Criterios de selección de sensores industriales

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 [V_DC] o 0-10 [V_DC]. 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 V_CA) y para corriente directa (5, 12, 24 o 48 V_CD).

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 [V_DC] 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