Sensores industriales: tipos, aplicaciones y criterios para su selección

Los sensores industriales son elementos fundamentales en los sistemas de automatización y control. Permiten obtener información del proceso y enviarla a un PLC, controlador, sistema de monitoreo u otro equipo para tomar decisiones sobre el funcionamiento de una máquina.

Sin embargo, seleccionar un sensor no consiste solamente en elegir un modelo que detecte un objeto. Es necesario considerar qué se necesita detectar o medir, las características del material, la distancia, velocidad del proceso, ambiente de instalación, tipo de señal y compatibilidad con el sistema de control.

En una aplicación industrial pueden utilizarse sensores para detectar presencia, posición, desplazamiento, nivel, temperatura, presión, flujo, velocidad y muchas otras variables del proceso.

A continuación se presentan los principales tipos de sensores utilizados en automatización industrial, sus características, aplicaciones habituales y algunos de los criterios que conviene considerar para su selección.

Índice

Sensores inductivos
Sensores capacitivos
Sensores fotoeléctricos
Sensores ultrasónicos
Sensores magnéticos
Sensores de temperatura
Sensores de presión
Sensores de nivel
Sensores de flujo
Sensores de posición y desplazamiento
Sensores de velocidad y movimiento
Encoders
Tipos de señales de los sensores
Criterios para seleccionar un sensor industrial
Sensor, señal y sistema de control

1. Sensores inductivos

Los sensores inductivos utilizan un campo electromagnético para detectar objetos metálicos sin necesidad de contacto físico.

Son muy utilizados para detectar la presencia o posición de piezas metálicas, verificar el final de un movimiento, confirmar la posición de mecanismos y detectar componentes durante una secuencia automática.

Aplicaciones comunes

Se encuentran frecuentemente en:

Transportadores.
Prensas y máquinas de producción.
Sistemas de posicionamiento.
Mecanismos neumáticos.
Máquinas de ensamble.
Sistemas de alimentación de piezas.
Detección de posición de componentes metálicos.

Una de sus principales ventajas es que permiten realizar detecciones repetitivas sin contacto mecánico y con buena resistencia a condiciones industriales.

Al seleccionar un sensor inductivo deben considerarse la distancia de detección, tamaño y material del objeto, frecuencia de conmutación, montaje y condiciones ambientales.

2. Sensores capacitivos

Los sensores capacitivos permiten detectar la presencia de materiales sin contacto y pueden utilizarse con materiales metálicos y no metálicos.

Dependiendo de la aplicación, pueden detectar materiales sólidos, líquidos o granulados y son especialmente útiles cuando el objeto que se necesita detectar no es metálico.

Aplicaciones comunes

Pueden utilizarse para:

Detección de producto.
Confirmación de presencia de materiales.
Detección de nivel en depósitos.
Control de alimentación de materiales.
Detección de piezas plásticas.
Procesos de manejo y dosificación de materiales.

Su comportamiento puede verse afectado por las características del material, humedad y condiciones de instalación, por lo que la distancia y sensibilidad deben evaluarse para cada aplicación.

3. Sensores fotoeléctricos

Los sensores fotoeléctricos utilizan un haz de luz para detectar la presencia o ausencia de objetos.

Dependiendo de su configuración, pueden trabajar mediante detección directa, reflexión o utilizando un emisor y un receptor separados.

Son ampliamente utilizados cuando se necesita detectar objetos a distancia y realizar detecciones rápidas en máquinas automáticas.

Aplicaciones comunes

Se utilizan frecuentemente en:

Transportadores.
Conteo de productos.
Detección de piezas.
Sistemas de empaque.
Alimentadores automáticos.
Clasificación de productos.
Detección de presencia o ausencia.
Posicionamiento de materiales.

Al seleccionar un sensor fotoeléctrico deben considerarse el alcance, tipo de objeto, color, acabado superficial, iluminación del entorno y configuración de montaje.

4. Sensores ultrasónicos

Los sensores ultrasónicos utilizan ondas sonoras de alta frecuencia para detectar objetos y, dependiendo del modelo y aplicación, medir distancia o nivel.

Una característica importante es que la detección no depende exclusivamente del color o apariencia visual del objeto, por lo que pueden ser una alternativa cuando estas características dificultan el uso de sensores fotoeléctricos.

Aplicaciones comunes

Se utilizan en:

Medición de distancia.
Detección de objetos.
Medición de nivel.
Posicionamiento.
Transportadores.
Tanques y depósitos.
Sistemas de manejo de materiales.

Al seleccionar un sensor ultrasónico deben considerarse el rango de medición, tamaño y forma del objeto, superficie, velocidad del proceso, zona ciega y condiciones ambientales.

5. Sensores magnéticos

Los sensores magnéticos detectan la presencia de un campo magnético y son utilizados frecuentemente para identificar la posición de componentes que incorporan un elemento magnético.

Una aplicación muy común es la detección de la posición de pistones en cilindros neumáticos cuando estos cuentan con un imán integrado.

Aplicaciones comunes

Se utilizan principalmente en:

Cilindros neumáticos.
Actuadores.
Sistemas de posicionamiento.
Mecanismos de apertura y cierre.
Detección de posiciones finales.

Su principal ventaja en estas aplicaciones es que pueden instalarse directamente sobre determinados cilindros o mecanismos sin requerir contacto físico con el elemento móvil.

6. Sensores de temperatura

Los sensores de temperatura permiten obtener información térmica del proceso para monitoreo, control o protección.

Dependiendo de la aplicación pueden utilizarse diferentes tecnologías, como RTD, termopares y sensores electrónicos.

Aplicaciones comunes

Se encuentran en:

Hornos.
Sistemas de calentamiento.
Tanques y depósitos.
Procesos de producción.
Sistemas de refrigeración.
Equipos y máquinas.
Control de temperatura de materiales o fluidos.

La selección depende del rango de temperatura, precisión requerida, velocidad de respuesta, ambiente de instalación y tipo de entrada disponible en el sistema de control.

7. Sensores de presión

Los sensores o transmisores de presión permiten medir la presión de gases o líquidos y convertir esa variable en una señal que pueda utilizar el sistema de control.

Son importantes en procesos donde la presión debe mantenerse dentro de determinados límites o utilizarse como variable para controlar una operación.

Aplicaciones comunes

Se utilizan en:

Sistemas neumáticos.
Sistemas hidráulicos.
Bombas.
Compresores.
Tuberías.
Tanques.
Procesos de dosificación y control.

Para seleccionarlos es necesario considerar el rango de presión, tipo de fluido, conexión al proceso, temperatura, precisión y tipo de señal de salida.

8. Sensores de nivel

Los sensores de nivel permiten detectar o medir la cantidad de material presente en un tanque, depósito, tolva u otro recipiente.

Dependiendo de la aplicación pueden realizar una detección puntual —por ejemplo, nivel alto o bajo— o proporcionar una medición continua.

Aplicaciones comunes

Se utilizan en:

Tanques.
Depósitos.
Tolvas.
Sistemas de almacenamiento.
Procesos de dosificación.
Sistemas de alimentación de materiales.

La tecnología adecuada depende de las características del material, distancia, geometría del recipiente y condiciones del proceso.

9. Sensores de flujo

Los sensores y transmisores de flujo permiten conocer la cantidad de fluido que circula por una tubería durante un determinado periodo.

Pueden utilizarse tanto para monitoreo como para control de procesos donde el flujo debe mantenerse dentro de determinados valores.

Aplicaciones comunes

Se utilizan en:

Sistemas de agua.
Circuitos de enfriamiento.
Sistemas de bombeo.
Procesos de dosificación.
Líneas de suministro.
Sistemas neumáticos.

Para su selección deben considerarse el tipo de fluido, rango de flujo, diámetro de tubería, temperatura, presión y características de la instalación.

10. Sensores de posición y desplazamiento

Estos sensores permiten conocer la posición de un elemento o cuánto se ha desplazado respecto a una referencia.

Dependiendo de la aplicación pueden utilizarse sensores magnéticos, inductivos, fotoeléctricos, lineales o tecnologías específicas de medición de desplazamiento.

Aplicaciones comunes

Se utilizan en:

Sistemas de posicionamiento.
Actuadores.
Máquinas automáticas.
Mecanismos de movimiento.
Control de carrera.
Verificación de posición.

La selección depende principalmente del recorrido, precisión, velocidad y tipo de movimiento.

11. Sensores de velocidad y movimiento

Existen diferentes tecnologías para detectar o medir movimiento y velocidad. La elección depende de si solamente necesitamos confirmar que existe movimiento o si necesitamos conocer su velocidad y posición con mayor precisión.

En aplicaciones sencillas pueden utilizarse sensores de proximidad o dispositivos de detección de paso. Para mediciones más completas pueden utilizarse encoders.

Aplicaciones comunes

Transportadores.
Motores.
Rodillos.
Sistemas de alimentación.
Máquinas rotativas.
Sistemas de posicionamiento.

Cuando se requiere información detallada de posición y velocidad, el encoder suele ser una solución más adecuada.

12. Encoders

Los encoders permiten obtener información relacionada con el movimiento angular o lineal de un mecanismo.

Dependiendo del tipo pueden proporcionar información incremental o absoluta y utilizarse para conocer posición, velocidad y sentido de movimiento.

Son especialmente importantes cuando el sistema de control necesita información precisa sobre el movimiento de una máquina.

Aplicaciones comunes

Posicionamiento de ejes.
Transportadores.
Sistemas de corte.
Máquinas de empaque.
Motores y servomotores.
Sistemas de medición de longitud.
Control de velocidad y posición.

La selección de un encoder requiere considerar resolución, velocidad, tipo de señal, montaje, cargas mecánicas, ambiente y compatibilidad con el sistema de control.

13. Tipos de señales de los sensores

Además del tipo de sensor, es importante revisar cómo se entregará la información al sistema de control.

Entre las señales más utilizadas en automatización industrial se encuentran:

Señales digitales

Entregan normalmente dos estados, como presencia/ausencia, activo/inactivo o posición alcanzada/no alcanzada.

Son comunes en sensores inductivos, capacitivos, fotoeléctricos y magnéticos.

Señales analógicas

Permiten representar una variable dentro de un rango continuo.

Entre las señales industriales más comunes se encuentran:

0–10 V.
1–5 V.
4–20 mA.

Son utilizadas frecuentemente para variables como temperatura, presión, nivel, flujo y otras mediciones de proceso.

Señales de frecuencia o pulsos

Generan pulsos cuya frecuencia puede utilizarse para representar velocidad, desplazamiento u otra variable.

Son comunes en encoders y determinados sensores de velocidad o flujo.

Comunicación industrial

Algunos sensores y dispositivos de instrumentación pueden comunicarse mediante protocolos industriales, proporcionando información adicional y, en determinados casos, parámetros de diagnóstico y configuración.

La elección del tipo de señal debe considerar la distancia, ambiente, precisión requerida y capacidad del sistema de control.

14. Criterios para seleccionar un sensor industrial

Seleccionar correctamente un sensor requiere analizar la aplicación completa.

Algunos de los principales criterios son:

Qué se necesita detectar o medir
Definir claramente la variable o condición que necesitamos conocer.

Material del objeto
Las características del material pueden determinar qué tecnologías de detección son adecuadas.

Distancia de detección o rango de medición
Debe existir suficiente margen entre la capacidad del sensor y la condición real de operación.

Velocidad del proceso
El sensor debe responder suficientemente rápido para detectar los eventos que ocurren en la máquina.

Precisión y repetibilidad
En aplicaciones de medición, debe verificarse qué tan exacta y consistente necesita ser la información.

Tipo de salida
La señal debe ser compatible con el PLC, módulo de entradas, controlador o sistema de adquisición.

Alimentación
Debe verificarse la tensión y condiciones de alimentación requeridas.

Condiciones ambientales
Temperatura, humedad, polvo, agua, aceite, vibraciones y otros factores pueden afectar el funcionamiento.

Montaje
La instalación mecánica debe permitir que el sensor trabaje correctamente y conserve su posición.

Distancia y cableado
La longitud del cable y el ambiente eléctrico pueden influir en la confiabilidad de la señal.

Frecuencia de operación
Debe verificarse que el sensor pueda responder a la velocidad requerida por el proceso.

Compatibilidad con el sistema de control
No basta con que el sensor funcione eléctricamente; la señal debe poder ser interpretada y procesada correctamente por el sistema.

15. Sensor, señal y sistema de control

Un sensor no debe seleccionarse de manera aislada.

En una aplicación industrial existe una cadena completa:

Proceso ? Sensor ? Señal ? PLC o controlador ? Lógica de control ? Actuador

Cada elemento debe ser compatible con el siguiente.

Por ejemplo, seleccionar correctamente un sensor de proximidad no garantiza por sí mismo una detección confiable si su montaje es incorrecto, si la distancia de detección no es suficiente, si el cableado está expuesto a interferencias o si la entrada del PLC no es adecuada para la señal.

Por eso, la selección de sensores industriales debe partir de la aplicación y considerar tanto las condiciones del proceso como la forma en que la información será utilizada por el sistema de automatización.

La tecnología adecuada no es necesariamente la más sofisticada. Es la que proporciona la información necesaria con la confiabilidad, velocidad, precisión y compatibilidad que requiere la aplicación.

Si tienes necesidades de este tipo y requieres apoyo, no dudes en contactarnos.