Fieldbus: Concepto y Aplicación en la Industria
Fieldbus, o «Bus de Campo», es un sistema de comunicación digital que simplifica la transmisión de información entre controladores e instrumentación de terreno. Permite diversas topologías de red, como anillo, árbol o cadena.
Un consorcio de empresas desarrolló los protocolos Fieldbus a través de actividades de investigación sin fines de lucro, logrando integrar las comunicaciones industriales dentro de una planta.
Ventajas de la Fibra Óptica sobre el Cable de Cobre en la Comunicación de Datos
Los buses de campo pueden soportarse en diversos medios físicos, como cableado estructurado, Bluetooth industrial, Ethernet, etc. Sin embargo, en los últimos años se ha masificado el uso de la fibra óptica como medio físico para la transmisión de datos en buses de comunicación, como por ejemplo PROFIBUS.
Las ventajas de la fibra óptica incluyen:
- Bidireccionalidad de datos (dependiendo del tipo de fibra).
- Mayor velocidad de transferencia.
- Inmunidad al ruido electromagnético.
Clasificación de los Sensores de Temperatura según su Funcionamiento
Los sensores de temperatura se pueden clasificar en los siguientes tipos:
- De dilatación: Se basan en la dilatación de un material (sólido, líquido o gas) con el cambio de temperatura.
- De cambio de estado: Aprovechan el cambio de estado de un material (por ejemplo, de sólido a líquido) a una temperatura específica.
- Eléctricos: Miden la variación de una propiedad eléctrica con la temperatura, como la resistencia (RTD) o el voltaje (Termocupla).
- De radiación: Detectan la radiación infrarroja emitida por un objeto, la cual es proporcional a su temperatura (Pirómetro).
Rangos de Temperatura de los Sensores de Dilatación
Los sensores de dilatación operan en los siguientes rangos:
- A. Dilatación de líquidos: -200°C a 700°C.
- B. Dilatación de gases: -200°C a 700°C.
Nota: Existen diversos modelos que difieren en el rango de escala máxima y/o mínima, lo cual dependerá del proceso en el cual se esté trabajando.
- C. Dilatación de sólidos: El rango de temperatura varía según el material utilizado.
RTD: Definición y Principio de Funcionamiento
RTD son las siglas de «Resistance Temperature Detector» (Detector de Temperatura Resistivo). Su principio de funcionamiento se basa en la variación de la resistencia eléctrica de un material conductor o semiconductor con la temperatura.
Precisión de las RTD según el Número de Hilos
Existen diversos tipos de RTD. La precisión de la medición depende del número de hilos utilizados. Una RTD de 3 hilos ofrece mayor precisión que una RTD de 2 hilos, ya que compensa la resistencia de los cables de conexión.
Termocupla: Definición, Funcionamiento y Tipos
La termocupla es un transductor de temperatura formado por la unión de dos metales diferentes que generan una diferencia de potencial en milivoltios (mV) proporcional a la temperatura. Su principal limitación es la precisión, por lo que para mediciones precisas se recomienda el uso de RTD.
Existen diversos tipos de termocuplas, como las tipo J, K, E, T, entre otras. La principal diferencia entre ellas es el rango de medición y los metales que las componen.
Cables de Extensión y Compensación para Termocuplas
Los cables de extensión permiten conectar el sensor (elemento primario de medición) al transmisor. Sin embargo, en el caso de las termocuplas, se requieren cables de compensación para evitar la pérdida de señal debida a la caída de tensión que se produce por la distancia entre el sensor y el transmisor. Esta caída de tensión puede afectar la precisión de la medición o dejar al controlador sin referencia. Las termocuplas son más susceptibles a este problema porque no requieren alimentación externa como las RTD.
Colores y Letras de Termocuplas según la Norma Norteamericana
Según la norma norteamericana, los colores y letras asignados a las siguientes termocuplas son:
- Cromel-Alumel (Tipo K): Amarillo
- Hierro-Constantán (Tipo J): Negro
- Cobre-Constantán (Tipo T): Azul
- Platino-Platino/Rodio (Tipo R): Verde
- Tungsteno-Tungsteno/Renio (Tipo G): Rojo
Colores de Termocuplas según la Norma Inglesa
Según la norma inglesa, los colores asignados a las siguientes termocuplas son:
- Cromel-Alumel (Tipo K): Rojo
- Hierro-Constantán (Tipo J): Negro
- Cobre-Constantán (Tipo T): Azul
- Platino-Platino/Rodio (Tipo R): Verde
- Tungsteno-Tungsteno/Renio (Tipo G): Rojo (usa norma ANSI)
Colores del Terminal Negativo en Diferentes Normas
Los colores utilizados para señalar el terminal negativo en las termocuplas según diferentes normas son:
- Norteamericana: Rojo
- Inglesa: Azul
- Francesa: Según el color del capuchón
- DIN: Rojo
- Japonesa: Rojo
Colores de la Termocupla Cromel-Alumel según Diferentes Normas
Los colores asignados a la termocupla Cromel-Alumel según diferentes normas son:
- Francesa: Morado
- Inglesa: Rojo
- Japonesa: Azul
- Alemana: Verde
Tubos de Protección para RTD y Termocuplas
Para proteger las RTD y termocuplas, se utilizan tubos de protección fabricados de diversos materiales, como encapsulados cerámicos o aleaciones metálicas resistentes al medio donde se realizará la medición de temperatura.
- Ventaja: Permiten trabajar en rangos de temperatura amplios.
- Desventaja: La protección reduce la velocidad de respuesta del sensor.
Uso de Termocuplas sin Tubo de Protección
Se puede usar una termocupla sin tubo de protección cuando el medio no contiene líquidos conductores. La finalidad de usar una termocupla desnuda es mejorar el tiempo de respuesta.
Construcción y Rangos de un Pirómetro
Un pirómetro está formado por una lente de Pyrex, sílice o fluoruro de calcio que concentra la radiación del objeto caliente en una termopila. La termopila está compuesta por varios termopares de Pt-Pt/Rh de pequeñas dimensiones montados en serie.
Rango de medición: -50°C a +5000°C.
Termopila: Definición, Uso y Alternativas
Una termopila es una conexión en serie de varios termopares. Cuando se expone a una diferencia de temperatura, induce una corriente eléctrica proporcional a la suma de las corrientes inducidas en cada termopar. Se utiliza para transformar energía térmica en energía eléctrica. Otros dispositivos que pueden usarse en lugar de una termopila son los fototransistores o fotodiodos.
Ventajas de un Pirómetro
Las principales ventajas de un pirómetro son:
- Medición rápida debido a su alta sensibilidad a la variación de energía radiante.
- Permite medir la temperatura sin contacto directo con el elemento.
Uso del Tubo de Mira en Pirómetros
Se utiliza un tubo de mira cuando el ambiente está contaminado con partículas en suspensión que pueden perturbar la medición de la temperatura.
Factor de Emisividad de los Cuerpos
El factor de emisividad es la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto en función de su temperatura.
- El cuerpo negro tiene el mayor factor de emisividad (igual a 1).
- Los metales pulidos tienen los menores factores de emisividad.
Influencia del Factor de Emisividad en la Medición con Pirómetros
Si no se ajusta correctamente el factor de emisividad en un pirómetro, la medición de temperatura será errónea.
Conversión de PSIA a PSIG
47 PSIA equivalen a 32.3 PSIG (47 – 14.7 = 32.3).
Conversión de PSIG a PSIA
-10 PSIG equivalen a 4.7 PSIA (-10 + 14.7 = 4.7).
Equivalencia de 1 ATM en PSIA
1 atmósfera (ATM) equivale a 14.7 PSIA.
Sensor de Presión Común y su Rango Máximo
El sensor de presión más comúnmente utilizado para medir e indicar la presión en terreno es la galga extensométrica. Su rango máximo es de aproximadamente 106 PSIA.
Principio de Funcionamiento del Strain Gauge (Galga Extensométrica)
El Strain Gauge, o galga extensométrica, se basa en la variación de la longitud y el diámetro de un hilo conductor, y por lo tanto, de su resistencia eléctrica, cuando se somete a una tensión mecánica causada por la presión.
Se instala en el objeto cuya deformación se quiere medir mediante un adhesivo. Son resistentes a impactos y vibraciones, fáciles de usar y pueden tener un láser para apuntar al objeto que se desea medir.
Función de la Lira o Cola de Chancho
La lira o cola de chancho tiene las siguientes funciones:
- Atenuar las vibraciones en la tubería.
- Atenuar la temperatura del fluido a medir.
- Atenuar la vibración longitudinal producida por la temperatura de la tubería.
Sensor de Caudal Ultrasónico Doppler: Principio de Funcionamiento, Requisitos y Ventajas
El sensor de caudal ultrasónico Doppler se basa en el cambio de frecuencia (efecto Doppler) de una señal ultrasónica cuando es reflejada por partículas suspendidas o burbujas de gas (discontinuidades) en movimiento.
Requisitos del fluido: La tecnología actual exige que el líquido contenga al menos 100 partes por millón (PPM) de partículas suspendidas o burbujas de 100 micras o más.
Ventajas:
- Permite medir la velocidad de fluidos corrosivos sin contacto directo.
- El principio de funcionamiento es independiente de las propiedades físicas del fluido (siempre que sea homogéneo).
- No experimenta pérdidas de carga.
Sensores de Nivel Ultrasónicos: Principio de Funcionamiento, Frecuencias y Consideraciones
Los sensores de nivel ultrasónicos son detectores de proximidad que funcionan sin contacto mecánico y detectan objetos a distancias que van desde pocos centímetros hasta varios metros (con un alcance máximo de aproximadamente 4 metros). El sensor emite una onda sonora y mide el tiempo que tarda la señal en regresar.
Frecuencias utilizadas: Utilizan ondas sonoras por encima de 20,000 Hz, fuera del rango de audición humana.
Consideraciones:
- Tipo de material a detectar (líquidos, sólidos, forma del objeto, etc.).
- Composición del material del objeto.
- Distancia a la que se requiere la detección.