APLICACIÓN DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS A LA INDUSTRIA CIRCUITOS DE FUENTE DE ALIMENTACIÓN Podemos definir fuente de alimentación como aparato electrónico modificador de la electricidad que convierte la tensión alterna en una tensión continua. Remontándonos un poco en la historia describiremos que en la industria no se contaba con equipos eléctricos, luego se empezaron a introducir dispositivos eléctricos no muy sofisticados por lo que no eran muy sensibles a sobretensiones, luego llegaron los equipo más modernos que necesitaban de bajos voltajes y por lo tanto eran muy sensibles a sobretensiones, cambios bruscos o ruido en las tensiones de alimentación por lo que se ha iniciando la construcción de fuentes de alimentación que proporcionaran el voltaje suficiente de estos dispositivos y que garanticen la estabilidad de la tensión que ingresa al equipo. Hoy en día los equipos electrónicos, en su mayoría, funcionan con corriente continua, así, el dispositivo que convierte la corriente alterna a corriente continua, en los niveles requeridos por el circuito electrónico a alimentar, se llama fuente de alimentación. En resumen la función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión en una tensión continua. Existen básicamente dos tipos de fuente de alimentación: La fuente conmutada La fuente regulada Cada una con sus características, sus ventajas y desventajas. Se utiliza una de ellas de acuerdo al uso final que van a tener, es decir, según los requerimientos de estabilidad y rendimiento que tenga la carga a alimentar. FUENTE CONVENCIONAL Este es su diagrama en bloques: para explicar el funcionamiento de una fuente convencional.
1.-Transformador de entrada: Modifica los niveles de tensión alterna a los requeridos por el circuito a alimentar. El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 220 o 120 V) a otra tensión mas adecuada para ser tratada. Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas, esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también.
2.- Rectificador a diodos
El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales:
El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto le entra tensión alterna y tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo:
Ejemplos de rectificadores: Rectificador a un diodo El rectificador más sencillo es el que utiliza solamente un diodo, su esquema es este:
Cuando Vi sea positiva la tensión del ánodo será mayor que la del cátodo, por lo que el diodo conducirá: en Vo veremos lo mismo que en Vi, mientras que cuando Vi sea negativa la tensión del ánodo será menor que la del cátodo y el diodo no podrá conducir, la tensión Vo será cero. Rectificador en puente El rectificador mas usado es el llamado rectificador en puente, su esquema es el siguiente:
Cuando Vi es positiva los diodos D2 y D3 conducen, siendo la salida Vo igual que la entrada Vi, cuando Vi es negativa los diodos D1 y D4 conducen, de tal forma que se invierte la tensión de entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva.
3. El filtro:
La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.
El tipo más común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los casos perfectamente válido. Sin embargo en algunos casos puede no ser suficiente y tendremos que echar mano de algunos componentes adicionales. Filtro con condensador a la entrada: Este es el filtro más común y seguro que lo conocerás, basta con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta forma:
SENSOR DE TEMPERATURA Fenómenos utilizados para sensar temperatura: Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases). Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia). Variación de resistencia de un semiconductor (termistores). fem creada en la unión de dos metales distintos (termopares). Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación).
Termómetros de resistencia: Su principio de funcionamiento se basa en el flujo de electrones a traves de la
resistencia. Al variar la temperatura en el material resistivo, el flujo de electrones varia. Es decir la resistencia presenta una variacion con la temperatura. El elemento consiste, usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado, bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de ceramica. Las bobinas que llevan arrollado el hilo de resistencia, estan encapsuladas y situadas dentro de una vaina (acero inoxidable 304 )
Termistores: Los termistores, son semiconductores electronicos con un coeficiente de temperatura de
resistencia negativo (o positivo) de valor elevado, por lo que presentan unas variaciones rapidas y extremadamente grandes paras los cambios relativamente pequenos en la temperatura. A diferencia de los RTD, los termistores se basan en semiconductores y no en conductores. Materiales usados: oxidos de niquel, manganeso, hierro, cobalto, etc.
SENSOR CAPACITIVO Los sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico. Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexión respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica.
Funcionamiento
Desde el punto de vista puramente teórico, se dice que el sensor está formado por un oscilador cuya capacidad la forman un electrodo interno (parte del propio sensor) y otro externo (constituido por una pieza conectada a masa). El electrodo externo puede estar realizado de dos modo diferentes; en algunas aplicaciones dicho electrodo es el propio objeto a sensar, previamente conectado a masa; entonces la capacidad en cuestión variará en función de la distancia que hay entre el sensor y el objeto. En cambio, en otras aplicaciones se coloca una masa fija y, entonces, el cuerpo a detectar utilizado como dieléctrico se introduce entre la masa. y la placa activa, modificando así las características del condensador equivalente.
Aplicaciones Estos sensores se emplean para la identificación de objetos, para funciones contadoras y para toda clase de controles de nivel de carga de materiales sólidos o líquidos. También son utilizados para muchos dispositivos con pantalla táctil, como teléfonos móviles, ya que el sensor percibe la pequeña diferencia de potencial entre membranas de los dedos eléctricamente polarizados de una persona.
Detección de nivel
En esta aplicación, cuando un objeto (líquidos, granulados, metales, aislantes, etc.) penetra en el campo eléctrico que hay entre las placas sensor, varía el dieléctrico, variando consecuentemente el valor de capacitancia. La conexión de estos sensores se muestra en la figura. Hay que alimentar los sensores con una fuente de corriente continua de 24V. Conexión de un sensor capacitivo
SENSOR DE HUMEDAD El principio de funcionamiento de esta aplicación es similar a la anterior. En esta ocasión el dieléctrico, por ejemplo el aire, cambia su permitividad con respecto a la humedad del ambiente.
Detección de posición.- Esta aplicación es básicamente un condensador variable, en el cual una de las placas es móvil, pudiendo de esta manera tener mayor o menor superficie efectiva entre las dos placas, variando también el valor de la capacitancia, y también puede ser usado en industrias químicas.
SENSOR INDUCTIVO Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirven para detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metálicos en un determinado contexto: detección de paso, de atasco, de codificación y de conteo.
Conceptos teóricos
Una corriente (i) que circula a través de un hilo conductor, genera un campo magnético que está asociado a ella. Los sensores de proximidad inductivos contienen un devanado interno. Cuando una corriente circula por el mismo, un campo magnético es generado, que tiene la dirección de las flechas anaranjadas. Cuando un metal es acercado al campo magnético generado por el sensor de proximidad, éste es detectado. La bobina, o devanado, del sensor inductivo induce corrientes de Foucault en el material por detectar. Estas, a su vez, generan un campo magnético que se opone al de la bobina del sensor, causando una reducción en la inductancia de la misma. Esta reducción en la inductancia de la bobina interna del sensor, trae aparejado una disminución en la impedancia de esta. La inductancia, es un valor intrínseco de las bobinas, o inductores, que depende del diámetro de las espiras y el número de ellas. En sistemas de corriente alterna, la reactancia inductiva se opone al cambio del sentido de la corriente.
Constitución física Estos son los bloques que habitualmente constituyen un sensor inductivo, aunque en algunos modelos el amplificador de salida puede estar implementado en otr o dispositivo con carcasa independiente, para reducir el tamaño del sensor. Existen sensores inductivos como el de la figura. La conexión de estos sensores se muestra en la muestra. Hay que alimentar los sensores con una fuente de corriente continua de 24V.
DETECTOR ÓPTICO Los detectores ópticos se pueden utilizar en la industria alimentaria en los diferentes procesos en la elaboración de alimentos como inspectores de la calidad y flujograma de su elaboración. En los sistemas de comunicación por fibra óptica se utilizan fundamentalmente dos tipos de detectores de luz en el extremo receptor. La débil señal óptica que llega al final
de la fibra debe se convertida a una señal eléctrica, antes de que continúe su paso por etapas de amplificación, demodulación, demultiplexaje, etc. Un detector de luz es, entonces, el primer elemento de la cadena de dispositivos que propiamente conforman al equipo receptor. Los dos tipos de detectores que se emplean son, ambos, fotodiodos. De acuerdo con lo dicho, su función es transformar la potencia óptica de entrada a una corriente eléctrica de salida. Al igual que las fuentes luminosas, los detectores ópticos están fabricados con semiconductores de estado sólido, que en base a la teoría de las uniones P-N generan un flujo de corriente cuando captan un fotón; su grado de respuesta depende de los materiales empleados y de la longitud de onda de trabajo. La explicación de los principios físicos bajo los cuales funcionan los fotodiodos es un análisis amplio en electrónica por lo que nos limitaremos simplemente a mencionar algunos aspectos relacionados con dichos detectores ópticos. Entre otros parámetros de operación, es deseable que los fotodiodos sean altamente eficientes, que tengan un bajo nivel de ruido, un amplio ancho de banda (es decir, que respondan de manera uniforme y rápida en todas las longitudes de onda de la señal), que sean poco sensibles a las variaciones de temperatura, baratos, pequeños, etc. La eficiencia de un fotodiodo está relacionada con su responsividad, es decir, la cantidad de electrones que es capaz de generar en relación con los fotones recibidos. Dicho de otra forma, es la corriente eléctrica que entrega a la salida en relación con la potencia óptica de entrada. Los tipos de fotodiodos que se emplean son el fotodetector PIN y el fotodiodo de avalancha (APD). La responsividad de un fotodiodo de avalancha es mayor que la de un fotodector PIN. Sin embargo, el primero es más sensible a los cambios de temperatura y más caro que el segundo. El detector PIN se usa más comúnmente en enlaces de corta distancia y el ADP es muy útil en transmisiones de larga distancia, donde la señal óptica de llegada es muy débil y se requiere alta responsividad. Por lo que se refiere a la velocidad de respuesta, ambos fotodiodos pueden trabajar actualmente a velocidades muy altas de transmisión digital. Conexión de un sensor óptico
DETECTOR DE HUMO Un detector de humo es un aparato de seguridad que detecta la presencia de humo en el aire y emite una señal acústica avisando del peligro de incendio. Atendiendo al método de detección que usan, pueden ser de dos tipos: ópticos o iónicos, aunque algunos usen los dos mecanismos para aumentar su eficacia.
DCS Un Sistema de Control Distribuido (en inglés: Distributed Control System) más conocido por sus siglas en inglés DCS, es un sistema de control aplicado, por lo general, a un sistema de fabricación, proceso o cualquier tipo de sistema dinámico, en el que los elementos del tratamiento no son centrales en la localización (como el cerebro), sino que se distribuyen a lo largo de todo el sistema con cada componente o sub-sistema controlado por uno o más controladores. Todo el sistema de los controladores está conectado mediante redes de comunicación y de monitorización. DCS es un término muy amplio que se utiliza en una variedad de industrias, para vigilar y controlar los equipos distribuidos. Redes de energía eléctrica y plantas de generación eléctrica Sistemas de control ambiental Señales de tránsito Sistemas de gestión del agua Plantas de refinación de petróleo Plantas químicas Fabricantes de productos farmacéuticos Redes de censores Carga de aceite de los buques graneleros
CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC´S ) EL PLC es un aparato electrónico operado digitalmente que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones las cuales implementan funciones especificas tales como lógicas, secuénciales, temporización, conteo y aritméticas, para controlar a través de módulos de entrada /salida digitales y analógicas, varios tipos de maquinas o procesos. Una computadora digital que es usada para ejecutar las funciones de un controlador programable, se puede considerar bajo este rubro. Se excluyen los controles secuenciales mecánicos. De una manera general podemos definir al controlador lógico programable a toda maquina electrónica, diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales de control. Su programación y manejo puede ser realizado por personal con conocimientos electrónicos sin previos conocimientos sobre informática. En su creación, el requerimiento sobre los cuales se han desarrollado los PLC s, son los siguiente: 1. El dispositivo de control deberá ser fácil y rápidamente programable por el usuario con un mínimo de interrupción. 2. Todos los componentes del sistema deben ser capaces de operar en plantas industriales sin un especial equipo de soporte, de hardware o de ambiente. 3. El sistema debe ser de fácil mantenimiento y reparación. Deberá diseñarse con indicadores de status y modularidad para facilitar las reparaciones y la búsqueda de errores.
4. El sistema deberá ocupar menor espacio que los sistemas de relevador y deberá consumir menor potencia que los sistemas de control por relevadores. 5. El PLC deberá ser capaz de comunicarse con un sistemas central de datos para propósitos de monitoreo. 6. Deberá ser capaz de trabajar con 120 volts de corriente alterna y con elementos estándar de control, con interruptores de presión interruptores de límite, etc. EL PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del Hardware y Software amplia continuamente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el aspecto de sus posibilidades reales. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario realizar procesos de maniobra, control, señalización, etc, por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industrial de cualquier tipo al de transformaciones industriales, control de instalaciones, etc. Algunas aplicaciones: Instalaciones de aire acondicionado y calefacción. Instalaciones de seguridad. Instalaciones de almacenamiento y transporte. Instalaciones de plantas embotelladoras. Instalaciones en la industria automotriz Instalación de tratamientos térmicos. Instalaciones de la industria azucarera.
PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO Una aplicación importante de la descarga eléctrica es en los gases de un aparato llamado precipitador electrostático. Este aparato se emplea para eliminar partícula de gases de combustión, reduciendo en consecuencia la contaminación del aire. Resultan especialmente útiles en las plantas generadoras que queman carbón y en las operaciones industriales que generan grande cantidades de humo. Los sistema actuales de pueden eliminar más del del 99% de la ceniza y el polvo del humo. En la figura se muestra la idea básica de del precipitador electrostático. Un voltaje alto ( usualmente de 40 kV a 100kV) se mantiene entre un alambre que baja por el centro de un ducto y la pared externa del ducto es conectada a tierra. El alambre se mantiene a un potencial negativo respecto a las paredes, y así el campo eléctrico está dirigido hacia hacia el alambre. El campo eléctrico cerca del alambre alcanza valores suficientemente altos como para provocar una corona de descarga en torno a él, y la formación de iones positivos, electrones y iones negativos como el O 2 , A medida que los electrones y los iones negativos son acelerados hacia la pared exterior por el campo elétrico no uniforme, las partículas contaminadas que estñan en la corriente de gas se cargan por las coliciones y la captura de iones. Ya que la mayoría de las partículas cargadas son negativas, estas tambien son arrastradas hacia la pared exterior del ducto, las partículas caen y recogen en el fondo. Ademas de reducir el nivel de gases peligrosos y partículas de materia en la atmósfera, el precipitador electrostático tambien también recupera materiales valiosos que provienen de la chomenea en forma de óxidos metálicos.
Diagrama esquemático de un precipitador electrostático. El alto voltaje mantenido en el alambre central crea una descarga eléctrica en la vecinidad del alambre.
Bibliografía
http://html.rincondelvago.com/fuente-de-alimentacion-con-circuito-integrado.html
www.fing.edu.uy/.../080306-Sensores-parte_II.temperatura.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_capacitivo
http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_inductivo
www.fing.edu.uy/.../080306-Sensores-parte_II.temperatura.pdf catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/...e.../capitulo2.pdf
UNIVERSIDAD NACIONAL TORIBIO RODRIGUEZ DE MENDOZA DE AMAZONAS
FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
CICLO
: VII
ASIGNATURA
: SEGURIDAD E HIGIENE AGROINDUSTRIAL
ESTUDIANTE
: ZUTA CHAVEZ FREDDY
DOCENTE
: NEMECIO SANTAMARIA
