Conceptos Esenciales en Mecanismos, Optoelectrónica y Sensores para Tecnología Industrial

Mecanismos Industriales y Transmisión de Potencia

Componentes y Principios de Movimiento

Reductora armónica: Entrada flexpline.

Transmisión hidráulica (servoválvulas): Control no preciso.

Tren reductor epicicloidal: La reducción se logra mediante planetas y satélites.

Par inercial de una pieza giratoria: Proporcional al aumento de la velocidad angular (W).

Pieza con movimiento rectilíneo (Fuerza inercial): Dependerá de la variación de la velocidad (V).

Par inercial de una pieza con movimiento rectilíneo: Depende de la aceleración.

Fuerza de inercia: Depende de la masa.

Correa trapezoidal dentada: Síncrona.

Junta universal de Cardan: Comportamiento no homocinético.

Dos juntas de Cardan (homocinéticas): Ejes de entrada y salida con ángulo igual respecto al eje central.

Junta de Oldham: Permite desalineación angular.

Sistemas Hidráulicos y Regulación

Cilindro hidráulico (Fuerza y Velocidad): Para que un vástago de un cilindro hidráulico desarrolle más velocidad (V) y fuerza (F), se requiere más presión.

Cilindro hidráulico (Fuerza): Mayor fuerza (F) cuanto mayor sea su longitud (a presión constante).

Válvula distribuidora: Cuanto mayor sea el caudal que circula, mayor será la pérdida de carga.

Regulación de caudal en válvulas proporcionales: Se realiza mediante una electroválvula donde el movimiento del electroimán se ajusta con la intensidad de corriente.

Pérdida de carga en circuito hidráulico: Aumenta con el caudal y con el número de válvulas.

Fundamentos de Optoelectrónica y Espectro Electromagnético

Espectro Visible e Invisible (Longitud de Onda en nm)

• < 399 nm: Ultravioleta (UV), invisible.
• 400 nm: Morado.
• 450 nm: Azul oscuro.
• 500 nm: Azul claro.
• 550 nm: Verde.
• 600 nm: Amarillo.
• 650 nm: Naranja.
• 700 nm: Rojo.
• > 750 nm: Infrarrojo (IR), invisible.

Dispositivos y Conceptos Optoelectrónicos

RGB (Red, Green, Blue): Combinación de verde, rojo y azul que permite la regulación del color de la luz emitida.

LED (Diodo Emisor de Luz): El flujo luminoso varía con la temperatura ambiente (Ta).

Unidad de flujo luminoso: Lumen (lm).

LED trifósforo: Emite luz roja, verde y azul.

LDR (Fotorresistencia de Sulfuro de Cadmio): Sensible a la luz solar.

Detección de luz infrarroja: Puede realizarse con LDR de sulfuro de cadmio.

VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser): Utiliza rejillas de Bragg como elementos reflectivos.

Iluminancia en un plano: Un incremento de la separación entre la fuente luminosa y el plano disminuye la iluminancia en el plano.

Sensores Industriales: Tipos, Principios y Aplicaciones

Sensores de Temperatura

NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo): Disminuye su resistencia cuando aumenta la temperatura.

PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo): Incremento brusco de resistencia con el aumento de temperatura.

Pt100: 100Ω a 0 ºC.

Pt1000: 1000Ω a 0 ºC, con variación lineal de la resistencia con la temperatura.

Termopar: Utiliza la diferencia de temperatura entre uniones de dos elementos metálicos, apto para temperaturas de hasta 1000 ºC.

Sensores de Deformación y Fuerza

Sensor piezorresistivo: Incrementa su resistencia cuando es deformado, sensible a cambios de temperatura, utilizado para medir deformaciones.

Dos galgas extensométricas en puente de Wheatstone: Permiten medir tracción y compresión.

Una galga extensométrica: Mide tracción y compresión.

Sensores Ópticos y Magnéticos

Fotorresistencia: Su resistencia desciende con la iluminancia.

Sensor de efecto Hall: Utilizado para medir inducción magnética y variaciones en circuitos magnéticos.

Reluctancia magnética: Coeficiente entre la fuerza magnetomotriz y el flujo magnético.

Sensor de corrientes de Foucault: Detecta solo materiales conductores.

Sensores Capacitivos y de Distancia

Acelerómetro capacitivo: Basado en la variación de la distancia y el solape entre las armaduras.

Sensor capacitivo táctil: Fundamentado en la variación del dieléctrico.

Sensor capacitivo cilíndrico coaxial: Mayor diferencia de radios implica mayor capacidad.

Sensor capacitivo con dieléctrico de aire: Su capacidad se incrementará.

TOF (Time of Flight): Mide distancias por medio de triangulación.

Sensor de distancia con ultrasonidos: Miden distancia por triangulación.

Otros Tipos de Sensores y Conceptos

Caudalímetro electromagnético: Basado en la variación de la reluctancia.

Sensor potenciométrico: Basado en la variación de la longitud de una resistencia para detectar una magnitud física.

Sensor con rejillas de Bragg: Mide deformaciones, basado en fibra óptica.

IMU (Unidad de Medida Inercial): Combinación de giróscopo y acelerómetro.

Efecto piezoeléctrico: Fenómeno por el cual ciertos cuerpos generan una diferencia de potencial al ser sometidos a deformaciones mecánicas, y viceversa, se deforman al aplicarles una diferencia de potencial.

Coeficiente de disipación térmica: Es mayor en el agua que en el aire, lo que hace al agua un mejor refrigerante que el aire.

Amplificador de instrumentación: Compuesto por varios amplificadores y resistencias, con ganancia regulable mediante una resistencia externa.

Conceptos Avanzados en Sensores y Filtrado de Señal

Sensores Especializados

Sensor de fuerza y par de 6 ejes: Utiliza una matriz de calibración que relaciona fuerza (F) y temperatura (T), compuesto por galgas separadas 120º, capaz de determinar fuerzas en X, Y, Z (incluyendo oblicuas) y pares en X, Y.

Condensador 4x4 con dieléctrico de aire (0,3): Su capacidad disminuirá al recortar 1 cm por cada lado (resultando en 3x3).

Sensor T63 de 0,16s: Su constante de tiempo es aproximadamente 0,16 s.

Sensor inductivo: Al aumentar la distancia del entrehierro, aumenta la capacidad parásita.

Ruido y Filtrado de Señal

Línea que abastece un motor trifásico de 50 Hz: Puede generar ruido por acoplamiento inductivo.

Filtro paso bajo con frecuencia de corte de 50 Hz: Atenuará el ruido producido, no dejará pasar frecuencias superiores a 50 Hz.

Filtro paso alto con frecuencia de corte de 1,2 kHz: No dejará pasar frecuencias inferiores a 1,2 kHz (ej. 6,7 Hz).

Filtro paso alto con frecuencia de corte de 2,6 kHz: Atenuará el ruido producido por líneas de 50 Hz.

Sensibilidad constante en un sensor: Indica que su comportamiento es lineal.

Filtro paso banda con frecuencias de corte de 790 Hz y 2600 Hz: Dejará pasar una onda con período de 1 ms (1 kHz), y atenuará ondas con período de 0,02 s (50 Hz).