#101 www.electrosector.com año.10 diciembre. n°10'

ÉElectro Sector realizó una jornada de formación in company para personal de cooperativas eléctricas

Fichas yTomacorrientesMarco normativo según Resolución de la ex SICyM 524/98

;** IMotoresDesperfectos en motores eléctricos

Oío

ArgentinoRelevancia de los producto*eléctricos en el mercadoargentino

ELECTRICIDAD-Costos por boca

CONCURSO

Pag. 36

-Sensores

'Entrega 3 / Pag. 22

-Daremos a conocer los nombres de losganadores en nuestra web y Facebook

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ES I Electrónica

Elaborado por Líe. Edgardo Faletti

Sensor deTermocuplaLas termocuplas son los sensores detemperatura eléctricos más utilizados enla industria. Una termocupla se constru-ye con dos alambres de distinto mate-rial unidos en un extremo; al aplicarlestemperatura en la unión de los metalesse genera un voltaje muy pequeño, delorden de los milivolts que aumenta a lapar de la temperatura.

La figura 31 representa el esquema deuna termocupla estándar. Estos dispo-sitivos suelen ir encapsulados en vainaspara protegerlos de las condiciones ex-tremas. En el ámbito industrial, por ejem-plo, suele utilizarse acero inoxidable pa-ra la vaina, de manera que en un extre-mo está la unión y en el otro el terminaleléctrico de los cables, protegido den-tro de una caja redonda de aluminio (ca-bezal). Además, según la distancia quehaya entre los aparatos encargados detratar la señal eléctrica y los transducto-res, será necesario utilizar cables com-pensados que permitan transportar laseñal sin que ésta se modifique o quese modifique de una manera fácilmentereconocible y reversible para los dispo-sitivos de tratamiento.

A continuación se detallan las ventajas einconvenientes de los distintos tipos determocuplas:

Tipo B: Capacidad para medir tempera-turas levemente más altas, mayor esta-bilidad y resistencia mecánica, y su ap-titud de ser utilizada sin compensaciónde junta de referencia para fluctuacionesnormales de la temperatura ambiente.Resultan adecuadas para uso continuoe" a:""csíe"a5 oxidantes o inertes a tem-

peraturas hasta 1.700° C. También re-sultan satisfactorias durante cortos pe-ríodos de tiempo en vacío. Baja tensiónde salida, incapacidad para ser utiliza-da en atmósferas reductoras (como serhidrógeno o monóxido de carbono) ycuando se encuentran presentes vapo-res metálicos (eso es, de plomo o zinc)o no metálicos (arsénico, fósforo o azu-fre). Nunca se la debe usar con un tubode protección metálico.

Tipo R: Pueden ser utilizadas en formacontinua en atmósferas oxidantes o iner-tes hasta 1.400° C. La ventaja de la ter-mocupla Tipo R sobre la Tipo B es sumayor f.e.m. de salida.

Nunca se las deben usar en atmósferasreductoras, ni tampoco en aquellas quecontienen vapores metálicos o no me-tálicos u óxidos fácilmente reducidos, a

menos que se las protejan adecuada-mente con tubos protectores no metá-licos. Nunca deben ser insertadas direc-tamente dentro de una vaina metálica

Tipo S: La termocupla Tipo S es la termo-cupla original platino-rodio. Pueden serutilizadas en forma continua en atmós-feras oxidantes o inertes hasta 1.480° C.Tienen las mismas limitaciones que lastermocuplas Tipo R y Tipo B pero sonmenos estables que la termocupla TipoB cuando se las utiliza en vacío.

Tipo J: Para uso continuo en atmósferasoxidantes, reductoras e inertes y en vacíohasta 760° C. Por encima de 540° C, elalambre de hierro se oxida rápidamente,requiriéndose entonces alambre de mayordiámetro para extender su vida en servi-cio. La ventaja fundamental de la termo-cupla Tipo J es su bajo costo. No se de-

Corriente generadapor la termocupla

Conductores

Termopar o termocupla: dos materiales distintospero en contacto a los que se les aplica calor

Solenoide: por éste circula circula la corriente —que genera la termocupla

Figura 31. Funcionamiento de una termot ; <la

Hierro

Unión entre materiales

Cosntantan: Cobre y Níquel

Figura 32, Estructura de una termocupla

Positivo

t1 Diferencié

de potencial

Negativo

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ben usar en atmósferas sulfurosas porencima de 540° C. A causa de la oxida-ción y fragilidad potencial, no se las reco-mienda para temperaturas inferiores a 0°C. No deben someterse a ciclos por en-cima de 760° C, aun durante cortos pe-ríodos de tiempo, si en algún momentoposterior llegaran a necesitarse lecturasexactas por debajo de esa temperatura.

Tipo K: Para uso continuo en vacío y enatmósferas oxidantes, reductoras e inertes.Su desventaja reside en el hecho de quesu límite máximo de temperatura es de tansólo 370 ° C para un diámetro de 3,25mm. Resultan adecuadas para medicionesdebajo de 0° C, pero se recomienda paraese propósito a las termocuplas Tipo E.

Tipo t Posee la mayor f.e.m. de salidade todas las termocuplas estándar. Pa-ra un diámetro de 3,25 mm su alcan-ce recomendado es - 200° C a 980°C.Estas termocuplas se desempeñan sa-tisfactoriamente en atmósferas oxidan-tes e inertes, y resultan particularmenteadecuadas para uso en atmósferas hú-medas a temperaturas subcero a raíz desu elevada f.e.m. de salida y su buenaresistencia a la corrosión.

La termocupla tiene un problema con lacompensación del cero. Esto se debe aque en algún punto, habrá que empalmarlos cables de la termocupla con un con-

ductor normal de cobre. En ese puntose producirán dos nuevas termocuplascon el cobre como metal para ambas,generando cada una un voltaje propor-cional a la temperatura de ambiente ene) punto de) empalme.

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Los detectores de temperatura de resis-tencia (RTD) detectan con precisión latemperatura con un excelente grado derepetibilidad. El RTD se compone de ele-mentos metálicos cuyo cambio en la re-sistencia se convierten en una función dela temperatura. En funcionamiento, unapequeña corriente de excitación se hacepasar a través del elemento, y la tensión,que es proporcional a la resistencia, se mi-de a continuación, y se convierte en uni-dades de calibración de la temperatura.

El elemento RTD está fabricado con unenrollando de alambre (hilos enrollados)o con una película delgada sobre unabase de cerámica o de vidrio y selladoeste elemento dentro de una cápsula decerámica o vidrio.

Como la mayoría de RTD debe teneruna resistencia inicial baja, a menudo100 ohmios, y tiene un pequeño cambioen la resistencia por unidad de intervalode temperatura; la resistencia del alam-bre de plomo es a menudo compensa-da con una configuración de puente de

tres o cuatro cables integrado en los <positivos de medición.

Mediante la selección de los elemerpropios y envoltura de protección, Fpuede íundonar en un rango de temptura de -200 a 650 ° C / -328 a 1 202

NTC y PTCSon resistencias no lineales debicque su resistencia no varía de foiproporcional al valor de la magnique las modifica. Estas resistencpertenecen al mismo grupo de losmiconductores, aunque dependermagnitudes diferentes.

La resistencia NTC (Negativture Coefficient) es una resistencia cvalor óhmico depende de la temperra. Esta resistencia se caracteriza pedisminución del valor óhmico a me<que aumenta la temperatura, por típresenta un coeficiente de temperanegativo. En cambio la resistencia F(Positive Temperature Coefficient) seracteriza por el aumento del valormico a medida que aumenta la terrratura, por ende presenta un coeficte de temperatura positivo.

Los termitores NTC se fabrican a pde óxidos semiconductores, de lostales del grupo del hierro, pero corrresistencia específica de estos óxien estado puro es muy elevada, seañaden pequeñas cantidades de oiones de distinta valencia. Para la fecación de éstas se usa el óxido d(quel o el óxido de cobalto combinacon óxido de litio.

En el proceso de fabricación los óxson transformados en polvo fino coimensión de grano comprendida entny 50 mieras. Se aglomeran, mezclecon métodos de extrusión, se les dema de cilindro o tubo. Después detal izar los extremos de las barras, semeten a un proceso de estébilizaciórlentándolos a temperatura superiormáxima de funcionamiento. Finalmse protege la superficie con barnicesmaltes refractarios.

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Las resistencias PTC se fabrican a par-tir de BaTiOS o soluciones sólidas de lostitanatos de bario y de estroncio. El pro-ceso de fabricación es análogo al de lostermitores NTC.

TermostatoUn termostato es el componente deun sistema de control simple que abreo cierra un circuito eléctrico en funciónde la temperatura. Su versión más sim-ple consiste en una lámina metálica co-mo la que utilizan los equipos de aireacondicionado para apagar o encen-der el compresor. Otro ejemplo lo po-demos encontrar en los motores decombustión interna, donde controlanel flujo del líquido refrigerante que re-gresa al radiador dependiendo de latemperatura del motor. Los bimetáli-cos consisten en dos láminas de me-tal unidas, con diferentes coeficientesde dilatación térmica. Cuando la tem-peratura cambia, la lámina cambia deforma, actuando sobre unos contac-tos que cierran un circuito eléctrico.

Pueden ser normalmente abiertos o ce-rrados, cambiando su estado cuandola temperatura alcanza el nivel para elque son preparados.

Bimetal

Encontramos distintos tipos de sensores:

InfrarrojosLos más sencillos y habituales son losdenominados Passive Infrared (PIR) yestán basados en la diferencia de caloremitido por los seres humanos en movi-miento respecto del espacio vacío. Estossensores, de tipo pasivo, no son capa-ces de "ver" a través de obstáculos, in-cluyendo cristal, y poseen una sensibili-dad baja, por lo que no se recomiendapara pequeños movimientos o para su-perficies amplias. Asimismo, estos mo-delos se caracterizan por detectar peorlos movimientos hacia o desde el detec-tor, que los movimientos que "cruzan"su campo de visión. Por todo ello, losdetectores PIR están indicados en zo-nas de paso como escaleras o aparca-mientos, pero es necesario evitar fuen-tes de calor que apunten directamente

o se encuentren cercanas, ya que des-estabilizan el sensor.

UltrasonidosUna tecnología más avanzada que laanterior para detectar movimiento es labasada en la emisión de ondas de ul-trasonidos fuera del rango de audiciónhumana. En este caso, la diferencia en-tre la frecuencia de la onda emitida y re-cibida es interpretada como la existen-cia de personas. Estos sensores, de ti-po activo, son capaces de "ver" a travésde esquinas y objetos, por lo que sonaconsejables para la detección de mo-vimientos pequeños y suelen cubrir su-perficies mayores. Este tipo de sensorestá indicado para las oficinas, las sa-las de reuniones, así como pasillos lar-gos y vestíbulos. Su principal desventajaes que no sólo responden al movimien-to humano, sino que también el movi-miento de puertas, ventanas, cortinas,incluso papeles saliendo de una impre-sora podrían activar el detector.

Una variedad menos avanzada de losdetectores de ultrasonidos son los de-nominados "pasivos" o "microfónicos",que se basan simplemente en la detec-ción de presencia por medio de "escu-char" el sonido emitido en un amplio ran-go de frecuencias. A pesar de que es po-sible configurar para que "aprendan" adistinguir sobre algunos ruidos de fon-do continuos como el aire acondiciona-do o motores, los modelos pasivos pro-vocan un mayor porcentaje de falsos e^-cendidos respecto a los modelos ac: -vos. Utilizan una frecuencia de aireoecor

de 30 kHz. El transmisor rebota las on-das de las paredes, muebles, ventanasy techo y cuando la habitación se esta-biliza, se arma la alarma.

Sen s o res fo to e/éc ir/eos;Algunos sistemas de detección de mo-vimiento utilizan láseres y rayos fotoeléc-tricos. El láser se dispara hacia el otrolado de la habitación. Si el láser es inte-rrumpido, entonces se activa la alarma.

Sensores acústicos:Pueden detectar la energía producidapor cualquier tipo de sonido, incluidoslos vidrios rotos. En el caso de los vidriosrotos producidos por las ventanas viola-das, se emite una alarma sonora.

Las ondas sonoras se manifiestan por lasvariaciones de presión y velocidad queellas generan. En la mayoría de los ca-sos el campo acústico en un punto esel resultado de la superposición de on-das sonoras que han experimentado re-flexiones múltiples. Los micrófonos sonlos sensores que facilitan la conversiónde una señal acústica en eléctrica. Sepueden aplicar diversos principios a surealización siendo la más común la com-binación de fenómenos mecánico-acús-ticos y su conversión electromecánica.

Encontramos los siguientes tipos:>

^

Tipos de micrófonos:CapacitivosEl micrófono de condensador está forma-do por una placa delgada o membranallamada diafragma, tal que es suscep-

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Material: amortiguante

Diafragma

Bobina

Imán

RetornoMagnético

tibie de moverse por acción de (as va-riaciones de presión sonora, y por otraplaca posterior fija y paralela al diafrag-ma tal como se aprecia en la figura 37.Los movimientos de éste, respecto dela placa posterior, determinan variacio-nes de la capacidad eléctrica del con-densador así formado. La polarizacióndel condensador se realiza a un nivelfijo de corriente continua y a través deun circuito con alta constante de tiem-po (si se compara con las variacionesde presión). Las variaciones de presiónprovocan variaciones de la capacidadeléctrica que se traducen en variacio-nes de tensión. Este tipo de micrófonose caracteriza por el bajo nivel de ruidoy respuesta en frecuencias uniformes,así como de tener una adecuada sen-sibilidad acústica, lo que hacen de él unsensor muy apropiado para la medidaacústica. Sus principales inconvenien-tes son la susceptibilidad a la hume-dad y la pequeña capacidad de salida.

PiezoeléctrícosEste tipo de micrófono utiliza la fuerza pro-ducida por la presión del aire para defor-mar un material piezoeléctrico que a suvez genera carga eléctrica. Los materia-les utilizados pueden ser tanto cristalesnaturales (cuarzo, turmalina, etc.), comolos creados añadiendo impurezas a unaestructura cristalina natural (titanatos deBario y titanozirconatos de Plomo). Enla figura 38 se representa el esquemaconstructivo de un micrófono de este ti-po. El diafragma se utiliza como colectorde fuerza para aplicarla sobre el cristal;el esfuerzo que se le aplica es de flexión,esto obliga a disponer el cristal simple-mente apoyado o en voladizo. Este mi-crófono es muy robusto mecánicamenteaun cuando tiene una sensibilidad acús-tica más baja; se caracteriza tambiénpor su alta sensibilidad a las vibraciones.

Se denominan también de bobina móvil.

Este sensor utiliza la velocidad comuni-cada al diafragma por la presión sonora,para inducir una fuerza electromotriz enla bobina móvil que se halla en el inte-rior de un campo magnético. Su cons-titución es pues muy semejante a la deun altavoz electrodinámico; la baja ¡m-pedancia permite su colocación con ca-bles largos a gran distancia del punto deanálisis y su ruido interno es muy bajo;su respuesta en frecuencia no es muybuena y es sensible a campos magné-ticos externos y vibraciones; en la figura39 aparece representado un esquemaconstructivo de este micrófono.Como contra tiene que la respuesta larespuesta en frecuencia no es muy bue-na, siendo sensible a campos magnéti-cos externos y vibraciones.

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