Según a quién le pregunte, los relés de estado sólido son la solución de interrupción de potencia superior, pero otros insisten en que los relés electromecánicos son la opción obvia. ¿Quién tiene razón y por qué motivos? Para responder estas preguntas, analizaremos las diferencias entre los relés electromecánicos y de estado sólido, comprenderemos su funcionamiento y compararemos las especificaciones de rendimiento en diversos niveles.
¿Qué es un relé?
Un relé es una solución de interrupción de potencia que puede usarse para asignar energía sin tener que abrir y cerrar un conmutador de forma manual. Para conectar y desconectar la energía, un relé solo requiere una pequeña señal eléctrica. Esta señal actúa como un "conserje" metafórico para una señal eléctrica mucho más grande. La capacidad de tener un control de baja potencia sobre una señal de alta potencia es el motivo por el cual los relés han sido tan importantes en toda la historia de la electrónica.
¿Cuáles son las diferencias entre los relés electromecánicos y de estado sólido?
Relé electromecánico (EMR)
Un relé electromecánico usa una pieza móvil física para conectar los contactos dentro del componente de salida del relé. El movimiento de este contacto se genera mediante fuerzas electromagnéticas provenientes de la señal de entrada de baja potencia, lo que permite completar el circuito que contiene la señal de alta potencia. El componente físico dentro del relé electromecánico suele hacer el sonido de un "clic", lo cual puede resultar útil en algunas situaciones, aunque esto puede generar arcos internos y demora relativamente mucho tiempo para moverse.
Relé de estado sólido (SSR)
Un relé de estado sólido podría ser el arquetipo de la industria de los semiconductores. Los SSR usan una señal eléctrica de baja potencia para generar una señal de semiconductor óptico, generalmente un octoacoplador, que transmite y energiza la señal de salida. Cuando se activa, la señal óptica de entrada actúa como el "conmutador" que permite que una señal de alto voltaje pase a través del componente de salida del SSR. Existen varias formas de hacer esto, aunque la característica en común entre todas ellas es la falta de piezas móviles, y por esto se los conoce como relés de estado sólido.
Figura 1: Un EMR (relé electromecánico) normal y un diagrama de bloque de EMR que ilustra sus piezas móviles.
Figura 2: Relé de estado sólido con montaje en panel de Crydom y un diagrama que muestra el mecanismo de optotransistor. Diagrama cortesía de Wikipedia.
Ambas tecnologías se pueden usar para aplicaciones de calefacción, iluminación, control de movimiento y más. Sin embargo, los relés de estado sólido son superiores a los relés electromecánicos en casi todas las categorías comparativas. Los relés electromecánicos son una tecnología algo antigua que usa un enfoque de diseño mecánico simple, mientras que los relés de estado sólido son mucho más recientes y avanzados; y sí, también son más complejos. Se puede argumentar que un producto complejo no tiene por qué ser mejor que otro similar, pero más simple y que haga la misma tarea. Sin embargo, un SSR más complejo podría superar la contienda cuando se trata de rendimiento.
¿Cuáles son las ventajas de usar un relé de estado sólido en lugar de un relé electromecánico?
Los relés de estado sólido tienen un precio inicial bastante alto, y quizás intimidante, en comparación con un relé electromecánico. No obstante, la integración de un SSR en lugar de un EMR puede tener como resultado un costo total igual o incluso más bajo según la aplicación en particular, algo que analizaremos un poco más adelante. Además, a menudo los SSR superan en rendimiento a los EMR en varios ámbitos. Comparemos ambas opciones:
Como puede ver, los SSR generalmente son más dinámicos en su rendimiento y en las características que ofrecen en comparación con los EMR. Sin embargo, existe un ámbito en el que los EMR a menudo tienen la ventaja: administración térmica. Los SSR pueden tener órdenes de magnitud más altos en cuanto a la disipación de potencia, en comparación con los relés electromecánicos, simplemente debido a los principios físicos que utilizan. Por lo general, esto significa que los diseñadores de componentes deben integrar ventiladores y disipadores de calor en sus diseños, lo cual incrementa el costo inicial total que debe afrontar si desea usar los SSR.
Antes de que descarte los SSR únicamente debido a su costo inicial, analicemos un poco más el costo total de propiedad, así como las características individuales que determinan lo que verdaderamente significa ese "costo".
Comparación de costos: De qué manera los SSR aún pueden ser valiosos a largo plazo
Los ingenieros tienden a centrarse en el rendimiento y, por lo general, un mejor rendimiento significa mayores costos. Por el contrario, a los gerentes de la cadena de suministro les preocupa mucho más los precios iniciales de las piezas y los plazos de entrega, todo lo cual se conoce como costos de adquisición. Los gerentes comerciales y de marketing se centran en los costos de la garantía, que incluyen la expectativa de duración y los costos de mantenimiento asociados, como tiempo de inactividad, tiempo de desplazamiento, tiempo de sustitución y reparación, y mano de obra. De todos estos costos, solamente los precios iniciales de las piezas pueden equipararse al "costo inicial único" antes mencionado.
Por lo tanto, solo porque los relés electromecánicos tengan un precio inicial más bajo no significa que "cuesten menos", sobre todo si tenemos en cuenta la suma de todos los otros costos ocultos que surgen posteriormente. Con mucha frecuencia en las empresas actuales, los gerentes exigen soluciones "más rápidas, mejores y más baratas" que a menudo son prioridades opuestas, ya que más barato no siempre equivale a más rápido o mejor. Sin embargo, el uso de relés de estado sólido y contactores Crydom realmente le permite conseguir la solución más rápida, mejor y más barata cuando se tiene en cuenta el costo total de propiedad. Los relés de estado sólido de esta empresa son soluciones de rendimiento confiable que contribuyen a extender la duración de la aplicación, por lo que rara vez deberá preocuparse por mantenerlos, repararlos o sustituirlos una vez que los haya instalado.
Una útil herramienta para comparar el costo total de propiedad
Para ayudarlo a analizar el costo total de propiedad (TCO) de los SSR frente a los EMR, Crydom desarrolló una calculadora de TCO fácil de usar que puede encontrar en su sitio web, en la pestaña "Herramientas". La calculadora tiene en cuenta la información asociada a los costos directos e indirectos, y también presupone que ambas soluciones de conmutación se seleccionaron correctamente de acuerdo con la carga y los sistemas de energía. Asimismo, la calculadora incorpora los costos asociados sobre todo a la tecnología, ya que son comunes a varias aplicaciones.
El costo unitario de la calculadora es el costo de adquisición de la solución de conmutación. Además, se incluyen campos para agregar disipadores de calor (para SSR) y enchufes (para EMR) en caso de que sean necesarios. También se tiene en cuenta la expectativa de duración, expresada en el número de ciclos u operaciones, ya que son requisitos específicos para una determinada aplicación. Esto podría incluir ciclos proyectados por minuto o el tipo de carga (p. ej., resistiva, inductiva, transformador/capacitor o balasto).
El tipo de carga es obligatorio para calcular los ajustes de expectativa de duración de los EMR, y la calculadora selecciona automáticamente la desclasificación adecuada según la carga elegida: desclasificación del 80 % para motores, bobinas o solenoides, desclasificación de 75 % para transformadores o capacitores y desclasificación del 70 % para balastos. El período de garantía, también incluido en el cálculo, se usa para una referencia de tiempo en los resultados estimados del costo total. Se puede ajustar para mostrar distintos tiempos, desde un mes hasta un año o más. Otra variable que también debe tenerse en cuenta es el costo por servicio, ya que cambia según la aplicación o el modelo de negocio. La Figura 3 muestra la calculadora de TCO de Crydom.
Figura 3: Calculadora de TCO de Crydom.
Cuando tenga que elegir entre la tecnología de relés electromecánicos y la tecnología de estado sólido, quizás le resulte difícil superar los costos iniciales de los SSR. No obstante, si bien el costo inicial del EMR es inferior al del SSR, a medida que aumenta el conteo del ciclo, también se incrementa el costo de mantener, reparar o sustituir el EMR. Por lo tanto, una vez que haya calculado el costo total de propiedad de los SSR y los EMR, descubrirá que el costo de la duración de los SSR es igual o inferior al de los EMR en muchos casos. Dadas las ventajas de los SSR sobre los EMR con respecto a características y rendimiento, no resulta difícil justificar la integración de un SSR a su diseño.
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