Transcript Automatización de Procesos Industriales

Sensores y Actuadores
Sensores de Presión y Nivel
SENSORES Y ACTUADORES
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Sensores de Presión
• Mecánicos.
• Electrónicos.
• Interruptores de presión. Salida On-Off.
• Transmisor de presión. Salida 4-20mA.
• Medición de presión.
• Medición de nivel.
• Medición de flujo.
SENSORES Y ACTUADORES
Presión Absoluta y
Manométrica
400 PSIS
100 PSI
85.3 PSIG
Presión
Sensor
Manométrica Sellado
Compuesto
Presión Atmosférica
Local (variable)
Vacío
Cero Absoluto (fijo)
30”Hg
SENSORES Y ACTUADORES
Presión
Absoluta
Presión Atmosférica
SENSORES Y ACTUADORES
Presión Absoluta
• El instrumento de presión indica 50
psig (manométrica)
• La presión barométrica local son 14 psi
• ¿Cuál es la presión absoluta?
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Solución
• Pa = Pg + Patm
• Pa = 50 psi + 14 psi
• Pa = 64 psia
SENSORES Y ACTUADORES
Ejemplo Físico de
Presión
Cambiando la relación entre A2 y A1, la fuerza F2 puede ser tan grande como
sea seguro para el pistón más grande. Los pistones grandes requieren mayor
transferencia de fluido y por tanto son más lentos.
F1
A1
A2
F2
En esta prensa hidraulica el cilindro pequeño tiene un área de 1 cm² y el
grande de 10 cm². Si se aplica una fuerza de 120 lbs al pistón pequeño,
¿Cuál será la fuerza en el pistón grande si despreciamos la fricción?
SENSORES Y ACTUADORES
Unidades de Medición
• La presión es la fuerza aplicada por
unidad de área.
• Unidades:
–
–
–
–
Libras por pie cuadrado
Newton por metro cuadrado (Pa)
Kilogramos por centímetro cuadrado
Kilogramos por metro cuadrado
SENSORES Y ACTUADORES
Interruptores de
presión mecánicos
SENSORES Y ACTUADORES
Interruptores de
presión de estado
sólido
SENSORES Y ACTUADORES
Tipo Diafragma
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Pistón Sellado
SENSORES Y ACTUADORES
Tubo Bourdón
SENSORES Y ACTUADORES
Celda de Medición
• Cerámica con
excelente estabilidad
• En caso de sobre
presión el diafragma
cuenta con soporte
en la base
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Encapsulado
SENSORES Y ACTUADORES
Histéresis Ajustable
Encendido
Salida del interruptor
Apagado
Presión Decreciendo
Cerrado
Hysteresis
Presión Incrementando
Abierto
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Rango del interruptor de presión
Histéresis es la diferencia entre el punto de encendido y
apagado. El ejemplo es un switch con un punto de
encendido en 70% del rango y apagado al 20% del
rango. Por tanto, la histéresis es 50% del rango.
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Salida analógica - mA
Salida Analógica
20
18
12
8
4
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Rango del Interruptor de Presión
Salida analógica de 4-20 mA. 4 mA corresponden a una
presión de 0% del rango y 20mA a la escala completa.
SENSORES Y ACTUADORES
Maquinado
SENSORES Y ACTUADORES
Aplicación en la Industria
Automotriz
• Acumulador:
Carga/Descarga de presión
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Sensores de Nivel
• Inventario de materiales:
– Sólidos
– Líquidos
• Medición de distancias
– Embobinado
– Colocación de material ó maquinaria
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Sensores de Nivel
• Mecánicos.
• Electrónicos.
• Interruptores de nivel. Salida On-Off.
• Transmisor de nivel. Salida 4-20mA.
• Medición con contacto.
• Medición sin contacto.
• Medición sin contacto/no intrusivos.
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Indicadores de Nivel
• Regletas
• Columna de vidrio
• Flotadores unidos a agujas indicadoras
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Interruptores de Nivel
• Proporcionan una salida ON/OFF
• Los contactos pueden ser:
– Normalmente Abiertos (NA). Cierran
cuando se alcanza su nivel de disparo.
– Normalmente Cerrados (NC). Abren
cuando se alcanza su nivel de disparo.
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Interruptores de Nivel para
Sólidos
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Interruptores de Paleta
• El giro de las paletas
se interrumpe con el
material
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Interruptores de Nivel para
Líquidos
• Uniones mecánicas
con contactos
On/Off
• Sensores de posición
para flotadores
• Sensores de
proximidad sin
contacto
• Sensores ópticos
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Transmisores de Nivel
• Proporcionan una salida que es
proporcional al nivel de material en un
recipiente.
• Las salidas pueden ser:
– Corriente: 4 a 20 mA, 0 a 20 mA
– Voltaje: 0 a 5 VCD, 0 a 10 VCD
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Presión hidrostática
• La medición de alta se
coloca en la parte
inferior del tanque
• Si el tanque es abierto el
lado de baja se deja
abierto
• Si el tanque es cerrado
el lado de baja se
conecta a la parte
superior del tanque
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Burbuja
• Se inyecta un flujo
constante de aire a la
parte inferior del
tanque.
• Se mide la presión
requerida para vencer
la presión de la
columna de nivel.
• Al salir el aire se
forman burbujas, de ahí
el nombre.
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Presión Diferencial
DP
h= rg
DP
DP
• La columna de líquido se expone también a la presión
atmosférica en un tanque abierto
• La presión atmosférica se compensa dejando abierto el
lado de baja presión
• En un tanque cerrado, se compensa la presión de la
cámara de aire
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Medición de Nivel
27.7” de agua
= 1PSI
Cada transmisor mide 1 PSI (27.7” de agua)
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Gravedad Específica
100” de agua
= 3.6 PSI
Gravedad
Específica = 1.0
Equivalente a
100” de agua
= 3.6 PSI
Gravedad
Específica = 2.0
Cada transmisor mide 3.6 PSI (100” de agua)
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Capacitancia
• Para fluidos no
conductores
• Mide la capacitancia
formada entre un
electrodo y las
paredes del tanque
• En líquidos
conductores se
utiliza un aislante en
el electrodo
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Magnetostrictivo
• Gran exactitud 1mm
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Cadena resistiva
• El flotador cuenta con
imanes.
• En el tubo central hay
relevadores que
reaccionan con el imán
colocado en el flotador.
• Al cerrar los contactos
de los relevadores se
varía la resistencia del
circuito.
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Ultrasónicos
• Se manda un pulso
sonoro y se mide el
tiempo que tarda en
regresar
• Ondas sonoras con
frecuencias mayores
a 20KHz
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Radar
• Ondas
electromagnéticas
arriba de 2 GHz,
típicamente 10 GHz
• Longitud de onda
menor a 15cm, típica
de 3 cm
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Comparación
Principio
Velocidad
Ultrasónico 340 m/s
Frecuencia
Long. Onda
50 KHz
7 mm
Radar
300,000 m/s 10 GHz
3 cm
Laser
300,000 m/s 300 THz
1 µm
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Radiación Gamma
Medición Puntual
Alto Nivel
Medición Puntual
Bajo Nivel
Transmisor
Transmisor
Receptor
Receptor
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Radiación Gamma
Medición Continua
De Nivel
• Ventajas
– No hay contacto con el
material
– Sin partes móviles
– Funciona con casi
cualquier material
– Resuelve los casos
difíciles
• Desventajas
– Costo
– Se requieren extrictas
medidas de seguiridad
– Sólo personal certificado
puede dar mantenimiento
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