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miércoles, 18 de septiembre de 2019

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Sensores y Actuadores M. I Dante Ferreyra Méndez

Actividad No. 3: construcción de un sensor de humedad y sensor de lluvia

Nombre: Manuel Alberto Cavazos Sánchez Matricula:1727792 Carrera: IMTC Salón:910

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miércoles, 18 de septiembre de 2019

Índice Que es y como funciona un sensor?........................................................3 Conceptos y descripción ……………………………………………………………………..7 Tipos de sensores…………………………………………………………………………………9 Diagramas ……………………………………………………………………………………………13 Materiales……………………………………………………………………………………………14 Base de programación………………………………………………………………………….14 Evidencia fotográfica……………………………………………………………………………15 Bibliografías………………………………………………………………………………………….15

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miércoles, 18 de septiembre de 2019

¿Qué es y cómo funciona un sensor? El término de sensor es muy genérico, y suele agrupar varios elementos. Un elemento que recibe la señal es un captador, y un transductores un elemento que transforma una magnitud en otra. Pero es corriente que los tres términos se usen indistintamente. Un sensor tiene tres parámetros fundamentales, el rango (valores entre los que puede medir), la resolución (la variación mínima que puede detectar) y la sensibilidad (lo que varía la magnitud de salida en relación con la variación de la magnitud medida). Los sensores se clasifican atendiendo a varios criterios, como: Por la señal que emiten, tenemos analógicos y digitales (o discretos)

Por la influencia que tienen sobre el proceso, tenemos sensores pasivos cuando no influyen, o activos cuando absorben energía

Por los parámetros que pueden variar en el sensor pueden ser mecánicos, eléctricos, electromagnéticos, ópticos, ... Pero el análisis más usual es por el tipo de magnitud que pueden medir.

Sensores de nivel Los sensores de medición de nivel son parte integral del control de proceso en muchas industrias y caen en dos tipos principales. Los sensores de medición de nivel puntuales se usan para marcar una sola altura de líquido separada: una condición de nivel preestablecida. En general, este tipo de sensor funciona con una alarma alta, y señala una condición de desbordamiento, o un marcador para una condición de alarma baja. Los sensores de nivel continuos son más sofisticados y pueden proporcionar monitoreo de nivel para todo un sistema. Miden el nivel de fluido dentro de un rango, en lugar de un punto, y producen una salida analógica que se correlaciona directamente con el nivel en el recipiente. Para crear un sistema de administración de nivel, la señal de salida se vincula con un ciclo de control de proceso y un indicador visual.

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Selección de sensor de medición de nivel Preguntas clave que hay que preguntar antes de seleccionar un sensor de medición de nivel: 

¿Está midiendo un líquido o un sólido?

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¿Cuáles son los rangos de temperatura y presión de la aplicación?

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¿Se requiere medición de nivel puntual o continua?



¿Qué rango de medición de nivel necesita?

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¿Es el material medido un conductor eléctrico?



¿El material cubrirá las superficies o se acumulará en ellas?

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¿Hay turbulencia, espuma o vapor en la superficie del líquido?

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¿Necesitará medición de nivel con contacto o sin contacto?



¿Qué clase de salida necesita: analógica, relé, visualización digital, etc.?

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miércoles, 18 de septiembre de 2019

-Interruptores de flotador En estos sensores de nivel puntual, un flotador magnético se mueve con la superficie del líquido y acciona un "interruptor de lengüeta" sellado herméticamente en el vástago. Este diseño sencillo y de bajo mantenimiento se instala fácilmente; minimiza el impacto, la vibración y la presión; y funciona con una amplia variedad de medios. El interruptor de lengüeta puede ser de un polo, un tiro (SPST) o un polo, dos tiros (SPDT).

-Sensores ultrasónicos sin contacto Estos sensores incorporan un procesador de señal analógica, un microprocesador, interruptores de rango de decimal codificado en binario (DCB) y un circuito excitador de salida. Los pulsos transmitidos y una señal de compuerta desde el microprocesador se enrutan a través del procesador de señal analógica hasta el sensor, que envía un haz ultrasónico a la superficie del líquido. El sensor detecta el eco de la superficie y lo enruta de vuelta al microprocesador para una representación digital de la distancia entre el sensor y el nivel de la superficie. A través de una actualización constante de las señales recibidas, el microprocesador calcula los valores promedio para medir el nivel de líquido. Con un sensor continuo, el microprocesador convierte el valor promedio a una señal de 4 a 20 mA que es lineal con el nivel de líquido. Cuando el eco del nivel no vuelve al sensor en un plazo de 8 segundos, la señal de salida del sistema cae por debajo de 4 mA, lo que indica una condición de bajo nivel o una tubería vacía. Con un sensor de punto, el microprocesador compara el valor promedio con el ajuste del interruptor DCB y energiza un relé de salida para indicación de nivel alto o bajo. Una pérdida de señal que supere 8 segundos desenergiza los relevadores y restaura su estado original. Los componentes electrónicos incorporan un retraso de medio segundo que minimiza los efectos de turbulencia de la superficie.

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-Sensores ultrasónicos de contacto Un dispositivo ultrasónico de baja energía dentro de estos sensores mide el nivel de líquido en un cierto punto. Los Sensores ultrasónicos de contacto, consistentes en un sensor montado en campo y un amplificador de estado sólido integral, no tienen piezas móviles y no requieren calibración. Típicamente están equipados con bloques e terminal para conexión a una fuente de energía y dispositivos de control externos. La señal ultrasónica cruza una separación de media pulgada en el sensor, y controla interruptores de de relé cuando la separación contiene líquido. El nivel de detección está a la mitad a lo largo de la separación para los sensores de montura horizontal, y en la parte superior de la separación para los sensores de montura vertical. A medida que el líquido cae debajo de este nivel, la señal ultrasónica se atenúa y por último lleva el relé a su estado anterior. Estos sensores se usan en recipientes o tuberías para operar automáticamente bombas, válvulas solenoides y alarmas de alto/bajo. Se requerirían dos para llenar y vaciar tanques, y para dosificar volúmenes de líquido. Son compatibles con casi todos los líquidos, no resultan afectados por los recubrimientos, las gotitas que se adhieren a la superficie, la espuma y el vapor. Sin embargo, los líquidos muy aireados y los líquidos suficientemente viscosos para obstruir la separación del sensor pueden causar problemas.

-Sensores de nivel por capacitancia Al igual que los sensores ultrasónicos, los sensores por capacitancia pueden manejar medición de nivel puntual o continua. Usan una sonda para monitorear los cambios de nivel de líquido en el tanque, acondicionando electrónicamente la salida a valores capacitivos y resistivos, que se convierten en señales analógicas. La sonda y el recipiente equivaldrán a las dos placas de un capacitor, y el líquido equivaldrá al medio dieléctrico. Debido a que la señal emana solo de cambios de nivel, la acumulación de material en la sonda no tiene efecto. La sonda, que puede ser rígida o flexible, normalmente usa alambre conductor con aislamiento de OPTE. El uso de acero inoxidable como material de la sonda ofrece la sensibilidad adicional que se necesita para medir líquidos que son no conductores, granulares, o de propiedades dieléctricas bajas (constante dieléctrica menor de 4). Se deben usar sondas flexibles cuando no hay suficiente espacio libre para una sonda rígida, o en aplicaciones que exigen longitudes muy grandes. Las sondas rígidas ofrecen estabilidad más alta, especialmente en sistemas turbulentos, donde la oscilación de la sonda puede causar fluctuaciones en la señal.

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Conceptos y descripción La humedad está relacionada con las moléculas de agua que pueden encontrarse en alguna sustancia; por tanto, su magnitud esta directamente asociada con el número de moléculas de agua absorbidas en dicha sustancia. Esta capacidad de absorción que tienen algunos materiales, sustancias u organismos puede alterar sus propiedades físicas, químicas y biológicas, de ahí la importancia de los sensores de humedad. Existen varias maneras de expresar la humedad; por ejemplo, en la atmosfera la humedad se refiere a la presencia de moléculas de agua o vapor en el aire; en general, esta se expresa como humedad relativa, especifica y absoluta.

Humedad absoluta La humedad absoluta representa la relación entre la cantidad de moléculas de agua presentes en una sustancia y el volumen de esta; por ejemplo, para un volumen de aire determinado representa el total del vapor de agua que está contenido en ese volumen, por lo común expresado en kg/𝑚3 . Los cambios en la temperatura afectan de manera directa la densidad de una sustancia, y esta a su vez a la humedad. Para el caso especifico del aire, una baja temperatura ocasionará la condensación del vapor de agua; sin embargo, para rangos cada vez mayores podrá contener más moléculas de agua en la misma unidad de volumen; es decir, resultara en una mayor humedad absoluta.

Humedad relativa En las mismas condiciones de temperatura y presión, la humedad relativa (𝐻𝑟) representa la relación entre la cantidad actual de agua que contiene un gas y la cantidad que el gas tendría en estado de saturación sin que se produzca condensación. Esta humedad se expresa en porcentaje. Es claro que cuando la humedad real {actual} es igual a la máxima posible, la humedad relativa toma el valor de 100 por ciento. Por ejemplo, si una masa de aire contiene la mitad del vapor de agua que puede contener, entonces su humedad relativa equivale a 50 por ciento. En forma analítica, esto se puede expresar como la relación entre la presión de vapor actual [Pv] y la máxima presión que un gas puede soportar a una temperatura y presión atmosférica a partir de la cual el vapor se comienza a condensar [presión de vapor de saturación Psat]. Suelen medirse en Pascal: 𝐻𝑟 =

𝑃𝑣 𝑥100[%] 𝑃𝑠𝑎𝑡

De acuerdo con la Sociedad Americana de Ingenieros en Calefacción. Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE, por sus siglas en inglés), una definición más técnica de la H, es la relación de la fracción mol del vapor de agua representa en el aire, con la fracción mol del vapor de agua representa en el aire saturado, a la misma temperatura y presión.

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miércoles, 18 de septiembre de 2019 Humedad especifica A la humedad específica también se le conoce como el contenido de humedad. Es la relación entre la masa de agua y la masa de sustancia seca; concretamente, para el aire es el peso del vapor de agua en kilogramos por kilogramo de aire seco. Se refiere a la cantidad de moléculas de agua en peso requeridas para saturar un kilogramo de aire seco, considerando el punto de roció; es decir, una temperatura de saturación especifica.

Punto de rocío

A la temperatura menor, al punto en el cual el vapor de agua inicia el estado de condensación, se le conoce como punto de rocío; es decir, es la temperatura de saturación para la combinación del vapor de agua y aire. En este punto de temperatura existe 100% de humedad. Cuando la temperatura del punto de rocío está por debajo de los 0C, se le conoce como punto de escarcha (Frostpoint)

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miércoles, 18 de septiembre de 2019 Tipos de sensores

Existen diferentes tipos de sensores utilizados para traducir la información que llega del exterior en un impulso eléctrico. Este impulso usualmente pasa a una unidad de control en donde es analizado y transformado con el objetivo de generar una reacción o respuesta. La información que llega desde el exterior a cualquier sensor es un estímulo físico o químico que, internamente, se traduce en una magnitud eléctrica. Los sensores emulan el sistema sensorial de los seres humanos De este modo, diferentes máquinas se valen de sensores para interactuar con el medio que les rodea (Porto & Gardey, 2010). Un sensor es utilizado también para obtener información el entorno. De este modo, un termómetro es un sensor que proporciona información numérica sobre la temperatura de un ambiente dado. Muchas veces utilizamos sensores para generar respuestas que faciliten la realización de actividades cotidianas. Los sensores hoy en día hacen parte de nuestra vida cotidiana. Estamos en permanente contacto con diferentes tipos de sensores que ayudan a facilitar las tareas del día a día. De este modo, las puestas automáticas, los paneles solares, nuestros teléfonos inteligentes, y demás artefactos, están provistos de sensores que nos ayudan a interactuar de una mejor manera con el medio (Agarwal, 2017).

-UltrasónicoSon sensores utilizados para detectar la proximidad física de un objeto con el fin de evitar un roce o choque mecánico. Operan enviando una onda de sonido, que posteriormente choca contra una superficie y se devuelve. De este modo, el sensor mide el tiempo que tarda en regresar la onda y así calcula la distancia entre objetos. Es un tipo de sensor que trabaja únicamente en espacios donde hay presencia de aire, ya que el desplazamiento de la onda de sonido solo se puede dar en este medio. Por otro lado, es útil para detectar objetos sin importar su estado (sólido o líquido) o su color, por tanto, son excelentes para efectuar labores de rastreo o medición de distancias (Sensores y Transductores, 2017).

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miércoles, 18 de septiembre de 2019 -HumedadSon sensores que miden la humedad relativa y la temperatura de un ambiente. Cuentan con circuitos integrados que les permiten emitir una señal acondicionada. Usualmente, cuentan con un punto sensible que capta las señales del ambiente. Este punto es fabricado con polímeros y electrodos de platino. La mayoría son calibrados por láser, tiene un buen rendimiento y un margen de error mínimo.

-VelocidadLos sensores utilizados para detectar la velocidad de un objeto o vehículo se conocen como “velocímetros”. Existen diferentes tipos de sensores para detectar la velocidad, como sensores de rueda, velocímetros para vehículos, LIDAR (por su nombre en inglés “Light Detection and Ranging”), radares de velocidad de piso, radares doppler, indicadores de velocidad, tubos pitot, entre otros. Estos sensores suelen ser utilizados para la sincronización de motores en diferentes industrias. También son útiles para controlar la velocidad o revoluciones por minuto de una máquina dada. Por otro lado, en las carreteras es común ver sensores de velocidad cuya labor es la de detectar la velocidad de los vehículos que transitan por dicha carretera.

-TemperaturaUn sensor de temperatura es un artefacto que arroja información sobre la temperatura del medio a través de un impulso eléctrico. Este impulso eléctrico pasa en forma de voltaje, y la proporción de este voltaje es equivalente al valor de la temperatura medida. Existen diferentes tipos de sensores utilizados para medir la temperatura. Están los sensores de contacto, los de no-contacto, los sensores mecánicos y los eléctricos. Un ejemplo de sensor mecánico es un termómetro convencional y un sensor eléctrico puede ser un termistor. Los sensores de temperatura se utilizan en el ámbito industrial para controlar la temperatura de los artefactos y las máquinas involucradas en procesos de manufactura. De esta forma, la información tomada del ambiente puede ser leída y controlada.

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miércoles, 18 de septiembre de 2019 -PiroeléctricoUn sensor piroeléctrico o sensor PIR es aquel que se usa para medir la radiación de luz infrarroja emitida por un objeto dentro de su campo. Cada objeto que tiene una temperatura por encima de los cero grados, produce energía calórica en la forma de radiación. Esta radiación emite ondas infrarrojas que son invisibles para el ojo humano, pero pueden ser captadas por los sensores PIR. Los sensores PIR se clasifican de acuerdo a su ángulo (la amplitud del área que pueden abarcar) en relación a la cantidad de elementos en movimiento que pueden detectar dentro de dicha área. Son sensores comúnmente utilizados en aplicaciones cotidianas, como el sistema de apertura de las puertas automáticas y en general todos los sistemas que reaccionan frente a un movimiento. Cuando un cuerpo se mueve, una señal infrarroja es emitida. Cuando esta señal es detectada por un sensor PIR, éste envía una señal a un microcontrolador, que se encargará de traducir dicha señal en una respuesta.

-LuzLos sensores de luz son sensores reflectivos que operan por intercepción de la señal. Operan haciendo uso de una célula receptora del estímulo enviado por una fuente luminosa, que puede ser una lámpara, un LED, un diodo láser, entre otros. Existen muchos tipos de células foto-receptoras, cada uno de estos tipos reacciona de acuerdo a la intensidad de la señal lumínica recibida. Generalmente, la señal lumínica puede ser convertida en energía eléctrica, al ser capturada por celdas fotovoltaicas. Este es el caso de los paneles solares, los cuales capturan los electrones libres presentes en la luz del sol, y los transforman en una corriente eléctrica que puede ser utilizada para energizar un circuito (Olivia, 2010).

-ContactoLos sensores de contacto son aquellos que utilizan interruptores que se activan haciendo uso de actuadores físicos. Algunos robots de uso industrial utilizan este tipo de sensores a manera de “bigotes de gato” o alambres finos que permiten detectar la proximidad de los elementos. Los sensores de contacto son útiles para evitar golpes entre objetos. Por esta razón, son comúnmente utilizados en la industria automovilística en los paragolpes traseros de los autos.

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miércoles, 18 de septiembre de 2019 -SonidoEste tipo de sensor tiene la capacidad de captar los sonidos del ambiente por medio de un sistema de sonar o micrófono. Son usualmente utilizados para recibir estímulos como órdenes de forma remota o para medir distancias con base a la percepción de la onda de sonido. Los sensores de sonido funcionan de forma similar a los sensores ultrasónicos, ya que la onda de sonido debe propagarse por el aire presente en el medio antes de poder ser detectada por el sensor.

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Diagramas

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miércoles, 18 de septiembre de 2019 Materiales usados: 8 leds rojos 8 leds azules 1 LDR 1 resistencia de 10k 2 TIP41

Base de programación

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miércoles, 18 de septiembre de 2019 Evidencia fotográfica:

Bibliografías Sensores y acondicionadores de señal; Pallas Areny, Ramon, Marcombo-Boixareu, 1998

http://www.eicos.com/datos-tecnicos/que-es-un-sensor-de-nivel/ https://www.autodoc.es/repuestos/oem/985103b000

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