Del esquema al movimiento: interpretando circuitos de mando e instalando circuitos de fuerza

Este plan de clase introduce a los estudiantes en la interpretación de esquemas eléctricos de mando y en la instalación segura de circuitos de fuerza para el accionamiento de una carga, como un motor trifásico representado mediante un tablero didáctico. A partir de un reto técnico, los estudiantes deberán leer un esquema, identificar sus componentes, explicar la secuencia de funcionamiento y trasladar la representación gráfica a una instalación física ordenada.

La sesión se desarrolla mediante Aprendizaje Colaborativo, organizando equipos de tres o cuatro integrantes con roles rotativos: coordinador de seguridad, intérprete del esquema, instalador y verificador. Así, cada estudiante asume responsabilidad individual y contribuye a una meta común. El trabajo incluye el uso de pulsadores de marcha y paro, contactor, relé térmico, protección y motor o carga equivalente.

La actividad es relevante porque la mayoría de los sistemas de automatización industrial, bombas, compresores, bandas transportadoras y equipos electromecánicos utilizan circuitos separados de mando y fuerza. Comprender esta diferencia permite diagnosticar fallas, realizar instalaciones confiables y evitar accidentes por conexión incorrecta. La práctica se ejecutará inicialmente sin tensión y solo podrá energizarse después de la revisión del docente, aplicando procedimientos básicos de seguridad eléctrica.

• Interpretar un esquema de mando identificando símbolos, conductores, contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados, bobina del contactor y dispositivos de protección.
• Explicar la secuencia de funcionamiento de un circuito de mando con pulsadores de marcha y paro, contacto auxiliar de retención y protección térmica.
• Instalar, comprobar y ordenar un circuito de fuerza básico para alimentar una carga o motor didáctico, respetando el esquema y las normas de seguridad.
• Verificar colaborativamente la continuidad, correspondencia de conexiones y funcionamiento del circuito antes de su energización, argumentando las correcciones realizadas.

• Tableros didácticos de control eléctrico: uno por equipo de 3 o 4 estudiantes.
• Por equipo: 1 contactor con contacto auxiliar, 1 relé térmico, 2 pulsadores momentáneos (marcha y paro), 1 interruptor o protección termomagnética didáctica, borneras y señalización.
• Por equipo: motor trifásico didáctico de baja potencia o carga equivalente autorizada por la institución.
• Cables flexibles identificados por colores y punteras: aproximadamente 10 m por equipo, en calibres apropiados para el tablero didáctico.
• Multímetro digital, comprobador de continuidad y, si está disponible, pinza amperimétrica de demostración: uno por equipo.
• Destornilladores aislados, pelacables, pinza de corte, pinza de punta, crimpadora y etiquetas para conductores: un juego por equipo.
• Equipo de protección personal: gafas de seguridad, calzado dieléctrico o de seguridad y protección personal definida por el laboratorio.
• Esquema impreso de mando y fuerza, hoja de trabajo, tabla de símbolos y lista de cotejo de seguridad.
• Computador y proyector para mostrar una animación o diagrama del funcionamiento de un contactor.
• Simulador opcional: CADe_SIMU, FluidSIM Electrical o QElectroTech para revisar el esquema antes del montaje.
• Carteles de “energizado”, “desenergizado” y “no operar”, además de señalización para el área de trabajo.
• Manual técnico o ficha de datos de los componentes utilizados.

• Reconocer magnitudes eléctricas básicas: tensión, corriente, resistencia y continuidad.
• Aplicar la ley de Ohm en situaciones sencillas y diferenciar un circuito abierto de uno cerrado.
• Identificar conductores, bornes, conexiones en serie y paralelo y principios básicos de protección eléctrica.
• Interpretar símbolos eléctricos elementales y numeración de contactos, como 13-14, 21-22, A1-A2 y entradas/salidas de protección.
• Utilizar de forma básica un multímetro para medir continuidad y tensión, siempre bajo procedimientos de seguridad.
• Conocer normas de laboratorio: no trabajar con tensión sin autorización, mantener el área seca y ordenada, y verificar la ausencia de tensión antes de intervenir.

Fase de Inicio

Tiempo estimado: 40 minutos.

Propósito de la sesión: Preparar a los estudiantes para interpretar un esquema de mando y transformarlo en una instalación de fuerza funcional. Se establecerá una relación clara entre el dibujo técnico, la secuencia de operación y el montaje físico, priorizando la seguridad.

Activación de conocimientos previos: “¿Qué ocurre cuando se presiona marcha?”

Tiempo: 10 minutos. Organización: equipos de 3 o 4.

• Docente: Proyecta un esquema sencillo que contiene una protección, un pulsador de paro normalmente cerrado, un pulsador de marcha normalmente abierto, una bobina de contactor y un contacto auxiliar.
• Docente: Pregunta exactamente: “Si presiono el pulsador de marcha y luego lo suelto, ¿por qué el contactor puede permanecer activado?” y “¿Qué componente debe abrirse para detener el circuito?”.
• Estudiantes: Analizan el esquema durante tres minutos y escriben una respuesta individual.
• Estudiantes: Comparan sus respuestas en el equipo y elaboran una explicación común usando los términos contacto, bobina y circuito abierto.
• Docente: Solicita dos respuestas y registra en la pizarra los conceptos correctos y las dudas que serán retomadas durante la práctica.

Motivación y enganche: demostración del contactor

Tiempo: 10 minutos. Organización: plenaria.

• Docente: Muestra un contactor y pregunta: “¿Por qué un pulsador pequeño puede controlar una carga que consume mucha corriente?”.
• Docente: Realiza una demostración segura con un circuito didáctico desenergizado inicialmente y explica que la bobina acciona contactos separados para el mando y la fuerza.
• Estudiantes: Observan el cambio de estado de los contactos y anotan qué contactos se cierran y cuáles se abren.
• Docente: Conecta la demostración con aplicaciones reales: bombas de agua, ascensores, ventiladores industriales y bandas transportadoras.

Contextualización y seguridad

Tiempo: 12 minutos. Organización: plenaria y equipos.

• Docente: Presenta el reto: “Cada equipo deberá interpretar el esquema entregado, montar el circuito de fuerza y demostrar que la carga se activa y se detiene correctamente”.
• Docente: Explica las reglas: trabajar desenergizado, colocar señalización, verificar ausencia de tensión, no puentear protecciones y solicitar autorización antes de energizar.
• Estudiantes: Revisan su tablero, identifican riesgos y firman una lista de compromiso de seguridad.
• Docente: Pregunta: “¿Qué puede ocurrir si se conecta directamente la alimentación a la carga sin protección?” y “¿Qué riesgo existe si el pulsador de paro se instala como normalmente abierto?”.

Organización colaborativa y transición

Tiempo: 8 minutos. Organización: equipos de 3 o 4.

• Docente: Forma equipos heterogéneos y asigna roles: coordinador de seguridad, lector del esquema, instalador y verificador. En equipos de tres, el coordinador también será verificador.
• Estudiantes: Reciben materiales, revisan que estén completos y acuerdan cómo tomarán decisiones técnicas.
• Docente: Indica: “Primero interpretaremos el esquema; después montaremos sin tensión; finalmente verificaremos y probaremos”.

Fase de Desarrollo

Tiempo estimado: 160 minutos.

Presentación del contenido: El docente introduce el contenido mediante preguntas, manipulación de componentes y análisis compartido, evitando una exposición prolongada. Se explica que el circuito de mando controla la bobina del contactor y normalmente trabaja con menor corriente, mientras que el circuito de fuerza conduce la energía hacia la carga. Se revisan los símbolos y la numeración: protección, paro normalmente cerrado, marcha normalmente abierto, contacto auxiliar de retención, relé térmico, bobina A1-A2 y contactos principales.

Actividad 1: Radiografía colaborativa del esquema

Objetivo específico: Interpretar un esquema de mando y reconocer sus componentes.

Tiempo: 35 minutos. Organización: equipos de 3 o 4.

• Docente: Entrega a cada equipo un esquema de mando y fuerza con una falla intencional diferente: contacto mal identificado, conductor interrumpido o protección omitida en el dibujo.
• Estudiantes: Numeran el recorrido del circuito de mando desde la alimentación hasta A1 y desde A2 hasta el retorno.
• Estudiantes: Colorean de azul el mando y de rojo el circuito de fuerza. Rodean los contactos normalmente cerrados y subrayan los normalmente abiertos.
• Estudiantes: Completan una tabla con las columnas: símbolo, identificación, función, estado en reposo y posible consecuencia de una falla.
• Docente: Formula las preguntas: “¿Qué camino sigue la corriente cuando nadie presiona un pulsador?”, “¿Qué contacto mantiene energizada la bobina?” y “¿Qué dispositivo protege al motor frente a sobrecarga?”.
• Estudiantes: Detectan la falla asignada, la corrigen en el esquema y justifican la modificación en dos frases técnicas.
• Docente: Revisa el razonamiento, no solo el resultado, y solicita que el lector del esquema explique la secuencia al resto del equipo.

Producto: Esquema anotado, tabla de componentes y explicación de la secuencia de funcionamiento.

Actividad 2: Del diagrama al tablero

Objetivos específicos: Explicar la secuencia de funcionamiento e instalar el circuito de fuerza básico.

Tiempo: 55 minutos. Organización: equipos de 3 o 4.

• Docente: Entrega la consigna: “Monten primero el circuito de fuerza, sin conectar la alimentación. No se permite energizar durante esta etapa”.
• Estudiantes: Ubican la protección, el contactor, el relé térmico, las borneras y la carga siguiendo un orden lógico y dejando espacio para inspección.
• Estudiantes: Identifican los bornes de entrada y salida del contactor y del relé térmico mediante la ficha técnica; no deben confiar únicamente en la posición física.
• Estudiantes: Cortan, pelan y colocan los conductores con la longitud necesaria, usando punteras cuando corresponda. Cada conductor se etiqueta en ambos extremos.
• Estudiantes: Conectan el recorrido de fuerza según el esquema: protección, contactos principales del contactor, relé térmico y motor o carga.
• Docente: Observa el cumplimiento de seguridad, la sección de conductor, el ajuste de bornes y el orden del cableado. Pregunta: “¿Cómo saben cuál es la entrada y cuál es la salida?” y “¿Dónde queda ubicada la protección de sobrecarga?”.
• Estudiantes: Realizan una inspección cruzada: el verificador compara cada conexión con el esquema y marca la lista de cotejo.
• Docente: Detiene el montaje si observa un riesgo, solicita que el equipo explique el error y permite corregirlo con el circuito desenergizado.

Producto: Circuito de fuerza instalado, cableado identificado y lista de cotejo parcialmente diligenciada.

Actividad 3: Verificación, diagnóstico y puesta en marcha controlada

Objetivos específicos: Verificar la continuidad y el funcionamiento del sistema, argumentando las correcciones realizadas.

Tiempo: 35 minutos. Organización: equipos y plenaria breve.

• Docente: Entrega una secuencia obligatoria de verificación: inspección visual, ajuste mecánico, continuidad, revisión de protecciones y autorización de energización.
• Estudiantes: Comprueban con el multímetro, sin tensión, la continuidad de los conductores y verifican que no exista cortocircuito entre líneas.
• Estudiantes: Simulan la secuencia con el dedo sobre el esquema: paro cerrado, marcha cerrada momentáneamente, contacto auxiliar retenido y apertura por paro o relé térmico.
• Docente: Revisa el tablero y autoriza la energización únicamente si la lista de cotejo está completa y todos los integrantes pueden explicar el circuito.
• Estudiantes: Prueban marcha y paro. Registran en una tabla: acción realizada, resultado esperado, resultado observado y corrección aplicada.
• Docente: Si aparece una falla, pregunta: “¿En qué punto se pierde la continuidad?”, “¿La bobina recibe tensión cuando se pulsa marcha?” y “¿El contacto auxiliar está cumpliendo su función?”.
• Estudiantes: Comparan su diagnóstico con otro equipo y explican una decisión técnica en plenaria.

Producto: Registro de pruebas, circuito funcional o diagnóstico documentado de la falla.

Diferenciación y transiciones

Para quienes necesitan apoyo, el docente entrega un esquema con colores, una tabla de símbolos, una secuencia numerada y una guía de medición del multímetro. También puede asignarles inicialmente la identificación de componentes antes de realizar conexiones. Para quienes terminan antes, se propone agregar una lámpara piloto de funcionamiento o elaborar una segunda versión del esquema con inversión de giro, sin realizar modificaciones físicas ni energizar un circuito no autorizado.

Las transiciones serán explícitas: al finalizar la Actividad 1, el docente indica que “el esquema ya funciona como mapa; ahora cada conexión física debe tener una referencia visible en ese mapa”. Antes de la Actividad 3, todos los equipos deben dejar herramientas apartadas, colocar el aviso de desenergizado y llamar al docente para la inspección.

Fase de Cierre

Tiempo estimado: 40 minutos.

Propósito: Consolidar la diferencia entre mando y fuerza, verificar el logro de los objetivos y relacionar la práctica con tareas reales de instalación y mantenimiento industrial.

Síntesis colaborativa: “Tres rutas del circuito”

Tiempo: 10 minutos. Organización: equipos de 3 o 4.

• Docente: Entrega una hoja dividida en tres apartados: “mando”, “fuerza” y “seguridad”.
• Estudiantes: Escriben tres ideas esenciales, dibujan el recorrido de la corriente de mando y describen qué ocurre al pulsar marcha y paro.
• Estudiantes: Añaden una regla de seguridad que aplicaron y una conexión que verificaron con el multímetro.
• Docente: Solicita que cada equipo comparta una idea que no haya sido repetida por el equipo anterior.

Reflexión metacognitiva y autoevaluación

Tiempo: 15 minutos. Organización: individual y luego parejas.

• Docente: Solicita respuestas escritas a las siguientes preguntas exactas:
• “¿Qué elemento del esquema me permitió diferenciar el circuito de mando del circuito de fuerza y cómo lo comprobé?”
• “¿Cómo expliqué la función del contacto auxiliar y del pulsador de paro en la secuencia de funcionamiento?”
• “¿Qué verificación realicé antes de energizar y qué error habría evitado esa verificación?”
• Estudiantes: Responden individualmente, comparan sus respuestas con un compañero y completan: “En la próxima instalación debo mejorar…”.

Retroalimentación y evaluación del desempeño

Tiempo: 10 minutos. Organización: plenaria.

• Docente: Devuelve la lista de cotejo de cada equipo, destaca un logro técnico y señala una mejora concreta relacionada con seguridad, interpretación o calidad del montaje.
• Docente: Presenta dos errores frecuentes observados, sin señalar estudiantes: confundir un contacto normalmente cerrado con uno normalmente abierto y omitir la verificación antes de energizar.
• Estudiantes: Proponen verbalmente el procedimiento correcto para corregir cada error.

Transferencia y reto

Tiempo: 5 minutos. Organización: individual.

• Docente: Conecta la experiencia con futuras prácticas de arranque directo, inversión de giro, temporizadores y control de bombas.
• Estudiantes: Registran como reto: dibujar en casa o en el simulador CADe_SIMU un circuito de mando con una lámpara piloto que indique “motor en marcha”, identificando qué contacto utilizarían y por qué.
• Docente: Recuerda que el reto es solo de diseño y simulación; cualquier montaje físico deberá realizarse en el laboratorio con autorización.

Tipo y momentos de evaluación

• Diagnóstica: Se aplica durante los primeros 10 minutos, mediante el análisis del esquema y las respuestas a las preguntas sobre marcha, paro y retención. Permite identificar conocimientos previos sobre contactos y bobinas.
• Formativa: Se aplica durante las Actividades 1, 2 y 3 mediante observación directa, preguntas guía, revisión del esquema anotado, lista de cotejo de seguridad y retroalimentación durante el montaje.
• Sumativa: Se aplica en el cierre, integrando el esquema corregido, la instalación de fuerza, el registro de pruebas, la explicación oral y la reflexión individual.

Criterios de evaluación

• Interpretación del esquema: Identifica correctamente símbolos, contactos, bobina, protecciones y recorridos del circuito de mando. Se vincula con el objetivo 1.
• Explicación funcional: Describe de manera ordenada qué ocurre al pulsar marcha, soltarla, pulsar paro o activar la protección térmica. Se vincula con el objetivo 2.
• Instalación del circuito de fuerza: Conecta protección, contactor, relé térmico y carga conforme al esquema, con conductores identificados, bornes ajustados y montaje ordenado. Se vincula con el objetivo 3.
• Verificación y seguridad: Realiza inspección visual, prueba de continuidad, comprobación de ausencia de cortocircuitos y solicita autorización antes de energizar. Se vincula con el objetivo 4.
• Colaboración técnica: Cumple el rol asignado, escucha argumentos, comparte decisiones y participa en la coevaluación del equipo. Se vincula con todos los objetivos.

Instrumentos sugeridos

• Rúbrica analítica de cuatro niveles para interpretación, montaje, verificación y explicación técnica.
• Lista de cotejo de seguridad: desenergización, señalización, uso de EPP, orden del tablero, identificación de conductores y autorización previa.
• Guía de observación directa del docente durante el trabajo colaborativo.
• Registro de pruebas y diagnóstico elaborado por cada equipo.
• Autoevaluación individual mediante las tres preguntas metacognitivas y coevaluación del cumplimiento de roles.

Evidencias de aprendizaje

• Esquema de mando y fuerza corregido, coloreado y anotado.
• Tabla de identificación y función de los componentes.
• Circuito de fuerza físicamente instalado y organizado.
• Lista de cotejo de seguridad y registro de continuidad, prueba y funcionamiento.
• Explicación oral de la secuencia de operación y de las correcciones realizadas.
• Reflexión individual y reto de diseño en simulador o esquema técnico.