1. UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO MONAGAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE SISTEMAS
CURSO ESPECIAL DE GRADO
“INSTRUMENTACION Y CONTROL INDUSTRIAL”
Tutor de Seminario Realizado por:
Ing. Edgar Goncalves Juan Carlos Ascanio Carvajal
C.I: 20.139.269
Carlos Luis Oronoz Cabello
C.I: 19.446.901
Maturín, Marzo de 2014
2. ii
INDICE
INTRODUCCION.................................................................................... 1
MARCO TEORICO................................................................................. 2
Sensores............................................................................................. 2
Precisión y exactitud de los sensores................................................. 2
Criterios de clasificación de los sensores ........................................... 2
Sensores Pasivos o Auto-generativos............................................. 3
Sensores Activos o Modulantes ...................................................... 3
Sensores Analógicos....................................................................... 3
Sensores Digitales .......................................................................... 3
Medición de la temperatura en la Industria ......................................... 3
Dispositivos de medición de la Temperatura ...................................... 4
Dispositivos de Medición Eléctricos ................................................ 4
Dispositivos de Medición Mecánicos............................................... 4
Dispositivos de Medición por Radiación Térmica ............................ 4
Otros ............................................................................................... 4
Termocuplas ....................................................................................... 5
Termistores......................................................................................... 5
Termómetros Infrarrojos ..................................................................... 6
Termorresistencia ............................................................................... 6
DISCUSION ........................................................................................... 7
CONCLUSION........................................................................................ 8
BIBLIOGRAFIA........................................Error! Bookmark not defined.
ANEXOS .............................................................................................. 10
3. 1
INTRODUCCION
En la época de la producción artesanal, los procesos de producción eran
llevados a cabo por el jefe de taller o maestro artesano de principio a fin, y
dependía de este que en todo momento las variables que se debían controlar,
como temperatura, acidez, nivel de agua, concentración, entre otras, estuvieran en
un punto estable.
Desde los inicios de la industrialización, esto cambió, se hizo cada vez más
necesario el uso de una herramienta que permitiera medir de forma eficiente los
fenómenos que se daban en los procesos productivos, con lo cual surgieron los
sensores, que miden las variables de campo y transforman una magnitud en
información que sirve para corregir y controlar los procesos.
En un principio surgieron los sensores mecánicos, como los sistemas de
dilatación y los termómetros de vidrio, y los sensores eléctricos más simples, pero
con la introducción de la automatización y la inclusión de la electrónica y otras
ramas a la industria fueron surgiendo sensores más sofisticados que permitían ser
conectados a micro-controladores y circuitos que realizaban las mediciones de
forma automática, lo cual representaba un avance sin precedentes en el control de
procesos industriales.
En este trabajo de investigación estuvo orientado a indagar sobre los
sensores de temperatura, su clasificación y definir cuáles son los más usados en
la industria actualmente
4. 2
MARCO TEORICO
Sensores
Los sensores son dispositivos que permiten capturar en magnitud, un
fenómeno determinado que se lleva a cabo en un momento dado.
Juran (1996), dice que un sensor “es un dispositivo detector especializado.
Está diseñado para reconocer la presencia y la intensidad de determinados
fenómenos, y para convertir estos conocimientos en información. Posteriormente,
la información resultante se convierte en un dato para tomar decisiones, ya que
nos permite evaluar el comportamiento real” (p.140). Juran nos indica que un
sensor nos permite conocer la intensidad con que se da cierto fenómeno, con el
propósito de controlar un proceso, o de controlar el fenómeno en sí.
Precisión y exactitud de los sensores
La precisión de un sensor es una medida de la capacidad de dicho sensor
para reproducir los resultados cuando se repite el ensayo. En la mayoría de los
sensores tecnológicos esta reproducibilidad es alta y también es fácil de
cuantificar.[1]
La exactitud de un sensor es el grado en que dicho sensor dice la verdad; el
grado en que la evaluación que hace de determinado fenómeno concuerda con el
valor verdadero según un estándar acordado. [1]
Criterios de clasificación de los sensores
Los sensores pueden ser clasificados de acuerdo a los siguientes términos:
Según requerimientos de fuente de energía
Activos o Pasivos
Naturaleza de la señal de salida
Digitales o Analógicos
Naturaleza de la magnitud a medir
Mecánicos, Térmicos, Magnéticos, Químicos, etc.
Variable física de medida
Resistivo, Inductivo, Capacitivo, Piezoeléctrico, etc.
5. 3
Sensores Pasivos o Auto-generativos
Generan directamente una señal eléctrica en respuesta a un estímulo
externo sin la necesidad de una fuente de energía externa. Toman energía del
estímulo.
Termocouplas, Sensores Piezoeléctricos, etc.
Sensores Activos o Modulantes
Requieren fuente de energía externa o una señal de excitación para poder
funcionar.
Termistor, Inductor, etc.
Sensores Analógicos
Proveen una señal continua tanto en magnitud como en contenido espacial o
temporal.
• Temperatura, desplazamiento, intensidad lumínica, etc.
Sensores Digitales
La salida toma la forma de escalones o estados discretos.
Contacto (switch), encoder, etc.
Medición de la temperatura en la Industria
“En el campo de los procesos industriales, el monitoreo de la temperatura, es
fundamental para la obtención del producto final especificado”. (Vignoni, 2001)
La medición de la temperatura en los procesos industriales le ha permitido al
hombre controlar los procesos para que estos se desarrollen bajo los mejores
parámetros para su cumplimiento, además se puede destacar aún más la
importancia de la medición de la temperatura en la industria debido a que existen
procesos, que solo se dan bajo ciertos parámetros controlados, uno de los más
comunes es la temperatura.
6. 4
Dispositivos de medición de la Temperatura
Los dispositivos de medición de temperatura son muchos, y una clasificación
de ellos se puede hacer diferenciándolos en dispositivos de medición eléctricos,
mecánicos, de radiación térmica y otros.
Dispositivos de Medición Eléctricos
Termocuplas
Termo-resistencias
Termistores
Diodos
Sensores de silicio con efecto resistivo
Dispositivos de Medición Mecánicos
Sistemas de dilatación
Termómetros de vidrio con líquidos
Termómetros bimetálicos
Dispositivos de Medición por Radiación Térmica
Pirómetros de radiación
Total (banda ancha)
Óptico
Pasabanda
Relación
Termómetrosinfrarrojos
Otros
Indicadores de color
Lápices
Pinturas
Sondas neumáticas
Sensores ultrasónicos
Indicadores pirométricos
Termómetros acústicos
Cristales líquidos
Sensores fluídicos.
Indicadores de luminiscencia (Termografía)
7. 5
Si bien en las listas anteriores no figuran todos los dispositivos en la
industria, a continuación definiremos los más difundidos en la industria,
especialmente, los que podríamos usar en circuitos electrónicos junto con micro-
controladores y otros sistemas electrónicos digitales, que es lo que nos interesa
para poder realizar acciones de control y supervisión en diferentes procesos.
Termocuplas
Las termocuplas son los sensores de temperatura eléctricos más utilizados
en la industria. Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material
unidos en un extremo, al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera
un voltaje muy pequeño, del orden de los milivolts el cual aumenta con la
temperatura. (Ver figura 1)
Estos dispositivos suelen ir encapsulados en vainas, para protegerlos de las
condiciones extremas en ocasiones del proceso industrial que tratan de ayudar a
controlar, suele utilizarse acero inoxidable para la vaina, de manera que en un
extremo está la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido
adentro de una caja redonda de aluminio (cabezal). Además según la distancia a
los aparatos encargados de tratar la pequeña señal eléctrica de estos
transductores, también deben utilizarse cables compensados para transportar esta
señal sin que la modifique o la modifique de una manera fácilmente reconocible y
reversible para los dispositivos detratamiento de la señal.
Termistores
Estos son mucho más económicos que las RTD, aunque no son lineales
sonmucho más sensibles, compuestos de una mezcla sintetizada de óxidos
metálicos, eltermistor es esencialmente un semiconductor que se comporta como
un "resistortérmico". (Ver figura 2)
Se pueden encontrar en el mercado con la denominación NTC
(NegativeTemperatureCoeficient) habiendo casos especiales de coeficiente
positivo cuando suresistencia aumenta con la temperatura y se los denomina PTC
(Positive TemperatureCoeficient).
Los termistores sirven para la medición o detección de temperatura tanto en
gases, como en líquidos o sólidos. A causa de su muy pequeño tamaño, se los
encuentranormalmente montados en sondas o alojamientos especiales que
pueden serespecíficamente diseñados para posicionarlos y protegerlos
adecuadamente cualquierasea el medio donde tengan que trabajar.
8. 6
Se los puede adosar fácilmente o montar con tornillos, ir roscados en
superficies o cementados. Los alojamientos pueden ser de acero inoxidable,
aluminio, plástico,bronce u otros materiales.
Termómetros Infrarrojos
Los termómetros Infrarrojos pueden medir la temperatura de un objeto sin
tocarlo. Hay muchos casos en los que la medida de temperatura sin contacto es
crítica: cuando elobjeto medido es pequeño, movible o inaccesible; para procesos
dinámicos querequieren respuesta rápida; o para temperaturas >1000°C. (ver
figura 3)
La mayoría de los termómetros más conocidos debe ponerse en contacto
directo con la fuente de temperatura, y tiene un rango útil de -100 °C à 1500°C. En
contraste, lostermómetros infrarrojos determinan la temperatura de la superficie de
un objetointerceptando y midiendo la radiación infrarroja emitida. El rango típico de
temperaturapara estos termómetros es -50°C to 3000°C de un sitio remoto. Las
distancias de trabajopueden variar desde una fracción de centímetro a varios
kilómetros en aplicacionesaerotransportadas.
Termorresistencia
La termorresistencia trabaja según el principio de que en la medida que varía
la temperatura, su resistencia se modifica, y la magnitud de esta modificación
puede relacionarse con la variación de temperatura. Tienen elementos sensitivos
basados en conductores metálicos, que cambian su resistencia eléctrica en
función de la temperatura. Este cambio en resistencia se puede medir con un
circuito eléctrico, que consiste de un elemento sensitivo, una fuente de tensión
auxiliar y un instrumento de medida.
Los dispositivos RTD más comunes están construidos con una resistencia de
platino (Pt), llamadas también PRTD, es el material más estable y exacto. La
relación resistencia temperatura correspondiente al alambre de platino es tan
reproducible que la termorresistencia de platino se utiliza como estándar
internacional de temperatura desde -260 ºC hasta 630 ºC . También se utilizan
otros materiales fundamentalmente níquel, níquel-hierro, cobre y tungsteno.
Típicamente tienen una resistencia entre 20Ω y 20kΩ.
La ventaja más importante es que son lineales dentro del rango de
temperatura entre –200ºC y 850ºC.
9. 7
DISCUSION
Los sensores de temperatura tienen una importancia indiscutible en la
industria, estos permiten monitorear la temperatura en la cual se está
desarrollando un proceso. Debido a que ciertos procesos químicos se dan bajo
ciertas temperaturas, existes procesos de producción en los cuales el control y/o el
monitoreo de la temperatura juega un papel fundamental, ya que sin una
constante supervisión de esta variable a través de los diferentes sensores
disponibles en el mercado, las reacciones mediante las cuales esos procesos se
fundamentan no podrían llevarse a cabo.
Dependiendo del proceso en el cual se quiera supervisar la temperatura, en
cuanto a las características bajo las cuales se lleva este a cabo, se deberá elegir
el tipo de sensor que tomara las medidas. De la correcta elección de este
dependerá que esa data recabada sea la más óptima, es decir, no sería la mejor
decisión usar una termoresistencia de latino para un proceso cuya temperatura
sobrepasa los 850 °C, es necesario tomar en cuenta las características del
proceso y conocerlo a fondo para luego determinar el mejor sensor para dicho
proceso.
10. 8
CONCLUSION
Está claro que debido a la naturaleza del fenómeno, la medición de
temperatura es un proceso difícil, los dispositivos deben ser duraderos y ser
capaces de resistir las duras condiciones del entorno donde operan.
A medida que surgen nuevas tecnologías de automatización, deben irse
desarrollando sensores más eficientes que brinden una data confiable y que este
lo más cercana a la realidad, la búsqueda de la perfección en la medición, si bien
es casi imposible obtenerla, es posible acercarse a ella lo suficiente como para
que ese mínimo porcentaje de error pueda ser despreciable.
Esa corresponde a la eterna búsqueda que el ser humano persigue.
11. 9
REFERENCIAS
[1]
Juran, J. (1996). Juran y la calidad por el diseño. España: Ediciones Diaz
de Santos.
Vignoni, J. (2003). Sensores. Instrumentación y Comunicaciones Industriales.
Extraído el 4 de Marzo de 2014 desde
http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/procesos/transparencia/Sensores.pdf
Aragonéz, J. (2000). Sensores de Temperatura. España.
Garrido, P. (2008). Sensores de Temperatura. Extraído el 4 de Marzo de
20014. Desde http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/abc/sensores-de-
temperatura.pdf
