3.1 Control a dos y tres hilosControl a dos hilos:

Es un control en el cual solamente son dos "hilos" o conductores que se conectan al dispositivo piloto que energiza la bobina de nuestro arrancador, además de esto es un control automático en el cual el dispositivo piloto puede ser un interruptor de presión, temperatura, etc. El encendido del equipo en caso de falla es automático por lo que no requiere de personal.Control a tres hilosEs un control en donde son tres los conductores o "hilos" los que conectan al dispositivo piloto, por lo que si llegase a existir una falla o desconexión, el operador tiene que restablecer manualmente el encendido.3.2 Control separadoSe le llama control separado cuando el circuito de conexión esta de forma independiente al sistema de fuerzaCompetencia especifica a desarrollar:Conocerá, interpretará y manejará sistemas de control.Además de conocer y conectar los diferentes arrancadores a tensión plena y a tensión reducida que se utilizan para arrancar y controlar los motores de c.a trifásicos.3.3 Control manual-fuera-automáticoEs un control el cual nos permite decidir si el sistema de fuerza trabajará de forma automática (sin operador), el sistema se desconectará para que no realice ningún trabajo (fuera), o para que el dispositivo de fuerza trabaje de forma continua, se selecciona el modo manual.3.4 Arranque a tensión plenaCuando al motor se le aplica una tensión, este comenzará a generar movimiento hasta alcanzar su velocidad máxima, en este caso, el motor en cuanto se energiza, trabajará hasta alcanzar su velocidad nominal independientemente de la corriente que demande o la carga que este posea, siempre y cuando el motor pueda girar la carga que tenga acoplada3.7 Avance gradual:Consiste en controlar la velocidad de inicio de un motor.Controles eléctricos

Ing. Arquímedes Rámirez Franco¿Cuando se recomienda un avance gradual de un motor?Cuando se necesite variar la velocidad, bien sea en forma gradual o escalonada como es el caso de las herramientas como tornos, taladradoras, en general todas las trabajen con arranque de virutas, pues de esta manera se reducen las transmisiones mecánicas, con lo que se reducen las pérdidas. También se utilizan en ventiladores, ascensores.3.8 FrenadoEs importante destacar que los dispositivos empleados en el frenado eléctrico

se dimensionan en función de la potencia de frenado. La potencia mecánica de frenado depende del par y la velocidad de frenado. Cuando mayor sea la velocidad, mayor será la potencia. Esta potencia se transmite a una tensión e intensidad determinadas. Cuando mayor sea la tensión, menos intensidad se necesita para una misma potencia. La intensidad es el componente principal que define el coste en accionamientos de CA de baja tensión.3.5 Métodos de arranque a tensión reducidaCuando un motor se arranca a un valor inferior al de la tensión nominal del motor, debido a que puede ocasionar daños al equipo, ya que si se arranca con la tensión del equipo produce una corriente muy grande la cual es la que ocasiona el daño.AutotransformadorVentajas: proporciona mayor par por arranque de corriente de línea, arranque con transición cerrada, durante el arranque la corriente del motor es mucho mayor que la corriente de línea.Resistencias primariasVentajas:alto factor de potencia durante el arranque, arranque con transición cerrada, posibilidad de hasta 7 puntos de aceleración, aceleración suave a la tensión del motor se incrementa la velocidad.Bobinado parcialVentajas: es el más económico de los demás métodos, arranque con transición cerrada, la mayoría de los motores con tensión dual pueden ser arrancador con devanados bipartidos en el menor de las tensiones.Estrella-delta:Ventajas: costo moderado menor que el de resistencias primarias o autotransformador, eficiencia del par alta, conviene para cargas de alta inercia.3.6 Inversión de giroPodemos invertir el giro de rotación del motor trifásico intercambiando la conexión de dos de sus terminales del motor a líneas conectadas.

UNIDAD 2. INTERRUPTORES Y SENSORES

2.1 INTERRUPTORES (PRESIÓN, NIVEL, TEMPERATURA, FLUJO, LÍMITE).

- Interruptor de presión Es un aparato que cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido, también conocido como presostato. El fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que se mueva hasta que se unen dos contactos. Cuando la presión baja un resorte empuja el pistón en sentido contrario y los contactos se separan. Un tornillo permite ajustar la sensibilidad de disparo del presostato al aplicar más o menos fuerza sobre el pistón a través del resorte. Usualmente tienen dos ajustes independientes: la presión de encendido y la presión de apagado. No deben ser confundidos con los transductores de presión (medidores de presión), mientras estos últimos entregan una señal variable en base al rango de presión, los presostatos entregan una señal apagado/encendido únicamente.

- Interruptor de nivel

Los interruptores de nivel tipo desplazador de montaje superior ofrecen una amplia gama de opciones y configuraciones de alarmas y controles de nivel. Estos equipos emplean el principio de flotación y sirven para aplicaciones sencillas o complejas tales como alarmas de alto y/o bajo nivel o control de múltiples bombas y/o alarmas. Los interruptores tipo desplazador son eficientes y sencillos. Los cambios de nivel de líquido cambian las fuerzas de flotación que actúan sobre los desplazadores suspendidos por un cable de un resorte de rango que se expande o contrae moviendo una camisa de atracción magnética. Un imán en el mecanismo del interruptor sigue el movimiento de la camisa de atracción sin tocarla (acoplamiento magnético) causando que el interruptor o interruptores se disparen. Los interruptores de nivel se utilizan principalmente en: Alarmas de nivel Arranque y paro de bombas Abrir o cerrar válvulas en forma instantánea Líquidos en agitación, turbulencia o con espuma Líquidos sucios y aceites pesados Químicos, pinturas y tintes.

- Interruptor de temperatura

Los interruptores de temperatura o termostatos están destinados a funcionar donde ocurren cambios de temperatura en un recinto, o en el aire que rodea el elemento de detección de temperatura. La operación del interruptor de la temperatura es similar a la operación del interruptor de presión o presóstato; ambos interruptores son accionados por los cambios en la presión. Se diseña el elemento de temperatura de manera que un cambio en la temperatura produce un cambio en la presión interna de un sistema térmico lleno (bulbo lleno de gas o aire, o hélice llena), que está conectado al dispositivo actuador por un pequeño tubo o cañería. Un cambio de temperatura causa un cambio en el volumen de gas del bulbo, que causa un movimiento del fuelle. El movimiento es transmitido por un émbolo al brazo del interruptor. Un contacto móvil está en el brazo. Un contacto fijo puede ser colocado de manera que el interruptor se abrirá o se cerrará con una elevación de temperatura. Esto permite que los contactos del interruptor sean fijados para cerrarse cuando la temperatura cae a un valor predeterminado y abrirse cuando las elevaciones de temperatura superan al valor deseado. La acción inversa se puede obtener por un cambio en las posiciones del contacto.

- Interruptor de limite

Un interruptor de límite es un dispositivo de control electromecánico que opera mecánicamente en forma automática, convierte la posición de elementos móviles de alguna maquinaria o de algún otro dispositivo mecánico, en una señal de control eléctrico. Su función principal es controlar el movimiento en al maquinaria o equipo asociado.

Beneficios: gran durabilidad, gran capacidad de repetición de ciclos de operación, gran resistencia a las vibraciones mecánicas, gran variedad de palancas de operación, fácil de seleccionar y aplicar. El interruptor de límite es ideal para aquellas aplicaciones en las que se requiera: contactos con capacidad para servicio extra pesado, elevado numero de operaciones y elevada fuerza de restablecimiento.

2.2 Principio de transducciónLos términos “sensor” y “transductor” se suelen aceptar como sinónimos, aunque si hubiera que hacer alguna distinción, el termino transductor es quizás mas amplio, incluyendo una parte sensible o captador propiamente dicho y algún tipo de acondicionamiento de la señal detectada. Si nos centramos en los estudios de los transductores cuya salida es una señal eléctrica, podemos dar la siguiente definición:

“un transductor es un dispositivo capaz de convertir el valor de una magnitud física en una señal eléctrica codificada, ya sea en forma analógica o digital”.

No todos los transductores tienen que dar una salida en forma de una señal eléctrica. Como ejemplo puede valer el caso de un termómetro basado en la diferencia de dilatación de una lamina bimetálica, donde la temperatura se convierte directamente en un desplazamiento de una aguja indicadora.

Sin embargo el termino transductor suele asociarse bastante a dispositivos cuya salida es alguna magnitud eléctrica o magnética.Los transductores basados fenómenos eléctricos o magnéticos, estos suelen tener una estructura general como la que muestra la figura 7.1, en la cual podemos distinguir las siguientes partes:

· Elemento sensor o captador. Convierte las variaciones de una magnitud física en variaciones de una magnitud eléctrica o magnética, que denominaremos habitualmente señal.

· Bloque de tratamiento de señal. Si existe, suele filtrar, amplificar, linealizar y, en general, modificar la señal obtenida en el captador, por regla general utilizando circuitos electrónicos.

· Etapa de salida. Esta etapa comprende lo amplificadores, interruptores, conversores de código, transmisores y, en general, todas aquellas partes que adaptan la señal a las necesidades de la carga exterior.

· CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE SEÑAL DE SALIDA

1. Analógicos. Aquellos que dan como salida un valor de tensión o corriente variable en forma continua dentro del campo de medida. Es frecuente para este tipo de transductores que incluyan una etapa de salida para suministrar señales normalizadas de 0-10 V o 4-20 mA.

2. Digitales. Son aquellos que dan como salida una señal codificada en binario, BCD u otro sistema cualquiera.

3. Todo-nada. Indican únicamente cuando la variable detectada rebasa un cierto umbral o limite. Pueden considerarse como un caso limite de los sensores digitales en el que se codifican solo dos estados.

Otro criterio de clasificación, relacionado con al señal de salida, es el hecho de que el captador propiamente dicho requiera o no una alimentación externa para su funcionamiento. En el primer

caso se denominan sensores pasivos y en el segundo caso activo o directo.Los sensores pasivos se basan, en la modificación de la impedancia eléctrica o magnética de un material bajo determinadas condiciones físicas o químicas (resistencia, capacitancia, inductancia, reluctancia, etc.)

Los sensores activos son, en realidad generadores eléctricos, generalmente de pequeña señal. Por ello no necesitan alimentación exterior para funcionar.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS SENSORES

Dichas características pueden agruparse en 2 grandes bloques:

1. Características estáticas. Que describen la actuación del sensor en régimen permanente o con cambios muy lentos de la variable a medir.

2. Características dinámicas. Que describen la actuación del sensor en régimen transitorio, a base de dar su respuesta temporal ante determinados estímulos estándar o a base de identificar el comportamiento del transductor con sistemas estándar.

Ø CARACTERÍSTICAS ESTATICAS

- Campo de medida: El campo de medida, es el rango de valores de la magnitud de entrada comprendido entre el máximo y el mínimo detectables por un sensor, con una tolerancia de error aceptable.

- Resolución: indica la capacidad del sensor para discernir entre valores muy próximos de la variable de entrada.

- Precisión: La presión define la máxima desviación entre la salida real obtenida de un sensor en determinadas condiciones de entorno y el valor teórico de dicha salida que correspondería, en identidades condiciones, según el modelo ideal especificado como patrón.

- Repetibilidad: Características que indican la máxima desviación entre valores de salida obtenidos al medir varias veces un mismo valor de entrada con el mismo sensor y en idénticas condiciones ambientales.

- Linealidad: Se dice que un transductor es lineal, si existe una constante de proporcionalidad única que relaciona los incrementos de señal de salida con los correspondientes incrementos de señal de entrada, en todo el campo de medida.

- Sensibilidad: Características que indican la mayor o menor variación de salida por unidad de la magnitud de entrada.

- Ruido: Se entiende por ruido cualquier perturbación aleatoria del propio transductor o del sistema de medida que produce una desviación de salida con respecto al valor teórico.

- Histéresis: Se dice que un transductor presenta histéresis cuando, a igualdad de la magnitud de entrada, la salida depende de si dicha entrada se alcanzo con aumentos en sentido creciente o en sentido decreciente.

Ø CARACTERISTICAS DINAMICAS

- Velocidad de respuesta: La velocidad de respuesta mide la capacidad de un transductor para que la señal de salida siga sin retraso las variaciones de la señal de la entrada. Los parámetros mas relevantes empleados en la definición de la velocidad de respuesta son los siguientes:

· Tiempo de retardo.

· Tiempo de subida.

· Tiempo de establecimiento al 99%.

· Constante de tiempo.

- Respuesta frecuencial: Relación entre la sensibilidad y la frecuencia cuando la entrada es una excitación senoidal.

- Estabilidad y derivas: Características que indican la desviación de salida del sensor al variar ciertos parámetros exteriores distintos del que se pretende medir, tales como condiciones ambientales, alimentación, u otras perturbaciones.

2.3 SENSORES DE PRESIÒN

Los transductores de presión suelen estar basados en la deformación de un elemento elástico (membrana, tubo de bourdon, etc.), cuyo movimiento bajo la acción del fluido es detectado por un transductor de pequeñas desplazamientos (galgas, transformador diferencial, elemento piezoeléctrico, etc.), del que se obtiene una señal eléctrica proporcional a al presión.

Los transductores de presión mas frecuentes son los de diafragma o membrana. El diafragma consiste en una pared delgada que se deforma bajo el efecto de presión.

Los transductores de presión pueden efectuar 2 tipos de medidas:

1. Presión absoluta, o medida respecto al vacio.

2. Presión diferencial, o relativa, midiendo la diferencia de presión entre 2 puntas.La figura 7.34 muestra el esquema de principio de un transductor de presión diferencial P2- P1 basado en el cambio que experimenta la inductancia de un par de bobinas cuando se deforma el diafragma. Los devanados están colocados a un circuito tipo puente de forma que los efectos de ambas se suman entre si, resultando una tensión alterna proporcional a la diferencia de presiones aplicada.

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2.4 SENSORES DE FLUJO

Los sensores de flujo se basan en distintos principios según se trate de fluidos comprensibles o no (gases o líquidos). Cabe recordar que el caudal puede definirse como masa por unidad de tiempo (Qm) o como volumen por unidad de tiempo (Qv) de un fluido que atraviesa una sección de cierto conducto.

Los sensores de caudal suelen estar basados en alguno de los siguientes principios:

- Detección por presión estática (efecto venturi).

- Detección por presión dinámica sobre un flotador o pistón.

- Detección de velocidad por inducción electromagnética.

- Detección volumétrica mediante turbina.

La mayoría de los transductores miden caudal volumétrico. En el caso de fluidos no comprensibles, la forma habitual de medición consiste en hallar la velocidad de paso por una sección conocida.

· Medidores por efecto venturi

El efecto Venturi consiste en la aparición de una diferencia de presión entre 2 puntos de una misma tubería con distinta sección y, por lo tanto, diferente velocidad e paso del fluido. Para fluidos no comprensibles dicha diferencia de presión depende de la relación de diámetros, de caudal y de la densidad, y, por lo tanto, de la temperatura.

· Medidores por presión dinámica

Estos transductores se basan en el desplazamiento de un pequeño pistón o flotador sometido a la presión dinámica de la corriente de fluido. Dicha presión equilibra el peso del cuerpo y provoca un desplazamiento del pistón proporcional a la velocidad del fluido.

Como variante de estos se pueden considerar los de turbina, donde la presión dinámica hace girar un rodete. La velocidad de giro de una turbina intercalada en la tubería es proporcional al caudal en el caso de fluidos incompresibles.

· Medidores por velocidad y por inducción

Este tipo de transductores se basan en la ley Faraday, según la cual, sobre un conductor se desplaza transversalmente a un campo magnético se genera una f.e.m. proporcional a la longitud del conductor, a su velocidad de desplazamiento y a la inducción del campo.

La f.e.m obtenida es proporcional al campo inductor, a la distancia entre electrodos de captación y a la velocidad del fluido. El método de medida tiene la ventaja de no entorpecer el flujo y, por lo tanto, no hay pérdidas de carga ni partes en movimiento. Por otro lado es apto para líquidos corrosivos o muy viscosos.

2.5 SENSORES DE TEMPERATURALa temperatura es otro de los parámetros que muchas veces debe controlarse en procesos industriales. Atendiendo al principio de funcionamiento de la mayoría de sensores industriales, podemos distinguir 3 grandes grupos de sensores térmicos:

1. Termostatos todo-nada: Interruptores que conmutan a un cierto valor de temperatura, en general con una cierta histéresis.

2. Termorresistencias: Sensores pasivos de tipo analógico basados en el cambio de resistividad eléctrica de algunos metales o semiconductores con la temperatura.

3. Pirómetros de radiación: Sensores de tipo analógico, utilizables en general para altas temperaturas, que están basados en la radiación térmica emitida por los cuerpos calientes.

· Termostatos

Los termostatos son sensores con salida de tipo todo o nada que conmuta a un cierto valor de temperatura. Los más simples están basados generalmente en la diferencia de dilatación de 2 metales y los más sofisticados se suelen construir a base de un sensor de tipo analógico y uno o varios comparadores con histéresis.

Los de tipos bimetálicos se utilizan típicamente en sistemas de climatización y en algunas aplicaciones industriales como interruptores de protección (falta de ventilación, etc.).

· TermoparesLos termopares son sensores activos de tipo analógico basados en el efecto Seebeck. Dicho efecto consiste en la aparición de una tensión eléctrica entre 2 piezas de distintos metales unidas o soldadas por un extremo, cuando este se calienta (unión caliente) y se mantienen los otros 2 extremos a una misma temperatura inferior (unión fría).

La fuerza electromotriz generada depende de la diferencia de temperaturas entre la unión fría y la unión caliente:

· Termorresistencias

Los conductores eléctricos presentan, en general, un aumento de resistencia con la temperatura.

Donde α se denomina coeficiente térmico de resistencia.

- Termorresistencias PTCY NTC: Las sondas PTC y NTC son esencialmente termorresistibles a base de semiconductor. Estos suelen presentar coeficientes de sensibilidad bastante mayores que en el caso de metales, pero a costa de una gran perdida de linealidad. Los PTC (positive temperatura coefficient) son resistencias construidas a base de óxidos de bario y titanio, que muestran cambios bruscos de valor a partir de una cierta temperatura. En la figura 7.30 se muestra la característica resistencia/temperatura a distintas frecuencias para una sonda PTC.

Las NTC son resistencias con un coeficiente de temperatura negativo (Negative Temperature Coefficient), construidas a base de óxidos de hierro, cromo, cobalto, manganeso y níquel dopados con iones de titanio o litio. El comportamiento frente a las variaciones de temperatura pueden expresarse, aproximadamente.

· Pirómetros de radiación

La medida de temperaturas con termopar o termorresistencia implica el contacto directo entre el transductor y el cuerpo cuya temperatura se desea medir. Sin embargo, este contacto resulta imposible si la temperatura a medir es superior al punto de fusión del material del transductor, o si el cuerpo caliente es muy pequeño y cambia su temperatura al efectuar la medida. En estos casos puede utilizarse los pirómetros de radiación, que miden la temperatura a partir de la

radiación térmica que emiten los cuerpos calientes.

La radiación emitida puede medirse en su totalidad, o solo en una banda de frecuencias, resultando así 2 tipos de pirómetros:

- De banda ancha, o de radiación total

- De banda estrecha, o de brillo.

Los primeros están construidos a base de una cámara negra, que recibe la radiación a través de una nueva ventana de superficie conocida. Los pirómetros de brillo miden unicament6e la radiación emitida en una longitud de onda específica a través de fotocélulas.

2.6 SENSORES DE NIVEL

Los transductores de nivel se utilizan para conocer el estado de llenado de depósitos de líquidos o sólidos en forma de polvo o granulados. Podemos distinguir 2 tipos de detección de niveles:

- Detección de varios niveles de referencia mediante un número discreto de transductores todo o nada.

- Detección de tipo analógico. Obteniendo una señal proporcional al nivel.

Cabe señalar que la detección de nivel de sólidos es poco frecuente, siendo más habitual su pesaje.

· Transductores todo o nada

La detección de niveles de referencia mediante dispositivo todo o nada puede basarse en diferentes principios, dependiendo, sobre todo, de si se trata de líquidos o de sólidos.

Para líquidos es frecuente emplear flotadores con un contacto de mercurio o, si el liquido es conductor, su nivel puede medirse por contacto entre dos electrodos sumergidos en el.

Para el caso de sólidos o líquidos no conductores suelen emplearse métodos fotoeléctricos o detectores de proximidad capacitivos.

· Transductores por presión

Una de las formas de obtener una indicación analógica de nivel de líquidos consiste en medir la presión sobre el fondo del depósito que los contiene. La diferencia de presiones entre el fondo y la superficie (Pf - Ps), es directamente proporcional al nivel (h) respecto a dicho fondo y al peso específico (ρ) del líquido:

En tanques abiertos el nivel es aproximadamente proporcional a la presión absoluta, ya que los cambios de presión atmosféricas suelen tener poca importancia, sobre todo si se trata de líquidos densos.

· Transductores por flotadorEl método más fiel para detectar el nivel de líquidos consiste en el empleo de un flotador solidario a un sistema de palancas y unido a un sensor de distancia o desplazamiento. La figura 7.41 muestra unos esquemas de principio para recipientes abiertos y cerrados.

· Transductores ultrasónicos

Los detectores por ultrasónicos se basan, en realidad, en la medición de la distancia desde el fondo a la superficie o desde el punto máximo a la superficie.

El transductor emite un impulso de presión (ultrasonidos) que es reflejado por la superficie del material y recogido por un receptor colocado a lado del emisor.Este tipo de detector es apto también para detectar nivel de sólidos.