Sensores, Actuadores y Sistemas de Control: Tipos y Funcionamiento

Tipos de Sensores y su Funcionamiento

Sensores de Posición y Proximidad

• Conmutador final de carrera: Cambia de posición al ser accionada la palanca.
• Sensor capacitivo: Se basa en la variación del campo eléctrico entre las placas de un condensador. Puede variar por la distancia de sus placas o al modificar el material entre ellas.
• Sensor inductivo: Detecta la variación del flujo magnético creado por una bobina cuando un objeto metálico atraviesa el campo magnético.
• Sensor óptico: Consta de un emisor de luz y un receptor, ambos apuntando en la misma dirección. Su funcionamiento se basa en la capacidad de reflexión del objeto.
• Sensor de ultrasonidos: Utiliza ondas de alta frecuencia y mide el tiempo que tarda la onda en regresar para calcular la distancia de un objeto.

Sensores de Luminosidad

• Resistencia variable con luz (LDR o fotorresistencia): Su valor varía con la cantidad de luz que incide sobre ella.
• Fototransistor: Permite el paso de corriente del colector al emisor cuando recibe luz en la base.

Sensores de Temperatura

• Termistor: Se basa en la variación de la resistencia con la temperatura. Pueden ser NTC (disminuyen su resistencia al aumentar la temperatura) o PTC (aumentan su resistencia al aumentar la temperatura).
• Termopar: Se basa en el efecto Seebeck. Si se unen dos metales diferentes por un extremo y se calienta la unión, se produce una diferencia de potencial entre los extremos.

Sensores de Humedad

• Detector de humedad del suelo: Proporciona un valor de voltaje analógico en función del nivel de humedad que detecta entre dos terminales.
• Detector de temperatura ambiente y humedad relativa: Mide un rango de temperatura y un rango de humedad.

Sensores de Fuerza y Presión

• Galga extensiométrica: Se basa en la variación de la resistencia eléctrica de un conductor al deformarse cuando se aplica fuerza. Normalmente, consiste en un alambre fino dispuesto en forma de rejilla sobre un soporte flexible.
• Sensor piezoeléctrico: Se basa en la propiedad de ciertos materiales cristalinos de generar tensión eléctrica entre sus caras al aplicar fuerzas sobre ellas.

Sensores de Medida de Ángulos

• Potenciómetro: Se basa en la variación de la resistencia de un conductor en función de la longitud de este.
• Encoder/codificador rotatorio: Es un dispositivo que convierte el ángulo en un código digital.

Sensores de Movimiento

• Radar: Sirve para detectar la presencia de objetos y determinar la distancia a la que se encuentran mediante el empleo de ondas electromagnéticas.
• Sensor PIR (Sensor Infrarrojo Pasivo): Detecta la radiación infrarroja emitida por los cuerpos. Dispone de un sensor piezoeléctrico capaz de captar esta radiación y convertirla en una señal eléctrica.

Componentes de un Sistema Automatizado

Un sistema automatizado típico consta de los siguientes módulos:

• Módulo de entrada (Sensores): Recogen o detectan la variación de alguna magnitud física o química del entorno. La señal puede introducirse manualmente o automáticamente.
• Módulo de control: Procesa la señal de entrada y decide el funcionamiento del sistema. De este módulo dependen factores como la precisión del sistema, la velocidad de respuesta y la estabilidad.
• Módulo de salida (Actuadores): Realizan una acción de acuerdo con la señal recibida, en función del tipo de energía que utilizan (neumática, hidráulica, eléctrica o híbridos).

Perturbaciones: Son señales indeseables que afectan al comportamiento del sistema.

Tipos de Sistemas de Control

Sistema de Lazo Abierto

La señal de salida no tiene efecto sobre el proceso de control. Un ejemplo es un temporizador, que conecta o desconecta un dispositivo después de un tiempo programado. Está diseñado para realizar siempre el mismo proceso.

• Ventajas: Diseño simple y alta estabilidad.
• Desventajas: No es capaz de reaccionar ante cambios en el entorno y necesita calibraciones continuas para asegurar la precisión.

Sistema de Lazo Cerrado

La salida tiene efecto sobre el proceso de control. La señal de salida se realimenta, introduciéndose de nuevo en el sistema como una entrada más. Esta realimentación permite que el sistema de control ajuste los parámetros del proceso para obtener la salida deseada, incluso si hay variaciones o perturbaciones.

• Ventajas: Mayor precisión y capacidad de adaptación a cambios en el entorno.
• Desventajas: Mayor complejidad y posibilidad de inestabilidad si no está bien ajustado.