Sensores de Proximidad y Contacto
Final de Carrera Mecánico
Son interruptores mecánicos que sirven para determinar la posición de una pieza cuando llega al final de su recorrido mediante contacto físico. Tienen dos partes fundamentales: la cabeza y el cuerpo. En el cuerpo están los contactos eléctricos que permiten o no el paso de corriente al circuito. En la cabeza está el actuador, que puede ser una palanca o un brazo. Cuando entra en contacto con el objeto actuador, el sensor se activa, permitiendo el flujo de electrones al cerrarse los contactos.
Sensores Ferromagnéticos
Se usan cuando se requiere un uso continuo o cuando el polvo, la humedad u otros factores pueden dificultar el funcionamiento. Son económicos y sencillos. Utilizan un campo magnético estático que se modifica por la presencia del material ferromagnético, activando así el sensor.
Sensores Metálicos (Detectores de Corrientes de Foucault)
El detector crea un campo magnético variable. Cuando un metal entra en ese campo, se generan corrientes internas llamadas corrientes de Foucault. Estas corrientes producen un campo magnético contrario, lo que cambia los parámetros eléctricos en un circuito LC (bobina-condensador) oscilante. El dispositivo detecta ese cambio y así sabe que hay un objeto metálico presente.
Sensores Capacitivos
Se utilizan para detectar líquidos, sustancias en polvo o envases vacíos de tetrabrik (sin adhesivos). Utilizan un campo variable para reaccionar. Tienen un oscilador RC (resistencia y condensador); cuando se aproxima un objeto, los electrodos del condensador varían su amplitud de oscilación, sirviendo esta variación como señal para activar el detector.
Sensores Ópticos
Permiten medir distancias grandes o pequeñas mediante la reflexión. Tienen un emisor y un receptor y pueden detectar sólidos o líquidos, es decir, cualquier producto. Estos sensores utilizan un haz de luz modulado. Cuando el objeto corta o refleja el haz luminoso, la señal que llega al receptor cambia y el sensor se activa.
Tipos de Sensores Ópticos:
- Barrera: Tiene un emisor y un receptor en dos módulos separados. Detectan hasta 200 metros.
- Réflex: El emisor y el receptor están en un mismo módulo y utilizan un reflector externo.
- Reflexión Directa: El transmisor y el receptor están en el mismo módulo y detectan la luz reflejada directamente por el objeto.
Detectores y Transductores de Desplazamiento
Se usan para medir longitudes y ángulos. Pueden ser:
Transductores de Desplazamiento para Medidas de Grandes Distancias (>100 metros)
Usan el Radar, que es un sistema que detecta presencia y distancia mediante el empleo de ondas electromagnéticas. Detectan un objeto que se encuentra en su propagación mediante una antena que produce radiación. La distancia se puede aumentar por el eco. También se usa el Láser para topografía.
Transductores de Desplazamiento para Medidas de Distancias Cortas (<100 metros)
Se usa el potenciómetro acoplado a un eje para determinar la posición de un elemento móvil. También se usan los Ultrasonidos para medir distancias. El sensor tiene un disco piezoeléctrico montado que produce ondas de sonido. Cuando estas ondas tocan un objeto, se reflejan (eco) y el sensor se activa.
Ventajas de los Ultrasonidos:
- Detectan objetos de hasta 8 metros.
- Pueden detectar objetos con diversas formas, colores, etc.
- Pueden ser líquidos, sólidos o polvorientos, siempre que reflejen el sonido.
- Pueden detectar objetivos transparentes.
Inconvenientes de los Ultrasonidos:
- Falsas alarmas.
- No funcionan bien en medios caóticos ni en zonas ciegas.
Transductores de Desplazamiento para Distancias Pequeñas (≤10 metros)
Pueden ser resistivos, inductivos o capacitivos.
- Resistivos: A través de una resistencia de hilo metálico, varían su resistencia al ser deformados.
- Inductivos: Se usan para medidas de gran precisión de superficies y espesores.
Transductores LVDT y RVDT
Un LVDT (Linear Variable Differential Transformer) tiene un bobinado primario y dos secundarios. Se aplica una señal alterna al primario, dentro del cual se encuentra un núcleo de ferrita que se desliza. El campo magnético del primario induce voltaje en los dos secundarios, lo que permite determinar la posición lineal. La frecuencia de operación suele estar entre 1 Hz y 20 kHz.
Transductores de Posición y Ángulo
Resolvers
Son síncronos, pero con una configuración diferente en el primario y secundario. Cuando se aplica una tensión al devanado primario, en los devanados secundarios se generan señales cuya amplitud y fase dependen de la posición del primario. Para que el sistema de control pueda utilizar esta información, las señales analógicas producidas por resolvers y síncronos deben convertirse en digitales mediante convertidores (RDC).
Reglas Magnéticas
Son parecidas a los resolvers, pero el rotor se desliza linealmente sobre el estator. Se usan en muchísimas máquinas-herramienta y máquinas de control numérico. Cuando se aplica una tensión alterna a la pista fija, en las pistas móviles se inducen unas tensiones cuyas amplitudes dependen del desplazamiento lineal de la regla móvil desde el inicio de su recorrido. A partir del valor eficaz de estas dos tensiones es posible saber la posición lineal.
Transductores de Velocidad (Tacómetros)
Se usan para medir la velocidad angular.
Tacómetros Mecánicos
Se utilizan para contar revoluciones a través de un tornillo sinfín acoplado al eje cuya velocidad se desea medir. El movimiento del eje hace girar, mediante engranajes, dos diales concéntricos calibrados. El dial exterior indica las vueltas del eje, mientras que el dial interior registra las vueltas del propio dial exterior. Junto con un medidor de tiempo externo, permite determinar la velocidad angular durante un intervalo de tiempo determinado.
Además, el tacómetro centrífugo funciona mediante dos masas que, al aumentar la velocidad angular, se separan del eje debido a la fuerza centrífuga. Este movimiento comprime un resorte conectado a un mecanismo con aguja indicadora, la cual muestra la velocidad angular sobre una escala graduada.
Tacómetros Eléctricos
Son dispositivos que convierten la velocidad de rotación en una señal eléctrica proporcional. Están compuestos por un inductor con imanes permanentes y un rotor bobinado que gira dentro del campo magnético. Al producirse la rotación, se genera una tensión continua que se recoge mediante escobillas, permitiendo obtener una medida directa de la velocidad angular.
Medidores de Velocidad por Impulsos y Sistemas Ópticos
Se usan para medir la velocidad conociendo el número de veces que pasa una muesca o diente. Este sistema genera una señal eléctrica proporcional a la velocidad de rotación del eje mediante un interruptor magnético tipo reed switch. El dispositivo se activa cuando un diente magnetizado de una rueda pasa frente a él, produciendo un pulso eléctrico por cada vuelta. Al contabilizar los pulsos en un intervalo de tiempo, es posible determinar la velocidad de giro.
Transductores de Presión y Fuerza
Transductores de Presión Mecánicos
Se usan para medir la diferencia de presión (ej. tubo en U) o de manera indirecta, midiendo la presión a través de la deformación.
Ejemplos:
- Tubo Bourdon/Estándar: Se usa para presiones altas. Es un elemento de medida formado por un tubo curvado de sección elíptica que tiende a enderezarse cuando se somete a presión interna. Este movimiento se transmite mediante un sistema de engranajes a una aguja que indica el valor sobre una escala. Cuando el tubo se enrolla en forma de espiral o hélice, se obtiene un mayor desplazamiento del extremo libre y, en consecuencia, un recorrido más amplio de la aguja indicadora.
- Membrana: Se utiliza para presiones bajas y está protegido frente a sobrepresiones o medios agresivos.
- De Fuelle: Manómetros para medir presión. Emplean un elemento elástico con forma de acordeón que se dilata al aplicarse presión en su interior. La expansión del fuelle provoca el desplazamiento de su extremo libre, movimiento que se transmite a una aguja indicadora para mostrar el valor de la presión.
Transductores de Presión Electromecánicos
- Galgas Extensiométricas: Convierten la fuerza, presión, etc., en un cambio de la resistencia eléctrica (que puede medirse). Se basan en la variación dimensional y, por tanto, de resistencia eléctrica que experimenta un conductor o semiconductor al ser sometido a un esfuerzo mecánico. De este modo, transforman magnitudes como fuerza, presión o tensión en cambios de resistencia que pueden medirse para determinar la deformación aplicada.
- Transductores Piezoeléctricos: Miden la presión. Estos sensores se fundamentan en la generación de cargas eléctricas en regiones específicas de un cristal cuando se le aplica presión. El cristal se sitúa entre dos láminas metálicas que recogen dichas cargas, lo que permite medir las variaciones de presión a partir de la señal eléctrica resultante.
Transductores de Vacío
Se utilizan para medir el alto vacío. Son comunes en procesos de secado o envasado al vacío de alimentos.
Transductores de Temperatura
Termopares
Se usan para medir la temperatura en cualquier proceso. Están compuestos por la unión de dos metales distintos que generan una diferencia de potencial proporcional a la diferencia de temperatura entre un extremo de medida y otro de referencia.
RTD (Resistance Temperature Detector)
Se usan en laboratorios de precisión, electrodomésticos y para medir la temperatura en automóviles. Son elementos resistivos sencillos que adoptan formas de bobinas de alambre hechos de platino, níquel o aleaciones de níquel y cobre.
Termistores
Hay dos tipos: NTC (Negative Temperature Coefficient, donde la resistencia disminuye al aumentar la temperatura) y PTC (Positive Temperature Coefficient, donde ocurre lo contrario). Se usan para medir la temperatura de un semiconductor. Se basan en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura.
Sensor IC
Se usan para la monitorización y control de la temperatura en placas de circuitos, la monitorización en fuentes de alimentación, ventiladores, etc.
Sistemas de Control Industrial
Sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)
Es una combinación de software y hardware utilizada para supervisar, controlar y automatizar procesos industriales. Recoge datos, los analiza y emite informes para mejorar la toma de decisiones.
Finalidad y Beneficios del SCADA:
- Garantizar la eficiencia y seguridad en las operaciones.
- Reducir costos y tiempo.
- Detectar fallos.
- Optimizar recursos.
- Minimizar riesgos.
Funciones Principales:
- Supervisar procesos en tiempo real.
- Controlar sensores o motores.
- Detectar y responder a fallos.
- Optimizar el mantenimiento y el control de calidad (CC).
Actuadores
Para que un sistema electrónico de control pueda intervenir en un proceso, es necesario que disponga de elementos capaces de actuar sobre él. Estos dispositivos, denominados actuadores o accionamientos, convierten una señal eléctrica en una salida —habitualmente mecánica— que produce un efecto directo sobre el proceso automatizado. En el entorno industrial, los actuadores más utilizados son los eléctricos, neumáticos e hidráulicos.