UNIDAD I
FUNDAMENTOS A LA AUTOMATIZACIÓN
- Definición a los sistemas de control eléctrico, circuitos de fuerza y control simbología.
- Elementos físicos que conforman un contactor, clasificación, y marca comercial.
- Contactos pulsantes, luces pilotos, relé térmico y réle temporizados, calibración.
- Sensores, características y criterios de selección.
- Estudio del transductor
Definición
a los sistemas de control eléctrico, circuitos de fuerza y control simbología.
Sistemas de control
eléctrico.
un sistema de
control es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar,
dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir las
probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados. Por lo general, se
usan sistemas de control industriales en procesos de producción industriales para controlar equipos
o máquinas.
Control
eléctrico:
conjunto de elementos
eléctricos que varían en su proceso, y estos dispositivos nos ayudan a gobernar
de alguna manera la energía eléctrica, este conjunto de elementos eléctricos o
electrónicos tienen un punto necesario llamado controlador (es una salida o
entrada) que configura todo el proceso.
Objetivos:
Los
sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:
·
Ser estables y robustos frente a
perturbaciones y errores en los modelos.
·
Ser eficiente según un criterio
preestablecido evitando comportamientos bruscos e irreales.
Clasificación
de los sistemas de control según su comportamiento:
Control:
selección
de las entradas de un sistema de manera que los estados o salidas cambien de
acuerdo a una manera deseada.
Controlador:
(Electrónica).
Es un dispositivo electrónico que emula la capacidad de los seres humanos para
ejercer control. Por medio de cuatro acciones de control: compara, calcula,
ajusta y limita.
Proceso:
operación o desarrollo natural progresivamente continúo, marcado por una serie
de cambios graduales que se suceden uno al otro en una forma relativamente fija
y que conducen a un resultado o propósito determinados.
Clasificación
de los sistemas de control según su medición:
Sistema
de control de lazo abierto: Es aquel sistema en que solo actúa
el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida
independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Esto significa
que no hay realimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar la
acción de control. Es decir, la señal de salida no se convierte en señal de
entrada para el controlador.
Ejemplo:
Un tanque con una manguera de jardín. Mientras que
la llave siga
abierta, el agua fluirá. La altura del agua en el tanque no puede hacer que la
llave se cierre y por tanto no nos sirve para un proceso que necesite de un
control de contenido o concentración.
Estos sistemas se
caracterizan por:
·
Ser sencillos y de fácil concepto.
·
Nada asegura su estabilidad ante una
perturbación.
·
La salida no se compara con la entrada.
·
Ser afectado por las perturbaciones. Estas
pueden ser tangibles o intangibles.
·
La precisión depende de la previa
calibración del sistema.
Sistema
de control de lazo cerrado: Son
los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de
salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la realimentación desde un
resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia.
Sus características son:
Ser
complejos, pero amplios en cantidad de parámetros.
La
salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema.
Ser
más estable a perturbaciones y variaciones internas.
Ejemplo:
un sistema de control de lazo cerrado sería el termotanque de
agua que utilizamos para bañarnos.
Características
de un sistema de control:
·
Señal de Corriente de Entrada: Considerada
como estímulo aplicado a un sistema desde una fuente de energía externa con el
propósito de que el sistema produzca una respuesta específica.
·
Señal de Corriente de Salida: Respuesta
obtenida por el sistema que puede o no relacionarse con la respuesta que
implicaba la entrada.
·
Variable Manipulada: Es el elemento al
cual se le modifica su magnitud, para lograr la respuesta deseada. Es decir, se
manipula la entrada del proceso.
·
Variable Controlada: Es el elemento que se
desea controlar. Se puede decir que es la salida del proceso.
·
Conversión: Mediante receptores se generan
las variaciones o cambios que se producen en la variable.
·
Variaciones Externas: Son los factores que
influyen en la acción de producir un cambio de orden correctivo.
·
Fuente de Energía: Es la que entrega la
energía necesaria para generar cualquier tipo de actividad dentro del sistema.
·
Retroalimentación: La retroalimentación es
una característica importante de los sistemas de control de lazo cerrado. Es
una relación secuencial de causas y efectos entre las variables
de estado. Dependiendo de la acción correctiva que tome el
sistema, este puede apoyar o no una decisión, cuando en el sistema se produce
un retorno se dice que hay una retroalimentación negativa; si el sistema apoya
la decisión inicial se dice que hay una retroalimentación positiva.
·
Variables de fase: Son las variables que
resultan de la transformación del sistema original a la forma canónica
controlable. De aquí se obtiene también la matriz de controlabilidad cuyo rango
debe ser de orden completo para controlar el sistema.
circuitos de fuerza y
control
Circuitos
de Fuerza: Los circuitos de fuerza o potencia son los
utilizados para suministrar electricidad a los receptores de la instalación
como motores, baterías de condensadores, lámparas, etc. y cuya finalidad
persigue convertirla en trabajo útil. Estos circuitos normalmente son
alimentados con tensiones de Baja Tensión (BT), normalmente Monofásicas a 230
V. o Trifásicas a 400 V.
Composición del Circuito
de fuerza: Consta de 3 fusibles que
están conectado de forma independiente a cada una de las líneas ( L1; L2; L3)
de ahí se conectan a la entrada de los contactos principales (CP) del arrancador
magnético y la salida de los mismos a la protección
térmica (PT) y de ahí al motor, cuya función es
suministrar la energía directamente al motor (M).
Circuitos
de Control: Los circuitos de control son los
encargados de alimentar a los sensores y captadores, encargados de suministrar
información en forma de señales eléctricas o digitales a los sistemas de Lógica
Cableada (Contactores, relés, etc.) o Lógica Programada (Relés programables o
autómatas programables). Estos circuitos son normalmente alimentados con
tensiones de Muy Baja Tensión (MBT) o de Seguridad a 24 V. La legislación
actual considera Baja Tensión a las tensiones iguales o menores a 1000 V. en
C.A. (Corriente Alterna), o iguales o menores a 1500 V. en C.C. (Corriente
Continua).
Composición
del Circuito de mando: Está compuesto de dos botones (star)
(stop) donde el star está conectado a la línea 1 (L1) por mediación del fusible
y del mismo al stop, de la conexión entre L1 y star y star-stop se conecta el
contacto auxiliar(CA) del arrancador
magnético, del segundo contacto del stop a uno de los contactos
de la bobina (B) del arrancador magnético,
del otro contacto de la misma (B) al contacto normalmente cerrado de la protección
térmica (PT), y de ahí a la línea 3 (L3), cerrando de
esta forma el circuito.
Principio
de funcionamiento de los circuitos de fuerza y de mando:
El circuito de fuerza se
compone de fusibles, contactos de la línea y elementos calentadores de
las protecciones
térmicas. Por el circuito de fuerza la energía eléctrica de
la corriente
trifásica va al devanado del estator gobernado.
El circuito de mando del
arrancador se compone de un cuadro de dos botones: (arranque) y (stop), que
conecta la bobina del interruptor
magnético el bloque de contacto y los contactos de la
protección térmica, el circuito de mando sirve para gobernar el arrancador
propiamente dicho.
simbología.
Contactos
pulsantes.
Los contactos pueden
tener dos estados, abierto o cerrado.
Nos podemos encontrar
con componentes que tengan tres
terminales, teniendo un común, un terminal que en relación al común es un
contacto normalmente abierto y un contacto normalmente cerrado respecto del
común.
Para saber si el contacto
es normalmente abierto o normalmente cerrado en el mismo componente podremos
observar que pone NO que son las iniciales de normalmente abierto en inglés,
nos podemos encontrar NA que son las iniciales en castellano pero es menos
frecuente. Los contactos normalmente cerrado se indicarán por NC. Otra
referencia que podemos tomar para distinguir en este caso en los pulsadores, es
el color, un contacto NO suelen tener alguna parte de color verde, y los
contactos NC suelen tener una parte de color rojo.
Cuando el contacto es
normalmente abierto significa que en
estado de reposo ese contacto se encuentra abierto, lo que significa que entre
los dos puntos del contacto no hay continuidad.
En el caso del contacto
normalmente cerrado es justo lo contrario, en reposo el contacto está cerrado
teniendo continuidad entre los dos puntos del contacto.
Luces
Pilotos
Esta luz piloto de baja potencia tiene como propósito darnos
un aviso visual de que tenemos encendido un equipo electrónico. Mientras el
equipo electrónico esté funcionando la luz piloto está encendida demostrando
que hay consumo de energía.
Ilustración 1 Luces pilotos
En muchas ocasiones
cuando usamos un equipo electrónico que no tiene luz piloto, nos damos cuentas
después de un tiempo que, lo hemos dejado encendido y vemos que la batería está
totalmente descargada.
El circuito que se
propone se puede conectar a cualquier circuito electrónico existente, utiliza
un LED y consume muy poca corriente.
Ilustración 2 Circuito de
funcionamiento de luces pilotos
El consumo de corriente
de un LED podría suponer un consumo apreciable de corriente para un equipo
pequeño de bajo consumo que esté funcionando, pero el método utilizado evita
este problema.
Funcionamiento
de la luz piloto de baja potencia
Una opción práctica para
resolver nuestro problema es hacer encender el led por cortísimos periodos de
tiempo. Esta oscilación hará encender una vez cada segundo.
Cómo le está encendido
solamente una pequeña fracción del tiempo total su consumo de corriente es muy
pequeño. Así la carga de la batería no se reducirá significativamente, aún con
baterías pequeñas. Otra ventaja de una luz intermitente es que es más notoria
que una que no lo es.
El circuito que se
muestra es un oscilador y se puede armar en circuito impreso de pequeñas
dimensiones.
Lista
de materiales de la luz piloto de baja potencia.
·
1 transistor NPN MPS65 15 o similar (Q1)
·
1 transistor PNP 2N3905 o similar (Q2)
·
1 resistencia de 1.2M (R1)
·
1 resistencia de 100K (R2)
·
1 resistencia de 18K (R3)
·
1 resistencia de 10K (R4)
·
1 resistencia de 1.8K (R5)
·
1 condensador electrolítico de 1uF / 16V
(C1)
·
1 condensador electrolítico de 10uF / 16V
(C2)
·
1 LED común de color rojo (LED1)
Este circuito se conecta
en paralelo con el circuito que deseamos monitorear. Esto significa que se
utiliza la fuente de energía del circuito que se desea supervisar.
Relé
térmico
Los relés térmicos son
los aparatos más utilizados para proteger los motores contra las sobrecargas
débiles y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente alterna o continua. Este
dispositivo de protección garantiza:
·
Optimizar la durabilidad de los motores,
impidiendo que funcionen en condiciones de calentamiento anómalas.
·
La continuidad de explotación de las
máquinas o las instalaciones evitando paradas imprevistas.
·
Volver a arrancar después de un disparo
con la mayor rapidez y las mejores condiciones de seguridad posibles para los equipos
y las personas.
Ilustración 3RELE TERMICO
SIEMENS 3RU1116-1HB0
Está
diseñado para la protección de motores contra sobrecargas, fallo de alguna fase
y diferencias de carga entre fases. Valores estándar: 660 V c.a. para
frecuencias de 50/60 Hz. El aparato incorpora dos contactos auxiliares, para su
uso en el circuito de mando.
Dispone
de un botón regulador-selector de la intensidad de protección. Además,
incorpora un botón de prueba (STOP), y otro para RESET. Si el motor sufre una
avería y se produce una sobreintensidad, unas bobinas calefactoras
(resistencias arrolladas alrededor de un bimetal), consiguen que una lámina
bimetálica, constituida por dos metales de diferente coeficiente de dilatación,
se deforme, desplazando en este movimiento una placa de fibra, hasta que se
produce el cambio o conmutación de los contactos. El relé térmico actúa en el
circuito de mando, con dos contactos auxiliares y en el circuito de potencia, a
través de sus tres contactos principales
Relés
temporizados
La
finalidad de los relés temporizados es la de controlar tiempos y en función de
los mismos ejecutar órdenes en el circuito de maniobra, para acciones de conectar,
desconectar, contabilizar, etc
Ilustración 4 RELE TEMPORIZADOR
RTW-CI02-U030SE05
Los
temporizadores pueden ser:
·
A
la conexión. El elemento temporizado entra después de
un tiempo de haberse conectado el relé
temporizador. Los contactos asociados
cambiarán el estado un tiempo después de alimentar la bobina.
·
A
la desconexión. El elemento temporizado entra de forma inmediata
a la conexión y temporiza un tiempo después. Los contactos asociados cambiarán
el estado un inmediatamente al alimentar la bobina, y volverán al reposo un
tiempo después de dejar de alimentarla. Ejemplo el T-20 de escalera.
·
A
la conexión/desconexión
. El elemento temporizado lo es a la conexión o desconexión del relé temporizador.
Calibración
La calibración
electricidad es un factor a considerar en cualquier sistema de Calidad en el
ámbito de los sectores eléctricos, electrónicos, de mantenimiento o de montajes
industriales. Los equipos eléctricos son instrumentos de medida que permiten la
medición de diferentes magnitudes eléctricas y permiten realizar distintas
pruebas y ensayos para el cumplimiento de los requerimientos de calidad,
normativos o los propios del Reglamento de Baja Tensión. La calibración
electricidad supone una inversión en la calidad del producto y servicio en el
que estén implicados. Equipos como multímetros, pinzas, medidores de tierras,
medidores de aislamiento, comprobadores de instalaciones, analizadores de
redes,…son instrumentos muy presentes en el mundo de la medición eléctrica y
que un buen control sobre los mismos permiten asegurar los niveles de calidad
deseados.
Contactor
El Contactor es un componente electromecánico
de mando, encargado de conectar o interrumpir el paso de corriente
en sus contactos, que se abren o cierran gracias al accionamiento de una bobina
eléctrica.
Cuando esta bobina
recibe la alimentación de la corriente eléctrica se comporta como un electroimán, lo cual hace que jale los contactos
abriendo o cerrando los mismos.
Partes del Contactor
Podemos identificar tres
partes principales.
1) La
Carcasa
Es la parte externa o soporte
fabricado con material no conductor, a la carcasa se fijan todos los
componentes conductores. La carcas generalmente se divide en dos partes, la
superior donde se encuentran los contactos que generalmente son abiertos representado
como NO (Normal Open) que significa Normalmente Abierto.
2) El
Electroimán
Es el elemento principal del
Contactor, se encarga de transformar la energía eléctrica en magnetismo,
provocando mediante un movimiento mecánico la apertura o cierre de los contacto.
El electroimán está compuesto
por los siguiente elementos:
a) La bobina. Es un arrollamiento de alambre de cobre muy delgado con gran numero
de espiras, que al aplicársele electricidad genera un campo electromagnético y
que vence la resistencia del resorte de retorno y que atrae fuertemente la
armadura móvil (martillo) y por consiguiente uniendo o separando los contactos.
b) El núcleo. Parte de material ferromagnético sólido, que va fijo en la carcasa
y tiene una forma de «E». Su función principal es concentrar y aumentar el
flujo magnético que genera la bobina para atraer con más eficiencia la Armadura
móvil.
c) Armadura. Es un elemento muy similar al núcleo, con la diferencia que la
armadura es móvil y el núcleo es fija, y que es separada inicialmente por el
resorte de retorno.
Contactos
Son elementos conductores que
tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de corriente en cuanto la
bobina se energice. Todo contacto está compuesto por tres conjuntos de
elementos: Dos partes fijas ubicadas en la coraza y una parte móvil colocada en
la armadura para establecer o interrumpir el paso de la corriente entre las
partes fijas. El contacto móvil lleva el mencionado resorte que garantiza la
presión y por consiguiente la unión de las tres partes.
Tipos:
- Contactos
principales: Su función es establecer o interrumpir el circuito principal,
consiguiendo así que la corriente se transporte desde la red a la carga.
Simbología: se referencian con una sola cifra del 1 al 6.
- Contactos
auxiliares. Su función específica es permitir o interrumpir el paso de la
corriente a las bobinas de los contactores o los elementos de
señalización, por lo cual están dimensionados únicamente para intensidades
muy pequeñas. Los tipos más comunes son:
·
Instantáneos.
Actúan tan pronto se energiza la bobina del contactor. Se encargan de abrir y
cerrar el circuito.
·
Temporizados.
Actúan transcurrido un tiempo determinado desde que se energiza la bobina
(temporizados a la conexión) o desde que se desenergiza la bobina (temporizados
a la desconexión).
·
De
apertura lenta. El desplazamiento y la velocidad del contacto móvil es igual al
de la armadura.
·
De
apertura positiva. Los contactos cerrados y abiertos no pueden coincidir
cerrados en ningún momento.
En su simbología aparecen con
dos cifras donde la unidad indica:
·
1
y 2, contacto normalmente cerrados, NC.
·
3
y 4, contacto normalmente abiertos, NA.
·
5
y 6, contacto NC de apertura temporizada o de protección.
·
7
y 8, contacto NA de cierre temporizado o de protección.
por su parte, la cifra de las
decenas indica el número de orden de cada contacto en el contactor. En un lado
se indica a qué contactor pertenece.
Clasificación
Por su construcción
- Contactores
electromagnéticos. Se accionan a través de un electroimán.
- Contactores
electromecánicos. Se accionan por un servomotor que carga un
alambre espiral de cobre enrollado sobre un núcleo metálico, en general
cuadrado con un dispositivo que actúa como interruptor alojado en el
centro de éste.
- Contactores
neumáticos. Se
accionan por la presión de aire.
- Contactores
hidráulicos. Se
accionan por la presión de aceite.
- Contactores
estáticos. Se
construyen a base de tiristores. Presentan algunos
inconvenientes: su dimensionamiento debe ser muy superior a lo necesario,
la potencia disipada es muy grande, son muy sensibles a los parásitos
internos y tiene una corriente de fuga importante. Además, su costo es muy
superior al de un Contactor electromecánico equivalente.
Por el tipo de corriente que alimenta
a la bobina
Contactores para
corriente alterna (C.A.)
Son los más utilizados en la actualidad. El mercado
ofrece una amplia gama de tamaños, según la potencia que deban controlar. Los
contactores de C.A. requieren una espira de cobre en cortocircuito sobre la
cara polar principal que, junto con un correcto rectificado de las caras
polares en contacto, contribuye a eliminar la tendencia a vibrar del contactor.
Debido a la considerable variación de la impedancia en las bobinas de
contactores según su circuito magnético se encuentre abierto o cerrado, la
corriente inicial de tracción resulta considerablemente mayor que la de
mantenimiento que se establece con posterioridad al cierre.
De esa manera, y en forma automática, se dispone de
una corriente inicial lo suficientemente grande como para producir el cierre
neto y rápido del contactor, y una corriente posterior de mantenimiento de
valor reducido pero suficiente para mantenerlo firmemente cerrado.
Contactores para
corriente continua (C.C.)
Son obligatoriamente más voluminosos y pesados (y más
costosos) que sus similares de C.A., Adoptan una disposición más abierta. Dicha
disposición y su mayor tamaño resultan de requerir un especial diseño de sus
contactos y cámaras de extinción, para que sean capaces de soportar y controlar
los intensos arcos producidos en la interrupción de circuitos de C.C. y también
de la necesidad de disponer de un mejor acceso a los contactos para tareas de
inspección o mantenimiento.
Con igual finalidad, estos contactores disponen de las
llamadas bobinas "sopladoras" de arcos que, ubicadas inmediatamente
debajo del sitio donde se producen los arcos, expanden a éstos hacia el
interior de las cámaras apagachispas para favorecer su rápida extinción.
Por la categoría de servicio
En función de la categoría de servicio, las
aplicaciones de los contactores son:
- AC1 (cos φ>=0,9). Cargas
puramente resistivas para calefacción eléctrica. Son para condiciones de
servicio ligeras de cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos
de resistencia, lámparas de incandesencia, calefacciones eléctricas. No
para motores.
- AC2 (cos φ=0,6). Motores síncronos
(de anillos rozantes) para mezcladoras centrífugas.
- AC3 (cos φ=0,3). Motores
asíncronos (rotor jaula de ardilla) en servicio continuo para aparatos de
aire acondicionado, compresores, ventiladores.
- AC4 (cos φ=0,3). Motores
asíncronos (rotor jaula de ardilla) en servicio intermitente para grúas,
ascensores.
- AC-6a Conmutación de
transformadores. Publicación IEC 60947-4-1.
- AC-6b Conmutación de baterías de
condensadores. Publicación IEC 60947-4-1.
Características
dieléctricas de los contactores.
Son aquellas tensiones que los materiales de los que está hecho el contactor
pueda soportar en servicio o en eventuales sobretensiones.
- Tensión nominal de empleo (Ue): Valor del voltaje que en combinación
con una intensidad de empleo determina el empleo del contactor y al que se
refieren los poderes de cierre y corte, el tipo de servicio y la categoría de
empleo. Para los contactores que se utilicen en circuitos trifásicos se expresa
mediante la tensión compuesta.
- Tensión nominal de aislamiento (Ui): La tensión nominal de aislamiento
de un contactor es el valor del voltaje que caracteriza a este aislamiento y a
la que se refieren sus ensayos dieléctricos, las líneas de fuga y las
distancias de aislamiento, en la a mayoría de casos la Ui es el valor máximo de
Ue.
Otras características a tener en cuenta.
- Impedancia de los polos: La impedancia de un polo es aquella impedancia que
caracteriza a todo el polo desde el borne de entrada hasta el borne de salida.
Es función de la frecuencia y se expresa para 50 Hz, este valor se entiende
para su Ie.
- Altitud: La disminución de la densidad del aire con la altura influye sobre,
la tensión disruptiva de aire y, por tanto, sobre la Ue, su poder refrigerante
y por ende afecta a la Ie, normalmente se traduce en que un contactor de 30
amperios, por ejemplo, pasados los 1000 metros de altitud tan solo puedan
circular como Ie = 21 A.
- Potencia nominal de empleo: Un contactor suele ser destinado al control de
cierta potencia bajo la Ue indicada expresadas normalmente en Kw (antiguamente
se expresaba en CV, aunque depende el sector se sigue utilizando).
- Tiempo de funcionamiento: se divide en dos; tiempo de cierre que es el
comprendido entre la aparición de la tensión en las bobinas del contactor y la
unión de los polos del mismo; tiempo de apertura es el tiempo
comprendido desde el momento en que se corta el circuito de la bobina del
contactor hasta la separación de los polos. Para obtener el tiempo total del
corte es necesario incluir al tiempo de apertura el tiempo de extinción del
arco que depende de las condiciones de corte. Ambos tiempos se expresan en
milisegundos.
Aplicaciones de los Contactores.
La aplicación más conocida del contactor es su utilización para el gobierno de
motores eléctricos, pero existen muchas más aplicaciones como:
- circuitos de calefacción.
- circuitos de alumbrado.
- transformadores.
- en la conexión de condensadores correctores del factor de potencia.
- también existen contactores para media tensión.
Sensores
Los sensores son aparatos
que son capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables
de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación
dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura,intensidad
lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión,
fuerza,torsión, humedad, pH, etc.
Un sensor se diferencia
de un transductor en
que el sensor está siempre en contacto con la magnitud que la condiciona o
variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un
dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal
que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo.
Características
·
Exactitud.
Especifica la diferencia entre el valor medido y el valor real de la variable
que se está midiendo.
·
Conformidad o repetitividad. El grado con que mediciones
sucesivas difieren unas de las otras.
·
Sensibilidad.
Viene dado por el mínimo valor de la variable medida que produce un cambio en
la salida.
·
Linealidad.
Nos indica que tan cerca está la correlación entre la entrada y la salida a una
línea recta.
·
Velocidad
de respuesta. Es la capacidad del instrumento de seguir las variaciones de la
entrada.
·
Rango de
medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse
el sensor.
Criterios de selección de un sensor
Para definir los criterios de selección de los
sensores, a ser utilizados para medir una variable determinada, es primordial
conocer bien el proceso en el cual será aplicado,
Se deben tener presente las características &
factores del proceso al cual estará sometido el instrumento.
Se deben tener en cuenta 3 aspectos
1. Sensado (aplicación):
¿Estoy
sensando un parámetro de proceso (por ejemplo, temperatura, presión, caudal),
la presencia de un objeto, la distancia a un objetivo, o la posición de un
mecanismo?
¿Qué
voy a detectar (líquidos, sólidos, tipo de material, forma del objeto,
etc.)?
¿Cuál
es la composición del material del objeto? ¿Es metálico ó no metálico?
¿A qué distancia se requiere la
detección?
¿Qué forma física se adapta mejor
a mi aplicación?
2. Encapsulado (ambiente): Este
aspecto se relaciona a la interacción de la tecnología del sensor con el
proceso. Se pueden encontrar una gran variedad de industrias, y por cada tipo
de industria diferentes procesos que llevan el producto final hasta nuestros
clientes finales. Cada proceso debe tener sus propias normas que rigen la
seguridad e higiene que mantienen la calidad del producto.
¿De
qué manera influye el medio ambiente en la integridad del sensor? ¿El ambiente
es propicio para el trabajo humano?
¿Existen
requisitos especiales de aplicación?
3. Eléctrico (sistema de control): En este criterio o aspecto
de selección, se debe ajustar a los requerimientos del control del
proceso, entonces dependerá del control la selección de la salida del sensor.
¿Qué tipo de interfaz de
controlador y tipo de salida requiere?
Las
salidas más comunes de los sensores son dos:
Digitales: Discretas por transistor (NPN o PNP) y relevador.
También se encontrarán sensores con protocolos de comunicación.
Analógicas: Comúnmente se encontrarán estas salidas de la siguiente
manera: 0-10 Vdc, 0-20 mA, 4-20 mA.
- Conexión eléctrica: ¿Cómo quiero hacer la
conexión eléctrica?
Los
sensores están típicamente disponibles con tres tipos de conexiones
eléctricas:
a) Cable con final libre
b) Conector de desconexión rápida
c) Cable con un conector de desconexión rápida (a menudo llamado
conector de "cola de cerdo").
e) Un cuarto tipo de conexión es la cámara de terminales; era común en los días
en que se utilizaron sensores de proximidad para reemplazar a finales de
carrera mecánicos, pero es cada vez menos común en el entorno industrial
actual.
De acuerdo al fabricante del control será el tipo de
entrada del control. Normalmente cuando los fabricantes son orientales,
requieren una entrada digital discreta del tipo NPN. Ejemplo PLC de las marcas
OMRON, Mitsubishi, etc. Cuando se trata de fabricantes europeos se utilizarán
entradas del tipo PNP. En los fabricantes americanos es común encontrar
entradas del tipo PNP.
COMO
FUNCIONA UN TRANSDUCTOR
Un transductor es un dispositivo básico en los
sistemas de controles de dispositivos electrónicos o eléctricos. Convierte una
manifestación de energía de entrada en otra distinta de salida.
¿Qué es un
transductor?
Los transductores son dispositivos capaces
de transformar o convertir un tipo de energía entrante en un tipo
distinto de energía a la salida. Las energías de entradas mas
generales son luz, sonido, calor y las convierte en una energía adecuada para
poder ser trabajada en el sistema.
¿Para qué sirve un
transductor?
El objetivo
principal de un transductor es convertir una manifestación de
energía entrante en otro tipo de energía de salida. Por lo
tanto, según sea el tipo de transductor se
va a lograr un determinado cambio en la energía con la que se trabaja, proceso
que será de utilidad de acuerdo con el tipo de objetivo o dispositivo en el que
se incorpora el transductor.
En términos generales, el transductor se usa principalmente en la
medicina, industria, agricultura, aeronáutica y robótica. Con su acción se
obtienen datos de entornos físicos y químicos para acceder a señales o impulsos
eléctricos.
¿Cómo funciona un
transductor?
De acuerdo con el tipo de transductor se explica el funcionamiento
de este dispositivo, ya que puede ser electromecánico, transformar las señales
eléctricas en mecánicas o viceversa.
En ese orden de
ideas, lo que hace el transductor es transformar o convertir alguna
manifestación de energía de entrada, para que al momento
en que se dé su salida, esa energía sea diferente, pero útil para algún fin.
Los valores son muy pequeños si se piensa en términos relativos y en
comparación con un generador.
Parámetros de
funcionamiento del transductor
·
Exactitud – Debe ser tan alta como sea
posible. En otras palabras, alude al valor verdadero de la variable que se va a
detectar sin errores sistemáticos en la medición (negativos o positivos).
·
Precisión – Tiene que ser tan alta
como sea posible. Se refiere a que hay o no una variación aleatoria pequeña al
medir una variable.
·
Rango de funcionamiento –
El sensor debe contar con un rango amplio, ser exacto y preciso.
·
Velocidad de respuesta –
El transductor tiene que ser capaz de responder a los cambios en la variable
que se detecta por un tiempo mínimo. Si se trata de algo ideal, la respuesta
tiene que ser instantánea.
·
Calibración – Debe ser muy fácil de
calibrar, tanto porque sean fáciles los pasos por aplicar, como ser pocas las
veces que requiera de calibración.
·
Fiabilidad – Lograr una alta
fiabilidad y no estar sujeto a fallos frecuentes.
Clases de transductores
La clasificación general de estos dispositivos permite identificar
dos grandes grupos:
·
Sensores – Son los que detectan formas
de energía como el caso de la luz o fuerza, para convertirlas en una salida con
datos legibles para un sistema electrónico. De este modo, transforman un
impacto físico en una señal de salida.
·
Actuadores – Reciben también una
entrada y generan una salid, pero en este caso funcionan en el sentido opuesto
de un sensor. En otras palabras, un actuador es un transductor que
recibe información y produce una salida, que es consistente con
una forma de energía física.
Tipos de
transductores
Estos se clasifican según la energía de entrada y de salida.
Transductor electromagnético –
Transforma energía eléctrica en energía magnética o viceversa. Ejemplos: un
electroimán.
Transductores capacitivos – Se
usan como un elemento de medición en la industria, para así medir la presión
con una alta precisión. Generalmente se emplean en tuberías y tanques.
Transductores de temperatura –
Transforma una medición de temperatura en corriente eléctrica. Generalmente son
resistencias que varían con la temperatura.
Transductores magnéticos – Son
un dispositivo electromecánico con el que se mide la presión que está contenido
en un lugar. Tienen una parte mecánica elástica y un transductor eléctrico para
generar una señal.
Transductores fotoeléctricos – Transforman luz en energía eléctrica o viceversa.
Transductores resistivos o de presión – Se diseña para transmitir a través de corrientes con voltaje
fijado, un valor de presión que se mide por sensor, el cual casi siempre es un
elemento elástico. Es resistivo porque el valor de la resistencia varía. Son
muy útiles en los sistemas de controles automáticos.
Transductores de fuerza –
Perciben una deformación causada por una fuerza y la transforman en una señal
eléctrica.
Partes del transductor
En los casos que proporcionan una señal eléctrica en su salida, las
partes son:
·
El sensor que está en contacto con la
magnitud física.
·
Mecanismos auxiliares.
·
El captador para proporcionar una señal
eléctrica determinada.
·
El preamplificador o acondicionador de la
señal.
Aplicaciones
de los transductores
La rama de aplicación de los transductores es
extremadamente amplia. Desde medicina, por ejemplo en máquinas sonogramas,
hasta en música, como en micrófonos o amplificadores de sonido.
Al poder transformar
una energía en otra, es posible acoplar sistemas de distintos
tipos de energía. Por ejemplo asociar un circuito
eléctrico con sonido a un micrófono.
·
En un micrófono al usar un transductor
electroacústico con el que se convierte la energía acústica en energía
eléctrica.
·
En un altavoz con un transductor
electroacústico.
·
Una cámara digital como un transductor
fotoeléctrico.
·
Una pantalla de ordenador con un
transductor fotoeléctrico.
·
Los teclados más comunes al transformar
los impulsos de los dedos en un código.
·
El sistema de alamar de un automóvil.
·
Un ventilador que convierte la energía
eléctrica en mecánica.
·
Una estufa doméstica que transforma la
energía eléctrica en térmica.
Ejemplos de cómo funciona
un transductor
·
Bombilla de luz – Requiere de
energía eléctrica, la cual convierte en luz y calor como energía.
·
Calentador eléctrico – Funciona con el
agua que se distribuye en el baño y en este caso según sea el modelo, va a
convertir la energía eléctrica en térmica.
·
Termopar – Convierte la energía
térmica en energía eléctrica gracias a la unión de dos alambres que son de
distinto material.
SENSORES
CAPACITIVOS E INDUCTIVOS Y SUS APLICACIONES
SENSORES
CAPACITIVOS
Son sensores semejantes a
los de proximidad inductivos, no obstante, su diferencia radica exactamente en
el principio de funcionamiento, el cual se basa en el cambio de la capacitancia
de la placa detectora localizada en la región denominada cara sensible.
Funcionamiento
Estos sensores
electrónicos son accionados cuando cualquier objeto (vidrio, granos y hasta
líquidos) invade su área sensible, promoviendo el cambio de su estado lógico.
Aplicaciones
Son ampliamente
utilizados para la detección de objetos de naturaleza metálica o no, tales
como: madera, cartón, cerámica, vidrio, plástico, aluminio, laminados o
granulados, polvos de naturaleza mineral como talco, cemento, arcilla, etc.
Los líquidos, de manera
general, son excelentes actuadores para los sensores capacitivos, no importando
si son conductivos o no, así como su viscosidad o color. De esta forma, con la
instalación de uno o dos sensores, son obtenidos excelentes sistemas para
control de niveles máximos y mínimos de líquidos o sólidos, incluso sumergidos
totalmente en el producto.
También para otros fines
de detección, tales como conteo de botellas, cajas, paquetes o piezas, el
sensor capacitivo dotado de ajuste de sensibilidad "T" es
extremadamente versátil, resolviendo problemas de automatización, de difícil
solución con sistemas convencionales. Para mayores facilidades de aplicación,
poseemos una fuente de alimentación PSN adecuada para el funcionamiento con
sensores capacitivos.
SENSORES
INDUCTIVOS
Los sensores inductivos
son una clase especial de sensores que sirve para detectar materiales ferrosos.
Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de
posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metálicos
en un determinado contexto: detección de paso, de atasco, de codificación y de
conteo.
Las principales
aplicaciones de los sensores inductivos son la detección de piezas metálicas.
Debido a su funcionamiento, en el que detectan los objetos sin contacto físico,
permiten el contaje, analizar su posición y forma de objetos metálicos, se
pueden emplear en la industria alimentaria, ya que no interfiere en los
productos.
Este tipo de sensores son
ampliamente usados en industrias, como las relacionadas con el automóvil,
debido a que la mayoría de las piezas empleadas son metálicas.
Los sensores inductivos
debido a su elevada conmutación del punto de trabajo se pueden emplear para
determinar el sentido de giro y número de vueltas de un engranaje o eje.
SENSORES
SEGÚN EL FLUJO DE SEÑAL
Sensores
Digitales: Los sensores digitales son aquellos que frente a un
estímulo pueden cambiar de estado ya sea de cero a uno o de uno a cero
(hablando en términos de lógica digital) en este caso no existen estados
intermedios y los valores de tensión que se obtienen son únicamente dos, 5V y
0V (o valores muy próximos). Ejemplos: sensor de efecto Hall se sirve del efecto Hall para la medición
de campos magnéticos o corrientes o
para la determinación de la posición en la que está.
Sensores
Análogos: es aquel que, como salida, emite una señal
comprendida por un campo de valores instantáneos que varían en el tiempo, y son
proporcionales a los efectos que se están midiendo. Ejemplos: un termómetro es
un dispositivo analógico... la temperatura se mide en grados que pueden tener,
en cualquier momento determinado
Sensores
temporales: Son aquellos que entregan una señal
variable en el tiempo la cual puede ser una onda sinusoidal, triangular o
cuadrada.
DIFERENCIA
ENTRE SENSOR Y TRANSDUCTOR
Un
sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la
magnitud que la condiciona o variable de instrumentación con lo que puede
decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con
el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro
dispositivo. Por ejemplo el termómetro de
mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o
contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que
es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.
Los llamados
transductores permiten la transformación de un tipo de energía (calorífica,
solar, etc.) en otra (generalmente energía eléctrica) por sí mismos y a
diferencia de los sensores generan tal energía por sí mismos (obviamente
estando expuestos a las correspondientes magnitudes).Por su parte los sensores
(tales como fotorresistencias, termistores, etc.) detectan un amplio rango de
magnitudes físicas que posteriormente son procesadas en circuitos de control
para ser transformadas en cambios eléctricos que alteran el funcionamiento de
un sistema según la función deseada. Así los transductores generan algún tipo
de energía y los sensores la aprovechan para reaccionar ante el ambiente
externo
