INSTALACIÓN DE SENSORES Unidad 3. Servicios de instalación
En este documento se introducen los fundamentos de la instalación de dispositivos que actúan como elementos integradores que ofrezcan un nivel de seguridad que permita garantizar el desarrollo completo de los procesos en ejecución, En este sentido, resulta favorable realizar una adecuada instalación, de todos los componentes que interactúan en un proceso de automatización
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¿QUÉ ENCONTRAREMOS EN ESTE DOCUMENTO?
Instalación de sensores digitales ...................................................................... 3 Sensores de proximidad capacitivos e inductivos...................................................3 Sensores fotoeléctricos ..........................................................................................5 Diagrama de conexión eléctrica ..............................................................................6 Instalación de sensores análogos ..................................................................... 7 Sensores de temperatura ........................................................................................7 Conexión al proceso ..................................................................................................8 Conexión eléctrica .....................................................................................................8 Criterios de selección, características de instalación y ambiente de trabajo .......12 Sensores de flujo ................................................................................................... 13 Sensores de presión.............................................................................................. 14 Instalación de transmisores ............................................................................ 17 Características ...................................................................................................... 17 Enlaces de interés ......................................................................................... 19 ¿Dónde podemos encontrar más información? ..................................................... 19
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Instalación de sensores digitales Sensores de proximidad capacitivos e inductivos Se emplean para detectar metales, plástico, agua, piedra y madera. Tienen sensibilidad ajustable y se encuentran de diferentes formas: cilíndrica, cuadrada y rectangular.
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Dentro de la selección de un sensor, se deben considerar diferentes factores, tales como: la forma de la carcasa, distancia operativa, datos eléctricos y conexiones. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
Características de alcance para la detección Características de material Dimensiones de la carcasa
Características de forma
Características de alimentación Numero de hilos Tipo de conexión eléctrica Tipo de salida Función Forma de montaje Accesorios para instalación
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8mm 15mm Plástico Metálicos 8mm 12mm 15mm Cilíndricos Cuadrados Rectangulares Planos 110-240 VAC 12-24 VDC Dos hilos Tres hilos Estándar con dos metros de cable Tipo conector NPN PNP NC normalmente cerrado NA normalmente abierto Rosca Tornillos Soporte de montaje, tipo mirilla Bases de sensor
Sensores fotoeléctricos
Tipo
Barrera Espejo Filtros polarizados Reflexión directa Retroreflectivo Tipo herradura
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Rango de detección 10-15 metros 3 metros 1.5 metros 120mm
5-30 mm
Aspecto
Diagrama de conexión eléctrica Aunque hay en el mercado algunos dispositivos de 2 hilos de corriente directa (DC). Los modelos de sensores inductivos típicamente son de 3 ó 4 hilos los cuales requieren un fuente de poder separada. Algunos modelos usan de conmutador transistores NPN y otros usan transistores PNP.
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Instalación de sensores análogos
Sensores de temperatura
Los más implementados industrialmente son las termocuplas y RTD Termocupla
Las termocuplas están formadas por la unión de dos metales distintos, los cuales se encuentran soldados por uno de sus extremos y por el otro extremo se dejan separados.
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De acuerdo al tipo de metales que forman la termocupla, se clasifican las termocuplas: B, C, E, J, K, L, N, R, S, T, U.
Conexión al proceso Frecuentemente, las termocuplas suelen ir introducidos en una carcasa cerrada en su extremo (termopozo) que se fabrica de alguna aleación metálica resistente a la corrosión o al calor y, en otros casos se utiliza un material refractario.
Conexión eléctrica Las termocuplas están frecuentemente acabadas con una conexión o un terminal que permite la conexión con el resto del circuito. Alternativamente, un conector especial puede ser incluido. En estos dispositivos, las patas conectoras están construidas de materiales o aleaciones adecuadas para no alterar la medición.
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RTD´S Se fundamentan en la variación que experimenta la resistencia de los metales con la temperatura. Siendo esta variación aproximadamente lineal con la temperatura. Uno de los metales más usado para este tipo de detector es el platino (Pt-100), el cual se caracteriza por presentar una resistencia de 100W a 0oC. Conexión al proceso El aspecto exterior de las RTD’S industriales es prácticamente idéntico al de las termocuplas. Se aplican las mismas consideraciones ambientales, de instalación y se debe prestar atención a los conceptos de presión, temperatura, ataque químico, abrasión, porosidad, requiriéndose los mismos tipos de termopozos de protección. Conexión eléctrica La interconexión entre las RTD’S e instrumentos se realiza con cable común de cobre. Existen tres tipos de RTD’S, de acuerdo a su construcción y cableado • De dos hilos • De tres hilos • De cuatro hilos
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Sensores de nivel: Existen dos clases de sensores de nivel; para medir el nivel de líquidos y sólidos depositados en un contenedor o recipiente
Sensores de nivel para líquidos
Se utilizan para comprobar si el nivel de un depósito ha superado o no una determinada posición.
Sensores de nivel para sólidos
Detección de materiales en grano, polvo, áridos, productos químicos, su sensibilidad puede ser ajustable, mediante un potenciómetro.
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Criterios de selección, características de instalación y ambiente de trabajo
Tipo
Electrodos conductivos
Conexiones al proceso
Tapón roscado 1’’1/2 Tapón roscado 1’’
Suspendido por cable
Sensores capacitivos
Rosca 1’’1/4 G Rosca 1’’1/2 G
Conexión eléctrica y alimentación
-Terminal a tornillo -Conector DIN43650 -Cable PVC (1 m) -Cable Silicona (1 m)
-Cables conductores (5 m) -Conector DIN 43650 110/220 VAC- 50/60 Hz o 24 VDC
Ambiente de trabajo y productos que detecta Pozos y depósitos Depósitos con Temperatura y productos alimentarios Detectar presencia de agua en tuberías Depósitos profundos. líquidos, Productos químicos, Con y sin temperatura -Depósitos con presión y temperatura. Uso en alimentación y farmacia
Material del cuerpo
Líquidos /sólidos
PVC Inox AISI316
Líquidos
Poliamida 6.6 -PVC
Líquidos y sólidos
Efluentes, Petróleo, Aceite, Ácidos, Cáusticos, Barros, Cemento, Plástico, Polvos, Arena, Granos, Carbón
Acero inoxidable
Líquidos y sólidos
Detección de nivel de líquidos en tanques de proceso
Acero inoxidable
líquidos
Detección de materiales engrano, polvo, áridos, productos químicos, etc.
Rosca M3
Sensores por radiofrecuencia
Presión diferencial
-Terminal a tornillo -Cable 2 conductores - Caja de empalme (terminales Racores con de tornillo) rosca de ¼” - Alimentación :16 V a 28 Vcc
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Sensores de flujo En la mayor parte de las operaciones realizadas en los procesos industriales y en las efectuadas en laboratorio y en plantas piloto es muy importante la medición de los caudales de líquidos o de gases. Existen varios métodos para medir el caudal según sea el tipo de caudal volumétrico o másico deseado.
Sensor de flujo volumétrico
Tipo
Conexiones al proceso
Conexión eléctrica y alimentación
Sensor de flujo de masa Ambiente de trabajo y productos que detecta
Material del cuerpo
Líquidos/ gases
Rango
Usados en las industrias química, farmacéutica, refinarías, plantas aceraras, de celulosa y papel, aguas negras
Acero inoxidab le
Líquidos sucios y limpios; líquidos viscosos y conductor es
5,00 a 63m3/s 6a 137000 m3/h
Distribución de agua, obras hidráulicas, medición de agua y sistemas agrícolas
PVC,PD VF
Líquidos, gases y vapores
O,2 a 100 m3/h
Bridas: Acero
Medidor Electrom agnéticoVolumétri co
Medidor de turbinamásico
PN6 ANSI B165 Clase 150 PN10 ANSI/AWWA C207 Clase B & D PN16 AS2129 tabla C o BS10/AS2129 tablas D y E1.0402, ANSI B16.5
Brida DN 25DN100
Casquillos de 20 mm, o bien conexiones 1 /2" NPT Alimentación AC 85 a 266V DC 11 a 40V
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Sensores de presión
Manómetro El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. Las unidades de presión en los manómetros vienen dadas generalmente en psi, kg/cm2, bar, in Hg, entre otras. Selección de los Manómetros Cuando se selecciona un manómetro de presión, es importante tener en cuenta los siguientes factores para obtener seguridad y presión: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Composición del fluido Temperatura del fluido Condiciones ambientales Rango de presión Condiciones que afectan el uso del sistema Método de instalación Precisión requerida
Clasificación de los manómetros • • • •
Manómetros (para presiones mayores a la atmosférica) Vacuómetros (para presiones menores que la atmosférica) Manómetros compuestos (es para vacíos y pequeñas presiones) Manómetros Sanitarios (para fluidos viscosos, corrosivos, y con sólidos en suspensión)
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Sensores de presión piezoeléctricos Los sensores de presión piezoeléctricos ofrecen capacidades excepcionales, como tiempos de subida muy rápidos y rangos dinámicos amplios. Estos atributos permiten detectar y monitorear picos, pulsaciones e impulsos de presión dinámica en medios gaseosos o líquidos. Se ha comprobado su eficacia para el diagnóstico, la verificación y el mantenimiento en relación a la detección de problemas potenciales y al ajuste de procesos para la eficiencia de picos.
Aplicaciones: • • • • • • • •
Estaciones de compresión de gas Equipos para minería Plataformas off-shore Plantas químicas Producción de gases peligrosos Centrales generadoras de energía Sistemas de procesos Sistemas de bombeo peligrosos
Plataforma off-shore
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Tipo de sensor
Conexiones al proceso
Roscada Bridada
manómetro
piezoeléctrico
Conexión inferior o trasera concéntrica de 1/8", 1/4", 3/4", 1" ,1 ½”, 2" NPT
1/8–27 NPT
Ambientes de trabajo
Medición de presión en líneas de aire, agua, aceite y gases no corrosivos. Equipos industriales. Debe usarse protegido contra intemperie.
Estaciones de compresión de gas Equipos para minería Plataformas offshore Plantas químicas Producción de gases peligrosos Centrales generadoras de energía Sistemas de procesos Sistemas de bombeo peligrosos
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Material del cuerpo caja bronce, acero inoxidable. stems cromado. frente aluminio blanco, impresión en blanco y azul lente acrílico claro. indicador aluminio negro.
Conexión eléctrica y alimentación
No aplica
10–32 Coaxial Jack Acero inoxidable
Alimentación 20 to 30 VDC
Instalación de transmisores Características Los transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la transmitena distancia a un instrumentó receptor indicador, registrador, controlador o una combinación de estos. Existen varios tipos de señales de transmisión: neumáticas, electrónicas, digitales, inteligentes. •
Los transmisores neumáticos generan una señal neumática variable linealmente de 3 a 15 psi. para el campo de medida de 0-100% de la variable.
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Los transmisores electrónicos generan la señal estándar de 4-20 mA C.C., a distancias de 200 m a 1 km.
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Los transmisores digitales emiten una señal digital, que consiste en una serie de impulsos (señal de muy pequeña duración) en forma de bits. Cada bit consistirá en dos signos, el 0 y el 1, que corresponden al paso o no de corriente.
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Los transmisores inteligentes emiten una señal eléctrica (analógica o digital) proporcional a la variable medida y además pueden comunicar digitalmente con otros equipos, a los que envían informaciones diversas y de los que reciben instrucciones. Los protocolos de comunicación más usados son:
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Protocolo Hart: (Highway Addressable Remote Transmitter), en este protocolo la señal de información está contenida en una señal digital FSK superimpuesta a una analógica de 4 a 20 mA. Para la calibración de este tipo de transmisores se usa una interfaz Hartque proporciona un enlace físico entre un instrumento de campo HART y un PC o algún dispositivo portátil. Lainterfaz se conecta a través del puerto serial RS-232 o USB
Buses de campo: (DeviceNet, WorldFip, FundationFieldbus, Modbus, Interbus y Profibus), son redes digitales bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie que conectan dispositivos de campo como transductores, actuadores, sensores, módulos de E/S y controladores.
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Enlaces de interés ¿Dónde podemos encontrar más información? Sistemas automatizados componentes, objetivos http://www.mei.es/formacion/de90a2ce841ec7a519470f8bd2955ab9.pdf Sistemas automatizados ampliación http://www.monografias.com/trabajos11/valvus/valvus.shtml Sistemas automatizados http://www.monografias.com/trabajos13/actuneu/actuneu.shtml
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