Imagina que eres el encargado de la automatización de un proceso industrial donde la parte clave es la medición de temperatura dentro de un tanque (similar al que puedes encontrar en este tutorial), ¿qué tipo de sensor elegirías? ¿una termocupla, un RTD, un NTC o un sensor basado en semiconductores? ¿cómo podrías estar seguro de que el sensor elegido es el adecuado para el trabajo?
Parece complicado realizar una
correcta selección si consideramos todas las posibles opciones de las que
disponemos en el mercado, todos los fabricantes y todos los requerimientos
propios de un sensor. Sin embargo, existe un concepto que facilita, en gran
medida, una buena elección al momento de realizar una compra; éste es, el
triángulo de aplicación.
Triángulo de aplicación…para sensores
En primera instancia, debemos
tener presente que, si bien este concepto está enfocado a la selección de
sensores para el nivel de campo en la pirámide de automatización, su
utilización puede ser transpuesta a otros elementos como controladores,
HMI, protocolos, etc. Por ahora nos centraremos en los dispositivos más
básicos (que son los sensores) pues son éstos los que sirven como ojos en
cualquier proceso y son quienes nos permiten el correcto funcionamiento del
mismo, además de una correcta transición entre sus distintas etapas.
Como podemos observar, el
triángulo tiene en cada uno de sus vértices un elemento a considerar al momento
de la selección y, cuando logremos satisfacer los tres, será cuando la elección
sea correcta.
Fig. 1: Triángulo de aplicación |
Analicemos entonces cada uno de ellos.
Aplicación
Probablemente es el vértice más
importante porque aquí definimos qué es lo que necesitamos medir y, dadas la
gran cantidad de variables físicas y químicas del entorno industrial, es
imposible que exista un sensor multipropósito o que pueda ser configurable en
distintos procesos.
En este apartado podemos
encontrar algunas de las siguientes variables (entre muchas otras):
Temperatura |
Velocidad |
Alcalinidad |
Distancia |
Sonido |
Turbidez |
Proximidad |
Presión |
Metales pesados |
Color |
Flujo |
Conductividad |
Humedad |
pH |
Etc. |
Fig. 2: Variables físicas y químicas. |
Podríamos decir que este es el
vértice más sencillo pues de antemano sabemos cuál es la variable a medir.
Ambiente
En este caso nos referimos al
lugar en donde estará el sensor y a qué factores será expuesto pues, como
cualquier material en el mundo, el encapsulado tenderá a desgastarse, lo cual
conlleva a fallos en el mismo que pueden afectar de forma critica al sistema o,
en el peor de los casos, a una falla en toda la planta.
Entre los distintos factores
ambientales podemos encontrar: humedad, temperatura, corrosión, vapores, etc.
Es por eso que en este apartado debemos discernir si el sensor en cuestión
estará en contacto directo con la variable definida en el punto anterior o si
la medición se tomará a distancia; eventualmente esto nos llevará a seleccionar
el tipo de protección con la que debe contar el equipo. Es aquí donde entra la norma
IEC 60529 denominada “grados de protección proporcionados por las envolventes
(Código IP)” que, como su nombre lo indica, hace referencia a la protección y a
los certificados IP-XX donde la primera X es el grado de protección ante el
polvo que puede ir desde un 0 (cero, sin protección) hasta un 6 (protección
completa, el polvo no entra al sensor bajo ninguna circunstancia). Por otra
parte, la segunda X se refiere a la protección ante líquidos que, de igual
forma, puede ir desde 0 (cero, sin protección) y hasta 9K (protección contra de
chorros de corto alcance a alta presión y de alta temperatura). Cabe mencionar
que la clasificación IP es una norma europea. En el continente americano, el estándar más
utilizado es el NEMA, que dispone de pruebas de verificación para dispositivos
muy similares, pero exige características y pruebas de verificación adicionales
del producto.
Sabiendo entonces que el rango
más alto de protección IP sería la IP-69K, resultaría lógico pensar que un
dispositivo con dicho certificado sería la mejor opción pues estaría preparado
para hacer frente a cualquier condición ambiental, sin embargo y como ocurre en
prácticamente todos los equipos del entorno industrial, una protección mayor
conlleva un costo más elevado, es por eso que debemos hacer una selección
critica sobre dónde estará localizado nuestro sensor.
Fig. 3: Logo de certificación IP. |
Sistema de control
Este vértice lo considero el más
sencillo porque es donde definimos el tipo de señal de control que vamos a
utilizar, si bien puede parecer complicado, debemos tener en cuenta que, dentro
de un proceso, nada trabaja de forma independiente de los demás sistemas, es
decir que, en este caso, una correcta selección dependerá del tipo de módulos
que tengamos disponibles en nuestro controlador que pueden estar basados en los
estándares 4-20 [mA], 0-5 [VDC] o 0-10 [VDC]. Sabemos que
existen señales de tipo analógico y de tipo digital, ambas son completamente
diferentes y permiten realizar mediciones o detecciones en procesos muy
específicos. También debemos de tener en cuenta los requerimientos propios del
sensor, es decir, la cantidad de energía que va a demandar para su correcto
funcionamiento. En este caso podemos encontrar los valores estandarizados para
corriente alterna (120 o 240 VCA) y para corriente directa (5, 12,
24 o 48 VCD).
En controladores modernos se ha
convertido en tendencia el uso de sensores y dispositivos de campo con
electrónica interna basada en transistores, los cuales requieren alimentación a
24 [VDC] donde ele elemento de carga es el mismo controlador.
Fig. 4: Diagramas de conexión para sensores PNP y NPN. |
Conclusiones
A pesar de lo difícil que parece
hacer una correcta elección en lo que respecta a sensores, el concepto del
triángulo de aplicación facilita en gran medida esta acción pues a través de 3
revisiones podemos identificar perfectamente qué es lo que requerimos para una correcta
medición de nuestras variables del sistema.
Seguramente con la experiencia
que llega con varios años en el sector industrial, este tipo de cuestiones se
vuelven triviales, pero, para quienes recién comenzamos a adentrarnos en el
área profesional, este tipo de conceptos resulta de gran utilidad pues permite
entender de una forma más eficiente la naturaleza de los procesos.
Si bien aún falta la parte en que
revisamos el catalogo de los fabricantes para hacer una elección final,
considero que es más sencillo saber qué es lo que estamos buscando, en lugar de
conocer únicamente la variable a medir.
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-AHN
Excelente material educativo.
ResponderBorrarLa informacion(Fuente) Eficiente obtiene Receptor Eficaz.
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