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Sensores y Actuadores
Elementos Funcionales de un Sistema de Instrumentación y Medida
Realizada por:
Carlo A. Salas Peña
Datos/Observaciones
Introducción
Datos/Observaciones
Pregunta de Interés
¿CUÁLES SON LAS CARACTERÍSTICAS
PRINCIPALES DE UN SENSOR Y UN
ACTUADOR?
Datos/Observaciones
Logro de la Sesión
Al término de la sesión de aprendizaje, el estudiante
estará en la capacidad de proporcionar los conceptos y
aplicaciones de los principales elementos de un sistema
de control y medida para su aplicación en obras de
ingeniería.
Datos/Observaciones
Agenda
1. Introducción.
2. Transductores.
3. Sensores.
4. Actuadores
5. Instrumentos de Medida y Control
6. Elemento Final de Control
Datos/Observaciones
Transductores
Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o
convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra
de diferente a la salida, generalmente eléctrica.
Este es un dispositivo usado principalmente en la industria,
en la medicina, en la agricultura, en robótica, en aeronáutica,
etc. para obtener la información de entornos físicos y
químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o
impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre
consumen algo de energía por lo que la señal medida
resulta debilitada.
Datos/Observaciones
Transductores
“Es un equipo que proporciona una salida utilizable como respuesta a una magnitud física, propiedad o
condición que se desea medir”
“Es un dispositivo que convierte un fenómeno físico (presión, temperatura, fuerza, etc.) en una señal
entendible por el sistema (voltaje o corriente)”
Datos/Observaciones
Transductores – Clasificación Básica
Dependiendo de la forma de la señal convertida se clasifican
en 2 tipos:
Los transductores analógicos proporcionan una señal
analógica continua, por ejemplo voltaje o corriente eléctrica.
Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable
física que se mide.
Datos/Observaciones
Transductores – Clasificación Básica
Los transductores digitales producen una señal de salida
digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en
paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden
ser contadas.
En una u otra forma, las señales digitales representan el
valor de la variable medida. Los transductores digitales
suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las
computadoras digitales que los sensores analógicos en la
automatización y en el control de procesos.
Datos/Observaciones
Transductores - Clasificación
• Transductor electroacústico
• Transductor electromagnético
• Transductor electromecánico
• Transductor electrostático
• Transductor fotoeléctrico
• Transductor magnetoestrictivo
• Transductor piezoeléctrico
• Transductor electroquímico
• Transductor radioacústico
Datos/Observaciones
Transductores - Clasificación
Un transductor electroacústico es aquel dispositivo que
transforma la electricidad en sonido, o viceversa. Por
ejemplo: micrófono, altavoces, hidrófonos.
Un transductor electromagnético es un transductor que
transforma electricidad en energía magnética o viceversa.
Por ejemplo: electroimán, generadores, cartucho magnético.
Datos/Observaciones
Transductores - Clasificación
El transductor electromecánico es un tipo de transductor
que transforma electricidad en energía mecánica, o
viceversa. Por ejemplo: motor eléctrico
Un transductor electrostático consiste en una membrana,
de tereftalato de polietileno metalizado, cargada
eléctricamente que hace la función de diafragma y que se
mueve por la fuerza electrostática que se produce al variar la
carga de dos placas entre las que se encuentra. Por
ejemplo: electrómetro, generador de Van de Graaf, etc.
Datos/Observaciones
Transductores - Clasificación
El transductor fotoeléctrico es un tipo de transductor que
transforma luz en energía eléctrica o viceversa. Estos se
subclasifican en 3 tipos: (a) fotoemisores en el cual se
liberan electrones de una superficie metálica, (b)
fotovoltaicos en donde se produce una diferencia de
potencial entre 2 substancias en contacto y (c)
fotoconductivos en donde ocurre un cambio en
conductividad.
Datos/Observaciones
Transductores - Clasificación
Los transductores magnetoestrictivos son todos aquellos
que basan su funcionamiento en el fenómeno de la
magnetoestricción y teniendo como campo de aplicación ser
emisores y receptores acústicos submarinos e industriales
tales como sonares, hidrófonos y proyectores de
ultrasonidos de alta potencia
Datos/Observaciones
Transductores - Clasificación
Nota: La magnetoestricción es un fenómeno reversible que se basa en
el acoplamiento de fuerzas mecánicas y magnéticas, de manera que un
material de éste tipo ante la presencia de un campo magnético sufre
ciertas modificaciones en su estructura interna, lo que produce pequeños
cambios en sus dimensiones físicas. Asimismo, una deformación de
dicho material produce una variación de la inducción magnética.
Datos/Observaciones
Transductores - Clasificación
Los transductores piezoeléctrico convierten un cambio en
la magnitud a medir en un cambio en la carga electrostática
o tensión generada a ciertos materiales cuando se
encuentran sometidos a un esfuerzo mecánico.
Estos consisten en un cristal piezoeléctrico que se contrae
ante impulsos eléctricos aplicados en su superficie. Es
importante destacar que no utiliza ningún tipo de
magnetismo ni contiene imanes, teniendo un alto
rendimiento, sensibilidad o eficiencia, pero sólo se utiliza
para la reproducción de altas frecuencias ya que su
superficie de radiación es pequeña.
Datos/Observaciones
Transductores - Clasificación
Los transductores electroquímicos miden propiedades
químicas de las sustancias tales como PH y potencial de
oxidación por medios electroquímicos.
Datos/Observaciones
Tipos de Transductores
Hay dos tipos de transductores: Actuadores y Sensores.
Los sensores son dispositivos que al interactuar con una
magnitud física (por ejemplo detectan la energía, ya sea de
fuerza o de luz) sufre cambios en sus propiedades
realizando un cambio en las tensiones eléctricas al momento
de enfriarse o calentarse.
Los actuadores son dispositivos que accionan o mueven
algo utilizando una energía para proporcionar movimiento.
Se conoce como un sentido opuesto al sensor, que veremos
a continuación.
Datos/Observaciones
Sensor
Un sensor es un dispositivo que recibe y responde a una
señal, la cual debe ser producida por algún tipo de energía,
como calor, luz, movimiento o reacción química.
Una vez que un sensor detecta una o más de estas señales
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en
variables eléctricas.
Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo:
temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración,
inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión,
humedad, pH, etc.
Datos/Observaciones
Sensor
Un sensor está siempre en contacto con la 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.
La diferencia es sustancial entre un sensor y un transductor
es que un transductor transforma una magnitud en otra. Por
su parte, los sensores funcionan transformando cualquier
magnitud en electricidad.
Datos/Observaciones
Sensor - Ejemplo
𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝐿𝐷𝑅 𝑜 𝐹𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟
(Light Dependent Resistor)
El LDR es una resistencia eléctrica la cual varía su
valor en función de la cantidad de luz que incide
sobre su superficie.
Cuanto mayor sea la intensidad de luz que incide en
la superficie del LDR, menor será su resistencia y en
cuanto menor sea la luz que incida sobre éste
mayor será su resistencia.
Datos/Observaciones
Sensores
Los sensores detectan al recibir una señal de un dispositivo,
como un transductor, y luego responden a esa señal
convirtiéndola en una salida que se puede leer y comprender
fácilmente.
Por lo general, los sensores convierten una señal reconocida
en una salida eléctrica, analógica o digital, que es legible. Es
decir, un transductor convierte una forma de energía en otra,
mientras que el sensor del que forma parte el transductor
convierte la salida del transductor a un formato legible.
Datos/Observaciones
Sensores
Las áreas de aplicación de los sensores son las siguientes:
• Industria automotriz
• Industria aeroespacial
• Medicina
• Industria de manufactura
• Robótica
Los sensores pueden estar conectados a una computadora
para obtener ventajas como son el acceso a una base de
datos, la toma de valores desde el sensor, etc.
Datos/Observaciones
Sensores - Clasificación
𝑇𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑟𝑚𝑜𝑝𝑎𝑟 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝐶𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟
𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛
𝐴𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛
𝑆𝑒𝑟𝑣𝑜𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
Datos/Observaciones
Sensores - Clasificación
Ramírez, L., Jiménez, G. & Carreño, J. (2014) Sensores y Actuadores. Aplicaciones
con Arduino. Figura 1.29 Clasificación de sensores por los principios de transducción.
Datos/Observaciones
Sensores - Clasificación
Ramírez, L., Jiménez, G. & Carreño, J. (2014) Sensores y Actuadores. Aplicaciones
con Arduino. Figura 1.30 Clasificación de sensores por los principios de transducción.
Datos/Observaciones
Sensores - Clasificación
Según el tipo de energía, estos se clasifican de 2 formas:
Sensores Pasivos: se encargan de medir la variable sin
interferir en el proceso, es decir la que las variables que
encuentran de forma natural en la tierra, como por ejemplo
la luz.
Sensores Activos: Ellos mismos son capaces de generar la
señal que deben medir, por ejemplo, un sensor óptico
genera una luz infrarroja que rebota en alguna superficie
hacia el sensor mismo, y dependiendo de la cantidad de luz
que detecte es la señal que manda a la salida.
Datos/Observaciones
Sensores - Clasificación
Según su funcionamiento se dividen en:
Primarios: Convierten una magnitud en otra más fácil de
leer por otro sensor, es decir que no ofrecen una señal
eléctrica a la salida si no otra magnitud.
Resistivos: Como su nombre lo indica su funcionamiento se
basa en cambios de resistencia según la intensidad de la
medición.
Generadores: Son lo que generan una señal eléctrica a
partir de la magnitud que miden.
Datos/Observaciones
Sensores - Clasificación
De reactancia variable y electromagnética: En palabras
sencillas son lo que basan su funcionamiento en
capacitancia y la inductancia.
Digitales: Son aquellos que mandan un señal binaria es
decir de todo o nada, 0 y 1 (por ejemplo encendido y
apagado).
Analógicos: Este tipo de sensores tienen en su salida una
señal que es variable, normalmente se trabaja en
miliamperes, voltaje o resistencia (por ejemplo presión,
temperatura, etc.)
Datos/Observaciones
Sensores - Clasificación
Mecánica de los sólidos rígidos
Mecánica de los cuerpos deformables
Mecánica de los fluidos
Estática
Dinámica
𝛴 Ԧ
𝐹 = 0
𝛴𝑀 = 0
- Cinemática
- Cinética
- Resistencia de materiales
- Teoría de la elasticidad
- Teoría de la plasticidad
- Teoría de las vibraciones
- Mecánica de conformado
- Fluidos incompresibles (líquidos)
- Fluidos compresibles (gases)
Equilibrio (reposo o mov. rect. unif.)
Movimiento acelerado y las fuerzas
que lo provoca
Datos/Observaciones
Sensores - Clasificación
− 𝐴𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠
− 𝑃𝑎𝑠𝑖𝑣𝑜𝑠
Según el principio de funcionamiento
− 𝐷𝑖𝑔𝑖𝑡𝑎𝑙
− 𝐴𝑛𝑎𝑙ó𝑔𝑖𝑐𝑜
− 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟𝑎𝑙
Según el tipo de señal que generan
− 𝑂𝑁 − 𝑂𝑓𝑓
− 𝐷𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎
Según el rango de valores que
proporcionan
− 𝐷𝑖𝑠𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜𝑠
− 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠
− 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑙𝑖𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠
Según el nivel de integración
−𝑀𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑜𝑠
− 𝐸𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠
− 𝑀𝑎𝑔𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑜𝑠
− 𝑇é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠
− 𝐴𝑐ú𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜𝑠
− 𝑈𝑙𝑡𝑟𝑎𝑠ó𝑛𝑖𝑐𝑜𝑠
− 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠
− Ó𝑝𝑡𝑖𝑐𝑜𝑠
− 𝐿𝑎𝑠𝑒𝑟
Según el tipo de variable física medida
Sensores
Datos/Observaciones
Sensores - Características
Rango de medida: Dominio en la magnitud medida en el
que puede aplicarse el sensor.
Offset o desviación de cero: Valor de la variable de salida
cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida
no llega a valores nulos de la variable de entrada,
habitualmente se establece otro punto de referencia para
definir el offset.
Datos/Observaciones
Sensores - Características
Precisión: Capacidad del sensor de repetir el mismo valor
en varias mediciones.
Exactitud: Capacidad del sensor de dar valores que se
aproximen al valor verdadero.
Datos/Observaciones
Sensores - Características
Histéresis: La Histéresis es un ERROR. Se expresa como
la máxima diferencia en la salida cuando los valores de la
entrada se aproximan de forma creciente y luego
decreciente.
Linealidad o correlación lineal: Es la capacidad de
aproximarse un curva o una salida a una recta (Casi ningún
sensor tiene respuesta lineal).
Datos/Observaciones
Sensores - Características
Umbral: Es el mínimo valor de la entrada que es detectado
a la salida. Ocurre cuando iniciamos nuestro proceso de
medición hasta antes de ver cambios en la salida.
Rapidez de respuesta: Puede ser un tiempo fijo o depender
de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la
capacidad del sistema para seguir las variaciones de la
magnitud de entrada.
Datos/Observaciones
Sensores - Características
Sensibilidad: Relación entre la variación de la magnitud de
salida y la variación de la magnitud de entrada.
Resolución: Es la mínima variación de la magnitud de
entrada que puede apreciarse a la salida.
Repetibilidad: Indica la variación máxima que puede tener
un sensor al hacer la misma medición con las mismas
condiciones, es decir la misma temperatura ambiente,
mismo sensor, mismo voltaje, etc.
Datos/Observaciones
Sensores - Características
Repetibilidad: Indica la variación máxima que puede tener
un sensor al hacer la misma medición con las mismas
condiciones, es decir la misma temperatura ambiente,
mismo sensor, mismo voltaje, etc.
Ruido: Son las perturbaciones aleatorias que tienen los
sensores a la hora de hacer las mediciones.
Datos/Observaciones
Sensores – Ejemplos
Sensores de presión: Están basados en tecnología piezo-
resistiva, combinada con microcontroladores que
proporcionan una alta precisión. Sus aplicaciones incluyen
instrumentos para aviación, laboratorios, controles de
quemadores y calderas, comprobación de motores,
tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado.
Sensores de temperatura: Son componentes eléctricos y
electrónicos que permiten medir la temperatura mediante
una señal eléctrica determinada. Dicha señal puede enviarse
directamente o mediante el cambio de la resistencia.
Datos/Observaciones
Sensores – Ejemplos
Sensores de Humedad: Los sensores de humedad
relativa/temperatura y humedad relativa están configurados
con circuitos integrados que proporcionan una señal
acondicionada.
Sensores de Velocidad: Estos sensores pueden detectar la
velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la
aplicación más conocida de este tipo de sensores es la
medición de la velocidad angular de los motores.
Datos/Observaciones
Actuadores
Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía
hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un
proceso físico. Este recibe la orden de un regulador o
controlador y en función a ella genera la orden para activar
un elemento final.
Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
𝑯𝒊𝒅𝒓á𝒖𝒍𝒊𝒄𝒐 𝑵𝒆𝒖𝒎á𝒕𝒊𝒄𝒐 𝑬𝒍é𝒄𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐
Datos/Observaciones
Actuadores - Tipos
Datos/Observaciones
Oleohidráulica
Es la transmisión y control de fuerzas y movimientos mediante fluidos
(prácticamente incompresibles) sometidos a presión.
Hidráulica: Trabaja en general con fluidos.
Oleohidráulica: Trabaja con aceites minerales.
Tanto la hidráulica como la neumática son aplicaciones de transmisión
de energía mediante fluidos. La neumática usa un gas fácilmente
compresible como el aire o un gas puro apropiado mientras que la
hidráulica usa un liquido relativamente incompresible como el aceite.
Datos/Observaciones
Hidráulica - Generalidades
El flujo en un sistema hidráulico se produce desde una bomba de desplazamiento
positivo. Existen tres principios relacionados al flujo:
Primer principio: El flujo es lo que hace funcionar al sistema. Para que cualquier
elemento en un sistema hidráulico se mueva, se debe suministrar flujo al actuador.
Segundo principio: El caudal del flujo es el que determina la velocidad del sistema.
El caudal del flujo se mide generalmente en galones por minuto (GPM). Los GPM son
determinados por la bomba, es decir, los cambios en el flujo de salida de la bomba
cambian la velocidad del actuador.
Tercer principio: Con un caudal de flujo determinado, los cambios en el
desplazamiento de volumen del actuador cambian la velocidad del actuador. Es decir,
si hay menos volumen para desplazar, los ciclos del actuador serán mas rápidos.
Datos/Observaciones
Actuadores Hidráulicos - Bombas
Bomba de Pistón
Bomba de Paletas
Bomba de Engranajes
Datos/Observaciones
Actuadores Hidráulicos - Cilindros
Doble Acción
Doble Vástago
Telescópico
Datos/Observaciones
Actuadores Hidráulicos - Motores
Motor de Pistón
Motor de Paletas
Motor de Engranajes
Datos/Observaciones
Válvulas Hidráulicas y Electrohidráulicas
Para el control preciso de la fuerza, existen seis tipos de
controles de presión y estos son:
- Válvula de alivio
- Válvula de descarga
- Válvula de secuencia
- Válvula reductora de presión
- Válvula de contrabalance
- Válvula de frenado
- Control de Flujo
- Retención
Datos/Observaciones
Válvulas Hidráulicas y Electrohidráulicas
Datos/Observaciones
Actuadores Eléctricos
Los actuadores son dispositivos que llevan incorporado un
motor eléctrico y un reductor que permite accionar cualquier
dispositivo para llevar a cabo determinado movimiento u
acción.
Datos/Observaciones
Actuadores Eléctricos
Motor de Paso a Paso
- De imanes permanente
- De reluctancias variable
- Híbridos
Motor de Corriente Continua
Motor de Corriente Alterna
- Síncrono
- Asíncrono
Datos/Observaciones
Actuadores - Comparación
Datos/Observaciones
Acondicionamiento y Presentación
Los acondicionadores son los elementos del sistema de
medida que ofrecen, a partir de la señal de salida de un
sensor electrónico, una señal apta para ser presentada o
registrada o que simplemente permita un procesamiento
posterior mediante un equipo o instrumento estándar.
Como su nombre lo indica, se encargan de acondicionar
señales para que el subsistema A/D pueda convertirlas en el
dominio digital y luego mostrarlas, almacenarlas y
analizarlas. Es decir, los acondicionadores de señal toman la
señal del sensor, la procesan y la envían al subsistema A/D.
Datos/Observaciones
Acondicionamiento y Presentación
“Los acondicionadores de señal son dispositivos que nos ayudan a convertir señales
electrónicas a otra clase de señales”
Datos/Observaciones
Acondicionamiento y Presentación
La señal de salida en un sistema de medición se debe
procesar de la manera correcta. La señal en algunos casos
puede ser muy pobre y necesita ser amplificada, podría
existir interferencias que eliminar (filtrado), que no sea lineal
y requerir linealización, ser analógica y requerir volverla
digital o viceversa, ser un cambio en el valor de la
resistencia, y convertirla a un cambio en corriente; consistir
en un cambio de voltaje y convertirla en un cambio de
corriente de magnitud adecuada, etcétera.
Por lo tanto a todas estas modificaciones se les designa en
general con el término acondicionamiento de señal.
Datos/Observaciones
Arquitectura de un Sensor
Sistema de medida: También conocido como nodo sensor
es la combinación de uno o más elementos, subconjuntos y
partes necesarias para realizar una o varias medidas en
donde existe correspondencia entre las relaciones
numéricas y las relaciones entre las propiedades eléctricas.
Muñoz, Tatiana & Ovalle, Demetrio & Montoya, Alcides. (2010). Hacia la Evaluación del Desempeño
de un Modelo de Integración de Agentes Inteligentes & WSN a Través de Métricas.. Revista Colombiana
de Computación. Figura 2. Arquitectura de un nodo sensor genérico.
Datos/Observaciones
Arquitectura de un Sensor
Los nodos sensores que son dispositivos con recursos
restringidos de energía, comunicación, memoria y capacidad
de cómputo, cuya función principal es realizar la medición de
un fenómeno específico y transmitir el resultado de la
misma.
Un nodo sensor podemos decir que estará constituido por
cuatro componentes básicos: una unidad sensora, una
unidad procesadora, una unidad transceptora, y una
unidad de energía, aunque pueden tener también
componentes adicionales dependiendo de su aplicación
como un sistema de localización, un generador de energía o
un movilizador
Datos/Observaciones
Instrumentos de Medición y Control
En la industria, para llevar a cabo un proceso debe ser
medido llevando un control de parámetros.
Los instrumentos de control y medición son muy variados,
aunque se pueden clasificar por función del instrumento y
por la variable del proceso a medir.
Datos/Observaciones
Instrumentos de Medición y Control
Indicadores: Estos instrumentos son utilizados para mostrar
visualmente el valor presente de una cantidad medida,
manejando un índice y una escala graduada en la que
puede leerse el valor de la variable. Estos pueden ser
análogos o digitales, en donde en estos últimos pueden
incorporar sensores.
Datos/Observaciones
Instrumentos de Medición y Control
Transmisores: Este instrumento asume una tarea
altamente compleja. Debe captar la variable medida a través
de un sensor y convertirla en una señal estándar para
transmitir. Tenemos que tener en cuenta que para el proceso
de transmisión, existen estándares, tanto para analógica
como digital.
Datos/Observaciones
Instrumentos de Medición y Control
Receptores: Estos son instrumentos que reciben las
señales provenientes de los transmisores. Otros
instrumentos como los registradores y controladores son
considerados receptores.
Datos/Observaciones
Instrumentos de Medición y Control
Convertidores: Diseñados para cambiar de una señal
estándar a otro tipo de señal Los convertidores pueden ser
de dos tipos:
• Tipo P/I, utilizados para convertir señales de entrada
neumática a señales eléctricas.
• Tipo I/P, utilizados para convertir señales eléctricas en
neumáticas.
Datos/Observaciones
Instrumentos de Medición y Control
Controladores: Estos instrumentos regulan la variable
controlada y la comparan con un valor predeterminado,
ajustando la salida de acuerdo con la diferencia o resultado
de la comparación. Gracias a esta comparación, se logran
acciones correctivas.
Los controladores también se usan para realizar estrategias
de control secuencial. Es aquí cuando reciben el nombre de
PLC o controlador lógico programable
Datos/Observaciones
Instrumentos de Medición y Control
Interruptores de límite: Estos instrumentos captan el valor
de cierta variable de proceso y cambian de estado cuando la
variable excede cierto valor, actuando, en buena medida
como interruptores de acción.
Este tipo de instrumentos de medición y control son vitales
para producir y asegurar tareas.
Datos/Observaciones
Elementos Finales de Control
Los elementos finales de control son mecanismos que
modifican el valor de una variable que ha sido manipulada
como respuesta a una señal de salida desde un dispositivo
de control automático es decir, se encarga de manipular
alguna característica del proceso según lo ordenado por el
controlador.
Los elementos finales de control pueden ser una válvula de
control, variadores de frecuencia y motores eléctricos, una
servo-válvula, un relé, elementos calefactores de carácter
eléctrico o un amortiguador
Datos/Observaciones
Elementos Finales de Control
En la mayoría de los procesos las válvulas de control, son
las usadas, si se trata de: controlar variables como flujo,
presión, nivel, temperatura o mezcla cíe componentes.
La mayoría de los flujos de fluidos son controlados por
válvulas neumáticas o eléctricas, en otros casos se emplean
bombas.
Para servicios de gases a menudo se emplean válvulas
especiales y para sólidos es común hablar de fajas
transportadoras alimentadas y con control de velocidad
electrónico.
Datos/Observaciones
Estructura General de un Sistema de Control
Control Manual
Datos/Observaciones
Bibliografía
Areny, R. Sensores y acondicionadores de señal
Corona, L. & Abarca, G. (2014) Sensores y Actuadores, Larousse.
Mares, J., Corona, L. & Abarca, G. (2016) Sensores y actuadores: Aplicaciones con Arduino. Grupo
Editorial Patria.
Mandado, E., Acevedo, J. Controladores Lógicos y autómatas programables, Marcombo
Muñoz, Tatiana & Ovalle, Demetrio & Montoya, Alcides. (2010). Hacia la Evaluación del
Desempeño de un Modelo de Integración de Agentes Inteligentes & WSN a Través de Métricas..
Revista Colombiana de Computación. 11. 98-113.
Piedrahita, R. Ingeniería de la Automatización industrial. Ra-Ma
Roldan, J. Motores eléctricos y automatismos de control, Paraninfo
Datos/Observaciones
CONCLUSIONES
Datos/Observaciones
REVISIÓN DEL
MATERIAL DE CLASE
Datos/Observaciones
MUCHAS GRACIAS
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S01.s1 - Elementos Funcionales de Un Sistema de Instrumentación y Medida.pdf

  • 1. Sensores y Actuadores Elementos Funcionales de un Sistema de Instrumentación y Medida Realizada por: Carlo A. Salas Peña
  • 3. Datos/Observaciones Pregunta de Interés ¿CUÁLES SON LAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE UN SENSOR Y UN ACTUADOR?
  • 4. Datos/Observaciones Logro de la Sesión Al término de la sesión de aprendizaje, el estudiante estará en la capacidad de proporcionar los conceptos y aplicaciones de los principales elementos de un sistema de control y medida para su aplicación en obras de ingeniería.
  • 5. Datos/Observaciones Agenda 1. Introducción. 2. Transductores. 3. Sensores. 4. Actuadores 5. Instrumentos de Medida y Control 6. Elemento Final de Control
  • 6. Datos/Observaciones Transductores Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra de diferente a la salida, generalmente eléctrica. Este es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina, en la agricultura, en robótica, en aeronáutica, etc. para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen algo de energía por lo que la señal medida resulta debilitada.
  • 7. Datos/Observaciones Transductores “Es un equipo que proporciona una salida utilizable como respuesta a una magnitud física, propiedad o condición que se desea medir” “Es un dispositivo que convierte un fenómeno físico (presión, temperatura, fuerza, etc.) en una señal entendible por el sistema (voltaje o corriente)”
  • 8. Datos/Observaciones Transductores – Clasificación Básica Dependiendo de la forma de la señal convertida se clasifican en 2 tipos: Los transductores analógicos proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable física que se mide.
  • 9. Datos/Observaciones Transductores – Clasificación Básica Los transductores digitales producen una señal de salida digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas. En una u otra forma, las señales digitales representan el valor de la variable medida. Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el control de procesos.
  • 10. Datos/Observaciones Transductores - Clasificación • Transductor electroacústico • Transductor electromagnético • Transductor electromecánico • Transductor electrostático • Transductor fotoeléctrico • Transductor magnetoestrictivo • Transductor piezoeléctrico • Transductor electroquímico • Transductor radioacústico
  • 11. Datos/Observaciones Transductores - Clasificación Un transductor electroacústico es aquel dispositivo que transforma la electricidad en sonido, o viceversa. Por ejemplo: micrófono, altavoces, hidrófonos. Un transductor electromagnético es un transductor que transforma electricidad en energía magnética o viceversa. Por ejemplo: electroimán, generadores, cartucho magnético.
  • 12. Datos/Observaciones Transductores - Clasificación El transductor electromecánico es un tipo de transductor que transforma electricidad en energía mecánica, o viceversa. Por ejemplo: motor eléctrico Un transductor electrostático consiste en una membrana, de tereftalato de polietileno metalizado, cargada eléctricamente que hace la función de diafragma y que se mueve por la fuerza electrostática que se produce al variar la carga de dos placas entre las que se encuentra. Por ejemplo: electrómetro, generador de Van de Graaf, etc.
  • 13. Datos/Observaciones Transductores - Clasificación El transductor fotoeléctrico es un tipo de transductor que transforma luz en energía eléctrica o viceversa. Estos se subclasifican en 3 tipos: (a) fotoemisores en el cual se liberan electrones de una superficie metálica, (b) fotovoltaicos en donde se produce una diferencia de potencial entre 2 substancias en contacto y (c) fotoconductivos en donde ocurre un cambio en conductividad.
  • 14. Datos/Observaciones Transductores - Clasificación Los transductores magnetoestrictivos son todos aquellos que basan su funcionamiento en el fenómeno de la magnetoestricción y teniendo como campo de aplicación ser emisores y receptores acústicos submarinos e industriales tales como sonares, hidrófonos y proyectores de ultrasonidos de alta potencia
  • 15. Datos/Observaciones Transductores - Clasificación Nota: La magnetoestricción es un fenómeno reversible que se basa en el acoplamiento de fuerzas mecánicas y magnéticas, de manera que un material de éste tipo ante la presencia de un campo magnético sufre ciertas modificaciones en su estructura interna, lo que produce pequeños cambios en sus dimensiones físicas. Asimismo, una deformación de dicho material produce una variación de la inducción magnética.
  • 16. Datos/Observaciones Transductores - Clasificación Los transductores piezoeléctrico convierten un cambio en la magnitud a medir en un cambio en la carga electrostática o tensión generada a ciertos materiales cuando se encuentran sometidos a un esfuerzo mecánico. Estos consisten en un cristal piezoeléctrico que se contrae ante impulsos eléctricos aplicados en su superficie. Es importante destacar que no utiliza ningún tipo de magnetismo ni contiene imanes, teniendo un alto rendimiento, sensibilidad o eficiencia, pero sólo se utiliza para la reproducción de altas frecuencias ya que su superficie de radiación es pequeña.
  • 17. Datos/Observaciones Transductores - Clasificación Los transductores electroquímicos miden propiedades químicas de las sustancias tales como PH y potencial de oxidación por medios electroquímicos.
  • 18. Datos/Observaciones Tipos de Transductores Hay dos tipos de transductores: Actuadores y Sensores. Los sensores son dispositivos que al interactuar con una magnitud física (por ejemplo detectan la energía, ya sea de fuerza o de luz) sufre cambios en sus propiedades realizando un cambio en las tensiones eléctricas al momento de enfriarse o calentarse. Los actuadores son dispositivos que accionan o mueven algo utilizando una energía para proporcionar movimiento. Se conoce como un sentido opuesto al sensor, que veremos a continuación.
  • 19. Datos/Observaciones Sensor Un sensor es un dispositivo que recibe y responde a una señal, la cual debe ser producida por algún tipo de energía, como calor, luz, movimiento o reacción química. Una vez que un sensor detecta una o más de estas señales llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc.
  • 20. Datos/Observaciones Sensor Un sensor está siempre en contacto con la 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. La diferencia es sustancial entre un sensor y un transductor es que un transductor transforma una magnitud en otra. Por su parte, los sensores funcionan transformando cualquier magnitud en electricidad.
  • 21. Datos/Observaciones Sensor - Ejemplo 𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝐿𝐷𝑅 𝑜 𝐹𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟 (Light Dependent Resistor) El LDR es una resistencia eléctrica la cual varía su valor en función de la cantidad de luz que incide sobre su superficie. Cuanto mayor sea la intensidad de luz que incide en la superficie del LDR, menor será su resistencia y en cuanto menor sea la luz que incida sobre éste mayor será su resistencia.
  • 22. Datos/Observaciones Sensores Los sensores detectan al recibir una señal de un dispositivo, como un transductor, y luego responden a esa señal convirtiéndola en una salida que se puede leer y comprender fácilmente. Por lo general, los sensores convierten una señal reconocida en una salida eléctrica, analógica o digital, que es legible. Es decir, un transductor convierte una forma de energía en otra, mientras que el sensor del que forma parte el transductor convierte la salida del transductor a un formato legible.
  • 23. Datos/Observaciones Sensores Las áreas de aplicación de los sensores son las siguientes: • Industria automotriz • Industria aeroespacial • Medicina • Industria de manufactura • Robótica Los sensores pueden estar conectados a una computadora para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.
  • 24. Datos/Observaciones Sensores - Clasificación 𝑇𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑟𝑚𝑜𝑝𝑎𝑟 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝐶𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝐴𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 𝑆𝑒𝑟𝑣𝑜𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
  • 25. Datos/Observaciones Sensores - Clasificación Ramírez, L., Jiménez, G. & Carreño, J. (2014) Sensores y Actuadores. Aplicaciones con Arduino. Figura 1.29 Clasificación de sensores por los principios de transducción.
  • 26. Datos/Observaciones Sensores - Clasificación Ramírez, L., Jiménez, G. & Carreño, J. (2014) Sensores y Actuadores. Aplicaciones con Arduino. Figura 1.30 Clasificación de sensores por los principios de transducción.
  • 27. Datos/Observaciones Sensores - Clasificación Según el tipo de energía, estos se clasifican de 2 formas: Sensores Pasivos: se encargan de medir la variable sin interferir en el proceso, es decir la que las variables que encuentran de forma natural en la tierra, como por ejemplo la luz. Sensores Activos: Ellos mismos son capaces de generar la señal que deben medir, por ejemplo, un sensor óptico genera una luz infrarroja que rebota en alguna superficie hacia el sensor mismo, y dependiendo de la cantidad de luz que detecte es la señal que manda a la salida.
  • 28. Datos/Observaciones Sensores - Clasificación Según su funcionamiento se dividen en: Primarios: Convierten una magnitud en otra más fácil de leer por otro sensor, es decir que no ofrecen una señal eléctrica a la salida si no otra magnitud. Resistivos: Como su nombre lo indica su funcionamiento se basa en cambios de resistencia según la intensidad de la medición. Generadores: Son lo que generan una señal eléctrica a partir de la magnitud que miden.
  • 29. Datos/Observaciones Sensores - Clasificación De reactancia variable y electromagnética: En palabras sencillas son lo que basan su funcionamiento en capacitancia y la inductancia. Digitales: Son aquellos que mandan un señal binaria es decir de todo o nada, 0 y 1 (por ejemplo encendido y apagado). Analógicos: Este tipo de sensores tienen en su salida una señal que es variable, normalmente se trabaja en miliamperes, voltaje o resistencia (por ejemplo presión, temperatura, etc.)
  • 30. Datos/Observaciones Sensores - Clasificación Mecánica de los sólidos rígidos Mecánica de los cuerpos deformables Mecánica de los fluidos Estática Dinámica 𝛴 Ԧ 𝐹 = 0 𝛴𝑀 = 0 - Cinemática - Cinética - Resistencia de materiales - Teoría de la elasticidad - Teoría de la plasticidad - Teoría de las vibraciones - Mecánica de conformado - Fluidos incompresibles (líquidos) - Fluidos compresibles (gases) Equilibrio (reposo o mov. rect. unif.) Movimiento acelerado y las fuerzas que lo provoca
  • 31. Datos/Observaciones Sensores - Clasificación − 𝐴𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 − 𝑃𝑎𝑠𝑖𝑣𝑜𝑠 Según el principio de funcionamiento − 𝐷𝑖𝑔𝑖𝑡𝑎𝑙 − 𝐴𝑛𝑎𝑙ó𝑔𝑖𝑐𝑜 − 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟𝑎𝑙 Según el tipo de señal que generan − 𝑂𝑁 − 𝑂𝑓𝑓 − 𝐷𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 Según el rango de valores que proporcionan − 𝐷𝑖𝑠𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜𝑠 − 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 − 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑙𝑖𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 Según el nivel de integración −𝑀𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑜𝑠 − 𝐸𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠 − 𝑀𝑎𝑔𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑜𝑠 − 𝑇é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠 − 𝐴𝑐ú𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜𝑠 − 𝑈𝑙𝑡𝑟𝑎𝑠ó𝑛𝑖𝑐𝑜𝑠 − 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠 − Ó𝑝𝑡𝑖𝑐𝑜𝑠 − 𝐿𝑎𝑠𝑒𝑟 Según el tipo de variable física medida Sensores
  • 32. Datos/Observaciones Sensores - Características Rango de medida: Dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. Offset o desviación de cero: Valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.
  • 33. Datos/Observaciones Sensores - Características Precisión: Capacidad del sensor de repetir el mismo valor en varias mediciones. Exactitud: Capacidad del sensor de dar valores que se aproximen al valor verdadero.
  • 34. Datos/Observaciones Sensores - Características Histéresis: La Histéresis es un ERROR. Se expresa como la máxima diferencia en la salida cuando los valores de la entrada se aproximan de forma creciente y luego decreciente. Linealidad o correlación lineal: Es la capacidad de aproximarse un curva o una salida a una recta (Casi ningún sensor tiene respuesta lineal).
  • 35. Datos/Observaciones Sensores - Características Umbral: Es el mínimo valor de la entrada que es detectado a la salida. Ocurre cuando iniciamos nuestro proceso de medición hasta antes de ver cambios en la salida. Rapidez de respuesta: Puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.
  • 36. Datos/Observaciones Sensores - Características Sensibilidad: Relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada. Resolución: Es la mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida. Repetibilidad: Indica la variación máxima que puede tener un sensor al hacer la misma medición con las mismas condiciones, es decir la misma temperatura ambiente, mismo sensor, mismo voltaje, etc.
  • 37. Datos/Observaciones Sensores - Características Repetibilidad: Indica la variación máxima que puede tener un sensor al hacer la misma medición con las mismas condiciones, es decir la misma temperatura ambiente, mismo sensor, mismo voltaje, etc. Ruido: Son las perturbaciones aleatorias que tienen los sensores a la hora de hacer las mediciones.
  • 38. Datos/Observaciones Sensores – Ejemplos Sensores de presión: Están basados en tecnología piezo- resistiva, combinada con microcontroladores que proporcionan una alta precisión. Sus aplicaciones incluyen instrumentos para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobación de motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado. Sensores de temperatura: Son componentes eléctricos y electrónicos que permiten medir la temperatura mediante una señal eléctrica determinada. Dicha señal puede enviarse directamente o mediante el cambio de la resistencia.
  • 39. Datos/Observaciones Sensores – Ejemplos Sensores de Humedad: Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa están configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Sensores de Velocidad: Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de sensores es la medición de la velocidad angular de los motores.
  • 40. Datos/Observaciones Actuadores Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso físico. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final.
  • 41. Datos/Observaciones Actuadores - Tipos 𝑯𝒊𝒅𝒓á𝒖𝒍𝒊𝒄𝒐 𝑵𝒆𝒖𝒎á𝒕𝒊𝒄𝒐 𝑬𝒍é𝒄𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐
  • 43. Datos/Observaciones Oleohidráulica Es la transmisión y control de fuerzas y movimientos mediante fluidos (prácticamente incompresibles) sometidos a presión. Hidráulica: Trabaja en general con fluidos. Oleohidráulica: Trabaja con aceites minerales. Tanto la hidráulica como la neumática son aplicaciones de transmisión de energía mediante fluidos. La neumática usa un gas fácilmente compresible como el aire o un gas puro apropiado mientras que la hidráulica usa un liquido relativamente incompresible como el aceite.
  • 44. Datos/Observaciones Hidráulica - Generalidades El flujo en un sistema hidráulico se produce desde una bomba de desplazamiento positivo. Existen tres principios relacionados al flujo: Primer principio: El flujo es lo que hace funcionar al sistema. Para que cualquier elemento en un sistema hidráulico se mueva, se debe suministrar flujo al actuador. Segundo principio: El caudal del flujo es el que determina la velocidad del sistema. El caudal del flujo se mide generalmente en galones por minuto (GPM). Los GPM son determinados por la bomba, es decir, los cambios en el flujo de salida de la bomba cambian la velocidad del actuador. Tercer principio: Con un caudal de flujo determinado, los cambios en el desplazamiento de volumen del actuador cambian la velocidad del actuador. Es decir, si hay menos volumen para desplazar, los ciclos del actuador serán mas rápidos.
  • 45. Datos/Observaciones Actuadores Hidráulicos - Bombas Bomba de Pistón Bomba de Paletas Bomba de Engranajes
  • 46. Datos/Observaciones Actuadores Hidráulicos - Cilindros Doble Acción Doble Vástago Telescópico
  • 47. Datos/Observaciones Actuadores Hidráulicos - Motores Motor de Pistón Motor de Paletas Motor de Engranajes
  • 48. Datos/Observaciones Válvulas Hidráulicas y Electrohidráulicas Para el control preciso de la fuerza, existen seis tipos de controles de presión y estos son: - Válvula de alivio - Válvula de descarga - Válvula de secuencia - Válvula reductora de presión - Válvula de contrabalance - Válvula de frenado - Control de Flujo - Retención
  • 50. Datos/Observaciones Actuadores Eléctricos Los actuadores son dispositivos que llevan incorporado un motor eléctrico y un reductor que permite accionar cualquier dispositivo para llevar a cabo determinado movimiento u acción.
  • 51. Datos/Observaciones Actuadores Eléctricos Motor de Paso a Paso - De imanes permanente - De reluctancias variable - Híbridos Motor de Corriente Continua Motor de Corriente Alterna - Síncrono - Asíncrono
  • 53. Datos/Observaciones Acondicionamiento y Presentación Los acondicionadores son los elementos del sistema de medida que ofrecen, a partir de la señal de salida de un sensor electrónico, una señal apta para ser presentada o registrada o que simplemente permita un procesamiento posterior mediante un equipo o instrumento estándar. Como su nombre lo indica, se encargan de acondicionar señales para que el subsistema A/D pueda convertirlas en el dominio digital y luego mostrarlas, almacenarlas y analizarlas. Es decir, los acondicionadores de señal toman la señal del sensor, la procesan y la envían al subsistema A/D.
  • 54. Datos/Observaciones Acondicionamiento y Presentación “Los acondicionadores de señal son dispositivos que nos ayudan a convertir señales electrónicas a otra clase de señales”
  • 55. Datos/Observaciones Acondicionamiento y Presentación La señal de salida en un sistema de medición se debe procesar de la manera correcta. La señal en algunos casos puede ser muy pobre y necesita ser amplificada, podría existir interferencias que eliminar (filtrado), que no sea lineal y requerir linealización, ser analógica y requerir volverla digital o viceversa, ser un cambio en el valor de la resistencia, y convertirla a un cambio en corriente; consistir en un cambio de voltaje y convertirla en un cambio de corriente de magnitud adecuada, etcétera. Por lo tanto a todas estas modificaciones se les designa en general con el término acondicionamiento de señal.
  • 56. Datos/Observaciones Arquitectura de un Sensor Sistema de medida: También conocido como nodo sensor es la combinación de uno o más elementos, subconjuntos y partes necesarias para realizar una o varias medidas en donde existe correspondencia entre las relaciones numéricas y las relaciones entre las propiedades eléctricas. Muñoz, Tatiana & Ovalle, Demetrio & Montoya, Alcides. (2010). Hacia la Evaluación del Desempeño de un Modelo de Integración de Agentes Inteligentes & WSN a Través de Métricas.. Revista Colombiana de Computación. Figura 2. Arquitectura de un nodo sensor genérico.
  • 57. Datos/Observaciones Arquitectura de un Sensor Los nodos sensores que son dispositivos con recursos restringidos de energía, comunicación, memoria y capacidad de cómputo, cuya función principal es realizar la medición de un fenómeno específico y transmitir el resultado de la misma. Un nodo sensor podemos decir que estará constituido por cuatro componentes básicos: una unidad sensora, una unidad procesadora, una unidad transceptora, y una unidad de energía, aunque pueden tener también componentes adicionales dependiendo de su aplicación como un sistema de localización, un generador de energía o un movilizador
  • 58. Datos/Observaciones Instrumentos de Medición y Control En la industria, para llevar a cabo un proceso debe ser medido llevando un control de parámetros. Los instrumentos de control y medición son muy variados, aunque se pueden clasificar por función del instrumento y por la variable del proceso a medir.
  • 59. Datos/Observaciones Instrumentos de Medición y Control Indicadores: Estos instrumentos son utilizados para mostrar visualmente el valor presente de una cantidad medida, manejando un índice y una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Estos pueden ser análogos o digitales, en donde en estos últimos pueden incorporar sensores.
  • 60. Datos/Observaciones Instrumentos de Medición y Control Transmisores: Este instrumento asume una tarea altamente compleja. Debe captar la variable medida a través de un sensor y convertirla en una señal estándar para transmitir. Tenemos que tener en cuenta que para el proceso de transmisión, existen estándares, tanto para analógica como digital.
  • 61. Datos/Observaciones Instrumentos de Medición y Control Receptores: Estos son instrumentos que reciben las señales provenientes de los transmisores. Otros instrumentos como los registradores y controladores son considerados receptores.
  • 62. Datos/Observaciones Instrumentos de Medición y Control Convertidores: Diseñados para cambiar de una señal estándar a otro tipo de señal Los convertidores pueden ser de dos tipos: • Tipo P/I, utilizados para convertir señales de entrada neumática a señales eléctricas. • Tipo I/P, utilizados para convertir señales eléctricas en neumáticas.
  • 63. Datos/Observaciones Instrumentos de Medición y Control Controladores: Estos instrumentos regulan la variable controlada y la comparan con un valor predeterminado, ajustando la salida de acuerdo con la diferencia o resultado de la comparación. Gracias a esta comparación, se logran acciones correctivas. Los controladores también se usan para realizar estrategias de control secuencial. Es aquí cuando reciben el nombre de PLC o controlador lógico programable
  • 64. Datos/Observaciones Instrumentos de Medición y Control Interruptores de límite: Estos instrumentos captan el valor de cierta variable de proceso y cambian de estado cuando la variable excede cierto valor, actuando, en buena medida como interruptores de acción. Este tipo de instrumentos de medición y control son vitales para producir y asegurar tareas.
  • 65. Datos/Observaciones Elementos Finales de Control Los elementos finales de control son mecanismos que modifican el valor de una variable que ha sido manipulada como respuesta a una señal de salida desde un dispositivo de control automático es decir, se encarga de manipular alguna característica del proceso según lo ordenado por el controlador. Los elementos finales de control pueden ser una válvula de control, variadores de frecuencia y motores eléctricos, una servo-válvula, un relé, elementos calefactores de carácter eléctrico o un amortiguador
  • 66. Datos/Observaciones Elementos Finales de Control En la mayoría de los procesos las válvulas de control, son las usadas, si se trata de: controlar variables como flujo, presión, nivel, temperatura o mezcla cíe componentes. La mayoría de los flujos de fluidos son controlados por válvulas neumáticas o eléctricas, en otros casos se emplean bombas. Para servicios de gases a menudo se emplean válvulas especiales y para sólidos es común hablar de fajas transportadoras alimentadas y con control de velocidad electrónico.
  • 67. Datos/Observaciones Estructura General de un Sistema de Control Control Manual
  • 68. Datos/Observaciones Bibliografía Areny, R. Sensores y acondicionadores de señal Corona, L. & Abarca, G. (2014) Sensores y Actuadores, Larousse. Mares, J., Corona, L. & Abarca, G. (2016) Sensores y actuadores: Aplicaciones con Arduino. Grupo Editorial Patria. Mandado, E., Acevedo, J. Controladores Lógicos y autómatas programables, Marcombo Muñoz, Tatiana & Ovalle, Demetrio & Montoya, Alcides. (2010). Hacia la Evaluación del Desempeño de un Modelo de Integración de Agentes Inteligentes & WSN a Través de Métricas.. Revista Colombiana de Computación. 11. 98-113. Piedrahita, R. Ingeniería de la Automatización industrial. Ra-Ma Roldan, J. Motores eléctricos y automatismos de control, Paraninfo