Tema 2 ici-sensores y transmisores analgicos-equipo plc

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    20-Jan-2017

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UNIVERSIDAD DE ORIENTENCLEO DE MONAGASESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADASCURSOS ESPECIALES DE GRADOINSTRUMENTACIN Y CONTROL INDUSTRIALTEMA 2.- Sensores y Transmisores AnalgicosUnidad II: SensoresSeminario: Instrumentacin y control industrial (ICI)Equipo PLC:Hernndez, Leivi C.I. 24.579.134Via, Maria C.I. 24.277.423Tutor: Edgar GoncalvesMATURN, FEBRERO 2016.NDICEINTRODUCCIN3MARCO TERICO41.El sensor42.Sensor analgico42.1Caractersticas del sensor analgico42.2Tipos de sensores analgicos53.El transmisor54.El transmisor anlogo64.1Caractersticas de los transmisores analgicos64.2Ventaja de los transmisores analgicos74.3Desventajas de los Transmisores analgicos7DISCUSIN8CONCLUSIN10REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS111INTRODUCCINHoy en da, son muchas las empresas que desean incorporar procesos automatizados en sus industrias, a fin de reducir complejidad en las actividades y minimizar costos en mano de obra y produccin. Las tecnologas que dan un gran aporte a esta iniciativa son los sensores y transmisores, debido a que los primeros, miden una variable directamente en el mbito de estudio y los segundos la envan al especialista, para que sea analizada y su vez, realice las maniobras necesarias para aplicar mecanismos de control. Sin estos, un operador, tendra que ir directamente al lugar bajo monitoreo, a medir temperatura, presin, entre otros; variables que algunas veces son peligrosas para que un humano se aproxime a ellas. En el mismo orden de ideas, no hay que dejar de lado, que adems de su uso industrial, los transmisores y sensores anlogos facilitan la vida diaria, ya que estos, se utilizan en muchas actividades de la cotidianidad, como lo son la lectura de un termmetro, el encendido de un televisor o equipo de aire acondicionado, entre otros. Aunque muchas veces, tales beneficios pasen desapercibido por la percepcin humana, se les debe dar su lugar como aquellos aparatos que permitieron los avances existentes en la actualidad.En el presente trabajo se desarrollara la informacin ms relevante sobre los sensores y transmisores analgicos, destacando conceptos, caractersticas, y dispositivos que los representan. Asimismo, se estableci cual era la relacin de dichos artefactos con la tesis de los investigadores, en el apartado de discusin. Cabe destacar, que la presente investigacin, se realiz persiguiendo un inters acadmico, ya que el objetivo fundamental es obtener conocimientos tericos del tema en cuestin, para empezar a crear una idea metal, de lo que se requerir para el desarrollo del proyecto final de tesis. MARCO TERICOEl sensorUn sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes fsicas o qumicas, llamadas variables de instrumentacin (como temperatura, intensidad lumnica, distancia, aceleracin, inclinacin, desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, movimiento, pH, entre otras), y transformarlas en variables elctricas (como una resistencia, capacidad, tensin o corriente elctrica). En resumidas palabras, un sensor es un dispositivo que convierte una forma de energa en otra. Cabe destacar que el sensor est siempre en contacto con la variable de instrumentacin, por lo tanto, ste hace uso de sus propiedades, con el propsito de adaptar la seal que mide, para que de este modo, otro dispositivo la pueda interpretar. Un ejemplo clsico de un sensor, es un termmetro de mercurio, ya que este, se fundamenta en la dilatacin del metal lquido en una columna, que motiva su desplazamiento a lo largo de una regla graduada: el dato surge de la dilatacin, la informacin es la temperatura y el transductor es la columna cuantificada. 3 Termmetro de MercurioAreny Ramon (2003), establece que segn la seal de salida los sensores se clasifican en: analgicos y digitales. 2 Sin embargo, en esta ocasin se abordaran solo los primeros.Sensor analgicoUn sensor analgico es aquel que puede entregar una salida variable dentro de un determinado rango (ver figura de seal de un sensor analgico). Un ejemplo de este tipo de sensores es una fotorresistencia, el cual mide intensidad de luz y puede ser cableado en un circuito que este en la capacidad de interpretar sus variaciones y entregar una salida variable con valores entre 0 y 5 voltios. 51.1 Caractersticas del sensor analgicoA continuacin, se mencionaran las caractersticas que deben poseer los sensores analgicos para llevar a cabo sus funciones de manera eficiente: Exactitud: Es aquella que hace referencia a la capacidad de detectar el valor verdadero de la variable sin errores sistemticos. Rango de funcionamiento: Se refiere a la amplitud del rango para ser capaz de medir de manera exacta y precisa un extenso abanico de valores de la magnitud correspondiente. Este rango debe ser amplio, para de este modo, garantizar la mayor exactitud y precisin posible. Velocidad de respuesta: Se refiere al tiempo en que el sensor informa de los cambios de la variable estudiada, el cual debe ser el mnimo posible, a fin de garantizar el control de dichas variaciones. La resolucin y precisin: La resolucin de los sensores es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida, sin embargo, la precisin es el mximo error esperado en la medida. Calibracin: Es el proceso mediante el cual se establece la relacin entre la variable de medida y la seal de salida que produce el sensor. 6Dispositivos que representan a sensores analgicosExisten diversos tipos de sensores analgicos. Ac se dar un ejemplo de los tipos ms destacados, entre los cuales estn: Sensor de posicin lineal: Su funcin es medir o detectar la posicin de un determinado objeto en el espacio El representante de este tipo es el potencimetro, el cual es un dispositivo electromecnico que consta de una resistencia de valor fijo sobre la que se desplaza un contacto deslizante llamado cursor y que la divide elctricamente. La aplicacin ms comn de los potencimetros en instrumentacin es como sensor de desplazamiento de tipo resistivo. El movimiento del cursor origina un cambio en la resistencia, el cual puede utilizarse para medir desplazamientos lineales o angulares de piezas acopladas al cursor. 9 Sensor de aceleracin: Son instrumentos destinados a medir aceleraciones. Ac se destaca el acelermetro, los cuales fueron ideados para realizar una medida de aceleracin o vibracin, proporcionando una seal elctrica, segn la variacin fsica. En este caso la variacin fsica es la aceleracin o vibracin. 1 Sensor de proximidad: Se encargan de detectar objetos o seales que se encuentran cerca del elemento sensor. Ac se destacan los sensores capacitivos y los inductivos:*Capacitivos: Estos sensores estn basados en la deteccin de un cambio en la capacidad, inducido por una superficie que se lleva cerca del elemento sensor. Estn especialmente diseados para lograr detectar materiales aislantes, tales como el plstico, el papel, la madera entre otros, no obstante, tambin cuentan con la capacidad de detectar metales. 9*Inductivos: Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirve para detectar materiales metlicos ferrosos. Son de gran utilizacin en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metlicos en un determinado contexto: deteccin de paso, de atasco, de codificacin y de conteo 0 Sensor de luz: Los sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una seal de salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada. En este caso, los representantes son los foto-resistores, los cuales son dispositivos electrnicos que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que percibe la luz generada por el emisor. Sensores de desplazamiento y deformacin: Este tipo de sensores se utiliza para indicar a una maquinaria que fuerza a implementar, para que un objeto no se rompa. Ac se encuentran los sensores magneto-resistivos, los cuales utilizan el efecto magneto-resistivo, que se basa en la propiedad de un material que cambia su resistividad por la presencia de un campo magntico externo. Debido a su alta sensibilidad, estos sensores, pueden medir campos magnticos muy dbiles y son ideales para aplicaciones en brjulas electrnicas, correccin del campo de la tierra y deteccin de trfico.9 Sensor acstico: Es aquel que emite una seal, de tipo ultrasnica, la cual es recibida por un receptor. Su representante es el micrfono piezoelctrico, el cual funciona como un sensor electro-acstico que utiliza el fenmeno de la piezoelectricidad, que es la capacidad de algunos materiales para producir un voltaje cuando se somete a presin para convertir las vibraciones en una seal elctrica. Sensor de temperatura: Tal como su nombre lo indica, miden temperatura. Su representante en este caso, es un RTD (detector de temperatura resistivo), que es un sensor de temperatura basado en la variacin de la resistencia de un conductor con la temperatura.AcelermetroSensores CapacitivosSensor inductivoFoto-resistor PotencimetrosEl transmisorSon dispositivos que captan la variable a estudiar por medio de un sensor y la transmiten a un instrumento receptor, indicador, registrador, controlador o combinacin de estos, que se encuentra a una cierta distancia, en forma de seales estandarizadas,. Dichas seales, pueden ser neumticas, cuyos valores estn entre 3 y 15 Psi, las electrnicas que son de 4 a 20 mA o de 0 a 5 voltios DC y las digitales que entregan 0 o 5 voltios para 0 o 1 respectivamente. 7El transmisor analgicoEl transmisor analgico, es un equipo electrnico de alta precisin que procesa y convierte una seal generada por una por un conjunto de celdas de carga a un formato estndar de corriente de 0 a 20 mA y/o a un formato estndar de voltaje de 0 a 10v DC, siendo estos formatos tpicamente usados en el control de procesos industriales. 8 Dispositivos que representan a transmisores analgicos PLC (Controlador lgico programable): Es un dispositivo electrnico muy usado en automatizacin industrial. Un PLC controla la lgica de funcionamiento de mquinas, plantas y procesos industriales, ya que, procesan y reciben seales analgicas y pueden aplicar estrategias de control. Transmisor analgico de velocidad: Se encarga de transmitir a un receptor los datos de velocidad captados por sensores de presin diferencial, temperatura y humedad, velocidad y caudal del aire con sondas trmicas, molinete, aspas omnidireccionales, entre otros. Transmisor analgico de temperatura: Los transmisores de temperatura se utilizan en diversas aplicaciones en la industria para la indicacin / control de la temperatura y se componen de circuitos electrnicos. Cuando se recibe una seal de una termo-resistencia, termocupla o sensor-mV, son capaces de transformar en una seal analgica (4 ~ 20 mA o de 0 a 10 Vcc) totalmente lineal y proporcional a la temperatura. Transmisor analgico de peso: Todos los del mercado poseen caractersticas diferentes, sin embargo, la mayora se encarga de trasmitir a un receptor, los datos de peso de una variable a un centro donde se monitorea y estudia, a fin de controlar el nivel de llenado de un almacn o tolva, con requisitos de precisin inferiores.Caractersticas de los transmisores analgicosLas caractersticas ms resaltantes son: Cumplen con el estndar ISA [S50.1] para transmisin de seales analgicas, lo que asegura la compatibilidad con cualquier instrumento receptor que cumpla igualmente con dicho estndar. Son compactos en tamao. Reducidos costos del equipo. Ideales para industrias de aceite/gas, qumicas, potencia, agua/agua residual, alimentos/bebidas y en general. Capaces de realizar mediciones de flujo y presin diferencial, presin de vaco, presin absoluta y nivel de lquidos. Pueden ser reparados con relativa facilidad. Lmite de temperatura del sensor de -40 C a 120C. Lmite de temperatura de la electrnica de -40 C a 85C. Voltaje de alimentacin 11 a 45 VDC. Seal de salida del transmisor 4-20 mA. 8Ventaja de los transmisores analgicosLa ventaja que ms resalta de un transmisor, es el hecho de que el mismo, trabaja en tiempo real, lo cual es muy beneficioso, debido a que en los instrumentos digitales se toman muestras en el orden de 2 a 20 muestra/s. Por lo tanto, en procesos muy rpidos no se pueden utilizar instrumentos digitales, se deben usar analgicos. 8Desventajas de los Transmisores analgicos Necesita re-calibracin para cambiar el rango de medicin, y es necesario experiencia. Se necesita retirar el instrumento de la lnea para calibrar. Los componentes, como los potencimetros, experimentan "drift" "(inestabilidad en el tiempo de respuesta).8DISCUSINEl diseo de un sistema de supervisin y control automatizado para una lnea de mezclado y empaquetado de especias, requiere muchos elementos de control, si se desea lograr que el mismo, solo posea de intervencin humana, en el monitoreo desde un computador a distancia. Es por esto, que este tema en particular, guarda mucha relacin con el proyecto que se desea elaborar, dado que brinda las herramientas tericas para conocer el bosquejo de todos los dispositivos analgicos que respondern a las necesidades de control del sistema. Destacando, que si bien es cierto que los sensores digitales son ms avanzados en tecnologa y funcionabilidad, tienden a fallar, es por esto que los analgicos jugaran un papel fundamental en el diseo, debido a que, funcionaran como mecanismo de respaldo, cuando los sensores digitales, por alguna falla, dejen de funcionar. Asimismo, los transmisores, sern los encargados de enviar la informacin de la variable medida desde su fuente hasta el centro de control.De lo anterior se desprender que uno de los dispositivos primordiales que se requerirn ser un sensor de que permita conocer la cantidad de especia disponible en los silos. En este caso en particular se acudir a la utilizacin de un sensor acstico, colocado en el interior de los contenedores, con la finalidad de que el mismo, emita una seal, de tipo ultrasnica, que ser recibida por un receptor. Con la ayudad de un programa a disear, se recibirn dichos datos, y se realizar los clculos matemticos pertinentes para establecer el nivel del silo. As mismo, se requerir transmisores de peso, que enven la informacin medida al tcnico encargado, con la finalidad de controlar el nivel de llenado del almacn y a su vez, garantizar que siempre se cuente con la materia prima requerida para que opere la planta y no sea necesario, un paro forzoso por falta de insumos. Transmisor de pesoPor otro lado, tambin ser necesario la utilizacin de uno de los dispositivos electrnicos ms usados en automatizacin industrial: el PLC, ya que este controla la lgica de funcionamiento de mquinas, plantas y procesos industriales, y as u vez, procesan y reciben seales analgicas y pueden aplicar estrategias de control. En este caso, los controladores lgicos programables, estar conectados a las vlvulas dosificadoras rotativas, a fin de controlar el paso de materia prima, segn las indicaciones de una programacin preestablecida insertadas en los mismos, que les establezcan cuando deben activarse. Dicha puesta en marcha, depender de las balanzas conectadas a las tolvas que recibirn las distintas especies a mezclar, las cuales (segn los parmetros pre-formulados) dirn cuando se posee la cantidad en toneladas para proceder con el mezclado. Una vez todo este proceso haya comunicado la informacin a todos los elementos involucrados, se dar paso o no a la especie.Por otra parte, los puntos que estn dispuestos de motores que pueden recalentarse por alguna falla u obsolescencia, poseern sensores de temperatura, para prever que este se sobrecaliente, se dae as mismo o la materia prima que este procesando. Del mismo modo, se necesitara sensor de aceleracin conectado a la mezcladora, para monitorear que el mismo este dando las vueltas segn las revoluciones por minutos programadas para una mezcla en particular. De lo contrario, lanzar una alarma de posible falla y corregir tal incidente antes de que cause daos mayores.CONCLUSINComo resultado de la investigacin presentada, es posible concluir que gracias a los aportes ofrecidos por sensores y transmisores analgicos, es posibles muchos de los avances tecnolgicos que se poseen actualmente, adems de ser posible una vida cotidiana ms sencilla. Tambin es importante destacar, que ambos se complementan, ya que uno se encarga de medir la variable a estudiar y el otro de transmitir la informacin para su procesamiento. Sin los dos, no sera posible aplicar mecanismo de control a un proceso de manera automatizada.En el mismo orden de ideas, al ser dispositivos vitales en cualquier proceso que se desee automatizar, son de suma utilidad para el proyecto de tesis de los investigadores, debido a que servirn como pilar para todo el diseo en el rea de instrumentacin del trabajo a elaborar. Sin dejar de lado, que servirn como mecanismos de respaldo para los sensores y transmisores digitales que se colocaran en el diseo, de modo que si estos fallan los analgicos actuaran en repuesta a la necesidad presentada.Adems, si la variable a medir representa peligro para el trabajador, la implementacin de estos, es sin lugar a dudas, la mejor opcin en cuanto a la reduccin de riegos, ya que, los sensores sern los encargados de medir la variable directamente desde su fuente, y los transmisores de enviar los datos recabados a un centros de anlisis, lo cual, evitar que el operador corra peligro por hacerlo el mismo.REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Colaboradores de Wikipedia. Sensor. Extrado el 09 de Febrero de 2016 desde: https://es.wikipedia.org/wiki/Sensor#Tipos_de_sensores2 Areny, Ramn (2003). Sensores y Acondicionadores de Seal. 4ta. Edicin. Editorial Marcombo, S.A. 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Extrado el 09 de Febrero del 2016 desde: http://es.slideshare.net/sgeplc/ici-plc-unidad-02tema-02-417176857 Colaboradores de EcuRed. El transmisor. Extrado el 09 de Febrero del 2016 desde: http://www.ecured.cu/Transmisor8 Autor desconocido. Transmisor. Extrado el 09 de Febrero del 2016 desde: http://www.buenastareas.com/ensayos/Transmisor/3448765.html9 Fernndez, Sergio. Sensores para medir desplazamiento. Extrado el 09 de Febrero del 2016 desde: https://www.academia.edu/6059882/SENSORES_PARA_MEDIR_DESPLAZAMIENTO0 Colaboradores de Wikipedia. Sensor inductivo. Extrado el 09 de Febrero del 2016 desde: .1 Colaboradores de Wikipedia. Acelermetro [Extrado el 09 de Febrero del 2016 desde: .9