Actuadores Finales de Control

Actuador

 

Una actuador corresponde a cualquier mecanismo que permita al efector ejecutar una acción. Ejemplos de actuadores robóticos son motores eléctricos (servomotores, de paso, de C.A., etc), cilindros neumáticos y cilindros hidráulicos.

Existen varios tipos de actuadores como son:

• Electrónicos
 
• Hidráulicos
 
• Neumáticos
 
• Eléctricos

 

Actuadores Neumáticos

Los actuadores neumáticos tienen aire comprimido con el cual mueve el actuador.

 

Cilindricos:

• Movimiento lineal de un émbolo debido a diferencia de presión.
• Simple efecto y doble efecto.
• Posicionamiento en los extremos y dificultad de posicionamiento continuo.
• Funcionamiento simple y mantenimiento económico.
• Repetivilidad inferior a otros tipos de actuadores.
• Adecuados para manipulación de piezas pequeñas.

Motores Rotativos:

• Ligeros y compactos.
• Arranque y parada muy rapidos.
• Velocidad y par variables.
• Control simple.
• Dificil control de posición.

Motores de Aletas Rotativas:

• Simples.
• Dispositivos reductores para aumentar el par.

Motores de Pistones:

• Menor velocidad que los de aletas.
• Bajo nivel de vibración.
• Par elevado a bajas velocidades.

Actuadores Hidráulicos

Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión.

• Funcionamiento similar a los neumáticos.
• Grado de compresibilidad del aceite muy inferior al del aire: Mayor presión.
• Elevadas fuerzas y pares: Cargas de hasta 200 Kg.
• Mantenimiento no muy complejo.
• Repetitivilidad entre 2.3 y 0.2 mm.
• No presentan problemas de refrigeración.
• Cilíndros iguales a los neumáticos.

Motores de Aletas Rotativas:

• Elevado par de arranque y rendimiento (90%).
• Relativamente económicos.

Motores de Pistones:

• Cilindrada variable.
• Construcción compleja.

 

Actuadores Eléctricos

Los actuadores eléctricos son los más utilizados en los robots industriales actuales.

• Fáciles de controlar.
• Sencillos, pero de construcción delicada.
• Precisos.
• Alta repetitivilidad.
• Más pesados que los neumáticos e hidráulicos a igualdad de potencia.

Motores de DC:

• Controlados por inducción.
• Controlados por excitación.

Motores de AC:

• Síncronos.
• Asíncronos.

 

 

Tipos de válvulas de control



La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. Fig.1

 

 

Fig. 1) Tipos de válvulas.

 

 

• Válvulas de compuerta

La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento.

•  Válvulas de macho

La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90°.

• Válvulas de globo

Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería.

 

• Válvulas de bola

Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto.

• Válvulas de mariposa

La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos con el sentido de la circulación.

• Válvulas de diafragma

Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación.

• Válvulas de apriete

La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre por medio de uno o mas elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre si para cortar la circulación.

 

Tipos de Sensores

 

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.

Características de un sensor

• Rango de medida: Dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.
• Precisión: Es el error de medida máximo esperado.
• Offset o desviación de cero: Valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.
• Linealidad o correlación lineal.
• Sensibilidad: Suponiendo que es de entrada a salida y la variación de la magnitud de entrada.
• Rapidez: Puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.
• Repetitividad: Error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Sensores de Presión

Fig. 1) Manometro Digital y Analogico

http://www.galeon.com/hamd/pdf/sensorpresion.pdf

 

Sensores de Flujo

El sensor de flujo es un dispositivo que, instalado en línea con una tubería, permite determinar cuándo está circulando un líquido o un gas.

Estos son del tipo apagado/encendido; determinan cuándo está o no circulando un fluido, pero no miden el caudal. Para medir el caudal se requiere un caudalímetro.

  

Fig. 2) Sensor de flujo tipo paleta.

 

 

 

• De pistón
  Es el más común de los sensores de flujo. Este tipo de sensor de flujo se recomienda cuando se requiere detectar caudales entre 0,5 LPM y 20 LPM.
  Consiste en un pistón que cambia de posición, empujado por el flujo circulante. El pistón puede regresar a su posición inicial por gravedad o por medio de un resorte.
  El pistón contiene en su interior un imán permanente. Cuando el pistón se mueve el imán se acerca y activa un reed switch, que cierra o abre (según sea la configuración) el circuito eléctrico.
  El área entre el pistón y la pared del sensor determina su sensibilidad, y por ende a qué caudal se activará el sensor. 
 
• De paleta (compuerta) Fig. 2
  Este modelo es recomendado para medir grandes caudales, de más de 20 LPM.
  Su mecanismo consiste en una paleta que se ubica transversalmente al flujo que se pretende detectar. El flujo empuja la paleta que está unida a un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor de flujo y apaga o enciende un interruptor en el exterior del sensor.
  Para ajustar la sensibilidad del sensor se recorta el largo de la paleta.
 
• De elevación (tapón)
  Este modelo es de uso general. Es muy confiable y se puede ajustar para casi cualquier caudal.
  Su mecanismo consiste en un tapón que corta el flujo. Del centro del tapón surge un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor. Ese eje empuja un interruptor ubicado en el exterior del sensor.
  Para ajustar la sensibilidad del sensor se perforan orificios en el tapón.

  

http://www.coldecon.com.co/assets/Uploads/SW-600-2000-E.pdf

 

 

Sensores de Temperatura

Sensores de temperatura

 http://www.slideshare.net/josueacerov/diapositivas-de-sensor-de-temperatura-jeison-torres-diego-diaz-jhonatan-mio#btnNext

Criterios para la selección de un sensor

Se deben tener en consideración al momento de elegir sensores lo siguiente:

• Campo de vista
 
• Rango de operación
 
• Exactitud y resolución
 
• Velocidad (operación en tiempo real por el periodo de muestreo)
 
• Requerimientos computacionales
 
• Potencia, peso y tamaño
 
• Robustez (redundancia)
 
• Sensitividad (Grado de cambio de la señal de salida del sensor en función de
cambio de la señal física medida)

 

Introducción a la Instrumentación Y Normas

Introducción a la Instrumentación

 

Todo proceso industrial de fabricación de productos exige un control de las diversas etapas involucradas en el mismo. Existe una gran variedad de procesos destinados a producir cientos de artículos diferentes tales como:

• La fabricación de los productos derivados del pretróleo.
• De productos alimenticios.
• La industria cerámica.
• Las centrales generadoras de energía.
• La siderurgia.
• Los tratamientos térmicos.
• La industria papelera.
• La industria textil.
• etc.

En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes tales como la presión, el caudal, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etc.

 

Instrumentación:

Es la aplicación de técnicas y conocimientos de ingeniería, de dispositivos y de mecanismos para detectar, medir, registrar, y controlar una variable ó un conjunto de ellas que pueden estar asociadas en la elaboración de un producto, en la operación de una máquina o en cualquier tipo de proceso.

 

Fig.1) Tipos de instrumentos utilizados en la medición y control de variables.

 

Clasificación de las variables

 

En la instrumentación las cantidades ó características que se miden dentro de un proceso se denominan comúnmente como variables de medición, variables de instrumentación ó variables de preoceso.

 

Se puede decir entonces que una variable es una cantidad ó condición que varía con respecto al tiempo y que es factible de medirse y controlarse.

 

Existe, sin embargo, una cantidad infinita de variables, pero estas se pueden agrupar de acuerdo al carácter de la variable misma.

 

Variables físicas:

• Térmicas.
• De radiación.
• De fuerza.
• De velocidad.
• De cantidad.
• De tiempo.
• Geométricas.
• De propiedades físicas.
• De composición química.
• Eléctricas

 

Clase de Instrumentos

 

Los instrumentos de medición y de control son relativamente complejos y su función puede comprenderse bien si están incluidos dentro de una clasificación adecuada. Como es lógico, pueden existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada una de ellas con sus propias ventajas y limitaciones. Una de las mas sencillas es la de la clasificarlos de acuerdo con la función del instrumento:

 

• Instrumentos ciegos
Son aquellos que no tienen indicación visible de la variable.

• Instrumentos indicadore
Disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable.

• Instrumentos registradores
Estos registran con un trazo continuo o a puntos la variable, pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según sea la forma del gráfico.

• Elementos primarios de medición
Son los que estan en contacto con la variable y utilizan o absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada.

• Transmisores
Son los que captan la variable de proceso a través del elemento primario de medición y la transmiten a distancia en forma de señal neumática de margen 3 a 15 psi o electrónica de 4 a 20 mA de CC o una señal digital. 

• Transductores
Reciben una señal de entrada función de una o más cantidades físicas y la convierten modificada o no a una señal de salida.

• Convertidores
Son aparatos que reciben una señal de entrada neumática o electrónica procedente de un instrumento y después de modificarla envían la resultante en forma de señal de salida estándar.

•  Controladores
  Comparan la variable controlada con un valor deseado y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación.

•  Elemento final de control
  Recibe la señal del controlador y modifica el caudal del fluido o agente de control. En el control neumático, el elemento suele ser una válvula neumática o un servomotor neumático que efectúan su carrera completa de 3 a 5 psi.

 

 

Normas

Para designar y representar a los instrumentos de medición y control se emplean normas muy variadas que en ocasiones resultan muy diferentes de industria a industria. Esta gran variedad de normas y sistemas utilizados en las organizaciones industriales indican la necesidad universal de una normalización de ese campo. Varias sociedades han dirigido sus esfuerzos en ese sentido, siendo la Sociedad de Instrumentos de Estados Unidos (ISA, por sus siglas en inglés) y la Asociación Estadounidense de Fabricantes de Aparatos Científicos (SAMA, por sus siglas en inglés) de las mas importantes. Las normas de la ISA tienen por objeto establecer sistemas de designación (código y símbolo) de aplicación a toda la industria en general.