miércoles, 12 de noviembre de 2014

UNIDAD 5

Variador de velocidad. La maquinaria industrial generalmente es accionada a través de motores eléctricos, a velocidades constantes o variables, pero con valores precisos. No obstante, los motores eléctricos generalmente operan a velocidad constante o casi-constante, y con valores que dependen de la alimentación y de las características propias del motor, los cuales no se pueden modificar fácilmente.
Para lograr regular la velocidad de los motores, se emplea un controlador especial que recibe el nombre de variador de velocidad, los mismos se emplean en una amplia gama de aplicaciones industriales, como en ventiladores y equipos de aire acondicionados, equipos de bombeo, bandas y transportadores industriales, elevadores, tornos y fresadoras, etc.
Estos variadores constituyen, además, un producto accesible y conocido dentro de los accionamientos para motores de corriente alterna debido, en gran parte, a las ventajas que estos sistemas de control pueden incorporar a los procesos de producción, además del ahorro de energía que estos proporcionan.
Definición
El Variador de Velocidad (VSD, por sus siglas en inglés Variable Speed Drive) es en un sentido amplio un dispositivo o conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria, especialmente de motores. También es conocido como Accionamiento de Velocidad Variable (ASD, también por sus siglas en inglés Adjustable-Speed Drive). De igual manera, en ocasiones es denominado mediante el anglicismo Drive, costumbre que se considera inadecuada.
Un variador de velocidad puede consistir en la combinación de un motor eléctrico y el controlador que se emplea para regular la velocidad del mismo. La combinación de un motor de velocidad constante y de un dispositivo mecánico que permita cambiar la velocidad de forma continua (sin ser un motor paso a paso) también puede ser designado como variador de velocidad.
Tipos de variadores de velocidad
En términos generales, puede decirse que existen tres tipos básicos de variadores de velocidad: mecánicos, hidráulicos y eléctrico – electrónicos siendo los mecánicos los variadores más antiguos, estos fueron empleados originalmente para controlar la velocidad de las ruedas hidráulicas de molinos, así como la velocidad de las máquinas de vapores. Los variadores de velocidad mecánicos e hidráulicos generalmente son conocidos como transmisiones cuando se emplean en vehículos, equipo agroindustrial o algunos otros tipos de maquinaria.
Variadores mecánicos
  • Variador de paso ajustable: Este dispositivo emplea poleas y bandas en las cuales el diámetro de una o más poleas puede ser modificado.
  • Variador de tracción: Transmite potencia a través de rodillos metálicos. La relación de velocidades de entrada/salida se ajusta moviendo los rodillos para cambiar las áreas de contacto entre ellos y así la relación de transmisión.
Variadores hidráulicos
  • Variador hidrostático: Consta de una bomba hidráulica y un motor hidráulico (ambos de desplazamiento positivo). Una revolución de la bomba o el motor corresponde a una cantidad bien definida de volumen del fluido manejado. De esta forma la velocidad puede ser controlada mediante la regulación de una válvula de control, o bien, cambiando el desplazamiento de la bomba o el motor.
  • Variador hidrodinámico: Emplea aceite hidráulico para transmitir par mecánico entre un impulsor de entrada (sobre un eje de velocidad constante) y un rotor de salida (sobre un eje de velocidad ajustable). También llamado acoplador hidráulico de llenado variable.
  • Variador hidroviscoso: Consta de uno o más discos conectados con un eje de entrada, los cuales estará en contacto físico (pero no conectados mecánicamente) con uno o más discos conectados al eje de salida. El par mecánico (torque) se transmite desde el eje de entrada al de salida a través de la película de aceite entre los discos. De esta forma, el par transmitido es proporcional a la presión ejercida por el cilindro hidráulico que presiona los discos.
Variadores eléctrico-electrónicos
Los variadores eléctrico-electrónicos incluyen tanto el controlador como el motor eléctrico, sin embargo es práctica común emplear el término variador únicamente al controlador eléctrico. Los primeros variadores de esta categoría emplearon la tecnología de los tubos de vacío. Con los años después se han ido incorporando dispositivos de estado sólido, lo cual ha reducido significativamente el volumen y costo, mejorando la eficiencia y confiabilidad de los dispositivos.
Existen cuatro categorías de variadores de velocidad eléctrico-electrónicos:
  • Variadores para motores de Corriente Continua: Estos variadores permiten controlar la velocidad de motores de corriente continua serie, derivación, compuesto y de imanes permanentes.
  • Variadores de velocidad por corrientes de Eddy: Consta de un motor de velocidad fija y un embrague de corrientes de Eddy. El embrague contiene un rotor de velocidad fija (acoplado al motor) y un rotor de velocidad variable, separados por un pequeño entrehierro. Se cuenta, además, con una bobina de campo, cuya corriente puede ser regulada, la cual produce un campo magnético que determinará el par mecánico transmitido del rotor de entrada al rotor de salida. De esta forma, a mayor intensidad de campo magnético, mayor par y velocidad transmitidos, y a menor campo magnético menores serán el par y la velocidad en el rotor de salida. El control de la velocidad de salida de este tipo de variadores generalmente se realiza por medio de lazo cerrado, utilizando como elemento de retroalimentación un tacómetro de Corriente Alterna.
  • Variadores de deslizamiento: Este tipo de variadores se aplica únicamente para los motores de inducción de rotor devanado.
  • Variadores para motores de Corriente Alterna (también conocidos como variadores de frecuencia): Estos variadores permiten controlar la velocidad tanto de motores de inducción (asíncronos de jaula de ardilla o de rotor devanado), como de los motores síncronos mediante el ajuste de la frecuencia de alimentación al motor.
Aplicaciones de los Variadores de Velocidad
Los Variadores de Velocidad son aplicados, fundamentalmente, en los siguientes tipos de máquinas:
  • Transportadoras: Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc.
  • Bombas y ventiladores centrífugos: Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal.
  • Bombas de desplazamiento positivo: Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc.
  • Ascensores y elevadores: Para arranque y parada suaves manteniendo la cupla del motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas.
  • Extrusoras: Se obtiene una gran variación de velocidades y control total de de la cupla del motor.
  • Centrífugas: Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia.
  • Prensas mecánicas y balancines: Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.
  • Máquinas textiles: Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales.
  • Compresores de aire: Se obtienen arranques suaves con máxima cupla y menor consumo de energía en el arranque.
  • Pozos petrolíferos: Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo.

Aplicaciones industriales


La instalación de los variadores de velocidad nace de dos motivos principales: el mejoramiento en el proceso de operación del equipo y el ahorro de energía eléctrica. Su instalación puede conllevar los dos fines o solamente uno, para esto es importante conocer los procesos industriales y sus necesidades, lo que implica conocer los tipos y clases de carga que existen, y que básicamente se dividen en tres:
  • Carga de par constante: Es la carga que demanda del motor un par constante en cualquier rango de velocidad en que éste trabaje. En este tipo de carga el motivo principal para la aplicación de los variadores de velocidad es la optimización del proceso y rara vez hay ahorro de energía.
  • Carga de par variable: Es el tipo de carga en la que las necesidades del par disminuyen conforme lo hace la velocidad del motor, y por consiguiente las de la carga también disminuyen. Este tipo de carga se encuentra comúnmente en las aplicaciones de flujo variable, como ventiladores, bombas centrífugas, agitadores y compresores axiales. En este caso el variador de velocidad ofrece grandes oportunidades de ahorro de energía, pues los requerimientos de potencia disminuyen conforme lo hace la velocidad del motor.
  • Carga de potencia constante: Es la carga donde no importa la velocidad a que está girando el motor, para demandar la potencia máxima, pues así lo exige la carga. Este tipo de carga se encuentra básicamente en máquinas herramientas, bobinadoras, dobladoras, troqueladoras y bombas centrífugas de alta inercia. En estas cargas difícilmente se puede obtener ahorro de energía, debido a que el proceso exige el máximo de potencia en cualquier rango de velocidad.
Ventajas
Entre las diversas ventajas para el control del proceso que proporciona el empleo de Variadores de Velocidad destacan:
  • Operaciones más suaves.
  • Control de la aceleración.
  • Distintas velocidades de operación para cada fase del proceso.
  • Compensación de variables en procesos variables.
  • Permitir operaciones lentas para fines de ajuste o prueba.
  • Ajuste de la tasa de producción.
  • Permitir el posicionamiento de alta precisión.
  • Control del Par motor (torque).

La ventaja principal de los variadores de velocidad es que disminuye los consumos de energía en algunos de los procesos que controla, dando como resultado considerables disminuciones en los costos de operación.

UNIDAD 4

UNIDAD 4  RELEVADOR PROGRAMABLE                
4.1 Definición y estructura básica               

Relevador programable: dispositivo electrónico montado en una base interface que son controlados por módulos digitales programables que permiten crear funciones de timmers, contadores, como si se tratara de un mini-PLC.
Lenguajes de programación: son aquellos lenguajes que permiten la programación de lo que se pretende controlar, cabe mencionar que se puede hacer mediante simbología normalizada eléctrica, diagramas de funciones de bloques y en algún caso en lenguajes de programación C++.
Relevador modular: son aquellos relevadores programables que tienen la característica de seguir ampliando su número de entradas y de salidas.

Relevador compacto: aquellos relevadores programables que tienen la característica de solo tener un número de entradas y salidas específicas.


4.2 características principales del relevador
CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE UN RELE
RELE

Es un interruptor electromecánico que nos permite abrir o cerrar un circuito de altos voltajes por medio de una corriente eléctrica aplicada a este.
Un rele según como se conecte puede actuar como disyuntor, como relevo o como elevador. En un rele de 3 conectores la entrada de corriente es S y B, y al salida es H, donde S y B son los conectores de la bobina; en uno de 4 conectores 85 y 86 son los terminales de la bobina, 30 es la entrada de alto voltaje y 87 es la salida de alto voltaje; en uno de 5 conectores las salidas y las entradas son iguales a las de el de 4 conectores, el 5 conector es una salida extra que se representa con el 87a que se alterna con 87 si es en rele común, si es uno especial la salida de corriente se hace al mismo tiempo

Las salidas y las entradas de corriente se pueden variar pero teniendo en cuenta el funcionamiento que se le vaya a dar al rele.

4.3 Tipo de relevadores

Tipos de relés

Un relé es un sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo en potencia muy reducido.
Tipos de relés:
  • Relés electromecánicos: 
    A) Convencionales.
    B) Polarizados.
    C) Reed inversores.
  • Relés híbridos.
  • Relés de estado sólido.

Estructura de un relé


En general, podemos distinguir en el esquema general de un relé los siguientes bloques:
  • Circuito de entrada, control o excitación.
  • Circuito de acoplamiento.
  • Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por:
-circuito excitador.
- dispositivo conmutador de frecuencia.
- protecciones.

Características generales

Las características generales de cualquier relé son:
  • El aislamiento entre los terminales de entrada y de salida.
  • Adaptación sencilla a la fuente de control.
  • Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el de salida.
  • Las dos posiciones de trabajo en los bornes de salida de un relé se caracterizan por:
- En estado abierto, alta impedancia. - En estado cerrado, baja impedancia.
Para los relés de estado sólido se pueden añadir:
  • Gran número de conmutaciones y larga vida útil.
  • Conexión en el paso de tensión por cero, desconexión en el paso de intensidad por cero.
  • Ausencia de ruido mecánico de conmutación.
  • Escasa potencia de mando, compatible con TTL y MOS.
  • insensibilidad a las sacudidas y a los golpes.
  • Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plástico.

Relés electromecánicos.

Están formados por una bobina y unos contactos los cuales pueden conmutar corriente continua o bien corriente alterna. Vamos a ver los diferentes tipos de relés electromecánicos.
Relés de tipo armadura
Son los más antiguos y también los más utilizados. El esquema siguiente nos explica prácticamente su constitución y funcionamiento. El electroimán hace vascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es N.O ó N.C (normalmente abierto o normalmente cerrado).

Relés de Núcleo Móvil
Estos tienen un émbolo en lugar de la armadura anterior. Se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos, debido a su mayor fuerza atractiva (por ello es útil para manejar altas corrientes).
Relé tipo Reed o de Lengüeta
Formados por una ampolla de vidrio, en cuyo interior están situados los contactos (pueden ser múltiples) montados sobre delgadas láminas metálicas. Dichos contactos se cierran por medio de la excitación de una bobina, que está situada alrededor de dicha ampolla.

Relés Polarizados
Llevan una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior puede girar dentro de los polos de un electroimán y el otro lleva una cabeza de contacto. Si se excita al electroimán, se mueve la armadura y cierra los contactos. Si la polaridad es la opuesta girará en sentido contrario, abriendo los contactos ó cerrando otro circuito (ó varios)

Relés de estado sólido

Un relé de estado sólido SSR (Solid State Relay), es un circuito electrónico que contiene en su interior un circuito disparado por nivel, acoplado a un interruptor semiconductor, un transistor o un tiristor. Por SSR se entenderá un producto construido y comprobado en una fábrica, no un dispositivo formado por componentes independientes que se han montado sobre una placa de circuito impreso.
Estructura del SSR:
  • Circuito de Entrada o de Control:
Control por tensión continua: el circuito de entrada suele ser un LED (Fotodiodo), solo o con una resistencia en serie, también podemos encontrarlo con un diodo en anti paralelo para evitar la inversión de la polaridad por accidente. Los niveles de entrada son compatibles con TTL, CMOS, y otros valores normalizados (12V, 24V, etc.).
Control por tensión Alterna: El circuito de entrada suele ser como el anterior incorporando un puente rectificador integrado y una fuente de corriente continua para polarizar el diodo LED.
  • Acoplamiento.
El acoplamiento con el circuito se realiza por medio de un opto acoplador o por medio de un transformador que se encuentra acoplado de forma magnética con el circuito de disparo del Triac.
  • Circuito de Conmutación o de salida.
El circuito de salida contiene los dispositivos semiconductores de potencia con su correspondiente circuito excitador. Este circuito será diferente según queramos conmutar CC, CA.
4.4 Programación en escalera y bloques lógicos





4.5 Aplicaciones típicas.
APLICACIONES TIPICAS 

Relevadores aplicados a:
La industria: • Automatismos de máquinas de acabado pequeñas, de confección, de ensamblaje o de embalaje.
• Automatismos descentralizados en los anexos de las máquinas grandes y medianas en los ámbitos textiles, del plástico, de la transformación de materiales.

• Automatismos para máquinas agrícolas (irrigación, bombeo, invernadero...).Sector terciario:
• Automatismos de barreras, puertas corredizas, controles de acceso.

• Automatismos de iluminación.

• Automatismos de compresores y climatización.

• Por ser compacto y fácil de instalar, supone una solución competitiva frente a otras de lógica cableada o de tarjetas específicas.
 
• Su programación es sencilla, debido al carácter general del lenguaje de contactos y los bloques de función FBD (1). Obedece a las exigencias del diseñador de automatismos y cumple las expectativas del electricista.

• Los relés programables compactos responden a las necesidades de los automatismos simples, hasta 20 entradas/salidas. Los relés programables modulares permiten, si fuera necesario, ampliar las entradas/salidas y la comunicación en la red Modbus, para obtener más rendimiento y flexibilidad, de 10 a 40 entradas/salidas.

• Sistemas de iluminación

• Energía

• Ventilación

• Transporte

• Alarma

• Irrigación

• Refrigeración y acondicionamiento de aire• Comando de puertas y cancelas

• Control de silos y ascensores, comando de bombas y compresores

• Comando de señaleros y otras aplicaciones

 Diagrama de Red de comunicación.
 

En el diagrama anterior se observa la aplicación de un relé programable aplicado a la comunicación, como se podrá observar existe una gran

versatibilidad en cuanto a su utilización pues permite la conexión inalámbrica mediante el uso adecuado de cables y un algoritmo de redes.

UNIDAD 3

Índice
Unidad 3: Interruptores y Sensores
3.1 INTERRUPTORES (PRESIÓN, NIVEL,
TEMPERATURA, FLUJO, LÍMITE).
3.2 PRINCIPIO DE TRANSDUCCIÓN.
3.3 SENSORES DE PRESIÓN.
3.4 SENSORES DE FLUJO.
3.5 SENSORES DE TEMPERATURA.
3.6 SENSORES DE NIVEL.
3.7 SENSORES DE PESO, VELOCIDAD,
CONDUCTIVIDAD, PH, ETC.
3.8  CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN SENSOR.
BIBLIOGRAFIA


3.1 INTERRUPTORES (PRESIÓN, NIVEL, TEMPERATURA, FLUJO, LÍMITE).
-        Interruptor de presión
Es un aparato que cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido, también conocido como presostato.
  • El fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que se mueva hasta que se unen dos contactos. Cuando la presión baja un resorte empuja el pistón en sentido contrario y los contactos se separan.
  • Un tornillo permite ajustar la sensibilidad de disparo del presostato al aplicar más o menos fuerza sobre el pistón a través del resorte. Usualmente tienen dos ajustes independientes: la presión de encendido y la presión de apagado.
No deben ser confundidos con los transductores de presión (medidores de presión), mientras estos últimos entregan una señal variable en base al rango de presión, los presostatos entregan una señal apagado/encendido únicamente.
-        Interruptor de nivel
Los interruptores de nivel tipo desplazador de montaje superior ofrecen una amplia gama de opciones y configuraciones de alarmas y controles de nivel. Estos equipos emplean el principio de flotación y sirven para aplicaciones sencillas o complejas tales como alarmas de alto y/o bajo nivel o control de múltiples bombas y/o alarmas. Los interruptores tipo desplazador son eficientes y sencillos. Los cambios de nivel de líquido cambian las fuerzas de flotación que actúan sobre los desplazadores suspendidos por un cable de un resorte de rango que se expande o contrae moviendo una camisa de atracción magnética. Un imán en el mecanismo del interruptor sigue el movimiento de la camisa de atracción sin tocarla (acoplamiento magnético) causando que el interruptor o interruptores se disparen. Los interruptores de nivel se utilizan principalmente en: Alarmas de nivel Arranque y paro de bombas Abrir o cerrar válvulas en forma instantánea Líquidos en agitación, turbulencia o con espuma Líquidos sucios y aceites pesados Químicos, pinturas y tintes.

-        Interruptor de temperatura
Los interruptores de temperatura o termostatos están destinados a funcionar donde ocurren cambios de temperatura en un recinto, o en el aire que rodea el elemento de detección de temperatura. La operación del interruptor de la temperatura es similar a la operación del interruptor de presión o presóstato; ambos interruptores son accionados por los cambios en la presión. Se diseña el elemento de temperatura de manera que un cambio en la temperatura produce un cambio en la presión interna de un sistema térmico lleno (bulbo lleno de gas o aire, o hélice llena), que está conectado al dispositivo actuador por un pequeño tubo o cañería. Un cambio de temperatura causa un cambio en el volumen de gas del bulbo, que causa un movimiento del fuelle. El movimiento es transmitido por un émbolo al brazo del interruptor. Un contacto móvil está en el brazo. Un contacto fijo puede ser colocado de manera que el interruptor se abrirá o se cerrará con una elevación de temperatura. Esto permite que los contactos del interruptor sean fijados para cerrarse cuando la temperatura cae a un valor predeterminado y abrirse cuando las elevaciones de temperatura superan al valor deseado. La acción inversa se puede obtener por un cambio en las posiciones del contacto.

-        Interruptor de limite
Un interruptor de límite es un dispositivo de control electromecánico que opera mecánicamente en forma automática, convierte la posición de elementos móviles de alguna maquinaria o de algún otro dispositivo mecánico, en una señal de control eléctrico. Su función principal es controlar el movimiento en al maquinaria o equipo asociado.

Beneficios: gran durabilidad, gran capacidad de repetición de ciclos de operación, gran resistencia a las vibraciones mecánicas, gran variedad de palancas de operación, fácil de seleccionar y aplicar. El interruptor de límite es ideal para aquellas aplicaciones en las que se requiera: contactos con capacidad para servicio extra pesado, elevado numero de operaciones y elevada fuerza de restablecimiento.

3.2 Principio de transducción
Los términos “sensor” y “transductor” se suelen aceptar como sinónimos, aunque si hubiera que hacer alguna distinción, el termino transductor es quizás mas amplio, incluyendo una parte sensible o captador propiamente dicho y algún tipo de acondicionamiento de la señal detectada. Si nos centramos en los estudios de los transductores cuya salida es una señal eléctrica, podemos dar la siguiente definición:

“un transductor es un dispositivo capaz de convertir el valor de una magnitud física en una señal eléctrica codificada, ya sea en forma analógica o digital”.

No todos los transductores tienen que dar una salida en forma de una señal eléctrica. Como ejemplo puede valer el caso de un termómetro basado en la diferencia de dilatación de una lamina bimetálica, donde la temperatura se convierte directamente en un desplazamiento de una aguja indicadora.
Sin embargo el termino transductor suele asociarse bastante a dispositivos cuya salida es alguna magnitud eléctrica o magnética.

Los transductores basados fenómenos eléctricos o magnéticos, estos suelen tener una estructura general como la que muestra la figura 7.1, en la cual podemos distinguir las siguientes partes:
·         Elemento sensor o captador. Convierte las variaciones de una magnitud física en variaciones de una magnitud eléctrica o magnética, que denominaremos habitualmente señal.
·         Bloque de tratamiento de señal. Si existe, suele filtrar, amplificar, linealizar y, en general, modificar la señal obtenida en el captador, por regla general utilizando circuitos electrónicos.
·         Etapa de salida. Esta etapa comprende lo amplificadores, interruptores, conversores de código, transmisores y, en general, todas aquellas partes que adaptan la señal a las necesidades de la carga exterior.


·           CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE SEÑAL DE SALIDA

1.    Analógicos. Aquellos que dan como salida un valor de tensión o corriente variable en forma continua dentro del campo de medida. Es frecuente para este tipo de transductores que incluyan una etapa de salida para suministrar señales normalizadas de 0-10 V o 4-20 mA.
2.    Digitales. Son aquellos que dan como salida una señal codificada en binario, BCD u otro sistema cualquiera.
3.    Todo-nada. Indican únicamente cuando la variable detectada rebasa un cierto umbral o limite. Pueden considerarse como un caso limite de los sensores digitales en el que se codifican solo dos estados.

Otro criterio de clasificación, relacionado con al señal de salida, es el hecho de que el captador propiamente dicho requiera o no una alimentación externa para su funcionamiento. En el primer caso se denominan sensores pasivos y en el segundo caso activo o directo.
Los sensores pasivos se basan, en la modificación de la impedancia eléctrica o magnética de un material bajo determinadas condiciones físicas o químicas (resistencia, capacitancia, inductancia, reluctancia, etc.)

Los sensores activos son, en realidad generadores eléctricos, generalmente de pequeña señal. Por ello no necesitan alimentación exterior para funcionar.

·         CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS SENSORES

Dichas características pueden agruparse en 2 grandes bloques:
1.    Características estáticas. Que describen la actuación del sensor en régimen permanente o con cambios muy lentos de la variable a medir.
2.    Características dinámicas. Que describen la actuación del sensor en régimen transitorio, a base de dar su respuesta temporal ante determinados estímulos estándar o a base de identificar el comportamiento del transductor con sistemas estándar.

Ø  CARACTERÍSTICAS ESTATICAS
-        Campo de medida: El campo de medida, es el rango de valores de la magnitud de entrada comprendido entre el máximo y el mínimo detectables por un sensor, con una tolerancia de error aceptable.
-        Resolución: indica la capacidad del sensor  para discernir entre valores  muy próximos de la variable de entrada.
-        Precisión: La presión define la máxima desviación entre la salida real obtenida de un sensor en determinadas condiciones de entorno  y el valor teórico de dicha salida que correspondería, en identidades condiciones, según el modelo ideal especificado como patrón.
-        Repetibilidad: Características que indican la máxima desviación entre valores de salida obtenidos al medir varias veces un mismo valor de entrada con el mismo sensor y en idénticas condiciones ambientales.
-        Linealidad: Se dice que un transductor es lineal, si existe una constante de proporcionalidad única que relaciona los incrementos de señal de salida con los correspondientes incrementos de señal de entrada, en todo el campo de medida.
-        Sensibilidad: Características que indican la mayor o menor variación de salida por unidad de la magnitud de entrada.
-        Ruido: Se entiende por ruido cualquier perturbación aleatoria del propio transductor  o del sistema de medida que produce una desviación de salida con respecto al valor teórico.
-        Histéresis: Se dice que un transductor presenta histéresis cuando, a igualdad de la magnitud de entrada, la salida depende de si dicha entrada se alcanzo con aumentos en sentido creciente o en sentido decreciente.

Ø  CARACTERISTICAS DINAMICAS
-        Velocidad de respuesta: La velocidad de respuesta mide la capacidad de un transductor para que la señal de salida siga sin retraso las variaciones de la señal de la entrada. Los parámetros mas relevantes empleados en la definición de la velocidad de respuesta son los siguientes:
·  Tiempo de retardo.
· Tiempo de subida.
· Tiempo de establecimiento al 99%.
· Constante de tiempo.
-        Respuesta frecuencial: Relación entre la sensibilidad y la frecuencia cuando la entrada es una excitación senoidal.
-        Estabilidad y derivas: Características que indican la desviación de salida del sensor al variar ciertos parámetros exteriores distintos del que se pretende medir, tales como condiciones ambientales, alimentación, u otras perturbaciones.

3.2 SENSORES DE PRESIÒN
Los transductores de presión suelen estar basados en la deformación de un elemento elástico (membrana, tubo de bourdon, etc.), cuyo movimiento bajo la acción del fluido es detectado por un transductor de pequeñas desplazamientos  (galgas, transformador diferencial, elemento piezoeléctrico, etc.), del que se obtiene una señal eléctrica proporcional a al presión.

Los transductores de presión mas frecuentes son los de diafragma o membrana. El diafragma consiste en una pared delgada que se deforma bajo el efecto de presión.
Los transductores de presión pueden efectuar  2 tipos de medidas:
1.    Presión absoluta, o medida respecto al vacio.
2.    Presión diferencial, o relativa, midiendo la diferencia de presión entre 2 puntas.

La figura muestra el esquema de principio de un transductor de presión diferencial P2- P1 basado en el cambio que experimenta la inductancia de un par de bobinas cuando se deforma el diafragma. Los devanados están colocados a un circuito tipo puente de forma que los efectos de ambas se suman entre si, resultando una tensión alterna proporcional a la diferencia de presiones aplicada.


3.4 SENSORES DE FLUJO
Los sensores de flujo se basan en distintos principios según se trate de fluidos comprensibles o no (gases o líquidos). Cabe recordar que el caudal puede definirse como masa por unidad de tiempo (Qm) o como volumen por unidad de tiempo (Qv) de un fluido que atraviesa una sección de cierto conducto.

Los sensores de caudal suelen estar basados en alguno de los siguientes principios:
-        Detección por presión estática (efecto venturi).
-        Detección por presión dinámica sobre un flotador o pistón.
-        Detección de velocidad por inducción electromagnética.
-        Detección volumétrica mediante turbina.

La mayoría de los transductores miden caudal volumétrico. En el caso de fluidos no comprensibles, la forma habitual de medición consiste en hallar la velocidad de paso por una sección conocida.

·         Medidores por efecto venturi
El efecto Venturi consiste en la aparición de una diferencia de presión entre 2 puntos de una misma tubería con distinta sección y, por lo tanto, diferente velocidad e paso del fluido. Para fluidos no comprensibles dicha diferencia de presión depende de la relación de diámetros, de caudal y de la densidad, y, por lo tanto, de la temperatura.


·         Medidores por presión dinámica
Estos transductores se basan en el desplazamiento de un pequeño pistón o flotador sometido a la presión dinámica de la corriente de fluido. Dicha presión equilibra el peso del cuerpo y provoca un desplazamiento del pistón proporcional a la velocidad del fluido.

Como variante de estos se pueden considerar los de turbina, donde la presión dinámica hace girar un rodete. La velocidad de giro de una turbina intercalada en la tubería es proporcional al caudal en el caso de fluidos incompresibles.


·         Medidores por velocidad y por inducción
Este tipo de transductores se basan en la ley Faraday, según la cual, sobre un conductor se desplaza transversalmente a un campo magnético se genera una f.e.m. proporcional  a la longitud del conductor, a su velocidad de desplazamiento y a la inducción del campo.

La f.e.m obtenida es proporcional al campo inductor, a la distancia entre electrodos de captación y a la velocidad del fluido. El método de medida tiene la ventaja de no entorpecer el flujo y, por lo tanto, no hay pérdidas de carga ni partes en movimiento. Por otro lado es apto para líquidos corrosivos o muy viscosos.

·         Medidores volumétricos
Para medir caudal de gases se suelen emplear métodos de medición volumétricos intentando mantener presión y temperatura constantes. Como ejemplos mas típicos de este tipo de transductores se tiene los discos de oscilante y los de lóbulos.


3.5 SENSORES DE TEMPERATURA
La temperatura es otro de los parámetros que muchas veces debe controlarse en procesos industriales. Atendiendo al principio de funcionamiento de la mayoría de sensores industriales, podemos distinguir 3 grandes grupos de sensores térmicos:
1.    Termostatos todo-nada: Interruptores que conmutan a un cierto valor de temperatura, en general con una cierta histéresis.
2.    Termorresistencias: Sensores pasivos de tipo analógico basados en el cambio de resistividad eléctrica de algunos metales o semiconductores con la temperatura.
3.    Pirómetros de radiación: Sensores de tipo analógico, utilizables en general para altas temperaturas, que están basados en la radiación térmica emitida por los cuerpos calientes.

·         Termostatos
Los termostatos son sensores con salida de tipo todo o nada que conmuta a un cierto valor de temperatura. Los más simples están basados generalmente en la diferencia de dilatación de 2 metales  y los más sofisticados se suelen construir a base de un sensor de tipo analógico y uno o varios comparadores con histéresis.

Los de tipos bimetálicos se utilizan típicamente en sistemas de climatización y en algunas aplicaciones industriales como interruptores de protección (falta de ventilación, etc.).

·         Termopares
Los termopares son sensores activos de tipo analógico basados en el efecto Seebeck. Dicho efecto consiste en la aparición de una tensión eléctrica entre 2 piezas de distintos metales unidas o soldadas por un extremo, cuando este se calienta (unión caliente) y se mantienen los otros 2 extremos a una misma temperatura inferior (unión fría).

La fuerza electromotriz generada depende de la diferencia de temperaturas entre la unión fría y la unión caliente:

·         Termorresistencias
Los conductores eléctricos presentan, en general, un aumento de resistencia con la temperatura, según una ley que pueda expresarse en forma simplificada por la siguiente ecuación:

Donde α se denomina coeficiente térmico de resistencia.
-        Termorresistencias PTCY NTC: Las sondas PTC y NTC son esencialmente termorresistibles a base de semiconductor. Estos suelen presentar coeficientes de sensibilidad bastante mayores que en el caso de metales, pero a costa de una gran perdida de linealidad.
Los PTC (positive temperatura coefficient) son resistencias construidas a base de óxidos de bario y titanio, que muestran cambios bruscos de valor a partir de una cierta temperatura. En la figura 7.30 se muestra la característica resistencia/temperatura a distintas frecuencias para una sonda PTC.

Las NTC son resistencias con un coeficiente de temperatura negativo (Negative Temperature Coefficient), construidas a base de óxidos de hierro, cromo, cobalto, manganeso y níquel dopados con iones de titanio o litio. El comportamiento frente a las variaciones de temperatura pueden expresarse, aproximadamente, por la siguiente ecuación:
Donde A Y B, son constantes que dependen de la NTC y T es la temperatura en grados Kelvin.
En la figura 7.31 muestra la característica real de distintos tipos de NTC. Como puede verse, presenta una fuerte alinealidad con la temperatura, por lo que su respuesta debe normalmente compensarse.

·         Pirómetros de radiación
La medida de temperaturas con termopar o termorresistencia implica el contacto directo entre el transductor y el cuerpo cuya temperatura se desea medir. Sin embargo, este contacto resulta imposible si la temperatura a medir es superior al punto de fusión del material del transductor, o si el cuerpo caliente es muy pequeño y cambia su temperatura al efectuar la medida. En estos casos puede utilizarse los pirómetros de radiación, que miden la temperatura a partir de la radiación térmica que emiten los cuerpos calientes.

La radiación emitida puede medirse en su totalidad, o solo en una banda de frecuencias, resultando así 2 tipos de pirómetros:
-        De banda ancha, o de radiación total
-        De banda estrecha, o de brillo.

Los primeros están construidos a base de una cámara negra, que recibe la radiación a través de una nueva ventana de superficie conocida. Los pirómetros de brillo miden unicament6e la radiación emitida en una longitud de onda específica a través de fotocélulas.


3.6 SENSORES DE NIVEL
Los transductores de nivel se utilizan para conocer el estado de llenado de depósitos de líquidos o sólidos en forma de polvo o granulados. Podemos distinguir 2 tipos de detección de niveles:
-        Detección de varios niveles de referencia mediante un número discreto de transductores todo o nada.
-        Detección de tipo analógico. Obteniendo una señal proporcional al nivel.

Cabe señalar que la detección de nivel de sólidos es poco frecuente, siendo más habitual su pesaje.

·         Transductores todo o nada
La detección de niveles de referencia mediante dispositivo todo o nada puede basarse en diferentes principios, dependiendo, sobre todo, de si se trata de líquidos o de sólidos.
Para líquidos es frecuente emplear flotadores con un contacto de mercurio o, si el liquido es conductor, su nivel puede medirse por contacto entre dos electrodos sumergidos en el.

Para el caso de sólidos o líquidos no conductores suelen emplearse métodos fotoeléctricos o detectores de proximidad capacitivos.

·         Transductores por presión
Una de las formas de obtener una indicación analógica de nivel de líquidos consiste en medir la presión sobre el fondo del depósito que los contiene. La diferencia de presiones entre el fondo y la superficie (Pf - Ps), es directamente proporcional al nivel (h) respecto a dicho fondo y al peso específico (ρ) del líquido:
En tanques abiertos el nivel es aproximadamente proporcional a la presión absoluta, ya que los cambios de presión atmosféricas suelen tener poca importancia, sobre todo si se trata de  líquidos densos.
 .

·         Transductores por flotador
El método más fiel para detectar el nivel de líquidos consiste en el empleo de un flotador solidario a un sistema de palancas y unido a un sensor de distancia o desplazamiento. La figura 7.41 muestra unos esquemas de principio para recipientes abiertos y cerrados.


·         Transductores ultrasónicos
Los detectores por ultrasónicos se basan, en realidad, en la medición de la distancia desde el fondo a la superficie o desde el punto máximo a la superficie.

El transductor emite un impulso de presión (ultrasonidos) que es reflejado por la superficie del material y recogido por un receptor colocado a lado del emisor.
Este tipo de detector es apto también para detectar nivel de sólidos.

3.7 SENSORES DE PESO, VELOCIDAD, CONDUCTIVIDAD, PH, ETC.

·         Sensores de peso
Se trata de un elemento totalmente plano integrado dentro de una membrana de circuito impreso flexible de escaso espesor. Esta forma plana permite colocar al sensor con facilidad entre dos piezas de la mecánica de nuestro sistema y medir la fuerza que se aplica sin perturbar la mecánica de las pruebas. Los sensores utilizan una tecnología basada en la variación de la resistencia eléctrica del área sensora. La aplicación de una fuerza al área activa del detección del sensor se traduce en cambio en la resistencia eléctrica del elemento sensor en función inversamente proporcional a la fuerza aplicada.

·         Sensores de velocidad
La detección de velocidad forma parte de un gran número de sistemas industriales, en los que se requiere un control de la dinámica de los mismos. Los transductores de velocidad suelen pertenecer  a uno de los siguientes tipos:
1.    Analógicos: Basados en generadores de CC o dinamos tacometricas.
2.    Digitales: Basados en la detección de frecuencia de un generador de pulsos (encoder u otros).

-        Dinamo tacometrica
La dinamo tacometrica es, en esencia, un generador de corriente continua con excitación a base de imanes permanentes.

-        Generadores de impulsos
Los transductores digitales de velocidad están basados en la detección de frecuencia de generadores de impulsos a base de captadores ópticos o inductivos, de forma análoga a la indicada para un encoder incremental.
La robustez, la buena adaptación a sistemas de control digital y la buena relación coste/precisión de este tipo de sensores hacen que actualmente sustituyan a los generadores tacométricos en muchas aplicaciones.

·         Sensores de conductividad
Los sensores de conductividad no tienen piezas móviles. El funcionamiento de estos sensores no se ve interrumpido ni siquiera en líquidos conductores semisólidos como los del sector alimentario, ni en líquidos muy densos como las aguas residuales.

·         Sensores de PH

El  sistema  de  pH  consiste  de  un  electrodo  de  pH  y  un  amplificador. El sensor de PH se mide el nivel de Acidez y Basicidad entre valores de 0 a 14.
El sensor de pH es un gel de Ag-Cl. El electrodo ha sido construido dentro de  un  tubo  de  plástico  en  un  diámetro  de  12mm,  contiene  una  botella  de protección  con  una  solución  buffer  estable.  Cuando  el  electrodo  no  es  usado deberá ser guardado dentro de la botella. Durante la medición se debe limpiar la probeta entre prueba y prueba.

El electrodo es conectado al amplificador por medio de un cable coaxial y un conector BNC. El amplificador y el adaptador proporcionan una amplificación en un rango entre 0 y 5V.
El pH ha sido diseñado para funcionar en diversas situaciones. El cuerpo epoxico protege el tubo de vidrio, el gel de Ag-Cl ha sido llenado una vez no será necesario ser otra vez llenado.

3.8         CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN SENSOR

Al seleccionar un sensor para una aplicación en particular hay que considerar varios factores:
1.- El tipo de medición que se requiere, por ejemplo, la variable que se va a medir, su valor nominal, el rango de valores, la exactitud, velocidad de medición y confiabilidad requeridas, las condiciones ambientales en las que se realizará la medición.
2.- El tipo de salida que se requiere del sensor, lo cual determinará las condiciones de acondicionamiento de la señal, a fin de contar con señales de salida idóneas para la medición.
3.- Con base en lo anterior se puede identificar algunos posibles sensores, teniendo en cuenta rango, exactitud, linealidad, velocidad de respuesta, confiabilidad, facilidad de mantenimiento, duración, requisitos de alimentación eléctrica, solidez, disponibilidad y costo.
La elección de un sensor no se puede hacer sin considerar el tipo de salida que el sistema debe producir después de acondicionar la señal; por ello, es necesaria una integración idónea entre sensor y acondicionador de señal.
Como ejemplo de lo anterior, considerar la selección de un sensor para medir el nivel de ácido corrosivo de un recipiente. Dicho nivel varia entre 0 y 2 m y el recipiente es de forma rectangular con diámetro de 1m. El recipiente vacio pesa 100 kg. La mínima variación en nivel que se desea detectar es 10 cm. La densidad del ácido es 1050 . El sensor debe producir una salida eléctrica.

BIBLIOGRAFÍA

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2.    Scribd. Tipos de sensores, Interruptores, Relevadores. Recuperado el 11 de Noviembre del 2012, de  http://es.scribd.com/doc/35079614/Tipos-de-sensores-interruptores-motores-relevadores-y-tipos-de-mantenimiento
3.       Scribd. Interruptores de temperatura. Recuperado el 11 de Noviembre del 2012, de http://es.scribd.com/doc/75808251/6/Interruptores-de-temperatura-Termostatos.
Tecnosim. Manual técnico de sensores. Recuperado el 11 de noviembre del 2012, de http://www.tecnosim.com.mx/Descargas/Manuales/MANUAL%20TECNICO%20SENSORES.pdf