Fundamentos de Interruptores y Transductores Industriales: Tipos y Principios de Medición

Definición y Tipos de Interruptores

¿Qué es un interruptor? Es un dispositivo eléctrico que permite abrir o cerrar un circuito, controlando el flujo de corriente. Pueden ser mecánicos, electrónicos o electromecánicos.

Interruptor de Presión

Controla un circuito eléctrico según la presión de un fluido en un sistema. Se utiliza en sistemas HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado), bombas y hornos. Funciona mediante un pistón interno que se mueve con la presión del fluido hasta cerrar dos contactos.

Interruptor de Nivel

Detectan el nivel de líquidos o sólidos en un recipiente. Tipos comunes:

• Por flotador: Utilizan un flotador que asciende o desciende con el nivel del líquido.
• Capacitivos: Funcionan detectando cambios en la capacitancia entre el sensor y la pared del recipiente.
• Ultrasónicos: Emiten ondas ultrasónicas que se reflejan en la superficie del líquido.

Interruptor de Temperatura

Controlan circuitos eléctricos según la temperatura. Se activan o desactivan al superar o caer por debajo de un valor preestablecido. Pueden ser bimetálicos o electrónicos.

Interruptor de Flujo

Detectan y controlan el flujo de líquidos o gases en una tubería. Funcionan mediante detección física o térmica del movimiento del fluido.

Interruptor de Límite

Son dispositivos electromecánicos que detectan la presencia o ausencia de un objeto dentro de un rango específico y activan o desactivan un circuito eléctrico. Pueden ser mecánicos o electrónicos.

Componentes principales del Interruptor de Límite:

• Actuador: Parte del interruptor que entra en contacto con el objeto o la pieza que está siendo monitoreada.
• Mecanismo interno de conmutación: Se activa cuando el actuador es empujado.
• Carcasa y conectores.

Transductores: Definición, Importancia y Principios

¿Qué es un Transductor?

Son dispositivos que detectan y convierten magnitudes físicas en señales eléctricas utilizables.

Esquema de Funcionamiento:

1. Entrada: Variable física.
2. Proceso: Un material o fenómeno físico transforma esa energía.
3. Salida: Señal eléctrica.

Importancia de la Transducción

La transducción es fundamental para la Medición, la Automatización y el Monitoreo de sistemas.

Clasificación de Transductores

Según la magnitud física:

• Termocuplas (Termopares)
• Fotodiodos
• Galgas extensométricas
• Micrófono

Según la señal de salida:

• Analógicos
• Digitales

Principios de Transducción

• Piezorresistivo
• Piezoeléctrico
• Magnético
• Eléctrico
• Ultrasónico
• Capacitivo
• Térmico
• Fotoeléctrico
• Químico-eléctrico
• Resistivo

Sensores Específicos

Sensor de Presión

Es un transductor que detecta y mide la fuerza que un fluido ejerce sobre una superficie, convirtiéndola en una señal eléctrica proporcional. Utiliza un elemento sensible como una membrana o diafragma que se deforma ante la presión.

Tipos de Sensores de Presión:

• Resistivos: Utilizan materiales cuya resistencia eléctrica varía cuando se deforman.
• Capacitivos: Se basan en la variación de la capacitancia eléctrica entre dos placas al modificar la distancia entre ellas.
• Piezoeléctricos: Aprovechan el efecto piezoeléctrico, que consiste en la generación de una carga eléctrica en ciertos materiales cuando se les aplica una fuerza mecánica.

Sensor de Flujo

Detectan y cuantifican el movimiento del fluido, basándose en distintos principios según el tipo de flujo (compresible o incompresible).

Principios de Medición de Flujo:

• Detección por presión estática (Efecto Venturi): Se basa en la diferencia de presión entre dos puntos de la tubería con distinta sección.
• Detección por presión dinámica: Un flotador o pistón se desplaza bajo la presión dinámica del flujo, provocando una señal proporcional a la velocidad del fluido.
• Detección por inducción electromagnética (Ley de Faraday): Un conductor en movimiento dentro de un campo magnético genera una fuerza electromotriz proporcional a la velocidad del fluido.
• Medición volumétrica mediante turbina: La presión dinámica hace girar un rotor con álabes.
• Medición por variación de área: Un orificio de área variable produce una caída de presión proporcional al flujo.

Tipos de Medidores de Flujo:

• Medidores de presión diferencial: Miden caudal a partir de la diferencia de presión entre dos puntos de la tubería con distintas velocidades.
• Medidores de desplazamiento positivo: Capturan repetidamente volúmenes de fluido mediante partes giratorias.
• Medidores Vortex: Colocan un obstáculo que genera vórtices; la frecuencia de oscilación de un sensor es proporcional a la velocidad del fluido.
• Medidores ultrasónicos: Miden la velocidad del flujo mediante la diferencia de tiempo de propagación del sonido en dirección del flujo y sentido contrario.
• Medidores electromagnéticos: Basados en la Ley de Faraday, generan una señal eléctrica proporcional a la velocidad de un líquido que atraviesa un campo magnético.
• Medidores tipo turbina: Rotor con álabes que gira proporcionalmente al caudal.
• Sensor de flujo de paleta: Una paleta ubicada transversal al flujo se desplaza con el líquido, activando un interruptor que indica presencia o ausencia de flujo.

Sensor de Temperatura

Es un dispositivo que mide la temperatura y la convierte en una señal eléctrica que puede procesarse.

Principios de Medición de Temperatura:

• Expansión de sólidos, líquidos o gases: Termómetros bimetálicos, termómetros de líquido en vidrio, termómetros de bulbo y capilar.
• Efecto termoeléctrico: Termopares.
• Variación de la resistencia eléctrica: RTD (Detectores de Temperatura por Resistencia), Termistores (NTC o PTC).
• Radiación térmica: Pirómetros.

Sensor de Nivel

Es el proceso de determinar la altura o cantidad de un material dentro de un tanque, depósito o silo. Puede realizarse con medición continua o detección puntual.

Tipos de Sensores de Nivel y Funcionamiento:

• Ultrasónicos: Emiten una onda ultrasónica y miden el tiempo que tarda en reflejarse en la superficie del material.
• Capacitivos: Miden el cambio en capacitancia entre el sensor y la pared del tanque.
• Presión hidrostática: Se mide la presión ejercida en el fondo del tanque, proporcional a la altura del líquido y su densidad.
• Flotadores: Un flotador sigue el nivel del líquido y mueve un mecanismo.

Otros Tipos de Sensores

Sensor de Peso

Elemento totalmente plano integrado dentro de una membrana de circuito impreso flexible de escaso espesor.

Sensor de Velocidad

Operan bajo diferentes principios físicos, pero su objetivo principal es convertir el movimiento en una señal eléctrica que pueda ser procesada.

Sensor de Conductividad

No tienen piezas móviles. Estos sensores son robustos, incluso en líquidos conductores semisólidos.

Sensor de pH

Mide el nivel de acidez o alcalinidad de una solución. El electrodo suele estar construido dentro de un tubo de plástico con un diámetro estándar (ej. 12 mm).

Criterios para la Selección de Sensores

La selección adecuada de un sensor depende de dos factores principales:

1. Requisitos de la medición: Incluye la variable a medir, su valor nominal, el rango de valores, la exactitud requerida, la precisión y las condiciones ambientales.
2. Tipo de salida: La naturaleza de la señal de salida que debe proporcionar el sensor (analógica, digital, protocolo específico).