Tecnología de Medición y Actuación: Transductores y Elementos de Control Industrial

Transductores de Presión: Fundamentos y Tipos

Los transductores de presión son dispositivos esenciales en la industria para la medición de fuerzas por unidad de área. Pueden clasificarse en varios tipos principales:

Transductores Mecánicos

Estos transductores miden la presión de forma directa o indirecta, basándose en la deformación de un elemento elástico. Entre los más comunes se encuentran:

• Manómetro de tubo en U: Consta de un tubo en forma de U que contiene un líquido. Uno de sus extremos está abierto a la atmósfera y el otro se conecta a la presión que se desea medir, permitiendo la lectura por la diferencia de nivel del líquido.
• Tubo Bourdon: Es un tubo de sección elíptica, cerrado en un extremo y curvado formando casi un anillo. Al aplicar presión en el extremo abierto, tiende a enderezarse, y este movimiento se utiliza para indicar la presión.
• Elementos en espiral y en hélice: Se obtienen enrollando un tubo Bourdon, lo que amplifica el desplazamiento y permite una mayor sensibilidad en la aguja indicadora.
• Diafragma: Consisten en una o varias cápsulas circulares o diafragmas que se deforman cuando se aplica presión en su interior. La magnitud de la deformación es proporcional a la presión.
• De fuelle: Utilizan un fuelle que se extiende o comprime en función de la presión aplicada, proporcionando un movimiento que puede ser medido.

Transductores Electromecánicos

Estos dispositivos combinan un elemento mecánico elástico con un transductor eléctrico que convierte el movimiento o la deformación en una señal eléctrica, facilitando su procesamiento y control. Incluyen:

• Transductores resistivos: El movimiento del elemento elástico se aplica al cursor deslizante de un potenciómetro, variando su resistencia eléctrica.
• Transductores capacitivos: El elemento elástico es, en este caso, un diafragma metálico que forma una de las armaduras de un condensador. La variación de presión modifica la distancia entre las armaduras, cambiando la capacitancia.
• Galgas extensométricas: Se basan en la variación de longitud y de sección que sufre un hilo de material conductor al ser sometido a una tensión mecánica, lo que altera su resistencia eléctrica.
• Transductores piezoeléctricos: Aprovechan el efecto piezoeléctrico, que consiste en la aparición de cargas eléctricas de distinto signo en las caras de una lámina cristalina de ciertos materiales cuando se les aplica una presión mecánica.

Transductores de Vacío

Especialmente diseñados para medir presiones muy bajas (alto vacío), entre ellos destacan:

• Manómetro de McLeod: Un tipo de manómetro de compresión que mide presiones de vacío muy bajas.
• Transductores térmicos: Miden la presión basándose en la conductividad térmica del gas, que varía con la presión.
• Transductores de ionización: Utilizan la ionización de las moléculas de gas para medir la presión, siendo muy sensibles a niveles de vacío extremos.

Transductores de Iluminación y Sensores Ópticos

Estos transductores convierten la energía luminosa en una señal eléctrica, siendo fundamentales en diversas aplicaciones de detección y control.

Tipos de Transductores de Iluminación

• Fotorresistencias o LDR (Light Dependent Resistor): Su resistencia eléctrica depende inversamente del flujo luminoso incidente; a mayor luz, menor resistencia.
• Fotodiodos: Estos componentes conducen corriente en sentido inverso cuando son expuestos a la luz, a diferencia de un diodo normal.
• Fototransistores: Tienen un funcionamiento similar al transistor normal, pero la corriente de base que se inyecta para que conduzca es sustituida por la luz incidente.

Sensores Ópticos

Resultan de gran utilidad en la detección de objetos y pueden clasificarse en:

• De barrera: Constan de un emisor y un receptor situados uno enfrente del otro. La detección ocurre cuando un objeto interrumpe el haz de luz.
• Reflexión en espejo: El emisor y el receptor están en el mismo encapsulado. El haz de luz se envía a un reflector (espejo) y regresa al receptor. Un objeto se detecta cuando interrumpe este haz reflejado.
• De proximidad: Funcionan de manera similar a los de reflexión en espejo, pero el objeto mismo actúa como reflector, detectándose por la luz que rebota directamente en él.

Comparadores

Los comparadores son dispositivos que evalúan una señal de salida, generalmente obtenida por medio de un captador, contrastándola con un valor de referencia. Pueden ser de diversos tipos según la tecnología del captador:

• Neumáticos
• Mecánicos
• Eléctricos
• Electrónicos

Actuadores: Elementos Finales de Control

Los actuadores son los elementos finales de control en un sistema de automatización, encargados de transformar una señal de control en una acción física. Los más comunes en procesos industriales son:

• Válvulas de control: Son un elemento esencial en los procesos industriales para regular el flujo de fluidos. Se componen principalmente de:
  • Cuerpo: La estructura principal que contiene el flujo.
  • Obturador: El elemento móvil que regula el paso del fluido.
  • Asiento: La superficie contra la que cierra el obturador.
• Servomotores: Dispositivos que accionan un vástago o un mecanismo para realizar un movimiento preciso y controlado, a menudo utilizados para posicionamiento o regulación.