TEMA 8_Sensores y Actuadores.pdf

8/18/2019 TEMA 8_Sensores y Actuadores.pdf

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GRADO EN ARQUITECTURA

NAVAL E INGENIERÍA MARITIMA

Electrónica y

Automática de controlaplicada al buque:

Sensores y actuadores


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Electrónica y Automática de control aplicada al buque: Sensores y actuadores

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Contenido

Concepto de sensor .......................................................................................................... 3

Características generales de los sensores ........................................................................ 5

Características estáticas ............................................................................................... 5

Características dinámicas ............................................................................................. 5

Sensores de posición ........................................................................................................ 6

Detectores de presencia o proximidad ........................................................................ 6

Detectores de proximidad inductivos ...................................................................... 7

Detectores de proximidad capacitivos ..................................................................... 8

Detectores de proximidad ópticos ......................................................................... 10

Detectores de proximidad ultrasónicos ................................................................. 11

Criterios de selección de los sensores de proximidad ........................................... 12

Detectores de Posición o Distancia ............................................................................ 13

Medidores de posición tipo Potenciómetros ......................................................... 13

Medidores de posición tipo Encoders .................................................................... 14

Medidores de posición tipo Sincros ....................................................................... 16

Medidores de pequeños desplazamientos ................................................................ 18Transformadores diferenciales ............................................................................... 18

Galgas extensiometricas ......................................................................................... 19

Galgas extensiometricas de semiconductor ........................................................... 21

Transductores Piezoeléctricos ................................................................................ 21

Transductores de velocidad........................................................................................ 22

Dinamo tacométrica ............................................................................................... 22

Generadores de impulsos ....................................................................................... 22Transductores de aceleración. Acelerómetros........................................................... 23

Transductores de Fuerza y Par ................................................................................... 24

Transductores de temperatura ...................................................................................... 25

Termostatos ................................................................................................................ 25

Termopares: ............................................................................................................... 25

Termoresistencias PT100: .......................................................................................... 26

Termoresistencia PTC y NTC: ...................................................................................... 27


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Pirómetros de radiación: ............................................................................................ 27

Transductores de presión ............................................................................................... 28

Transductores de caudal ................................................................................................ 29

Medidores por efecto venturi: ................................................................................... 29

Medidores por presión dinámica: .............................................................................. 29

Medidores por inducción: .......................................................................................... 31

Medidores de presión volumétricos: ......................................................................... 31

Transductores de nivel ................................................................................................... 32

Transductores todo o nada ........................................................................................ 32

Transductores por presión ......................................................................................... 32

Transductores por flotador ........................................................................................ 33

Transductores ultrasónicos ........................................................................................ 34

Accionamientos eléctricos .............................................................................................. 34

Relés y contactores ..................................................................................................... 34

Accionamientos hidráulicos y neumáticos ..................................................................... 37

Válvulas de control ..................................................................................................... 37

Cilindros .................................................................................................................. 37Cilindros de Doble Efecto: ...................................................................................... 39


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Concepto de sensor

Un sensor es un dispositivo capaz de convertir el valor de una magnitud física en una

señal eléctrica codificada, ya sea en forma analógica o digital. Podemos distinguir las

siguientes partes:

Sensor o captador. Convierte las variaciones de una magnitud física en una

señal eléctrica o magnética.

Bloque de tratamiento. Filtra, amplifica y linealiza la señal recogida por el

captador.

Etapa de salida. Amplificadores, interruptores y convertidores que adaptan la

señal al sistema de control.

Los sensores se pueden clasificar según diversos criterios:

Según el tipo de señal de entrada:

Analógicos. Dan como salida un valor de tensión (0-10 V) o corriente (4-24 A)

variables en forma continua, dentro del campo de medida.

Digitales. Dan como salida una señal codificada en forma de pulso, palabra

digital en binario, BCD, etc.

Todo-Nada (TON). Indican cuando la variable detectada rebasa un cierto límite.

Según la necesidad del captador de alimentación externa:

Pasivos. Necesitan alimentación.

Activos. No necesitan alimentación.

Según la magnitud física a detectar:

En cuanto a la naturaleza de la magnitud física a detectar, existe una gran variedad de

sensores en la industria (posición, presión, temperatura, caudal, nivel...).


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Según el principio de funcionamiento:

Los principios físicos en los que se basan los sensores son: cambios de resistividad,

electromagnetismo, piezoelectricidad, efecto fotovoltaico, termoelectricidad, etc.


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Características generales de los sensores

Características estáticas

Describen la actuación del sensor en régimen permanente, es decir, con cambios muy

lentos de la variable a medir.

Campo de medida. Rango de valores de la magnitud de entrada comprendido

entre un máximo y un mínimo detectables por un sensor.

Resolución. Mínima diferencia entre dos valores próximos que el sensor es

capaz de distinguir.

Precisión. Máxima desviación entre la salida del sensor y el valor teórico que

corresponda.

Linealidad. Existencia de una constante de proporcionalidad única entre la

señal eléctrica de salida y la señal física de entrada.

Repetibilidad. Máxima desviación entre valores de salida de medidas

repetitivas.

Sensibilidad. Indica la variación de la salida por unidad de la magnitud de

entrada.

=

Ruido. Perturbación aleatoria del sensor o del sistema de medida que produce

una desviación en la salida con respecto al valor teórico.

Histéresis. A igualdad de la magnitud de entrada, la salida depende de si dicha

entrada se alcanzó con cambios crecientes o decrecientes de la magnitud física

medida.

Características dinámicas

Describen la actuación del sensor en régimen transitorio.

Velocidad de respuesta. Capacidad de un transductor para que la señal de

salida siga sin retraso las variaciones de la señal de entrada. Parámetros:

Tiempo de retardo. Tiempo desde la aplicación de la señal de entrada hasta

que la salida alcanza el 10% de su valor permanente.

Tiempo de subida. Tiempo desde que la salida alcanza el 10% de su valor

permanente hasta que llega por primera vez al 90%.

Tiempo de establecimiento al 99%. Tiempo desde la aplicación de la

entrada hasta que la salida alcanza el régimen permanente con un ±1%.

Constante de tiempo. Tiempo empleado para que la salida alcance el 63%

del valor en régimen permanente.


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Respuesta frecuencial. Relación entre la sensibilidad y la frecuencia cuando la

entrada es una señal senoidal.

Estabilidad y derivas. Desviación de la salida al variar ciertos parámetros

exteriores distintos de los que se pretende medir, tales como condicionesambientales y alimentación eléctrica.

Sensores de posición

Permiten o posibilitan:

Detectar presencia de un objeto a una determinada distancia.

Medir distancia de un objeto respecto a un punto o eje.

Clasificación: Detectores de presencia o proximidad. Señal binaria que informa de la

existencia o no de un objeto.

Medidores de distancia o de posición. Señal analógica o digital que determina

la posición lineal o angular respecto a una referencia.

Transductores de pequeños desplazamientos. Diseñados para detectar

pequeñas deformaciones o movimientos.

Detectores de presencia o proximidad

Según el tipo de captador pueden ser:

Detectores inductivos

Detectores capacitivos

Detectores ópticos

Detectores ultrasónicos

Según el tipo de conexión pueden ser:

Dos hilos CC o CA: Salida por contacto libre de potencial de relé o por

interruptor estático (tiristor o triac). Tres hilos CC: Salida por transistor NPN o PNP. Un hilo común de alimentación y

carga, y otros dos independientes para carga y el otro polo de alimentación.

Cuatro o cinco hilos: Alimentación del sensor, y salida de contacto simple o

conmutado.


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Detectores de proximidad inductivos

Sirven para detectar la proximidad de piezas metálicas en un rango de distancia que va

desde 1 mm a 30 mm.

Están formados por una bobina concéntrica que está conectada a un circuito oscilador

L-C. La bobina que forma la cara sensible. Frente a un objeto metálico, la oscilación

disminuye y conmuta la salida

Su campo de aplicación más importante es como interruptor de final de carrera.

Algunas de sus características son:

Ausencia de contacto con el objeto.

Robustez mecánica.

Resistencia ante ambientes agresivos.

Resistencia a altas temperaturas.

Bajo coste.


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Detectores de proximidad capacitivos

Detectan materiales metálicos y no metálicos, en un rango de 3 mm a 20 mm.

Su funcionamiento se basa en un oscilador L-C, cuyo condensador constituye la cara

sensible. Cuando detecta un objeto, la capacidad aumenta conmutando la salida.

Sus aplicaciones son:


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Detectores de proximidad ópticos

Detectan todo tipo de objetos en un rango de 1 mm a 5 metros en modo reflexión

(Cabezal con emisor de luz y fotocélula de detección) y 500 metros en modo barrera

(Fuentes luminosas independientes del cabezal a detectar).

Principio de funcionamiento:

EMISOR: Diodo electroluminiscente (LED) que emite haz de luz invisible o invisible

(según longitud de onda).

RECEPTOR: Fototransistor que recibe el haz, conmutando la salida según el sistema.

Pueden ser de varios tipos:

Barrera. De largo alcance, precisos y fiables.

Réflex. Fáciles de instalar.

Réflex polarizado. Detección de objetos brillantes.

Proximidad. Detección de un solo lado.


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Sus características son:

Ausencia de contacto con el objeto.

Detección de objetos pequeños y muy pequeños.

Detección de móviles a gran velocidad.

Gran alcance (según modelo y sistema).

No influyen los campos electromagnéticos.

Detectores de proximidad ultrasónicos

Detectan materiales líquidos, en polvo o sólidos. Detectan con facilidad objetos

transparentes, como cristal o plástico.

Su funcionamiento está basado en la emisión-recepción de ondas ultrasónicas

determinando el tiempo entre la emisión de una señal y la recepción del eco. Cuandoel objeto interrumpe el haz, el nivel de recepción varia, conmutando la salida.

Sus aplicaciones son:

Control de niveles en tanques y depósitos.

Medida de distancias.

Detección de objetos transparentes.

No utilizables en ambientes con circulación violenta de aire o elevada

contaminación acústica.


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Criterios de selección de los sensores de proximidad

MATERIAL DISTANCIA TIPO DE DETECTOR

SOLIDO

METALICO< 50 mm INDUCTIVO

> 50 mmULTRASONICO U

OPTICO

NO METALICO< 50 mm CAPACITIVO

> 50 mmULTRASONICO U

OPTICO

POLVO OGRANULADOS

METALICO< 50 mm INDUCTIVO> 50 mm ULTRASONICO

NO METALICO< 50 mm CAPACITIVO

> 50 mm ULTRASONICO

LIQUIDOS

TRANSPARENTE< 50 mm CAPACITIVO> 50 mm ULTRASONICO

OPACO< 50 mm CAPACITIVO

> 50 mm OPTICO


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Detectores de Posición o Distancia

Podemos distinguir dos tipos:

Absolutos. Indican la posición respecto a un origen.

Incrementales. Detectan desplazamientos y posición final por acumulación de

estos respecto al origen.

Medidores de posición tipo Potenciómetros

El potenciómetro es un transductor de posición angular de tipo absoluto con salida

analógica. El movimiento del eje arrastra un cursor provocando cambio de la

resistencia eléctrica entre este y cualquiera de los extremos. Cuando se alimenta los

extremos con una tensión constante, aparece entre la toma intermedia y uno de los

extremos una tensión proporcional al ángulo girado a partir del origen,potenciómetros lineales.


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Medidores de posición tipo Encoders

Los encoders están formados por un rotor con uno o varios grupos de bandas opacas ytranslucidas alternadas y por una serie de captadores ópticos alojados en el estator

que detectan la presencia o no de banda opaca.

Existen dos tipos:

Incrementales: Dan un número determinado de impulsos por vuelta,

requiriendo un contador para determinar la posición a partir de un origen de

referencia.

Absolutos: Disponen de varias bandas en el rotor ordenadas según un código

binario. Los captadores ópticos captan un código digital completo de la posición

absoluta del rotor.

Encoders Incrementales

Una única banda de marcas transparentes/opacas, separadas una distancia fija

llamada paso “p”. El estator dispone de dos emisores-receptores ópticos decalados un

número entero de pasos más ¼ de paso. Al girar el rotor cada par óptico genera una

onda cuadrada, desfasadas ¼ de paso cuando gira en un sentido, y desfasadas ¾ de

paso cuando gira en sentido contrario. Discriminándose así el sentido de giro.


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Mediante un sistema lógico se puede determinar el desplazamiento a partir del origen

a base de contar impulsos, incrementando o decrementando en función del sentido de

giro.

La resolución depende del número de divisiones del rotor (N)

ó = 360°

Encoders Absolutos

Disponen de varias bandas dispuestas en forma de coronas circulares concéntricas. De

forma que en sentido radial el rotor queda dividido en una serie de sectores, con

combinaciones de opacos/transparentes que siguen el código binario de Gray. El

estator dispone de un captador óptico por cada sector, dispuestos en forma radial. Elcódigo Gray tiene la ventaja que en cada cambio de posición sólo permuta un bit.

Para N bandas (bits), la resolución es de:

ó = 360°2


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Medidores de posición tipo Sincros

Transductor de posición angular tipo electro-magnético. Se trata de un transformador

con uno de sus devanados rotativo. El primario está en el rotor, y es monofásico. El

secundario está en el estator, y es trifásico.

Cuando se aplica una tensión senoidal U1 en el primario, en el secundario trifásico

aparecen las siguientes tensiones:

=

∙ sin ∙ cos

= ∙ sin ∙ cos(23 − )

= ∙ sin ∙ cos(43 − )


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Normalmente se utilizan por pares, para generar una señal proporcional a la diferencia

de angular de ambos.

El sincro “maestro” se alimenta por el rotor. Dicho rotor es accionado mecánicamente.

El estator trifásico del “maestro” alimenta el estator trifásico del “esclavo”.

En el rotor monofásico del “esclavo” se genera una tensión que depende de la

desviación angular de ambos rotores:

= ∙ ∙ sin ∙ cos −


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Medidores de pequeños desplazamientos

Se utilizan en la medición de pequeños desplazamientos, deformaciones, rugosidad y

planitud de superficies, etc. Se emplean también unidos a sólidos deformables comotransductores indirectos de esfuerzos (fuerza y par).

Tipos de medidores de pequeños desplazamientos:

transformadores diferenciales.

galgas extensiométricas.

galgas de hilo

galgas de semiconductor

transductores piezoeléctricos.

medición de la carga de polarización medición de la frecuencia de polarización.

Transformadores diferenciales

Dispone de un primario y de dos secundarios idénticos acoplados magnéticamente

mediante un núcleo móvil. El núcleo se hace solidario al palpador o vástago que

detecta el movimiento. En reposo el núcleo está centrado entre los dos secundarios,

descentrándose al desplazarlo. Los dos secundarios se conectan en oposición, de

forma que en la posición de reposo las tensiones de ambos secundarios que son

iguales desfasadas 180º se anulan. Cuando el núcleo se desplaza, las tensiones dejan

de ser iguales, cambiando también el desfase, dejando de ser 0 la resultante. El

módulo y argumento de la tensión secundaria varía en función del desplazamiento.


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Galgas extensiométricas

Basan su funcionamiento en la variación de la resistencia de un hilo conductor

calibrado o, resistencias construidas a base de pistas semiconductoras. Se utilizan

combinadas con muelles o piezas deformables para medir esfuerzos mecánicos. En

reposo el núcleo está centrado entre los dos secundarios, descentrándose al

desplazarlo.

Galgas extensiometricas de hilo

Formada por un hilo conductor en forma de zigzag. Al deformarse la galga por verse

sometida a un esfuerzo, se produce un alargamiento del hilo y una disminución de su

sección, por lo tanto cambia su resistencia según la ley:

= ∙ = ∙

∙

Deben colocarse los lados largos en el sentido de la deformación que se quiere medir.La variación de la resistencia se produce por dos causas simultáneamente, longitud y

sección:

= ∙ ∙ − ∙ ∙ = ∙ ∙ − ∙ ∙ 2 ∙ ∙

∙

El módulo de Poisson, μ, se define por la siguiente expresión. Así que la expresión de la

variación de resistencia queda como:

= − //

= ∙ 1 + 2 ∙

La galga forma parte de un puente de medida diferencial para obtener la señal

eléctrica.


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Galgas extensiometricas de semiconductor

La variación de resistencia se produce simultáneamente por el efecto de alargamiento

y disminución de sección de las pistas semiconductoras y por efecto piezoeléctrico.

La variación de la resistencia obedece a la siguiente fórmula:

= 1 + 2 +

Donde “μ” es el módulo de Poisson, “E” es el módulo Young, y πe es el coeficiente de

piezorresistividad.

Transductores Piezoeléctricos

La piezoelectricidad es un fenómeno que ocurre en determinados cristales (cuarzo,

turmalina…) que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, en su masa adquieren unapolarización eléctrica y aparecen una diferencia de potencial y carga eléctrica en su

superficie. Esta propiedad se aprovecha para obtener sensores de deformación, o

indirectamente fuerza, par o presión.

El efecto se puede medir de dos formas:

Carga de polarización: Mediante un circuito eléctrico que proporcione unaseñal en función de la carga eléctrica.

Frecuencia de oscilación: Colocando el elemento en circuito con realimentación

positiva. La capacidad y por lo tanto, la frecuencia de resonancia varía cuando

el cristal se deforma.

= 12√

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/SchemaPiezo.gif


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Transductores de velocidad

Se utilizan en aquellos sistemas que requieren de un control de la dinámica del mismo.

Se dividen en dos grupos:

Analógicos. Basados en dinamos tacometricas.

Digitales. Basados en la detección de frecuencia de generador de pulsos.

Dinamo tacométricaUn generador de CC con excitación de imanes permanentes. La tensión generada

depende de la velocidad:

= = ∙

E es la f.e.m. a ω y En es la f.e.m. nominal, a ωn. K se expresa en V/rpm.

Generadores de impulsos

Basados en la detección de frecuencia de generadores de impulsos a base decaptadores ópticos o inductivos


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La velocidad es directamente proporcional a la frecuencia de la señal obtenida:

= ∙ 60

Donde “f” es la frecuencia en Hz, “n” es la velocidad en r.p.m. y “N” es nº de impulsos

por cada vuelta que proporciona el generador.

Transductores de aceleración. AcelerómetrosPuede obtenerse indirectamente como variación de la velocidad en el tiempo.

Existen transductores directos basados en la medición de la fuerza de inercia de una

masa conocida. El desplazamiento de la masa es leído por un sensor de

desplazamiento tipo transformador diferencial, piezoeléctrico o galga extensiométrica.

La deformación del muelle es proporcional a la aceleración, a= (k/m) x. Pero para

amortiguar el sistema dinámico se le incluye un amortiguador hidráulico de coeficiente

viscoso “f”.

De forma que la función de transferencia del sistema tras aplicar la transformada de

Laplace queda como:

=

+ +

/ = // ∙ + / ∙ + 1


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Transductores de Fuerza y Par

La fuerza y el par se mide siempre indirectamente a través de sensores de pequeños

desplazamientos como los que se han vistos anteriormente. Se colocan los sensores de

pequeños desplazamientos sobre piezas elásticas diseñadas de forma que se obtiene

una deformación proporcional al par o fuerza que se quiere medir.


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Transductores de temperatura

Son sensores empleados para medir la temperatura. Según su principio de

funcionamiento podemos distinguir tres grandes grupos:

Termostatos TON: Interruptores que conmutan a un cierto valor detemperatura, en general una cierta histéresis.

Termoresistencia: sensores pasivos de tipo analógico basados en el cambio deresistividad eléctrica con la temperatura de algunos metales osemiconductores.

Pirómetros de radiación: sensores analógicos utilizados para altas temperaturasbasados en la radiación térmica emitida por los cuerpos calientes.

Termostatos

Conmutan los contactos asociados al llegar a la temperatura de ajuste, pueden ser:

Bimetálicos: Conmutan por la diferencia de dilatación de dos metales.

Mercurios: Dilatación de líquidos.

Sensor analógico/digital: con comparador de histéresis.

Termopares:Sensores activos analógicos que basan su funcionamiento en el efecto SEEBECK,

consistente en aparición de una tensión eléctrica entre dos piezas de distintos metales

unidos o soldados, manteniendo los extremos a una misma temperatura inferior.

Midiendo la temperatura en la unión fría obtenemos con precisión la temperatura de

la unión caliente. La fuerza electromotriz generada depende de la diferencia de la

temperatura entre la unión fría y la unión caliente.

E=F (Tc-Tf )


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La tabla siguiente indica algunas de la uniones de metales ya leaciones mas utilizadas

en la contrucción de termopares, así como sus principales caracteristicas.

Termoresistencias PT100:

Sensor de temperatura consistente en un alambre de platino que a 0ºC tiene 100

ohmios de resistencia y que al aumentar la temperatura, aumenta su resistencia

eléctrica con la temperatura de acuerdo con la siguiente fórmula:

Rt=R0[1+α(Tt-T0)]

Las ondas PT100 aptas como sensores para un amplio margen de temperatura, que

van desde -250 ºC hasta 850ºC, con una muy buena linealidad entre -200 ºC y 500 ºC


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Termoresistencia PTC y NTC:

Las PTC (positive temperature coefficient) están

fabricadas a base de óxidos de bario y titanio. Son

poco lineales, como se puede ver las curvas. Se

utilizan en circuitos todo o nada.

Las NTC (negative temperature coefficient) están

fabricadas a base de óxidos de hierro, cromo,

cobalto, manganeso y níquel. Puede expresarse su

resistencia por la siguiente expresión:

R=Ae(B/T)

La figura muestra las características reales dedistintos tipos de NTC

Pirómetros de radiación:

Sensor de temperatura que mide la radiación que emite un cuerpo caliente. Todos loscuerpos producen radiación térmica, aunque esta solo es visible para temperaturas

por encima de 500 ºC.

La potencia total emitida por un cuerpo negro viene dada por la Ley de Stefan-Boltzmann: Qt = σ A T

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Conocida la geometría del cuerpo, se puede conocer su temperatura midiendo

la potencia radiada.

La potencia emitida por los cuerpos reales es menor que la del cuerpo negro.

Se relaciona mediante el coeficiente Ԑr. Hay dos tipos de pirómetros: De banda ancha o radiación total: de banda

estrecha o brillo.

Transductores de presión

Basan su funcionamiento en la deformación de un elemento elástico detectado por un

transductor de pequeñas deformaciones, y en la conversión de estas a una señal

eléctrica, proporcional a la presión. Lo más frecuente son los de diafragmas omembrana. El diafragma es una pared delgada que se deforma bajo una presión,

accionando el sensor de pequeñas deformaciones. Pueden efectuar dos tipos de

medidas: Presión absoluta (respecto al vacío) o diferencial (relativa).


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Transductores de caudal

Transductores que se basan en distintos principios de los fluidos, para convertir el

caudal medido en una magnitud eléctrica proporcional.

Medidores por efecto venturi:

Miden la diferencia de presión en dos puntos de una misma tubería, con distintas

secciones calibradas, que determina el caudal en base a unas relaciones determinadas.

Medidores por presión dinámica:

Se basan en el desplazamiento de un pistón o flotador sometido a la presión dinámica

de la corriente de fluidos. La medición del desplazamiento del pistón nos permite

determinar la presión dinámica:

q = ρ v ² / 2

Con la presión dinámica se calcula la velocidad y el caudal.


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Como variante de estos se pueden considerar los de turbina, donde la presión

dinámica hace girar un rodete. El giro de la turbina es proporcional al caudal.


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Medidores por inducción:

Se emplean en líquidos conductores y se basan en la Ley de Faraday. En el flujo del

líquido se produce una fuerza electromotriz proporcional a la longitud del conductor, a

su velocidad de desplazamiento y a la inducción del campo.

E=l(v^B)

No poseen partes en movimiento, luego no entorpece el flujo y no provoca perdida

de carga. Apto para líquidos corrosivos y viscosos. Si la tubería no está totalmente

llena o hay burbujas, la lectura presenta errores.

Medidores de presión volumétricos:

Se emplean para medir el caudal de gases, usando sistemas que mantengan presión y

temperaturas constantes, como el de disco oscilante o el de lóbulos.


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Transductores de nivel

Se utilizan para conocer el estado de llenado de depósito de líquidos o sólidos en

forma de grano. Hay dos métodos de detección de niveles:

Detección de varios niveles de referencia mediante varios sensores TON.

Detección de tipo analógico, obteniendo una señal proporcional a nivel.

Transductores todo o nada

Empleados en depósitos de los que se pretenden tener niveles fijos de referencia. Paralíquidos es frecuente usar con flotadores con contacto en mercurio, o si el líquido es

conductor dos electrodos sumergidos. Para sólidos o líquidos no conductores suelen

emplearse detectores capacitivos o fotoeléctricos.

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 lo contiene. La diferencia de

presiones entre el fondo y la superficie (Pf -Ps), es directamente proporcional al nivel

respecto a dicho fondo y al peso específico del líquido:

P f -Ps=ρ h

Disco oscilante Lóbulos


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En tanques abiertos el nivel es proporcional a la presión absoluta, en cambio en

tanques cerrados se deben utilizar transductores de presión diferencial.

Transductores por flotador

Emplean un flotador solidario a un sistema de palancas y unido a un sensor de

desplazamientos.


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Transductores ultrasónicos

El emisor emite una señal, que es reflejada por la superficie del fluido y recogida por el

receptor, situado junto al emisor. El tiempo total de ida y vuelta es proporcional a la

distancia y a la densidad del medio. Este tipo de detector es apto también paradetectar niveles de sólidos.

Accionamientos eléctricos

Relés y contactores

Equipo electromecánico de conexión, controlado mediante electroimán y con

funcionamiento todo o nada. La diferencia entre un relé y un contactor es la potencia

que es capaz de seccionar cada uno. Los contactores accionan grandes potencias

(motores y equipos >1 kW), y los relés se utilizan como elementos auxiliares para

accionar contactores u otros elementos de potencia, así como para hacer funciones

lógicas sencillas.

Las características más relevantes de relés y contactores son:


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Tensión de mando. Tensión de alimentación de la bobina de mando.

Potencia de mando. Potencia necesaria para accionar la bobina de mando.

Tensión de aislamiento Ui. Tensión de prueba entre circuitos de mando y

contacto. Tensión de empleo Ue. Tensión de trabajo de los contactos de potencia.

Corriente térmica Ith. Corriente máxima que pueden soportar los contactos una

vez cerrados sin sobrepasar los límites de calentamiento. No deben confundirse

con la corriente de empleo.

Corriente de empleo Ie. Es la corriente que el dispositivo es capaz de accionar o

interrumpir para cada tensión de empleo y con cargas resistivas.

Poder de corte. Se define por la corriente que el relé es capaz de accionar e

interrumpir para cada tipo de carga y para un numero de maniobras

determinado.

GENERAL (EN U) PARA C.C. (ROTATIVO) PARA C.A. (LINEAL EN E)


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Accionamientos hidráulicos y neumáticos

Válvulas de control

Permiten establecer la conexión neumática o hidráulica de los elementos. Dos partes:

Elemento de mando: Eléctrico(a, b), Manual (c, d), Fluido (e, f). Permiten la

conmutación. Dos tipos: Monoestables y biestables. Se encarga de conmutar la

conexión hidráulica o neumática entre conductos del circuito de potencia.

Circuito de potencia: Nº de posiciones y nº de vías. Las válvulas suelen

clasificarse atendiendo al número de posiciones distintas que permiten el

circuito de mando y al número de vías de entrada y/o de salida del circuito de

potencia en cada posición.

Cilindros

Son accionamientos que permiten obtener un movimiento lineal aplicando una presión

a un lado u otro del émbolo.


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Cilindros de Simple Efecto:

Permiten el accionamiento en un solo sentido y retornan automáticamente al origen

por la acción de un muelle. Mando con válvulas de tres vías.

Al alimentar eléctricamente la solenoide, accionado el pulsador, la válvula cambia de

posición, permitiendo el paso del aire o fluido a la cámara del cilindro. El cilindro seextiende y queda extendido mientras se mantiene pulsado el pulsador. Al soltar el

pulsador, la válvula vuelve a su posición de reposo (monoestable, retorno por muelle),

y el cilindro retorna por la acción muelle.


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Cilindros de Doble Efecto:

Permiten el accionamiento en ambos sentidos mediante potencia neumática o

hidráulica. Mando con válvulas de cuatro vías.

Al alimentar eléctricamente la solenoide, accionado el pulsador, la válvula cambia de

posición, permitiendo el paso del aire o fluido a la cámara izquierda del cilindro. El

cilindro se extiende y queda extendido aunque se suelte el pulsador (biestable). Al

alimentar eléctricamente la solenoide, accionado el pulsador, la válvula cambia de

posición, permitiendo el paso del aire o fluido a la cámara derecha del cilindro. El

cilindro se contrae y queda contraído aunque se suelte el pulsador (biestable).

Debemos recordar además que, debido a la sección del vástago, el empuje de los

cilindros de doble efecto no suele ser el mismo en ambas direcciones.

Sentido de salida del vástago: F S = K P SE

Sentido de entrada del vástago: F E = K P (SE -SV )


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