2.1 Sensores y transductores
Sensores y transductores
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar
magnitudes físicas o químicas, 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, movimiento, pH,
etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una
RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión
eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un
fototransistor), etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el 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. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el 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. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.
Terminología de funcionamiento
Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.
Precisión: es el error de medida máximo esperado.
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.
Linealidad o correlación lineal.
Sensibilidad de un sensor: suponiendo que es de entrada a salida y la variación de la magnitud de entrada.
Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a 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.
Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.
Desplazamiento, posición y proximidad.
Los sensores de desplazamiento miden la magnitud que se desplaza un objeto; los sensores de posición determinan la posición de un objeto en relación con un punto de referencia. Los sensores de proximidad son una modalidad de sensores de posición y determinan en qué momento un objeto se mueve dentro de una distancia crítica del sensor. Los anteriores son dispositivos cuyas salidas son, en esencia, del tipo todo o nada (encendido o apagado).
Al elegir un sensor de desplazamiento, posición o proximidad, deberá tener en cuenta lo siguiente:
La magnitud del desplazamiento: ¿estamos hablando de fracciones de milímetros, de varios milímetros o quizás de metros? En el caso de un sensor de proximidad ¿que tanto debe aproximarse un objeto para detectarlo?
Si el desplazamiento es lineal o angular, los sensores de desplazamiento lineal sirven para monitorear el grosor u otras dimensiones de materiales en forma de hoja, la separación de rodillos, la posición o la existencia de un parte, dimensiones de ésta, etc; los métodos de desplazamiento angular sirven para monitorear el desplazamiento angular de ejes.
La resolución que se necesita.
La exactitud que se necesita.
El material del que está hecho el objeto que se mide; algunos sensores sólo funcionan con materiales magnéticos, otros sólo con metales y algunos otros sólo con aislantes.
Los sensores de desplazamiento miden la magnitud que se desplaza un objeto; los sensores de posición determinan la posición de un objeto en relación con un punto de referencia. Los sensores de proximidad son una modalidad de sensores de posición y determinan en qué momento un objeto se mueve dentro de una distancia crítica del sensor. Los anteriores son dispositivos cuyas salidas son, en esencia, del tipo todo o nada (encendido o apagado).
Al elegir un sensor de desplazamiento, posición o proximidad, deberá tener en cuenta lo siguiente:
La magnitud del desplazamiento: ¿estamos hablando de fracciones de milímetros, de varios milímetros o quizás de metros? En el caso de un sensor de proximidad ¿que tanto debe aproximarse un objeto para detectarlo?
Si el desplazamiento es lineal o angular, los sensores de desplazamiento lineal sirven para monitorear el grosor u otras dimensiones de materiales en forma de hoja, la separación de rodillos, la posición o la existencia de un parte, dimensiones de ésta, etc; los métodos de desplazamiento angular sirven para monitorear el desplazamiento angular de ejes.
La resolución que se necesita.
La exactitud que se necesita.
El material del que está hecho el objeto que se mide; algunos sensores sólo funcionan con materiales magnéticos, otros sólo con metales y algunos otros sólo con aislantes.
El costo.
Los sensores de desplazamiento y de posición se
pueden clasificar en dos tipos básicos: sensores de contacto, en los cuales, el
objeto que se mide está en contacto mecánico con el sensor, y sensores sin
contacto, en los que no hay contacto físico entre el objeto y el sensor. En los
métodos de desplazamiento lineal por contacto, en general se utiliza un eje
sensor en contacto directo con el objeto que se monitorea. El desplazamiento de
este eje se monitorea mediante un sensor. Su movimiento se aprovecha para
provocar cambios de voltaje eléctrico resistencia, capacidad o
inductancia mutua. En el caso de los métodos de desplazamiento angular, en los
que se utiliza una conexión mecánica mediante la rotación de un eje, la
rotación del elemento transductor se activa directamente mediante engranajes.
En los sensores que no hay contacto se recurre al objeto medido en las
proximidades de dichos sensores, o quizá cambios en la presión del aire del
sensor, o quizá cambios de inductancia o capacitancia.
Sensores de Movimiento (Posición, Velocidad y
Aceleración)
1. Electromecánicos:
Una masa con un resorte y un amortiguador.
2. Piezo-eléctricos:
Una deformación física del material causa un cambio en la estructura cristalina y asícambian las características eléctricas.
1. Electromecánicos:
Una masa con un resorte y un amortiguador.
2. Piezo-eléctricos:
Una deformación física del material causa un cambio en la estructura cristalina y asícambian las características eléctricas.
3. Piezo-resistivos:
Una deformación física del material cambia el valor de las resistencias del puente.
Una deformación física del material cambia el valor de las resistencias del puente.
4. Capacitivos:
El movimiento paralelo de una de las placas del
condensador hace variar su capacidad.
5. Efecto Hall:
La corriente que fluye a través de un semiconductor depende de un campo magnético.Los sensores de movimiento permiten la
medida de la
fuerza gravitatoria estática
(cambios de inclinación), la
medida de la
aceleración dinámica
(aceleración, vibración y choques), y
la medida inercial de la velocidad y la posición
(la velocidad midiendo un eje y la posición midiendo los dos ejes).
Aplicaciones:
Aceleración / Desaceleración (Air Bag), Velocidad / Cambio de velocidad, Choques /Vibraciones, Detección prematura de fallos en un equipo en rotación, Detección y medida de manipulaciones,Actividad sísmica.
La corriente que fluye a través de un semiconductor depende de un campo magnético.Los sensores de movimiento permiten la
medida de la
fuerza gravitatoria estática
(cambios de inclinación), la
medida de la
aceleración dinámica
(aceleración, vibración y choques), y
la medida inercial de la velocidad y la posición
(la velocidad midiendo un eje y la posición midiendo los dos ejes).
Aplicaciones:
Aceleración / Desaceleración (Air Bag), Velocidad / Cambio de velocidad, Choques /Vibraciones, Detección prematura de fallos en un equipo en rotación, Detección y medida de manipulaciones,Actividad sísmica.
Sensores de Fuerza
Varía su resistencia interna conforme varía la fuerza aplicada al área sensible (la parte circular del sensor)
APLICACIONES
En dedos o pinzas de robot para medición de fuerza aplicada
En pies de robot para estabilización
Medición de peso (de baja precisión)
CARACTERÍSTICAS GENERALES:
Variación de resistencia inversamente proporcional a la fuerza aplicada (no lineal, ver especificaciones)
Usar partidor de voltaje para determinar resistencia y calcular fuerza
Seleccionar la resistencia fija del partidor de voltaje para diversas sensibilidades
Variación de resistencia de 200 Ohm a 100 kOhm
Variación de fuerza de 20 a 1000 g, dependiendo del modelo
Tamaños de superficie según el modelo: 5mm, 12.7 mm, 38 mm
Espesor delgado de 0.3 mm con superficie posterior adhesiva
Sensores de presión y flujo de fluidos
El sensor de flujo es un dispositivo que, instalado en línea con una tubería, permite determinar cuándo está circulando un líquido o un gas.
Estos son del tipo apagado/encendido; determinan cuándo está o no circulando un fluido, pero no miden el caudal. Para medir el caudal se requiere un caudalímetro.
Los mas comunes son:
De pistón:
Es el más común de los sensores de flujo. Este tipo de sensor de flujo se recomienda cuando se requiere detectar caudales entre 0,5 LPM y 20 LPM.
Consiste en un pistón que cambia de posición, empujado por el flujo circulante. El pistón puede regresar a su posición inicial por gravedad o por medio de un resorte.
El pistón contiene en su interior un imán permanente. Cuando el pistón se mueve el imán se acerca y activa un reed switch, que cierra o abre (según sea la configuración) el circuito eléctrico.
El área entre el pistón y la pared del sensor determina su sensibilidad, y por ende a qué caudal se activará el sensor.
De paleta (compuerta):
Este modelo es recomendado para medir grandes caudales, de más de 20 LPM.
Su mecanismo consiste en una paleta que se ubica transversalmente al flujo que se pretende detectar. El flujo empuja la paleta que está unida a un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor de flujo y apaga o enciende un interruptor en el exterior del sensor.
Para ajustar la sensibilidad del sensor se recorta el largo de la paleta.
De elevación (tapón):
Este modelo es de uso general. Es muy confiable y se puede ajustar para casi cualquier caudal.
Su mecanismo consiste en un tapón que corta el flujo. Del centro del tapón surge un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor. Ese eje empuja un interruptor ubicado en el exterior del sensor.
Para ajustar la sensibilidad del sensor se perforan orificios en el tapón.
Sensores de temperatura
Varía su resistencia interna conforme varía la fuerza aplicada al área sensible (la parte circular del sensor)
APLICACIONES
En dedos o pinzas de robot para medición de fuerza aplicada
En pies de robot para estabilización
Medición de peso (de baja precisión)
CARACTERÍSTICAS GENERALES:
Variación de resistencia inversamente proporcional a la fuerza aplicada (no lineal, ver especificaciones)
Usar partidor de voltaje para determinar resistencia y calcular fuerza
Seleccionar la resistencia fija del partidor de voltaje para diversas sensibilidades
Variación de resistencia de 200 Ohm a 100 kOhm
Variación de fuerza de 20 a 1000 g, dependiendo del modelo
Tamaños de superficie según el modelo: 5mm, 12.7 mm, 38 mm
Espesor delgado de 0.3 mm con superficie posterior adhesiva
Sensores de presión y flujo de fluidos
El sensor de flujo es un dispositivo que, instalado en línea con una tubería, permite determinar cuándo está circulando un líquido o un gas.
Estos son del tipo apagado/encendido; determinan cuándo está o no circulando un fluido, pero no miden el caudal. Para medir el caudal se requiere un caudalímetro.
Los mas comunes son:
De pistón:
Es el más común de los sensores de flujo. Este tipo de sensor de flujo se recomienda cuando se requiere detectar caudales entre 0,5 LPM y 20 LPM.
Consiste en un pistón que cambia de posición, empujado por el flujo circulante. El pistón puede regresar a su posición inicial por gravedad o por medio de un resorte.
El pistón contiene en su interior un imán permanente. Cuando el pistón se mueve el imán se acerca y activa un reed switch, que cierra o abre (según sea la configuración) el circuito eléctrico.
El área entre el pistón y la pared del sensor determina su sensibilidad, y por ende a qué caudal se activará el sensor.
De paleta (compuerta):
Este modelo es recomendado para medir grandes caudales, de más de 20 LPM.
Su mecanismo consiste en una paleta que se ubica transversalmente al flujo que se pretende detectar. El flujo empuja la paleta que está unida a un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor de flujo y apaga o enciende un interruptor en el exterior del sensor.
Para ajustar la sensibilidad del sensor se recorta el largo de la paleta.
De elevación (tapón):
Este modelo es de uso general. Es muy confiable y se puede ajustar para casi cualquier caudal.
Su mecanismo consiste en un tapón que corta el flujo. Del centro del tapón surge un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor. Ese eje empuja un interruptor ubicado en el exterior del sensor.
Para ajustar la sensibilidad del sensor se perforan orificios en el tapón.
Sensores de temperatura
La temperatura tiene una importancia fundamental en numerosos procesos industriales. Por ello, es imprescindible disponer de una medición precisa.
Las temperaturas inexactas pueden tener graves consecuencias, como la reducción de la vida útil del equipo si sufre un sobrecalentamiento de unos grados. Para ayudarle a marcar la diferencia, la gama Danfoss incluye transmisores y sensores de temperatura.
Características:
Alto grado de protección contra la humedad;
Medición de temperaturas entre – 50 ºC y 800 ºC;
Punta de medición fija o intercambiable;
Elemento de resistencia Pt 100 / Pt 1000, NTC / PTC y termopares;
Disponible con transmisor incorporado;
Disponible con homologaciones marinas.
Sensores de luz Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que “ve” la luz generada por el emisor. Todos los diferentes modos de sensado se basan en este principio de funcionamiento. Están diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas.
Los sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una señal de salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz incluye un transductor fotoeléctrico para convertir la luz a una señal eléctrica y puede incluir electrónica para condicionamiento de la señal, compensación y formateo de la señal de salida.
El sensor de luz más común es el LDR -Light Dependant Resistor o Resistor dependiente de la luz-.Un LDR es básicamente un resistor que cambia su resistencia cuando cambia la intensidad de la luz. Existen tres tipos de sensores fotoeléctricos, los sensores por barrera de luz, reflexión sobre espejo o reflexión sobre objetos.
2.2 Acondicionamiento de señales
Informacion en el link, (pdf)
2.2 Acondicionamiento de señales
2.2 Acondicionamiento de señales
2.3 Sistemas de actuación
Introducción
Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado.
Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y de gas. Existen 3 tres tipos de actuadores: Los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, pero es muy costosa. Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatos mecánicos y electrónicos.
Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas.
Actuadores Eléctricos
Se le da el nombre de actuadores eléctricos cuando se usa la energía eléctrica para que se ejecuten sus movimientos.Funcionamiento
El proceso bajo control, la acción que se tiene que llevar a cabo y la velocidad con que ésta deba realizarse, son factores que influyen en la clase de actuador que se ha de utilizar.
Los dispositivos eléctricos ofrecen una mayor exactitud y repetitividad, necesitan de un menor espacio de piso y, como consecuencia, son muy adecuados para el trabajo preciso, como el ensamblaje.
Por lo general, los robots se pueden accionar con un acondicionamiento eléctrico, por medio de los motores paso a paso o de los servomotores. Una salida de un motor paso a paso consiste en incrementos de movimiento angular discreto iniciado por una serie de pulsos eléctricos discretos.
Características
A continuación se describen algunas características de actuadores electrónicos más usuales.
Motores de corriente continúa
* Estator (imanes) y rotor.
* Interacción entre campo magnético y eléctrico provoca movimiento.
* Velocidad giro proporcional a V.
* Compra: a más corriente más par.
* Eficientes para girar con poca fuerza y gran velocidad.
Servo motores
* Capaces de colocarse en una posición.
Modo de comunicación
El actuador representa la interfaz entre el sistema de control de proceso y la válvula.
Los comandos de control transmitidos de forma binaria, analógica o a través de bus de campo deben ser analizados por el actuador para así posicionar la válvula; a la inversa, el sistema de control de proceso espera una respuesta del actuador.
Ésta puede producirse en forma de mera respuesta de estado a través de las señales binarias de salida.
Actuadores Mecánicos
Los actuadores mecánicos son dispositivos que transforman el movimiento rotativo a la entrada, en un movimiento lineal en la salida. Los actuadores mecánicos aplicables para los campos donde se requiera movimientos lineales tales como: elevación, traslación y posicionamiento lineal.
TIPOS DE ACTUADORES MECÁNICOS
Tipo de actuador mecánico | Descripción |
Actuadores hidráulicos | Los actuadores hidráulicos son los que han de utilizar un fluido a presión, generalmente un tipo de aceite, para que el robot pueda movilizar sus mecanismos. Los actuadores hidráulicos se utilizan para robots grandes, los cuales presentan mayor
velocidad y mayor resistencia mecánica. |
Actuadores neumáticos | Solo resta hablar de aquellos robots que se valen de los actuadores neumáticos para realizar sus funciones. En los actuadores neumáticos se comprime el aire abastecido por un compresor, el cual viaja a través de mangueras. Los robots pequeños están diseñados para funcionar por medio de actuadores neumáticos. |
Funcionamiento.
Es importante comprender el funcionamiento de los actuadores para su correcta aplicación.
Funcionamiento del actuador Rotatorio
El objetivo final del actuador rotatorio es generar un movimiento giratorio. El movimiento debe estar limitado a un ángulo máximo de rotación. Normalmente se habla de actuadores de cuarto de vuelta, o 90º; fracción de vuelta para ángulos diferentes a 90º.
Actuadores Neumaticos
Para hacer funcionar el actuador neumático, se conecta aire comprimido a uno de los lados del émbolo o veleta (en adelante, solo “émbolo”) generando una fuerza en sentido de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro o el cuerpo. Mediante un dispositivo mecánico que puede ser el conjunto piñón y cremallera, yugo escocés, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del émbolo.
Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado.
Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y de gas. Existen 3 tres tipos de actuadores: Los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, pero es muy costosa. Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatos mecánicos y electrónicos.
Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas.
Actuadores Eléctricos
Se le da el nombre de actuadores eléctricos cuando se usa la energía eléctrica para que se ejecuten sus movimientos.Funcionamiento
El proceso bajo control, la acción que se tiene que llevar a cabo y la velocidad con que ésta deba realizarse, son factores que influyen en la clase de actuador que se ha de utilizar.
Los dispositivos eléctricos ofrecen una mayor exactitud y repetitividad, necesitan de un menor espacio de piso y, como consecuencia, son muy adecuados para el trabajo preciso, como el ensamblaje.
Por lo general, los robots se pueden accionar con un acondicionamiento eléctrico, por medio de los motores paso a paso o de los servomotores. Una salida de un motor paso a paso consiste en incrementos de movimiento angular discreto iniciado por una serie de pulsos eléctricos discretos.
Características
A continuación se describen algunas características de actuadores electrónicos más usuales.
Motores de corriente continúa
* Estator (imanes) y rotor.
* Interacción entre campo magnético y eléctrico provoca movimiento.
* Velocidad giro proporcional a V.
* Compra: a más corriente más par.
* Eficientes para girar con poca fuerza y gran velocidad.
Servo motores
* Capaces de colocarse en una posición.
Modo de comunicación
El actuador representa la interfaz entre el sistema de control de proceso y la válvula.
Los comandos de control transmitidos de forma binaria, analógica o a través de bus de campo deben ser analizados por el actuador para así posicionar la válvula; a la inversa, el sistema de control de proceso espera una respuesta del actuador.
Ésta puede producirse en forma de mera respuesta de estado a través de las señales binarias de salida.
Actuadores Mecánicos
Los actuadores mecánicos son dispositivos que transforman el movimiento rotativo a la entrada, en un movimiento lineal en la salida. Los actuadores mecánicos aplicables para los campos donde se requiera movimientos lineales tales como: elevación, traslación y posicionamiento lineal.
TIPOS DE ACTUADORES MECÁNICOS
Tipo de actuador mecánico | Descripción |
Actuadores hidráulicos | Los actuadores hidráulicos son los que han de utilizar un fluido a presión, generalmente un tipo de aceite, para que el robot pueda movilizar sus mecanismos. Los actuadores hidráulicos se utilizan para robots grandes, los cuales presentan mayor
velocidad y mayor resistencia mecánica. |
Actuadores neumáticos | Solo resta hablar de aquellos robots que se valen de los actuadores neumáticos para realizar sus funciones. En los actuadores neumáticos se comprime el aire abastecido por un compresor, el cual viaja a través de mangueras. Los robots pequeños están diseñados para funcionar por medio de actuadores neumáticos. |
Funcionamiento.
Es importante comprender el funcionamiento de los actuadores para su correcta aplicación.
Funcionamiento del actuador Rotatorio
El objetivo final del actuador rotatorio es generar un movimiento giratorio. El movimiento debe estar limitado a un ángulo máximo de rotación. Normalmente se habla de actuadores de cuarto de vuelta, o 90º; fracción de vuelta para ángulos diferentes a 90º.
Actuadores Neumaticos
Para hacer funcionar el actuador neumático, se conecta aire comprimido a uno de los lados del émbolo o veleta (en adelante, solo “émbolo”) generando una fuerza en sentido de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro o el cuerpo. Mediante un dispositivo mecánico que puede ser el conjunto piñón y cremallera, yugo escocés, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del émbolo.
Actuador Rotatorio Eléctrico
Para hacer funcionar el actuador eléctrico, se debe energizar los bornes correspondientes para que el motor actúe en la dirección apropiada. Usualmente vienen con un controlador local o botonera que hace este proceso más sencillo.
Sin embargo para la automatización remota del actuador, se debe considerar el diagrama de cableado que viene con el actuador. Las conexiones deben considerar fuerza, señales de límites de carrera y torque, señales análogas o digitales de posición y torque, etc.
Características.
Entre las características más importantes que podemos encontrar en los distintos tipos de actuadores mecánicos son:
Tipo de actuador | Características |
Neumáticos | * Compresores y depósitos de aire * Sistemas de preparación del aire comprimido * Actuadores neumáticos * Válvulas neumáticas * Otros elementos y accesorios … |
Hidráulico | * Bombas hidráulicas * Acumuladores * Actuadores hidráulicos * Válvulas hidráulicas * Otros elementos y accesorios … |
Modo de comunicación.
Por lo general, los actuadores hidráulicos se
emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples
posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para
suministro de energía, así como de mantenimiento periódico.
Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
| Actuador Neumático | Actuador Hidráulico |
Fuerza Generadora de Movimiento | Presión de aire | Presión hidráulica |
Elemento Motriz | Émbolo, Pistón o Veleta | Émbolo, Pistón o Veleta |
Transmisión de Fuerza o Torque | Eje o Cremallera | Eje |
Conversión mecánica | Yugo o Piñón | Yugo o Piñón |
Ejemplos de Actuadores:
* E l canal de panamá
* Sistema de seguimiento escola
Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
| Actuador Neumático | Actuador Hidráulico |
Fuerza Generadora de Movimiento | Presión de aire | Presión hidráulica |
Elemento Motriz | Émbolo, Pistón o Veleta | Émbolo, Pistón o Veleta |
Transmisión de Fuerza o Torque | Eje o Cremallera | Eje |
Conversión mecánica | Yugo o Piñón | Yugo o Piñón |
Ejemplos de Actuadores:
* E l canal de panamá
* Sistema de seguimiento escola
Actuadores neumáticos
A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.
En esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han recibido mucha atención.
De Efecto simpleCilindro Neumático
Actuador Neumático De efecto Doble
Con engranaje
Motor Neumático Con Veleta
Con pistón
Con una veleta a la vez
Multiveleta
Motor Rotatorio Con pistón
De ranura Vertical
De émbolo
Fuelles, Diafragma y músculo artificial
Cilindro de Simple Efecto
ACTUADORES HIDRAULICOS
Con pistón
Con una veleta a la vez
Multiveleta
Motor Rotatorio Con pistón
De ranura Vertical
De émbolo
Fuelles, Diafragma y músculo artificial
Cilindro de Simple Efecto
ACTUADORES HIDRAULICOS
Los actuadores hidráulicos son los que han de utilizar un fluido a presión, generalmente un tipo de aceite, para que el sistema donde sea utilizado pueda movilizar sus mecanismos. Los actuadores hidráulicos se utilizan para maquinarias grandes, las cuales presentan mayor velocidad y mayor resistencia mecánica.
Para las aplicaciones que exijan una carga útil, el dispositivo hidráulico es el sistema a elegir. Los altos índices entre potencia y carga, la mayor exactitud, la respuesta de mayor frecuencia con un desempeño más suave a bajas velocidades y el amplio rango de velocidad, son algunas de las ventajas del acondicionamiento hidráulicos sobre los actuadores neumáticos.
La presión es aplicada de la misma manera que la neumática en un émbolo que se encuentra dentro de un compartimiento hermético. Este se encuentra acoplado mecánicamente a un vástago que se mueve linealmente de acuerdo a la presión aplicada. Los cálculos para la fuerza ejercida por un cilindro hidráulico son las mismas que para los cilindros neumáticos.
Sin embargo, poseen una diferencia fundamental; el cilindro hidráulico del mismo tamaño que el neumático produce una mayor fuerza. Las principales aplicaciones la podemos encontrar en máquinas troqueladoras, en cargadores y en maquinarias pesada para obras civiles.
Para la aplicación de los actuadores hidráulicos, se necesita de una bomba que envíen al líquido también
a presión a través de una tubería o de mangueras especiales para el transporte del mismo.
Estos actuadores son de poco uso en la industria si lo comparamos con la acogida de los actuadores neumático y eléctrico; esto se debe entre otras cosas a los grandes requisitos para el espacio de piso y las condiciones de gran riesgo provenientes del escurrimiento de fluidos de alta presión.
En esta clase de actuadores también encontramos cilindros de simple o de doble efecto y en cuanto a los elementos de control y protección son muy similares a los sistemas neumáticos.
2.4
Modelado de sistemas básicos
Modelado de sistemas básicos
Modelo matemático para estudiar el comportamiento
de los sistemas se utilizan modelo matemático, que se representan por
ecuaciones, las cuales describen las relaciones entre la entrada y la salida de
un sistema y que también se aprovechas para predecir el comportamiento en un
sistema.
Elementos
básicos de un sistema mecánico, los elementos básicos que se utilizan para
representar sistemas mecánicos, son los resortes amortiguadores y masas en
realidad el sistema mecánico no tiene que estar hecho de esos elementos, sino
poseer las propiedades de rigidez (se representa por resortes) el
amortiguamiento de inercia (masa).
La
rigidez se representa mediante la función: F = Kx
El amortiguamiento se representa por : F = V
C
La
masa se representa por : F= ma = M [D(^2)x/DT(^2)]
Sistemas rotacionales
En
un sistema mecánico los elementos básicos son el resorte amortiguador y la
masa, pero si existiría una rotación estos elementos cambiarían por el resorte
de tensión, amortiguador giratorio y momento de inercia. Con estos elementos la
entrada es el torque y la salida el movimiento
angular.
El amortiguador giratorio: T = CW = C[D0/DT]
El momento de inercia: T = Ia
El amortiguador giratorio: T = CW = C[D0/DT]
El momento de inercia: T = Ia
En los sistemas eléctricos los elementos básicos
con los inductores, capacitores y resistencias. En el inductor se da la
diferencia de potencial u y se representa con : V =L [di/dt]. En un capacitor,
la diferencia de potencial depende de la carga de las placas y del capacitor en
su determinado momento y se representa con: v = q/c En una resistencia, la
diferencia de potencial v en un instante dado dependerá de la corriente i que
circule por ella es decir : V = Ri
Los elementos básicos de los sistemas eléctricos y
mecánicos presentan mucha similitud por ejemplo en la resistencia eléctrica no
acumula corriente sino la disipa y en el amortiguador este elemento también
disipa la energía.
Elementos básicos en sistema de fluidos, al igual
que en los elementos anteriores. En el sistema de fluidos hay 3 elementos
básicos los cuales se puede considerar el equivalente de la resistencia
eléctrica, la capacitancia y la inductancia. En estos sistemas la entrada es
equivalente de la corriente eléctrica, que es el flujo volumétrico y la salida
el equivalente de diferencial de presión, que es la diferencia de presiones.
En los sistemas de fluidos se pueden considerar 2
categorías básicas
- Hidráulicas:
donde el fluido es un líquido no comprensible.
- Neumáticos:
los cuales contienen gas compresible.
Los sistemas Hidráulicos tienen ciertos elementos:
la resistencia hidráulica esta presente en un líquido cuando fluye atreves de
una válvula o debido a los cambios de diámetro de la tubería. La capacitancia
hidráulica es la energía almacenada en un líquido cuando se almacena en forma
de energía potencial y la inercia hidráulica que es la fuerza que se requiere
para acelerar un líquido.
Los sistemas Neumáticos tienen ciertos elementos:
la resistencia neumática que está definida como la función de gasto másico y la
diferencia de presión, la capacitancia neumática esta se debe a la
comprensibilidad de los gases y la inercia neumática que es la caída de presión
necesaria para acelerar un bloque de gas.
Elementos básicos en los sistemas térmicos.
En los sistemas térmicos hay 2 elementos básicos
los cuales son la resistencia y la capacitancia. En donde la resistencia
eléctrica depende del modo de la transferencia calorífica. La capacitancia
térmica es la medida de almacenamiento de energía interna en un sistema.
2.5 Microprocesadores
Microprocesadores (video link)
El microprocesador (o simplemente procesador) es el
circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de
ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Es
un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos.
Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como
microcomputador.
Es el encargado de ejecutar los programas; desde el
sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones
programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y
lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas
binarias y accesos a memoria.
Esta unidad central de procesamiento está
constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad
aritmético lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante(conocida
antiguamente como «co-procesador matemático»).
El microprocesador está conectado generalmente
mediante un zócalo específico de la placa base de la computadora; normalmente
para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de
refrigeración que consta de un disipador de calor fabricado en algún material
de alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más
ventiladores que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre
el ventilador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta
térmica para mejorar la conductividad del calor. Existen otros métodos más
eficaces, como la refrigeración líquida o el uso de células peltier para
refrigeración extrema, aunque estas técnicas se utilizan casi exclusivamente
para aplicaciones especiales, tales como en las prácticas de overclocking.
La medición del rendimiento de un microprocesador
es una tarea compleja, dado que existen diferentes tipos de "cargas"
que pueden ser procesadas con diferente efectividad por procesadores de la
misma gama. Una métrica del rendimiento es la frecuencia de reloj que permite
comparar procesadores con núcleos de la misma familia, siendo este un indicador
muy limitado dada la gran variedad de diseños con los cuales se comercializan
los procesadores de una misma marca y referencia. Un sistema informático de
alto rendimiento puede estar equipado con varios microprocesadores trabajando
en paralelo, y un microprocesador puede, a su vez, estar constituido por varios
núcleos físicos o lógicos. Un núcleo físico se refiere a una porción interna
del microprocesador cuasi-independiente que realiza todas las actividades de una
CPU solitaria, un núcleo lógico es la simulación de un núcleo físico a fin de
repartir de manera más eficiente el procesamiento. Existe una tendencia de
integrar el mayor número de elementos dentro del propio procesador, aumentando
así la eficiencia energética y la miniaturización. Entre los elementos
integrados están las unidades de punto flotante, controladores de la memoria
RAM, controladores de buses y procesadores dedicados de video.
2.6
Controladores lógicos programables (PLC)
Controladores
lógicos programables (PLC)
Un controlador lógico programable se define como un
dispositivo electrónico digital que usa una memoria programable para guardar
instrucciones y llevar a cabo funciones lógicas ( de secuencia, de
sincronización, de conteo etc.).
Los dispositivos de entrada y salida se conectan al PLC y de esta forma se monitorea la entrada y salida de acuerdo con el programa diseñado. Los PLC cuentan con características:
· robustos
· diseñados
para resistir vibraciones
· la
interfaz de entrada y salida esta dentro del controlador
· Es
mas fácil de programar
Los PLC constan de un CPU, una memoria y un
circuito de entrada y salida, La cpu controla todos los procesos dentro del PLC
y la memoria cuenta con dos elementos el ROM y la RAM.
La
forma básica de programación de los PLC es la programación escalera, esta
programación identifica cada una de las tares de un programa, como si fueran
los peldaños de una escalera y en cada peldaño se especifica una tarea.
La secuencia que sigue un PLC para realizar un
programas se resumen en
· Explicar
las entradas asociadas a un peldaño
· Solución
de la operación lógica en la entrada
· Encendido/apagado
la salida del peldaño
· Se
continua con el siguiente peldaño y se realizan la tareas 1, 2 y 3
· Se
continua con el siguiente peldaño y se realizan la tareas 1, 2 y 3
· Se
continua con el siguiente peldaño y se realizan la tareas 1, 2 y 3
Existen 2 métodos para el procesamiento de entrada
y salida
· Por
actualización continua
· Por
copiada masivo de entrada y salida
Programación
La
programación de un PLC mediante diagramas de escalera, consiste en la
elaboración de un programa de manera similar a un circuito de contactos
directos. Este diagrama consiste en 2 líneas verticales y una línea
horizontal y entre esa línea horizontal se coloca un entrada y salida.
Las funciones lógicas se obtienen con una
combinación de interruptores unas combinaciones son:
· AND(Y)
· OR(O)
· NOR(NO-O)
· NAND(NO-Y)XOR(O
EXCLUYENTE)
Mnemonicos
Otra manera de indicar un programa es traducir el
programa en instrucciones conocidas como memoria, en estos casos cada línea de
código corresponde a un elemento de escalera. Los mnemónicos difieren mucho
unos de otros .
Algunos ejemplos son
Algunos ejemplos son
· LD
· OUT
· AND
· OR
· …!
· ORI
· ANI
· LDI
· ANB
· ORB
· RST
· SHF
· K
· END
Temporizadores reveladores y contadores internos
Temporizadores
Para especificar un circuito de temporizador hay
que indicar cual es el intervalo de temporización, así como las condiciones o
eventos que producirán la activación y paro de dicho evento
Reveladores internos
Los términos reveladores auxiliar o marcador se refieren
a todo lo que se puede considerar un revelador interno de PLD. Estos
reveladores se utilizan con frecuencia en programas como muchas condiciones de
entrada o salida.
Controladores
Los controladores internos se usa cando es
necesario contabilizar las veces que se acciona un contacto.
Registros de corriente
Se
da cuando varios reveladores internos se agrupan para formar un registro que
sirve como memoria de secuencia de bits en serie, un registro de 4 bits se
formaría utilizando 4 registros y si se utilizan 8 se obtendrían un registro de
8 bits. Se utiliza el termino registro de control por que los bits se recorren
una posición cuando llega una entrada al registro, estos registros cuentan con
tres elementos: (CUT), (SFT) y (RST).
Controles
maestros
Los reveladores maestros controlan toda la
alimentación de todos los peldaños subsecuentes de la escalera, cuando una
señal de entrada cierra un contacto, se activa el controlador maestro y a
continuación cierra todos los grupos que controla.
Saltos
Este proceso se designa para que si existe cierta
condición se produzca cierta condición y active un salto en la secuencia de
ejecución del programa.
Manejo de datos
El manejo de datos se divide
Trasporte de datos: para desplazar datos, mediante
las instrucciones de desplazamiento de datos.
Comparación de datos: se utiliza cuando es
necesario que el PLC compare las señales de los 2 sensores antes de ejecutar
una acción.
Entradas y salidas analógicas
Algunos PLC cuentan común modulo de conversión de
señales analógicas a digitales en los cuales de entrada, así como un modulo
para conversiones de señales digitales a analógicas en los canales de salida.
Para la selección de los PLC se tiene que tener en
cuenta los siguientes aspectos:
Su capacidad de entrada y salida.
· Tipo
de entrada y salida que se requiere.
· Capacidad
de memoria.
· Velocidad
y capacidad de la CPU.
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