Relés de estado sólido vs. relés electromecánicos

Dependiendo de a quién le preguntes, los relés de estado sólido son la solución superior de conmutación de potencia, pero otros insisten en que los relés electromecánicos son la elección obvia. ¿Quién tiene razón y por qué razones? Para responder a estas preguntas, vamos a explorar las diferencias entre los relés electromecánicos y de estado sólido y cómo operan, así como comparar sus especificaciones de rendimiento en varios niveles.

¿Qué es un relé?

Un relé es una solución de conmutación de potencia que se puede utilizar para distribuir energía sin abrir y cerrar manualmente el interruptor. Para encender y apagar la energía, un relé simplemente requiere una pequeña señal eléctrica. Esta señal es un "portero" metafórico para una señal eléctrica mucho mayor. La capacidad de tener control de baja potencia sobre una señal de alta potencia es lo que ha hecho que los relés sean tan destacados a lo largo de la historia de la electrónica.

¿Cuáles son las diferencias entre los relés electromecánicos y de estado sólido?

Relé electromecánico (EMR)

Un relé electromecánico utiliza una parte móvil física para conectar contactos dentro del componente de salida del relé. El movimiento de este contacto se genera utilizando fuerzas electromagnéticas del señal de entrada de baja potencia, permitiendo la finalización del circuito que contiene la señal de alta potencia. El componente físico dentro del relé electromecánico comúnmente produce un sonido de "clic", que en realidad puede ser útil en algunas situaciones, aunque puede conducir a arcos internos y toma una cantidad de tiempo relativamente grande para moverse.

Relé de Estado Sólido (SSR)

Un relé de estado sólido podría ser el ejemplo emblemático de la industria de semiconductores. Los SSR utilizan una señal eléctrica de baja potencia para generar una señal de semiconductor óptico, típicamente con un acoplador óptico, que transmite y energiza la señal de salida. Cuando se activa, la señal óptica de entrada actúa como el "interruptor" que permite que una señal de alto voltaje pase a través del componente de salida del SSR. Hay varias formas de lograr esto, pero el tema común entre todas ellas es la falta de partes móviles, lo que los hace de estado sólido.

Ambas tecnologías se pueden utilizar para aplicaciones en calefacción, iluminación, control de movimiento y más. Sin embargo, los relés de estado sólido son superiores a los electromecánicos en la mayoría de categorías comparativas. Los relés electromecánicos son una tecnología relativamente antigua que utiliza un enfoque de diseño mecánico simple, mientras que los relés de estado sólido son mucho más nuevos y avanzados, y sí, más complejos. Se podría argumentar que algo complejo no es necesariamente mejor que un producto más sencillo que realiza la misma tarea. Sin embargo, el SSR más complejo podría ganarte cuando se trata de rendimiento.

¿Cuáles son las ventajas de un relé de estado sólido frente a un relé electromecánico?

Los relés de estado sólido vienen con un precio inicial bastante grande y quizás intimidante en comparación con un relé electromecánico. Sin embargo, integrar un SSR en lugar de un EMR puede resultar en un costo total igual o incluso menor dependiendo de la aplicación en particular, algo que discutiremos un poco más adelante. Además, los SSR a menudo superan a los EMR en varias áreas. Comparemos los dos:

Como puede ver, los SSRs son en general más dinámicos en su rendimiento y las características que ofrecen en comparación con los EMRs. Hay un área, sin embargo, donde los EMRs a menudo tienen la ventaja: la gestión térmica. Los SSRs pueden tener una disipación de energía órdenes de magnitud mayor que los relés electromecánicos simplemente debido a la física que utilizan. Esto generalmente significa que los diseñadores de componentes deben integrar disipadores de calor y ventiladores en sus diseños, lo que sí aumenta el costo inicial total que incurre al utilizar el SSR.
 
Antes de descartar los SSRs solo por el costo inicial, hablemos más sobre el costo total de propiedad, así como las personas que determinan lo que realmente significa “costo”.

Comparación de costos: cómo los relés de estado sólido aún pueden valer la pena a largo plazo

Los ingenieros tienden a centrarse en el rendimiento, y un mejor rendimiento generalmente significa costos más altos. Los gerentes de la cadena de suministro, por otro lado, están mucho más preocupados por el precio inicial de las piezas y los tiempos de entrega, conocidos como costos de adquisición. Los gerentes de negocios y marketing destacan los costos de garantía, que incluyen la expectativa de vida y los costos de mantenimiento asociados como el tiempo de inactividad, el tiempo de viaje, el tiempo de reemplazo y reparación, y la mano de obra. De todos estos costos, solo el precio inicial de las piezas puede equipararse al mencionado "costo único por adelantado".
 
Por lo tanto, solo porque los relés electromecánicos tengan un precio inicial más bajo no significa que "cuesten menos" dado el agregado de todos los otros costos ocultos que entran en juego más adelante. Con demasiada frecuencia, en las empresas de hoy, los gerentes están demandando soluciones "más rápidas, mejores y más baratas", que son prioridades frecuentemente competidoras: más barato no necesariamente significa más rápido y/o mejor. Sin embargo, utilizando los relés y contactores de estado sólido de Crydom, de hecho, puede lograr más rápido, mejor y más barato cuando se considera el costo total de propiedad. Sus relés de estado sólido son soluciones confiables que contribuyen a la longevidad de la aplicación, por lo que rara vez tiene que preocuparse por el mantenimiento, reparación o reemplazo una vez que se han instalado.

Comparando el costo total de propiedad de los relés de estado sólido y los relés electromecánicos

Para ayudarle a analizar el costo total de propiedad (TCO) de SSRs frente a EMRs, Crydom ha desarrollado una Calculadora de TCO fácil de usar que se puede encontrar en su sitio web en la pestaña "Tools". La calculadora considera información relacionada con costos tanto directos como indirectos, y también asume que ambas soluciones de conmutación han sido correctamente seleccionadas para coincidir con la carga y los sistemas de energía. Además, la calculadora incorpora costos principalmente asociados con la tecnología, ya que son comunes entre varias aplicaciones.
 
El costo por unidad de la calculadora es el costo de adquisición de la solución de conmutación. También hay costos por añadir disipadores de calor (para SSRs) y sockets (para EMRs) si se requiere alguno. La expectativa de vida, dada en número de ciclos u operaciones, también se toma en cuenta, así como los requisitos específicos para una aplicación dada. Estos pueden incluir ciclos proyectados por minuto o tipo de carga (por ejemplo, resistiva, inductiva, transformador/condensador o balasto).
 
El tipo de carga es necesario para estimar ajustes de expectativa de vida para EMRs, y la calculadora selecciona automáticamente la reducción adecuada basada en la carga elegida: 80% de reducción para motores, bobinas o solenoides; 75% de reducción para transformadores o condensadores; y 70% para balastos. El período de garantía, también incluido en el cálculo, se utiliza como referencia temporal en los resultados estimados del costo total. Se puede ajustar para mostrar diferentes marcos de tiempo, desde un mes hasta un año o más. El costo por servicio, otra variable, también debe considerarse, ya que cambia entre aplicaciones o de un modelo de negocio a otro. La figura 3 muestra la calculadora TCO de Crydom.

Cuando eliges entre la tecnología de relés electromecánicos y la tecnología de relés de estado sólido, puedes tener dificultades para superar el costo inicial de los SSR. Sin embargo, aunque el costo inicial del EMR es menor que el del SSR, a medida que aumenta el número de ciclos, también aumenta el costo de mantenimiento, reparación y/o reemplazo del EMR. Por lo tanto, una vez que hayas calculado el costo total de propiedad de ambos, SSR y EMR, pronto te darás cuenta de que el costo de vida útil de los SSR es igual o menor que el de los EMR en muchos casos. Dadas las ventajas que los SSR tienen sobre los EMR en cuanto a características y rendimiento, no es difícil justificar la integración de un SSR en tu diseño.
 
¿Quieres saber más? ¿Por qué no lees sobre Qué hay dentro de un Relé de Estado Sólido?