Automatización y Medición: Sensores, Actuadores y Control

Automatización y Medición

La Importancia de la Medición

La etapa más importante de la automatización es la medición. El sensor detecta fenómenos físicos y los transforma en señales. Es aquí donde se realiza la medición, crucial porque un error puede resultar en un producto no deseado. El ruido de medición (error) se genera en el sensor. La señal del sensor se envía al controlador.

El Controlador

El controlador compara el setpoint (SP) y el process value (PV). Envía una señal al actuador.

El Actuador

El actuador ejecuta la corrección y envía la señal al sistema.

El Sistema

En el sistema se generan las perturbaciones. Se realiza la retroalimentación negativa, comparando el PV con el SP para que el error se acerque a cero.

El Error

Error = SP - PV (ideal - real)

Control Total

Nunca hay un control total debido a tres errores:

• Inercia del actuador: Tiempo que tarda en cerrar la válvula desde que se envía la señal.
• Ruido de medición: Se genera en el sensor y se relaciona con la calibración ($), patrones y mantenimiento.
• Perturbaciones: Independientes, imprevistas, no se pueden evitar, se generan en el sistema (ej. temperatura).

Señales Analógicas y Discretas

• Analógicas: Magnitudes con valores infinitos.
• Discretas: Poseen dos valores: 0 y 1.

Estandarización

Las señales en la automatización están estandarizadas y se comunican por cable (señal eléctrica). El mejor lazo es 4-20mA, ya que no pierde información.

El Transmisor

El transmisor acondiciona la señal, mejorando la calidad del envío.

PT100

El PT100 tiene una sensibilidad de 0.39ohm y está compuesto de platino. Ofrece un buen balance entre costo, linealidad y sensibilidad.

Flujo y Caudal

Flujo: Cantidad de fluido que pasa por una unidad de tiempo.
Caudal: Velocidad del flujo.

Sensores de Flujo

• Placa orificio: Para todo tipo de flujos.
• Flujómetro magnético: Para líquidos conductivos.
• Flujómetro turbina: Para fluidos claros.

Nivel

Criterios para la medición de nivel:

• Sólido o fluido.
• No afectar la producción.
• Rango de medida.

Tipos de Medidores de Nivel

• Capacitivos: Detección y medición analógica.
• Ultrasonido: El ángulo de incidencia es crucial. Se trabaja con frecuencias de 20kHz.
• Flotadores: Primeros métodos para medir líquidos, solo detección.

Medidores de Presión

• Manómetro Bourdon: Se le aplica presión y deforma un tubo, indicando la presión con una aguja.
• Piezoeléctricos: El cuarzo genera voltaje por presión.
• Galgas extensiométricas: Metal que varía su elasticidad y resistividad.

Sensores de Proximidad

• Inductivos: Solo detectan metales.
• Capacitivos: Detectan cualquier objeto o nivel. Mayor probabilidad de fallar. Más utilizados.
• Finales de carrera: Detectan la posición del objeto a través del contacto.

Barreras de Luz

• Haz de luz: Se alinea el receptor con el emisor.
• Reflexión sobre espejo: Distancias cortas, receptor y emisor juntos.
• Reflexión sobre objeto: Detecta a través del tiempo de ida y vuelta de la luz.

Calibración

Se obtiene una curva de calibración que transforma la variable física y relaciona la variable medida con la señal entregada.