Facultad de ciencias naturales y matemáticas

Tema: Transmisores y Actuadores

Alumnos:

Laura Isabel Corrales Moreno Andrés Alejandro Espinoza E.

Auto

res:

.

2023

1.Introducción

La instrumentación industrial es necesaria en todo proceso que se lleve a cabo dentro de una fábrica para poseer un control sobre este en todo momento. Se lo define como el grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin

de optimizar los recursos utilizados en éste. La automatización nos rodea desde los sistemas de control del motor de los automóviles hasta los pilotos automáticos de los aviones, pasando por todo producto manufacturado para su distribución y consumo. (Espinosa, 2011)

Fig 1. Esquema genérico de un control industrial

2.Transmisores1.1.¿Cómo funcionan y de que están hechos?

Los transmisores captan la variable de proceso a través de un elemento primario y luego la transmiten a una cierta distancia en forma de señal neumática, electrónica, digital, óptica, hidráulica o por radio. Están clasificados dependiendo el tipo de señal que envíen.

Transmisores Neumáticos: Convierte el movimiento mecánico en variaciones proporcionales de presión y la transmite a una cierta distancia hacia un elemento medidor. La señal neumática esta entre 3 – 15 psi (20 – 100 kPa) donde se utiliza aire como elemento trasmisor; ya que la variación de presión del aire es proporcional a las variaciones de la magnitud que se miden, siendo su exactitud del orden de ±0,5%.

Autor: 2

Los componentes básicos de un transmisor neumático son:

Elemento primario de medición: Es un dispositivo que comunica los cambios producidos en la variable.

Sistema Tobera-Obturador: La tobera consiste en un tubo que está conectado a una fuente de gas. El obturador es una lámina capaz tapar y destapar la tobera.

Amplificador Neumático: Llamado también (Relay) es el dispositivo que amplifica la señal de salida. Está compuesta por una válvula de aguja unida a un diafragma y una válvula de bola unida a una lámina elástica.

Sistema de retroalimentación: Toma la señal de salida para balancear el sistema.

Fig 2. Esquema de un transmisor neumáticos

Transmisores Electrónicos: Son los que convierten la señal de la variable de proceso en una señal eléctrica de 4 – 20 mA de corriente continua (DC). Su exactitud es del orden de ±0,5%.Consiste en una barra rígida apoyada en un punto sobre el que actúan dos fuerzas: una ejercida por un elemento mecánico (bourdon, fuelle) y otra una fuerza electromagnética. El desequilibrio entre esas dos fuerzas da lugar a una variación de posición relativa de la barra, excitando un transductor de desplazamiento. Un circuito oscilador reposiciona la barra de equilibrio de fuerzas. Varía la corriente de salida en forma proporcional al intervalo de la variable del proceso.

Autor: 3

Fig 3. Diagrama de un transmisor electrónico

Transmisores Digitales: Cuando apareció la señal digital aplicable a los transmisores, mejoró notablemente la exactitud en la obtención de las medidas. La señal de la variable es muestreada a al doble de la frecuencia a la que es tomada (Teorema de muestreo de Nyquist- Shannon) y de este modo la señal digital consiste en una serie de impulsos en forma de bits. (Pallás Areny, 1993)

Transmisores por radio: Si el entorno es hostil o es necesario transmitir señales a gran distancia, entonces la transmisión por radio se vuelve una necesidad. Se utilizan señales de 802 – 928 MHz, se varía intencionalmente la frecuencia de la señal transmitida, lo que reduce la intercepción no autorizada y la coexistencia de señales parecidas de frecuencia. La distancia a la que puede llegar la señal desde 1 – 30 Km en espacios abiertos. Está compuesto de:

Oscilador: Genera la onda a cierta frecuencia. Amplificador modulador: Varía la amplitud de la onda. Amplificador RF: Eleva el nivel de la onda anterior y evita

que el oscilador sea afectado por las variaciones de tensión. Amplificador de potencia RF: Eleva la potencia de la señal. Fuente de alimentación: Genera las diferentes tensiones

requeridas para cada etapa descrita.

Autor: 4

Fig 4. Esquema de un radiotransmisor

Transmisores hidráulicos: Instrumento que capta el comportamiento de un fluido (normalmente algún tipo de aceite natural) y lo transmite, se requiere de una gran potencia para su uso.

1.2. Aplicaciones en la industria

En calderas: Tenemos un presostato que tiene como función controlar la presión máxima y mínima en la que va a trabajar la caldera. Un ejemplo es la detección de fugas; si la fuga provoca una reducción de la presión por debajo de un valor ajustado (punto de ruptura), el presostato emite una señal para su detección.

Monitorización de filtros: Con el incremento del grado de obturación cambian las presiones delante y detrás del filtro. Un transmisor puede detectar esta modificación y señalizar el mejor momento para sustituir el filtro.

Extracción de agua potable: La presión constante es necesaria para el óptimo transporte del agua mediante bombas. Un transmisor de presión capta el valor real y lo transmite al regulador que comprueba la desviación al valor nominal. El controlador de la bomba adapta su operativa en función de dicha desviación para acercar el valor real al valor nominal.

Autor: 5

1.3.Ventajas y desventajas

Ventajas

a) Conducen un caudal mayor de salida hacia el receptorb) Los neumáticos son de acción directa.c) Los electrónicos poseen una mayor exactitud de medición y

tienen un campo de medida más amplio, son compactos en tamaño y su mantenimiento es relativamente barato.

Desventajas

a) Los transmisores neumáticos son susceptibles de mal funcionamiento debido a las partículas de aceite o polvo que puedan tapar la tobera.

b) En estos transmisores no se pueden guardar señales de planta.c) Los transmisores electrónicos son sensibles a las vibraciones y a

las variaciones de temperatura, lo que podría dañar alguno de sus componentes. (Creus Sole, 2005)

3. Actuadores

1.4. ¿Cómo funcionan y de que están hechos?

Los actuadores son dispositivos mecánicos que brindan la posibilidad de transformar energía para generar el funcionamiento de un sistema automatizado. Se clasifican en:

Neumáticos: Su fuente de energía es el aire a una presión entre 5 y 10 bares. Presentan la siguiente división:

Cilindros neumáticos: Están compuesto por un émbolo encerrado en un cilindro y como consecuencia de una diferencia de presión se consigue el desplazamiento de este. Los cilindros neumáticos pueden ser simples o de doble efecto dependiendo si el aire entra en 1 sentido o en 2.

Autor: 6

Fig 5. Esquema actuador cilíndrico doble efecto.

Fig 7. Esquema actuador cilíndrico simple.

Motores neumáticos: En los motores neumáticos se consigue el movimiento de rotación de un eje mediante aire a presión. Los dos tipos más utilizados son los motores de aletas rotativas y los motores de pistones axiales.

Fig 7. Esquema motor de pistones axiales.

Autor: 7

Fig 8. Motor de aletas rotativas.

Hidráulicos: En ellos, en vez de aire se utilizan aceites minerales a una presión comprendida normalmente entre los 50 y 100 bares, llegándose en ocasiones a superar los 300 bares. Existen, como en el caso de los neumáticos, actuadores del tipo cilindro y del tipo motores de aletas y pistones.

Sin embargo, las características del fluido utilizado en los actuadores hidráulicos marcan ciertas diferencias con los neumáticos. Por ejemplo, el grado de compresibilidad de los aceites usados es considerablemente menor al del aire, por lo que la precisión obtenida en este caso es mayor.

Eléctricos: La fuente de energía es la electricidad, hay tres grupos de actuadores eléctricos: Los motores de corriente continua controlados por inducido o controlados por excitación, los motores de corriente alterna y los motores “paso a paso”, entre los que destacan los motores de imanes permanentes y los de reluctancia.

Fig 7. Varios actuadores eléctricos.

1.5.Aplicaciones en la industria

Existen empresas que utilizan los actuadores electrónicos para ofrecer soluciones integrales para la vida diaria. Un ejemplo de esto es crear un sistema con control independiente que funciona como control de la temperatura del agua, tanto fría como caliente.

Autor: 8

Los actuadores eléctricos son muy utilizados en aparatos mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. Son los encargados de generar el movimiento de los diferentes mecanismos que conforman el robot. Los actuadores eléctricos se utilizan principalmente en robots que no demanden de altas velocidad ni potencia. Son usados en aplicaciones que requieran de exactitud y repetitividad. Los motores eléctricos más utilizados en robóticas son los motores de corriente continua y los motores de paso a paso.

Los actuadores hidráulicos se utilizan en robots de gran tamaño que requieran mayor velocidad para la ejecución de tareas y una mayor resistencia mecánica para la manipulación de cargas pesadas. Los actuadores neumáticos son usados en aquellas aplicaciones que requieran solo dos estados, por ejemplo en la apertura y el cierre de la pinza de un manipulador.

1.6.Ventajas y Desventajas

Ventajas

Los neumáticos son: baratos, rápidos, sencillos y muy robustos. Los hidráulicos manejan presiones 10 veces más grandes que los

neumáticos, ya que permiten desarrollar grandes fuerzas. Presentan estabilidad frente a cargas estáticas, esto indica que este actuador es capaz de soportar cargas como algún grande sobre su superficie.

Los eléctricos son muy precisos y fiables, son silenciosos, su control es sencillo y son de fácil instalación.

Desventajas

Los neumáticos requieren instalaciones especiales, son muy ruidosos y difíciles de controlar. Debido a la compresibilidad del aire estos actuadores no consiguen una buena precisión de posicionamiento.

Los hidráulicos al manejar presiones elevadas propician la existencia de fugas de aceite a lo largo de la instalación, de la misma manera, su instalación representa grandes costos.

El mayor inconveniente de los actuadores eléctricos es que son de potencia limitada. (Somolino Sánchez, 2002)

Bibliografía

Autor: 9

Creus Sole, A. (2005). Instrumentación Industrial (Séptima ed.). Barcelona: Marcombo S.A.

Espinosa, A. (2011). Instrumentación Industrial (Tercera ed.). Alexsoft.

Pallás Areny, R. (1993). Adquisición y distribución de señales (Primera ed.). Barcelona: Marcombo ediciones técnicas.

Somolino Sánchez, J. A. (2002). Avances en robótica y visión por computador (Primera ed.). Universidad de Castilla-La mancha.

Autor: 10