o no una señal eléctrica de acuerdo a la presencia o ausencia de determinado fenómeno físico, que puede ser un cambio en un campo magnético o eléctrico, la presencia de luz, el cambio en la resistencia eléctrica, determinada temperatura, etcétera.

Inductivos

Trabajan en base a cambios en un campo magnético. Un ejemplo puede ser el sensor colocado en algunos viejos teléfonos públicos, aunque en la actualidad se utilizan para la detección de metales ferrosos. Son especialmente útiles para detectar el correcto posicionamiento de herramientas, por ejemplo.

Capacitivos

Trabajan en forma similar a los inductivos, aunque poseen la ventaja de poder detectar materiales no ferrosos y no metálicos. Se utilizan para detectar humedad, posicionamiento y paso de elementos.

Resistivos

Detectan cambios en la resistencia entre sus terminales. Su uso más común es el de la detección de metales en una criba, como los viejos teléfonos públicos o las boleteras de los ómnibus, que permiten medir la resistencia de una moneda antes de aceptarla o rechazarla.

Térmicos

Dentro de esta subcategoría hay dos modelos: los termostatos, que interrumpen o permiten el paso de la corriente al expandirse o contraerse una lámina metálica (debido a la temperatura) y las termocuplas, que varían el paso de una corriente al calentarse el punto de soldadura entre dos metales distintos. El primero es pasivo —no requiere de alimentación externa— mientras que el segundo requiere el paso de determinada corriente para poder brindar una lectura.

Encoders

Encoder rotativo capacitivo

Son instrumentos que permiten codificar un valor o un input sobre una corriente eléctrica de salida. Un ejemplo sencillo es el disco de los viejos teléfonos a pulso: cuando uno marcaba el 0, por ejemplo, el disco abría y cerraba diez veces el circuito, produciendo una serie de rápidos impulsos sobre la línea telefónica, lo que permitía la operación remota de las centrales.

Otro ejemplo, más industrial, es el de los encoders de posicionamiento, que se utilizan en los centros de mecanizado para leer la posición de las torretas, herramientas o platos en todo momento.