Universidad de Oriente

Departamento de Ingeniera de Sistemas

Cursos Especiales de Grado

Automatizacin y Control de Procesos Industriales

SENSORES DE TEMPERATURA

Seminario: Instrumentacin Industrial

Maturn, Abril 2015

INDICEContenido

3INTRODUCCION

4MARCO TEORICO

4SENSOR

5CLASIFICACION DE LOS SENSORES

6SENSORES DE TEMPERATURA

6Termistor

7RTD (resistance temperature detector)

7Figura 3

7Termopar

8Figura 4

8Importancia de los sensores de temperatura

9DISCUSION

10CONCLUSIONES

11REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

INTRODUCCION

Los sensores son dispositivos que tienen la capacidad de captar magnitudes fsicas (variaciones de luz, temperatura, sonido, etc.) u otras alteraciones en el entorno. Una magnitud elctrica puede ser una resistencia elctrica (como en una RTD), una capacidad elctrica (como en un sensor de humedad), una tensin elctrica (como en un termopar), una corriente elctrica (como en un fototransistor), etc. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor est siempre en contacto con la variable de instrumentacin con lo que puede decirse tambin que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la seal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termmetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la accin de la temperatura. Un sensor tambin puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energa en otra.

Entre las reas de aplicacin de los sensores podemos mencionar: Industria automotriz, robtica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.MARCO TEORICO

SENSOR

Llamemos sensor a un dispositivo que mide de manera automtica una variable como por ejemplo la temperatura, la presin o inclusive el rgimen de giro, entre otras cosas. Un punto importante que se debe tener en cuenta es que la informacin generada como resultado de un sensor se puede deducir otras variables que no sean precisamente las que estn midiendo.

Los sensores, bsicamente, transforman o reproducen un determinado fenmeno fsico (pueden ser qumicos o fisicoqumicos) en una seal que pueden ser una unidad de medida (como en el caso de los termmetros y los barmetros), en sonidos (como los sistemas de seguridad de alarmas) o en ocasiones especficas.

Hay otros aparatos con sensores que se utilizan para el aviso de entrada o salida de gente a una propiedad. En este caso, se trata de pequeos aparatos que se instalan en puertas, y que, al ser movida esta, se activan produciendo un sonido determinado. Estos aparatos estn siempre activos, y no hay manera de desactivarlos cuando no queramos que funciones (excepto desinstalarlos del lugar donde se ha fijado). Un sistema anlogo es el utilizado por elevadores y montacargas, conocido en la jerga como ojo electrnico, dado que reconoce la presencia de personas en la puerta para evitar su cierre automtico y, con ello, minimizar el riesgo potencial de accidentes. Los sensores de peso en estos ascensores son un ejemplo ms sofisticado, pero con la misma utilidad concreta.

Para hablar concretamente de los automviles diremos, por ejemplo, que el sensor de proximidad es aquel que puede detectar personas, autos u otros objetos. Los ms comunes sensores de proximidad que se utilizan son: de ultrasonidos, infrarrojos cercano y lejano, de cmara de luz visible, etc.

Si bien precisamente se llaman sensores porque sienten o captan alguna condicin que les permita funcionar para lo que han sido diseados, una nueva rama de sensores son los de Wireless Network, es decir, conexiones inalmbricas (sin utilizacin de cables) para su activacin y funcionamiento. En este caso, tambin puede medirse por ejemplo la temperatura o la humedad, pero en vez de utilizar termmetros o barmetros para esto, se trata de sensores computarizados y conectados a una red de computadoras que le permite transformar sus variaciones en seales electrnicas. La tecnologa inicial para estos sensores fue aplicada en los transbordadores espaciales, pero forma parte hoy de variados equipos empleados en forma diaria. En realidad, las modernas pantallas tctiles constituyen un interesante ejemplo de sensores cotidianos y duales, esto es, no slo censan datos para su procesamiento, sino que devuelven informacin. Por consiguiente, los sensores ms actuales son utilidades bidireccionales, dado que puede efectuar una transduccin en una u otra direccin.

Finalmente, en ciencias biolgicas, no podemos olvidar que los rganos de los sentidos actan a su vez como sensores, ya sea unidireccionales (visin, olfato, odo) o bien bidireccionales, como ocurre con la piel. Los sensores internos que detectan la posicin espacial de cada rgano y sistema brindan al sistema nervioso la informacin necesaria para la preservacin del equilibrio, el control del movimiento y la interaccin con el mundo que nos rodea.

CLASIFICACION DE LOS SENSORES

Los sensores de inters para la manufactura se pueden clasificar como sigue:

Sensores mecnicos: para medir cantidades como posicin, forma, velocidad, fuerza, torque, presin, vibracin, deformacin y masa.

Sensores elctricos: para medir voltaje, corriente, carga y conductividad.

Sensores magnticos: para medir campo, flujo y permeabilidad magntica.

Sensores trmicos: para medir temperatura, flujo, conductividad y calor especfico.

Otros tipos como acsticos, ultrasnicos, qumicos, pticos, de radiacin, lser y de fibra ptica.

Ac se muestra un esquema ms detallada de dicha clasificacin. Ver figura 1

Figura 1Para el estudio a continuacin nos enfocaremos en lo sensores de temperatura para mayor comprensin de su funcionamiento.

SENSORES DE TEMPERATURA

Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en seales elctricas que son procesados por equipo elctrico o electrnico.

Hay tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y los termopares.

El sensor de temperatura, tpicamente suele estar formado por el elemento sensor, de cualquiera de los tipos anteriores, la vaina que lo envuelve y que est rellena de un material muy conductor de la temperatura, para que los cambios se transmitan rpidamente al elemento sensor y del cable al que se conectarn el equipo electrnico.

Termistor

El termistor est basado en que el comportamiento de la resistencia de los semiconductores es variable en funcin de la temperatura. Existen los termistores tipo NTC y los termistores tipo PTC. En los primeros, al aumentar la temperatura, disminuye la resistencia. En los PTC, al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia.

Los termistores ofrecen varias ventajas con respecto a las RTD y las termocuplas. Por ejemplo, son ms econmicos, estables y confiables, proveen un alto grado de intercambiabilidad, pueden hacerse lo suficientemente pequeos para permitir la medicin puntual, facilitan la medicin remota a travs de cables largos y tienen una mayor sensibilidad o respuesta de seal. Los termistores son particularmente adecuados para aplicaciones de baja temperatura sobre rangos limitados,

El principal problema de los termistores es que no son lineales segn la temperatura por lo que es necesario aplicar frmulas complejas para determinar la temperatura segn la corriente que circula y son complicados de calibrar. Ejemplo: figura 2

Figura 2RTD (resistance temperature detector)

UnRTDes unsensordetemperaturabasado en la variacin de la resistencia de un conductor con la temperatura. Los metales empleados normalmente como RTD son platino, cobre, nquel y molibdeno.

Las RTD se utilizan generalmente con un acondicionador de seales que convierte su salida a un voltaje o a una corriente proporcional a la temperatura. Esta seal de alto nivel puede ser entonces transmitida a una unidad de visualizacin, registro o control.Entre las ventajas RTD podemos mencionar:

Alta Precisin

Mejor Linealidad

Mejor Estabilidad

No requiere compensacin por junta fra

Los hilos no requieren especial extensin

Entre las desventajas RTD podemos mencionar:

l lmite de temperatura mxima es l ms bajo

El tiempo de respuesta sin el termo pozo es bajo

De entre los anteriores, los sensores de platino son los ms comunes por tener mejor linealidad, ms rapidez y mayor margen de temperatura. Ver Figura 3

Figura 3

Termopar

El termopar, tambin llamado termocupla y que recibe este nombre por estar formado por dos metales, es un instrumento de medida cuyo principio de funcionamiento es el efecto termoelctrico.

Un material termoelctrico permite transformar directamente el calor en electricidad, o bien generar fro cuando se le aplica una corriente elctrica.

El termopar genera una tensin que est en funcin de la temperatura que se est aplicando al sensor. Midiendo con un voltmetro la tensin generada, conoceremos la temperatura.

Los termopares tienen un amplio rango de medida, son econmicos y estn muy extendidos en la industria. El principal inconveniente estriba en su precisin, que es pequea en comparacin con sensores de temperatura RTD o termistores. Ver Figura 4

Figura 4

Otro tipo de sensores usados en la actualidad son los sensores infrarrojos; Los sensores de temperatura infrarrojos (IR), denominados tambin pir-metros de radiacin, son dispositivos de no contacto que miden indirectamente la temperatura de cuerpos calientes a partir de la radiacin trmica emitida en forma natural por los mismos. Se utilizan en los casos en los cuales resulta imposible o peligroso el uso de un termistor, una termocupla u otro tipo de sensor de contacto. Es el caso, por ejemplo, de procesos industriales donde se manejan temperaturas muy superiores a las del punto de fusin del transductor, de cuerpos calientes muy pequeos, inaccesibles o en movimiento, de atmsferas de alto voltaje o que deben permanecer libres de contaminacin, etc.

Los sensores IR estn basados en el concepto de que todos los cuerpos, a temperaturas por encima del cero absoluto (-273.5C), producen radiacin trmica en cantidad dependiente de su temperatura y sus propiedades fsicas. Esta energa se incrementa a medida que el objeto se torna ms caliente. Los cuales miden la energa emitida, reflejada y transmitida. En los sensores IR prcticos la energa emitida, que es la que indica realmente la temperatura de un objeto, se captura mediante un detector apropiado, precedido de un sistema ptico, se amplifica y procesa mediante circuitos electrnicos.

Importancia de los sensores de temperatura

La temperatura tiene una importancia fundamental en numerosos procesos industriales. Por ello, es imprescindible disponer de una medicin precisa. Las temperaturas inexactas pueden tener graves consecuencias, como la reduccin de la vida til del equipo si sufre un sobrecalentamiento de unos grados. La principal aplicacin de los sensores trmicos es, como es lgico, la regulacin de sistemas de calefaccin y aire acondicionado, adems de las alarmas de proteccin contra incendios.DISCUSION

Una vez culminado el desarrollo del tema de investigacin, en una mesa de dialogo llegamos a criterios individuales en los cuales estuvimos de acuerdo, los cuales podemos decir que los Sensores de Temperatura en la Industria son de alguna forma si as se quiere los dispositivos ms importantes ya que los mismo pueden indicar seales que proporcionen informacin o avisos de peligro. Pueden generar seales y datos que servirn para el apoyo en diversos departamentos segn sea el ejercicio de la industria.Ejemplo si la Industria es Petrolera y nos encontramos en un taladro, una alarma contra incendios est formada por un sensor de temperatura que mide las variaciones y cambios de temperatura en el ambiente, si por ejemplo es una Industria de manufactura en la cual se encuentra un Horno, ese tipo de equipos poseen un sensor de temperatura para controlar los niveles de intensidad de calor que puede generar el mismo.

Por otra parte la Sensores de temperatura los encontramos en la vida cotidiana, en el dia a dia, en los medios de transportes, en el aire acondicionado que tenemos en la oficina, en la cocina elctrica (moderna) que tenemos en casa. Enfocndonos a nivel Industrial los sensores de temperaturausan diferentes efectos fsicos para convertir la temperatura en una magnitud elctrica, la cual puede ser medida y posteriormente interpretada dependiendo del tipo de sensor.

Tambin cabe destacar que cada proceso en la Industria debe ser controlado de alguna manera, A pesar de los avances efectuados con otros sensores de temperatura, las termocuplas continan siendo los ms usados debido al intervalo de temperatura en el cual pueden utilizarse, su bajo costo y su versatilidad, la desventaja ms relevante es que las termocuplas miden diferencias de temperatura y no temperatura absoluta, por lo que debe usarse una junta de referencia.

Reforzando la investigacin ya realizada y haciendo una analoga de la misma, en los procesos industriales los sensores equivalen a tus ojos, tu boca, tu nariz, y estos sirven para proporcionar informacin al dispositivo de control que puede ser un microprocesador la cual va hacer las funciones del cerebro, recordemos que los sensores en la industria son categorizados de acuerdo a la magnitud que miden, pero tambin al rol que juegan en el moderno proceso de manufactura o cual fuera el ejercicio de la industria.CONCLUSIONES

Muchos procesos industriales requieren el control preciso de la temperatura para producir resultados de calidad o prevenir sobrecalentamientos, rupturas, explosiones y otros tipos de problemas. Las temperaturas elevadas, por ejemplo, son necesarias para ablandar metales y fundir plsticos antes de ser moldeados en formas especficas. Asimismo, las bajas temperaturas son necesarias para conservar los productos perecederos en una industria procesadora de alimentos. De otro lado, una condicin de sobre temperatura en un sistema cerrado digamos una caldera, puede provocar una excesiva presin. Tambin se requieren condiciones de temperatura precisas para combinar los ingredientes de productos qumicos.

Actualmente se dispone de una gran variedad de dispositivos e instrumentos para la medicin precisa de la temperatura, los cuales proporcionan una indicacin visual o una seal de realimentacin mecnica o elctrica que puede ser utilizada en un sistema de lazo cerrado para permitir el control automtico de procesos trmicos.

Un detector de temperatura es muy til y se encuentra en una gran variedad de equipos industriales.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Olivia, Emilio, Jess. Clasificacin de los Sensores [en lnea]. Viernes 10 de Diciembre 2010. http://thelastlabproject.blogspot.com/2010/12/clasificacion-de-los-sensores.html2. Sensor de Temperatura [en lnea]. http://medirtemperatura.com/sensor-temperatura.php3. Sensores de Temperatura [en lnea]. http://www.danfoss.com/Latin_America_spanish/BusinessAreas/IndustrialControls/Products_pdf/Temperature+sensors.htm4. Mximo, Araya. Sensores de Temperatura [en lnea]. Abril 2009. Termisores. http://snsoresdetemperatura.blogspot.com/Equipo DCS

Edgard Patete C.I 17.090.652

Carlos Carvajal C.I 18.653.937

Facilitador:

Ing. Moiss Prez