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¿Qué es un Sensor de Nivel de Líquido?

Los sensores de nivel de líquido son dispositivos de medición utilizados para determinar la altura del líquido en depósitos y contenedores. Estos sensores permiten conocer la cantidad de líquido que queda en un depósito o contenedor. Algunos sensores solo detectan la presencia o ausencia de líquido, mientras que otros realizan mediciones continuas para calcular el porcentaje de líquido restante. También se les conoce como sensores de nivel en ocasiones. Algunos sensores de líquido también pueden detectar partículas sólidas como la arena.

Usos de los Sensores de Nivel de Líquido

En entornos industriales, es común almacenar líquidos en contenedores herméticos y no visibles. Para controlar el volumen restante de estos depósitos, se utilizan ampliamente los sensores de nivel de líquido. Estos sensores son especialmente utilizados en instalaciones de gran tamaño, como refinerías de petróleo, plantas de tratamiento de agua, plantas de producción de alimentos y bebidas, así como en la fabricación de papel y pasta. La ventaja es que no es necesario abrir los contenedores para verificar el nivel de líquido, lo que permite un monitoreo más eficiente. Además, estos sensores también pueden evaluar el deterioro y la calidad de los líquidos, brindando información adicional importante.

Principios de los Sensores de Nivel de Líquido

Existen distintos tipos de sensores de nivel de líquido, cada uno de los cuales funciona según un principio diferente. Los cuatro tipos más comunes son:

1. Tipo Flotador

Se fija un tubo con un cable incorporado a la parte superior e inferior del depósito y un flotador magnetizado, que sube y baja junto con el nivel de líquido a lo largo del tubo, flota en la superficie del líquido. El nivel del líquido se mide a partir de la distancia recorrida por el flotador y el cable dentro del tubo. 

2. Tipo Ultrasónico

La distancia del sensor a la superficie del líquido se mide enviando una onda ultrasónica hacia la superficie del líquido, haciéndola reflejar y midiendo el tiempo que tarda en recibirla.

3. Tipo Capacitivo

El sensor capacitivo de nivel de líquido funciona midiendo la capacitancia entre el sensor y la pared del depósito. Cuando hay líquido presente, la capacitancia aumenta, mientras que disminuye cuando el tanque está vacío.

En el caso de líquidos no conductores, como se asume en el diagrama, la capacitancia depende de la altura de la superficie del líquido. Debido a que los líquidos no conductores tienen una mayor permitividad relativa que el aire, la capacitancia controlada es mayor a medida que aumenta la altura del líquido y menor cuando disminuye. Conociendo esta relación como una función predefinida, es posible determinar la altura de la superficie del líquido a partir de las mediciones reales del sensor.

Por otro lado, si el líquido es conductor, no se produce una contribución capacitiva. En este caso, se puede utilizar un aislante (dieléctrico con una permitividad relativa constante) para cubrir los electrodos del sensor y detectar las variaciones en la componente capacitiva del aire en función de los cambios en la altura de la superficie del líquido. De esta manera, también es posible determinar la altura del líquido.

4. Tipo Óptico

Compuesto por un LED infrarrojo y un receptor, el sistema óptico está diseñado para que la luz infrarroja llegue al receptor cuando no hay líquido. Cuando el sensor está sumergido en líquido, la luz no puede llegar al receptor debido a la refracción, etc., de modo que se puede detectar un aumento del nivel de líquido.

Sensores de Nivel de Líquido sin Contacto

Los sensores de nivel de líquido sin contacto conocidos incluyen sensores ultrasónicos, de ondas de radio, láser, de radiación, gravimétricos y de visión directa.

El tipo ultrasónico mide el tiempo que tardan las ondas ultrasónicas en reflejarse en la superficie del líquido. Aunque la medición es independiente del tipo de líquido, es vulnerable a la condensación y las obstrucciones.

Los sistemas de ondas de radio miden el tiempo que tardan las ondas electromagnéticas en reflejarse en la superficie del líquido. Aunque se caracteriza por una gran resistencia al medio ambiente, también es caro y presenta los inconvenientes de un equipo grande y pesado.

El tipo láser utiliza un láser semiconductor para medir la reflexión de la luz desde la superficie del líquido. Se caracteriza por tener un diámetro de punto pequeño, por lo que no se ve afectado por los obstáculos del tanque. Por otro lado, es caro y requiere un control de seguridad del láser.

El tipo de radiación utiliza la transmisión y absorción de rayos gamma para realizar mediciones. Pueden utilizarse en entornos tóxicos, calientes y corrosivos, pero requieren controles de seguridad debido al riesgo potencial para la salud humana.

Los sistemas gravimétricos miden el nivel de líquido pesando todo el depósito. Aunque tiene la ventaja de no verse afectado por el interior del tanque, es vulnerable a los cambios en la gravedad específica del líquido, como las burbujas.

El método visual directo es un método de comprobación visual del nivel. Es el más barato de aplicar, pero tiene las desventajas de requerir limpieza cuando está sucio y de ser difícil de automatizar.

Sensores de Nivel de Líquido Tipo Electrodo

Los sensores de nivel de líquido tipo electrodo (interruptores de nivel) son sensores de nivel eléctricos sin piezas móviles y se utilizan ampliamente para el control de nivel de líquido de uso general en diversas industrias como la siderúrgica, alimentaria, química, farmacéutica y de semiconductores, aguas agrícolas, plantas de tratamiento de aguas y tratamiento de aguas residuales.

Durante la medición, se aplica una tensión alterna entre el electrodo de masa y el electrodo de detección. Si los electrodos no están en contacto con el líquido, no fluye corriente, pero si los electrodos están en contacto con el líquido, fluye corriente. Según este principio, sólo pueden detectarse líquidos conductores.

El dispositivo consta de un portaelectrodos, una conexión de proceso, una varilla de electrodos y una unidad de relé. Aparte de la unidad de relé, no hay componentes electrónicos ni piezas móviles, por lo que se trata de una configuración sencilla.

¿Qué es un Contador de Frecuencia?

Un contador de frecuencia es un dispositivo digital para medir las frecuencias que se producen en los circuitos electrónicos.

Las señales eléctricas pueden expresarse en términos de tres parámetros: frecuencia, amplitud y fase. También es posible determinar el periodo mediante el recíproco de la frecuencia, por lo que la medición de la frecuencia es un parámetro importante en la medición básica de señales eléctricas.

Un contador universal es aquel que tiene varias funciones adicionales además del recuento de frecuencia, como la medición del ciclo de trabajo, el tiempo de subida del impulso y el intervalo de tiempo.

Usos de los Contadores de Frecuencia

Los contadores de frecuencia se utilizan como instrumentos de medida básicos en la medición de señales eléctricas, al igual que los amperímetros y voltímetros. Aunque algunos productos están disponibles como contadores de frecuencia independientes, se han desarrollado muchos productos con funcionalidad de contador de frecuencia como parte de la funcionalidad de dispositivos con muchas funciones, como multímetros digitales, osciloscopios y analizadores de espectro óptico.

Los contadores de frecuencia se caracterizan porque su principio es muy sencillo. Como es posible fabricarlos uno mismo, también existen kits. Varias empresas ofrecen kits de contadores de frecuencia para frecuencias de varias decenas de MHz. Esto se debe a que los contadores de frecuencia directos se caracterizan por su sencillo funcionamiento.

Algunos multitesters también están equipados con un rango que permite medir frecuencias, y estos tipos son especialmente útiles en lugares donde no se pueden llevar grandes equipos de medición, ya que son fáciles de manejar. Sin embargo, aunque tienen la ventaja de ser fáciles de usar, su desventaja es que no son adecuados para aplicaciones en las que se requieren altas frecuencias o un gran número de dígitos significativos.

La mayoría de los kits están basados en LSI, por lo que no es posible aprender toda su estructura, pero sí hacerse una idea.

Principio de los Contadores de Frecuencia

Un contador de frecuencia se compone de un circuito formador de onda, una puerta, un oscilador de cristal y un circuito contador.

1. Circuito de Conformación de Onda

Este convierte la señal de entrada en un “tren de impulsos”.

2. Oscilador de Cristal

Este genera impulsos con una anchura de tiempo fija. Genera una ventana de tiempo (tiempo de puerta) para medir el mencionado tren de impulsos, y la ventana de tiempo actúa como ventana para medir la frecuencia. 

3. Circuito de Medida

La frecuencia de la señal original se mide contando el número de impulsos en la ventana de tiempo. La resolución de la medida de frecuencia viene determinada por la anchura temporal de la ventana de tiempo generada por el oscilador de cristal. La resolución es proporcional a la inversa de la anchura temporal de la ventana temporal, por ejemplo, una ventana temporal de 1 segundo se visualiza en unidades de 1 Hz, una ventana temporal de 0,1 segundos se visualiza en unidades de 10 Hz y así sucesivamente.

En los contadores de frecuencia, el mayor error se produce en el punto en el que se genera el tren de impulsos, especialmente si la señal de entrada contiene ruido, lo que puede provocar que el flanco ascendente del impulso sea inestable o genere impulsos adicionales que no deberían estar ahí. 

Un método que se ha ideado para evitar la generación de errores es realizar mediciones repetidas y promediar los componentes de ruido. Esto reduce los errores que se producen al generar el tren de impulsos.

Métodos de Medición del Contador de Frecuencia

Un contador de frecuencia es un dispositivo que mide la frecuencia de una señal de entrada y muestra el resultado. Existen dos métodos de medición: el método directo, que es fácil de implementar y se ha utilizado durante mucho tiempo, y el método recíproco, que es más caro pero puede obtener un elevado número de dígitos significativos.

1. Método Directo

Medición Cruzada del Punto Cero
El contador de frecuencia de método directo mide el número de veces que la frecuencia de la señal de entrada cruza en el punto cero. Si la señal de entrada es una curva sinusoidal, se cuenta el número de veces que cruza hacia abajo o hacia arriba el punto cero.

La ventaja del contador de frecuencia por método directo es que puede implementarse fácilmente utilizando sólo hardware. Por esta razón, este método se ha utilizado durante mucho tiempo y su número de cruces del punto cero por segundo se muestra como una medida de frecuencia.

El contador de frecuencia del método directo se caracteriza por el hecho de que se realiza un reloj de referencia preciso dentro del dispositivo y el número de cruces de punto cero se mide abriendo una ventana de tiempo para esa cantidad de tiempo.

Número de Dígitos Significativos de la Medición
El número de dígitos significativos en un contador de frecuencia de método directo viene determinado por la amplitud temporal de la ventana de tiempo y la frecuencia de entrada.

Por ejemplo, si la frecuencia de entrada es de 1 GHz y la ventana de tiempo es de 1 segundo, el valor medido es 1×10^9 y el número de dígitos significativos es 10. Si la frecuencia de entrada es de 1 kHz, el número de dígitos significativos es 4, ambos con una resolución de 1 Hz.

Si se aumenta la anchura de tiempo de la ventana temporal, la resolución aumenta, por ejemplo, si la anchura de tiempo de la ventana temporal se aumenta a 100 s, el número de dígitos significativos es 6 a 1 kHz y la resolución es 0,01 Hz.

Sin embargo, tomar al menos 100 segundos para una sola medición es poco práctico y reduce significativamente la viabilidad. Además, debe utilizarse teniendo en cuenta que las mediciones siempre están sujetas a un error cuántico de ±1.

Si sólo se van a medir señales de alta frecuencia, los contadores de frecuencia de método directo pueden utilizarse sin problemas, pero para aumentar la precisión con el método directo, debe aumentarse la anchura de tiempo de la ventana temporal.

Sin embargo, la desventaja es que el aumento de la anchura de tiempo de la ventana temporal en el método directo también aumenta el tiempo necesario para cada medición, lo que resulta en una eficiencia extremadamente baja. Los contadores de frecuencia “recíprocos” son la alternativa en estas circunstancias.

2. Método Recíproco

Los contadores de frecuencia recíprocos cuentan la forma de onda de entrada tal cual o la dividen por un reloj de referencia interno. La ventaja es que se puede obtener un elevado número de dígitos significativos, especialmente cuando se miden frecuencias bajas. El número de dígitos significativos en un contador de frecuencia recíproco viene determinado por el reloj de referencia interno y el tiempo de puerta, y no se ve afectado por la frecuencia de entrada.

Por ejemplo, si el reloj de referencia interno es de 10 MHz y el tiempo de puerta es de 1 s, el número de dígitos significativos es siete; si se utiliza el mismo reloj de referencia y el tiempo de puerta es de 10 s, el número de dígitos significativos es ocho. Aunque el método recíproco permite obtener un elevado número de dígitos significativos en mediciones en el rango de baja frecuencia, el funcionamiento del contador en sí es complejo y tiene la desventaja de ser costoso.

¿Qué es una Fuente de Alimentación Lineal?

Las fuentes de alimentación lineales convierten la corriente alterna comercial en corriente continua y utilizan fuentes de alimentación reguladas lineales o conmutadas para estabilizar el circuito y reducir las fluctuaciones de tensión.

Las fuentes de alimentación lineales son un método que existe desde los tiempos en que se utilizaban tubos de vacío. Se incorpora al circuito una resistencia variable o un circuito integrado de tres terminales para controlar continuamente la potencia de la entrada y regular la tensión de salida. Funciona bajo control analógico.

La precisión de la tensión de salida es buena, pero el dispositivo es grande y pesado, y tiene las características de baja eficiencia debido a la alta pérdida de potencia interna y la alta generación de calor por la resistencia variable.

Usos de las Fuentes de Alimentación Lineales

Hoy en día se suelen utilizar fuentes de alimentación conmutadas ligeras y compactas, pero las fuentes de alimentación lineales se suelen utilizar para fuentes de alimentación de salida pequeña y cuando se quiere suprimir el ruido.

Aunque son más grandes, son menos ruidosas y se utilizan en instrumentos de medición, equipos médicos y audio de gama alta. También se utilizan en teléfonos inalámbricos, altavoces de ordenadores de sobremesa, herramientas eléctricas, etc. Las fuentes de alimentación lineales que utilizan circuitos integrados de tres terminales son especialmente populares por su tamaño relativamente pequeño y su facilidad de uso.

Principios de las Fuentes de Alimentación Lineales

Las fuentes de alimentación lineales tienen una estructura de circuito sencilla y poco ruido. Se extrae una fuente de alimentación de CA comercial y se coloca una resistencia variable en serie para eliminar el exceso de tensión y formar una fuente de alimentación de CC. La tensión eliminada se convierte en energía térmica en la resistencia, lo que aumenta la cantidad de calor generado. Por lo tanto, se requiere un disipador de calor en el regulador.

El circuito tiene una estructura sencilla ya que sólo utiliza resistencias, pero el calor no se puede controlar.

Existen reguladores en serie y reguladores en derivación, pero los reguladores en serie se utilizan generalmente y los reguladores en derivación se utilizan en aplicaciones limitadas. Se utilizan diodos Zener y circuitos integrados de tres terminales.

Dependiendo de la aplicación, es necesario considerar si se puede soportar el calor generado por la fuente de alimentación lineal. Además, el ruido de una fuente de alimentación lineal puede suprimirse a un nivel menor que el de una fuente de alimentación conmutada y la calidad del sonido puede mejorarse, por lo que si usted es particular sobre los equipos de audio, puede fabricar su propia fuente de alimentación lineal para conseguir la calidad de sonido que desea.

Conexión a Tierra de los Transformadores con Corte de Ruido

Existen medidas para evitar el ruido entre la tierra de un circuito eléctrico y la toma de tierra, incluso cuando los potenciales son diferentes o cuando la toma de tierra no está conectada a tierra. Incluso en estos casos, pruebe primero a instalar un transformador de corte de ruido. Si esto no parece funcionar, lo primero es asegurarse de que la zona donde se instala el transformador de corte de ruido está en contacto con el suelo en una superficie lo más amplia posible. La segunda es hacer que los cables de entrada y salida sean cables apantallados que puedan apantallar el ruido, e instalar este cable apantallado y la carcasa del transformador de corte de ruido en una zona amplia. Se espera que las operaciones anteriores mejoren el rechazo del ruido.

Estructura de un Transformador de Corte de Ruido

Esta sección describe la estructura de un transformador de corte de ruido. Antes, cuando se desea cortar el ruido, la medida que se suele tomar es aislar la fuente del ruido. Aislando la fuente, el ruido no tendrá casi ningún efecto sobre ella. Las medidas reales de aislamiento que se toman son, en la mayoría de los casos, un fotoacoplador en el circuito. Otro método para los casos en los que no se utiliza un fotoacoplador es utilizar un transformador de aislamiento. Desde el punto de vista de los costes y el espacio, es preferible utilizar un fotoacoplador en la placa, pero si no se puede utilizar una placa, se utiliza un transformador de aislamiento.

Sin embargo, los transformadores de aislamiento no son la panacea, y el devanado secundario también se ve afectado por el ruido del devanado primario. Aquí es donde entran en juego los transformadores con corte de ruido. Este transformador no es sólo un transformador de aislamiento, sino un transformador de bloqueo de ondas de defecto. Aquí se omiten los detalles de su principio y funcionamiento, pero se presenta su estructura.

Las características estructurales del transformador de corte de ruido son, además de la estructura convencional de un transformador aislado, una placa de blindaje electromagnético envolvente múltiple en la circunferencia exterior del transformador de bobina. Esta es la característica más significativa. Además, la disposición de la bobina, el material del núcleo y la forma están hechos de tal manera que el flujo magnético de ruido de alta frecuencia no se entrelaza entre sí, lo que impide la transmisión de ruido por acoplamiento de capacitancia distribuida e inducción electromagnética, convirtiéndolo en un transformador extremadamente superior para el apantallamiento de ruido.

¿Qué es una Tarjetas de Evaluación?

Es una placa electrónica con circuitos integrados, circuitos con funciones específicas y terminales de entrada/salida.

También se denominan placas de referencia. Existen tarjetas de evaluación de CPU de fabricantes de semiconductores y tarjetas de desarrollo de microordenadores (target boards) de fabricantes de microordenadores.

Usos de las Tarjetas de Evaluación

Se utilizan para comprobar el rendimiento de los circuitos integrados montados y la compatibilidad de los circuitos, así como para el desarrollo de hardware y software. Es necesario seleccionar una tarjetas de evaluación con circuitos integrados y componentes electrónicos adecuados para el uso previsto.

Ejemplos de uso de las tarjetas de evaluación:

• Fabricantes de Equipos (Evaluación)
  Para evaluar el rendimiento de circuitos integrados y circuitos montados y comprobar la compatibilidad.
• Fabricantes de Equipos (Desarrollo)
  Para desarrollar nuevos productos y software en poco tiempo y a bajo coste utilizando Tarjetas de Evaluación.
• Instituciones Educativas, Estudiantes, Público en General
  Para el aprendizaje educativo de electrónica, circuitos eléctricos, programación, etc.

Los fabricantes de semiconductores ofrecen una gran variedad de tarjetas de evaluación.

• Sistemas de automoción
• Cámaras de vídeo
• Robots industriales
• Comunicaciones terrestres/satélite
• Terminales de comunicaciones móviles
• Aeroespacial

Se utilizan para la evaluación en una amplia gama de productos, desde los cercanos a los electrodomésticos familiares hasta los relacionados con robots y satélites.

Principios de las Tarjetas de Evaluación

El principio de funcionamiento es que cuando se suministra alimentación, el microcontrolador funciona según el programa escrito en la memoria del microcontrolador. El programa puede reescribirse a voluntad, y el código fuente del programa creado en un PC se escribe en la zona de memoria del microcontrolador mediante un software denominado “escritor”.

El hardware utilizado para apoyar el proceso de depuración es un emulador. Los emuladores se conectan a una tarjetas de evaluación.

Configuración de las Tarjetas de Evaluación

Una tarjeta de evaluación suele ser una única placa de circuito impreso con chips IC, dispositivos de comunicación, sensores, terminales de entrada/salida, etc. Existen varios tipos de tarjetas de evaluación en función de los componentes montados en ellas, pero las tarjetas de evaluación de microcontroladores vendidas por los fabricantes de microcontroladores son las más utilizadas.

Las tarjetas de evaluación de microcontroladores se utilizan para evaluar y experimentar con las funciones y características de los circuitos del microcontrolador sobre el que van montadas.

1. Microcontrolador

Un microcontrolador es una LSI que permite escribir programas y combinarlos con otros circuitos para realizar operaciones arbitrarias. Consta de una CPU que realiza diversos procesos, y de memoria flash y SRAM para escribir programas.

2. Circuito Integrado de Alimentación

Un CI que produce la tensión necesaria para que un microcontrolador funcione a partir de una tensión de alimentación de 100 V CA.

3. Reloj

Oscilador con una frecuencia específica que hace funcionar el microcontrolador. A veces está integrado en el microcontrolador.

4. Dispositivos de Comunicación

Terminales USB y LAN para la comunicación con PC externos en la programación.

5. Terminales de Entrada/Salida

Clavijas USB para comunicación/alimentación y clavijas de entrada/salida (E/S) para enviar datos a interfaces externas.

Las funciones de depuración incluyen LED y botones de reinicio para comprobar visualmente el estado del microcontrolador, interruptores para conmutar el funcionamiento, sensores para medir información externa y una pantalla de 7 segmentos para mostrar los datos recopilados.

Más Información sobre la Tarjetas de Evaluación

1. ICE (Emulador en Circuito)

Puede asumir las funciones de una CPU y puede acoplarse a la placa en desarrollo en lugar de la CPU para permitir la verificación del funcionamiento del programa. Como no hay microcontrolador en la placa de destino, el propio ICE tiene un chip de emulación y memoria, y la placa de destino se encarga del correcto funcionamiento de los circuitos periféricos. Pueden utilizarse funciones avanzadas de depuración, como el trazado en tiempo real.

Generalmente, se suelen incluir programas de ejemplo para el funcionamiento de la placa de evaluación del microcontrolador.

2. Cómo Utilizar la Tarjeta de Evaluación

Las tarjetas de evaluación suelen conectarse a un PC con fines de evaluación. La interfaz suele ser USB, RS232C u otros terminales con los que esté equipado el PC.

La placa puede alimentarse mediante un adaptador de CA que puede enchufarse a una toma de corriente doméstica general de 100 V, o mediante un cable que se conecta a una fuente de alimentación, como una fuente de alimentación regulada, en lugar de un adaptador de CA, con vistas a la evaluación debida a los cambios de tensión.

El entorno del PC de evaluación suele proporcionarlo el fabricante de la tarjeta de evaluación, utilizando un paquete de software específico para esa tarjeta de evaluación. No obstante, el fabricante u otra parte que haya recibido la entrega también puede preparar su propio software de evaluación.

Además, como las formas de onda suelen medirse con equipos de medición como osciloscopios y analizadores logísticos, algunas placas de evaluación pueden disponer de terminales para conectar previamente dichos equipos.

3. Precio de las Tarjetas de Evaluación

Los precios varían mucho en función del fabricante de semiconductores y de la finalidad, pero algunas pequeñas placas dedicadas exclusivamente al desarrollo de tecnologías inalámbricas como la RFID cuestan menos de 4.000 yenes. Básicamente, muchas de estas placas pueden adquirirse hasta por unos 100.000 yenes, lo que permite preparar el coste de introducción con fines de aprendizaje dentro de un margen razonable.

Tenga en cuenta que si un fabricante realiza un pedido totalmente a medida para el desarrollo de sus propios productos, dependerá de la cotización del fabricante de semiconductores.

¿Qué es un Relé de Control?

Es un componente que recibe una señal eléctrica y emite una señal digital para controlar una máquina.

Se llaman así porque la forma en que una entrada origina e influye en otra salida recuerda a un relé de bastón.

Usos de los Relés de Control

Son uno de los componentes más utilizados en la industria y en la vida cotidiana. Los siguientes son ejemplos de aplicaciones de los relés de control:

• Para controlar equipos de transporte automático
• Dentro de PLC (controladores lógicos programables)
• En ordenadores personales
• En electrodomésticos como aparatos de aire acondicionado y aspiradoras automáticas
• En vehículos de transporte como coches y motos

Se utilizan principalmente para pasar señales de entrada de sensores y pulsadores a otro dispositivo. Como se utilizan donde se lleva a cabo el control, no sólo se emplean en equipos industriales, sino también en electrodomésticos.

Si el sistema de control es complejo, se necesitan varios cientos de puntos para reproducirlo mediante relés de control, lo que resulta complicado, por lo que se utilizan PLC y PC para calcular la salida. Sin embargo, si sólo se utilizan unos pocos relés, resulta más barato y sencillo introducir el control mediante relés electromagnéticos.

Principios de los Relés de Control

Existen dos tipos de relés de control, que pueden dividirse en relés con contactos y relés sin contactos.

1. Relés con Contacto

Los relés con contactos son relés que accionan mecánicamente sus contactos para emitir una señal de contacto. Debido a su principio de funcionamiento, también se denominan relés mecánicos. Constan de bobinas electromagnéticas y contactos.

Cuando se recibe una señal de tensión de entrada, se excita la bobina electromagnética interna. La bobina electromagnética excitada actúa como un electroimán y acciona el contacto móvil, que se mueve junto con la banda de hierro móvil. El contacto móvil se pone en contacto o se separa del contacto fijo y emite una señal eléctrica de contacto.

Cuando se suprime la tensión de entrada, los contactos vuelven a su posición al ser empujados hacia atrás por un muelle de retorno interno. La bobina electromagnética está formada por alambre de cobre enrollado alrededor de un núcleo de hierro, que se barniza para aislarlo.

También se utilizan aleaciones de plata u oro en los contactos para reducir la resistencia eléctrica. Suelen estar protegidos por una carcasa o similar para evitar un contacto humano fácil.

2. Relés sin Contacto

Los relés sin contacto son componentes que utilizan semiconductores para emitir una señal de contacto sin accionar físicamente los contactos. Debido a su principio de funcionamiento, también se denominan relés de estado sólido. El componente principal de un relé de estado sólido es el fotoacoplador.

En primer lugar, cuando se aplica una tensión al terminal de entrada, se excita el LED del interior del fotoacoplador; el LED genera luz que se dirige hacia un elemento interno sensible a la luz. El elemento receptor de luz utiliza un fototransistor conductor de luz, que emite una señal de contacto por medio de la luz del LED.

La característica de los relés sin contacto es que no hay contacto mecánico como en los relés de contacto, por lo que no hay desgaste metálico debido a las operaciones de apertura y cierre. La velocidad de transmisión también es alta, por lo que son adecuados para aperturas y cierres de alta velocidad y alta frecuencia. Otras características son el buen aislamiento, la no necesidad de supresión de ruido, la facilidad de miniaturización y la ausencia total de ruido de funcionamiento.

Sin embargo, una desventaja es que el elemento semiconductor se rompe rápidamente si se aplica una tensión o corriente superior al valor nominal. Son vulnerables al calor y requieren medidas adecuadas de disipación térmica. También son más caros que los relés de contacto.

Tipos de Relés de Control

Existen tres tipos de contactos de relés de control:

1. Contacto A

El contacto A es un contacto que está abierto cuando no se introduce ninguna señal en el terminal de entrada y conduce cuando se recibe una entrada. También se denomina contacto normalmente abierto o contacto de cierre. Es el contacto más común que sólo proporciona aislamiento de señal.

2. Contacto B

El contacto B es un contacto que conduce cuando no se recibe ninguna señal en el terminal de entrada y se abre cuando se recibe una señal. También se denomina contacto normalmente cerrado o contacto de apertura.

Se caracteriza por un movimiento opuesto al del contacto a y puede invertir la señal de entrada. Se utiliza a menudo en circuitos de enclavamiento y circuitos de interrupción de fallos.

3. Contacto C (Contacto de Transferencia)

El contacto C es un contacto de tres terminales que combina un contacto a y un contacto B. Tiene tres terminales: un terminal común, un terminal de contacto a y un terminal de contacto B. Cuando no se introduce ninguna señal en los terminales de entrada, hay continuidad entre los terminales de contacto común y B y el terminal de contacto común-a está abierto.

Cuando se introduce una señal en los terminales de entrada, el terminal de contacto común-b está abierto y el terminal de contacto común-a es conductor. Se utiliza, por ejemplo, en circuitos para conmutar entre rotación hacia delante y hacia atrás. Otra característica es que el contacto c sólo es aplicable a relés de contacto.

¿Qué es un Motor de Inducción?

Son motores que funcionan con corriente alterna y son accionados por la fuerza generada por la inducción electromagnética.

Por este motivo, también se denominan motores de corriente alterna (AC), ya que AC significa corriente alterna. Los motores de inducción se encuentran entre los motores más antiguos y tienen una estructura sencilla y funcionan simplemente conectándolos a una fuente de alimentación de CA, sin necesidad de una conversión de potencia especial.

Como resultado, combinan una gran fiabilidad y una larga vida útil, y todavía se utilizan mucho hoy en día. Otra ventaja es que no utilizan imanes que contengan metales raros, por lo que proporcionan una rotación muy eficaz a bajo coste.

Usos de los Motores de Inducción

Los motores de inducción se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde electrodomésticos como lavadoras y ventiladores hasta grandes equipos de producción en fábricas, ya que tienen la característica de que a mayor capacidad, mayor eficiencia.

Cambiando las características del motor, también puede utilizarse como fuente de energía para elementos que requieren un alto par de arranque, como las puertas automáticas, o para elementos que requieren un alto par de parada, como las trituradoras.

Principios de los Motores de Inducción

Los motores de inducción pueden dividirse en dos categorías principales, motores trifásicos y motores monofásicos, en función de la corriente alterna.

1. Motores Trifásicos

Los motores de inducción constan de un “estator”, denominado estator, y un “rotor”, denominado rotor. El estator tiene bobinados que conducen la corriente alterna trifásica, y el rotor tiene un cableado en forma de jaula que conduce la corriente debido a la inducción electromagnética del campo magnético giratorio.

Cuando este campo magnético atraviesa el cableado en forma de jaula incorporado en el rotor, que es un conductor, se genera una tensión de acuerdo con la inducción electromagnética. Esto hace que fluya una corriente en el cableado de la jaula, que a su vez interactúa con el campo magnético giratorio del estator para producir par. La rotación del rotor se aproxima asintóticamente, pero nunca iguala, la velocidad del campo magnético giratorio generado por el estator.

La relación entre las velocidades del campo magnético giratorio del rotor y del estator en este momento se denomina “deslizamiento” y es uno de los principales factores que determinan las características de par de los Motores de Inducción.

2. Motores Monofásicos

Para hacer girar un motor con corriente alterna monofásica, es necesario generar un campo magnético giratorio. Por lo tanto, se incorpora un condensador en el devanado auxiliar del motor, con el devanado principal conectado directamente a la fuente de alimentación y el devanado auxiliar conectado a la fuente de alimentación a través de un condensador para generar el campo magnético giratorio.

Cuando se conecta una corriente alterna monofásica al devanado principal y al auxiliar a través de un condensador, la corriente del devanado auxiliar se adelanta 90° con respecto a la corriente del devanado principal. Estas dos corrientes desfasadas 90° generan un campo magnético giratorio y el motor gana potencia de rotación.

Otros Datos sobre los Motores de Inducción

1. Velocidad de los Motores de Inducción

La velocidad nominal de rotación de un motor de inducción se obtiene de la siguiente fórmula

N (rpm) = 120/p (número de polos) × f (Hz)

donde p es el número de polos del motor y f es la frecuencia de alimentación. Cuanto menor sea el número de polos, más rápido girará el motor, y cuanto mayor sea la frecuencia de alimentación, mayor será la velocidad de rotación. 

Además, los motores de inducción tienen deslizamiento, lo que significa que la velocidad de rotación disminuye gradualmente en función del par de carga, y la velocidad de rotación real viene dada por

N(1-s) (rpm)

2. Control de Velocidad de Motores de Inducción

La velocidad nominal de un motores de inducción depende de la frecuencia de alimentación y del número de polos, como se ha mencionado anteriormente. Sin embargo, dependiendo del tipo de motor y de la fuente de alimentación, la velocidad de rotación puede modificarse. El control de velocidad de los motores de inducción se realiza de las siguientes formas

Uso de Motores de Cambio de Polos
El cambio de polos es un motor en el que el número de polos puede determinarse mediante el método de cableado. Las desventajas son que el propio motor se hace más grande y menos versátil. Además, la velocidad de rotación sólo puede variar en pasos en función del número de polos.

Control de la Resistencia de los Motores Bobinados
Los motores de inducción bobinados permiten controlar la velocidad. El principio es que el motor tiene bobinados en lugar de cableado de jaula en el rotor, y haciendo pasar una corriente a través de una resistencia en el bobinado (bobinado secundario), se aumenta el deslizamiento y se puede reducir la velocidad más allá del valor nominal. Sin embargo, esto tiene la desventaja de que se necesita una resistencia.

También requiere un anillo colector independiente para hacer pasar la corriente a través del devanado del rotor giratorio, lo que aumenta el número de componentes y los costes de mantenimiento. Las pérdidas de energía también son significativas debido al calor emitido por la resistencia.

Control de la Velocidad de Rotación Mediante Acoplamientos Hidráulicos
La aceleración suave, por ejemplo en el arranque, puede lograrse utilizando un acoplamiento de fluido, que conecta los ejes motriz y conducido mediante presión hidráulica.

Como los ejes motriz y conducido están conectados mediante fluido, el acoplamiento de fluido absorbe grandes fluctuaciones de carga. Sin embargo, la desventaja es que los ejes motriz y conducido no están conectados rígidamente, por lo que el aceite se agita, lo que provoca el calentamiento del aceite y la aparición de pérdidas.

Control de la Velocidad de Rotación Mediante Inversor
En la actualidad, los motores de inducción se controlan generalmente mediante variadores de velocidad. Una fuente de alimentación de CA trifásica con tensión y frecuencia fijas se controla mediante la conmutación de un puente trifásico que utiliza dispositivos de potencia como los IGBT para variar la velocidad del motor. Variando la tensión y la frecuencia, el motor puede funcionar con un par constante.

La pérdida de energía también es extremadamente baja, de sólo unos pocos por ciento de la energía de accionamiento, gracias a las mejoras en la tecnología de semiconductores y de control, y se utiliza más ampliamente para controlar la velocidad de rotación de motores de inducción en un momento en que los ODS se están pidiendo activamente.

¿Qué es un Final de Carrera?

Son interruptores que se activan por el movimiento de piezas de la máquina o la presencia de objetos. Se utilizan como parte de un sistema de control para detectar enclavamientos de seguridad u objetos que pasan por una posición específica, para arrancar o parar automáticamente la máquina, para limitar el rango de movimiento de la máquina o para detectar su posición.

Los finales de carrera constan de un microinterruptor en una caja metálica o de plástico con una carcasa cerrada para protegerlo de fuerzas externas, agua, aceite, gases y polvo en el entorno de funcionamiento, y el contacto se activa y desactiva cuando se mueve el actuador (pieza mecánica de detección).

Los actuadores son de tipo émbolo (acción directa), palancas giratorias, palancas de bloqueo de horquilla y varillas flexibles, y están disponibles en diversas formas para adaptarse a la aplicación y al entorno de funcionamiento.

Usos de los Finales de Carrera

El uso previsto de los finales de carrera es conectar y desconectar circuitos eléctricos como resultado de la detección de la posición de un objeto.

En los sistemas de automatización para el control automático, como las líneas de producción de las fábricas, los finales de carrera se utilizan para detectar el movimiento y la posición de las máquinas. Por ejemplo, los finales de carrera se instalan en la posición de detección y se encienden en la posición de funcionamiento anormal, activando una alarma y deteniendo el funcionamiento de la máquina.

Otro ejemplo conocido es la jaula del ascensor (una cinta transportadora que sube y baja personas y equipajes). Cuando la jaula llega a una posición predeterminada en el piso de parada, el final de carrera actúa para detener el motor y la jaula se detiene.
Así pues, los finales de carrera se utilizan en diversas aplicaciones de los sistemas de control automático.

Principios de los Finales de Carrera

Un final de carrera básico consta de un cuerpo, un cabezal, un microinterruptor, un émbolo, un eje giratorio (sólo palanca giratoria y barra de bloqueo de horquilla) y un actuador.

A continuación se explica el principio de los finales de carrera para un actuador de tipo palanca rotativa.

1) El objeto a detectar se mueve y se desplaza hacia la posición a detectar.

2) El actuador es empujado por el objeto a detectar y gira.

3) El eje giratorio fijado al actuador gira.

4) La leva del eje giratorio empuja el émbolo.

5) El contacto móvil fijado al extremo del émbolo se mueve.

6) El contacto móvil hace contacto con el contacto fijo y conecta el circuito eléctrico.

Finales de Carrera

Existen muchos tipos y especificaciones de finales de carrera y a continuación se explican los puntos básicos de selección.

1) Selección en Función del Entorno de Funcionamiento

• Tipo General
  Este tipo es para uso en interiores o exteriores en entornos generales. El rango de temperatura ambiente es de -10 a 80°C.
•  Tipo Resistente al Entorno
  Este tipo es para uso en entornos especiales como los que se describen a continuación.
  Temperaturas altas o bajas en el entorno donde se utiliza el interruptor.
  Finales de carrera expuestos a productos químicos, aceite, gotas de agua o polvo.
• Tipo Resistente a Salpicaduras
  Exposición a salpicaduras de soldadura.
• Tipo de Larga Duración
  El uso requiere una gran durabilidad.
• Tipo a Prueba de Explosiones
  Necesidad de uso a prueba de explosiones en zonas peligrosas donde se utiliza.

2) Selección por Tipo de Actuador

Seleccione el tipo de actuador adecuado para el uso previsto. Los siguientes son ejemplos típicos, varios otros tipos de actuadores también están disponibles.

• Tipo émbolo (tipo de acción directa)
• Palanca giratoria
• Palanca de bloqueo de horquilla
• Varilla flexible

3) Selección por Características

•  Movimiento Hasta el Accionamiento (PT)
  El “movimiento” indica aquí el ángulo o la distancia hasta la conexión o desconexión del contacto.

En el caso de las palancas giratorias y las palancas de bloqueo de horquilla, la posición de montaje del final de carrera y el ángulo del actuador deben ajustarse de modo que el ángulo con el que el objeto detectado hace girar el actuador sea mayor que el movimiento (ángulo) hasta el accionamiento.

En el caso de actuadores de émbolo y de varilla flexible, la posición de montaje del final de carrera y la posición del actuador deben ajustarse de forma que la distancia a la que el objeto detectado empuja el actuador sea mayor que el movimiento (distancia) hasta el accionamiento.

El movimiento del objeto a detectar debe mantenerse dentro de la posición límite de funcionamiento (TTP) del actuador.

• Capacidades
  Los valores nominales se especifican para cada tipo de finales de carrera y se pueden encontrar en el catálogo y en las instrucciones de funcionamiento. Es necesario seleccionar un final de carrera con un valor nominal compatible con la fuente de alimentación utilizada en el circuito eléctrico.

Finales de Carrera y Medidas Correctivas

Las averías de los finales de carrera pueden deberse a un deterioro relacionado con la edad debido a la vida útil de la máquina o al desgaste, pero se dice que la mayoría se deben a la forma en que se utilizan. Por ejemplo, una mala colocación del perro o del actuador y unas juntas deficientes.

Por ejemplo, la instalación defectuosa de los finales de carrera es otra causa de avería. Un interruptor instalado para limitar el rango de movimiento de una máquina puede desplazarse gradualmente de su posición tras múltiples accionamientos, provocando que el interruptor quede inoperativo debido a un empuje insuficiente. Como contramedida, algunos interruptores están equipados con un indicador de posición de ajuste en el propio interruptor. Si el interruptor está programado para ser presionado hasta una posición preestablecida, funcionará correctamente aunque el interruptor esté ligeramente fuera de posición.

También debe tenerse cuidado en el diseño del objeto de detección utilizado para accionar los finales de carrera. El ángulo de corte del objeto a detectar debe ser de 45° o inferior; si supera los 45°, la fuerza aplicada al eje de la palanca puede ser excesiva, dependiendo de la velocidad de movimiento del objeto a detectar, y esto puede provocar un fallo. Si la velocidad de movimiento es alta, también es eficaz hacer que la palanca sea paralela a la superficie de corte del objeto a detectar.

Un escalón empinado en el perro también puede causar un fuerte choque cuando el interruptor vuelve a la posición de referencia. El interruptor debe estar diseñado para encenderse y apagarse de la forma más suave posible.

Hay dos tipos de interruptores de émbolo: los que tienen la parte del émbolo sellada por una junta tórica o un diafragma de goma, y los que tienen la parte del émbolo cubierta por una tapa de goma.

En el primer tipo, la goma de sellado no está expuesta al exterior, por lo que es resistente a objetos extraños calientes como virutas de máquinas herramienta, pero tiene la desventaja de que partículas finas como arena, virutas y polvo pueden enredarse en la superficie deslizante del émbolo.

Este último tiene un excelente rendimiento de sellado porque la arena, las virutas y otras partículas y el polvo no quedan atrapados, pero los objetos extraños calientes, como las virutas de las máquinas herramienta, pueden fundir o rasgar la tapa de goma, por lo que debe utilizarse en función del coste, la aplicación y el lugar de uso.

Cuando los finales de carrera funcionan, el aire es comprimido y aspirado por el movimiento del émbolo. Por lo tanto, si el émbolo se deja presionado durante mucho tiempo, la presión interna en el final de carrera se convierte en la misma que la presión atmosférica y el émbolo puede volver lentamente debido a la resistencia de la presión atmosférica cuando el émbolo vuelve.

Además, la acumulación de aceite o polvo en las piezas de sellado del émbolo o del eje giratorio puede impedir el funcionamiento, dando lugar a un movimiento deficiente del final de carrera.

¿Qué son los Controladores de Temperatura?

Es un dispositivo que controla la temperatura comparando la temperatura medida con la temperatura establecida.

Toma la temperatura detectada por sensores como termopares y termistores, la compara con la temperatura establecida y emite una señal eléctrica. La señal de salida se utiliza entonces para controlar el sistema de calefacción o refrigeración para mantener la temperatura establecida. En aplicaciones domésticas, se utilizan en calentadores de agua y aires acondicionados, mientras que en aplicaciones industriales suelen emplearse para mantener calientes los depósitos de almacenamiento exteriores.

Usos de los Controladores de Temperatura

Se utilizan para regular y controlar la temperatura de líquidos y gases.

En aplicaciones industriales, suelen utilizarse para controlar la temperatura de los procesos. El control automático mediante reguladores de temperatura minimiza el uso de vapor y electricidad y contribuye al ahorro energético.

Las aplicaciones en productos domésticos en general incluyen reguladores de temperatura de agua para peces tropicales, calentadores de agua y equipos de refrigeración de aire como aires acondicionados y frigoríficos.

Principios de los Controladores de Temperatura

Se utilizan principalmente para comparar y calcular las temperaturas medida y fijada y controlarlas en calentadores y sistemas de refrigeración. Para un sistema cuya temperatura debe ser controlada, el sistema consta generalmente de un sensor de medición de temperatura, un controlador de temperatura y equipos de calefacción y refrigeración.

El sensor de medición de la temperatura mide la temperatura del objeto controlado. Se utilizan sensores de temperatura de resistencia o termistores. El controlador de temperatura es el dispositivo electrónico de control. Retroalimenta la temperatura y controla la salida. Los aires acondicionados y los calefactores se utilizan para calentar y enfriar los equipos. Los acondicionadores de aire utilizan un compresor para comprimir el refrigerante y pueden tanto calentar como enfriar.

Método de Control de los Controladores de Temperatura

Existen dos tipos de salidas de cálculo de los reguladores de temperatura: control continuo y control ON-OFF.

1. Control Continuo

Un ejemplo típico de control continuo es el control PID, que es un método de control en el que la señal de entrada se calcula utilizando elementos proporcionales, integrales y derivativos (abreviatura de Proportional, Integral and Derivative), de modo que en la mayoría de los casos el control de la temperatura es posible utilizando sólo componentes proporcionales e integrales.

En procesos severos en los que no se puede tolerar un rebasamiento, los ajustes finos se realizan con control diferencial. El control proporcional, integral y derivativo se abrevia como control P, control I y control D utilizando las primeras letras del alfabeto.

• Regulación P
  El control es proporcional a la desviación entre el valor de entrada del sensor de medición de temperatura y el valor de consigna de temperatura.
• Control I
  El control se realiza para eliminar la desviación entre el valor de entrada del sensor de medición de temperatura y el valor nominal de temperatura.
• Control-D
  Realiza el control para ajustar con precisión la diferencia en el cambio de temperatura debido a factores externos.

2. Control ON-OFF

El control ON-OFF compara la temperatura medida con la temperatura de consigna y enciende y apaga el equipo de refrigeración/calefacción. Es más sencillo que el control continuo y puede introducirse con un coste menor.

Más Información sobre Controladores de Temperatura

1. Termostatos y Controladores de Temperatura

Los termostatos son controladores de temperatura sencillos que existen desde hace mucho tiempo. Utilizan la expansión y contracción de un metal o líquido debido a la temperatura para controlar la temperatura encendiendo y apagando contactos o válvulas. Suelen utilizarse como válvulas reguladoras del agua de refrigeración de los radiadores de coches y otros vehículos, y para controlar la temperatura de los hervidores eléctricos. Existen termostatos metálicos y de expansión líquida.

• Termostatos Metálicos
  Los termostatos de tipo metálico utilizan un sensor de temperatura denominado bimetálico. Se trata de una placa fabricada con dos metales diferentes con coeficientes de dilatación térmica distintos, y utiliza la deformación de dilatación causada por el calor como punto de contacto eléctrico.
• Termostatos de Expansión Líquida
  Los termostatos de expansión de líquidos utilizan la fuerza de expansión y contracción de un líquido encerrado en un recipiente como punto de contacto eléctrico. El tipo de expansión líquida se caracteriza por su capacidad de aumentar la capacidad eléctrica. Ambos tipos de termostato no requieren una fuente de alimentación para su control.

2. Controladores de Temperatura y Calentadores

Proporcionan control de temperatura en un rango de temperatura por encima de la temperatura ambiente (ambiente) mediante una orden de control a un calentador (dispositivo de calentamiento). Dado que cada controlador de temperatura tiene una capacidad de potencia controlable específica, debe preverse un dispositivo de accionamiento independiente, como un interruptor electromagnético, si se utiliza un dispositivo calefactor de gran capacidad.

Cuando se desea controlar temperaturas inferiores a la temperatura ambiente (ambiente), se acciona un enfriador u otro dispositivo de refrigeración. Las especificaciones y capacidades de los controladores de temperatura, calentador y enfriador deben ser apropiadas para el propósito. Para el control de la temperatura se necesitan al mismo tiempo sensores de temperatura.

Indicadores y Controladores de Temperatura

Son un tipo de controlador indicador. Los controladores indicadores no sólo controlan la temperatura, sino también otros factores como la humedad, el caudal y la presión. Tanto los controladores de indicación como los controladores de temperatura son sólo dispositivos aritméticos y requieren sensores y equipos de refrigeración independientes.

¿Qué son los Amplificadores Operacionales?

Es un circuito integrado con dos terminales de entrada y uno de salida que puede amplificar una señal eléctrica en el lado de entrada y emitirla.

También se denomina amplificador operacional. Mediante el diseño de los elementos del circuito que se van a conectar, los amplificadores operacionales no sólo pueden amplificar, sino también proporcionar funciones aritméticas como la suma, la resta y la integración temporal de las tensiones de entrada.

Los circuitos de amplificación analógica que utilizan estas características son muy utilizados en la actualidad.

Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales

Se conoce una gran variedad de circuitos que utilizan amplificadores operacionales, los más comunes de los cuales se enumeran a continuación.

• Amplificadores de sensor
• Circuitos seguidores de tensión
• Circuitos de amplificación diferencial
• Circuitos de amplificación aditiva
• Circuitos integrales
• Circuitos de diferenciación
• Circuitos de detección lineal
• Circuitos de amplificación logarítmica
• Circuitos osciladores de fase
• Filtros activos

1. Amplificadores de Sensores

Los amplificadores operacionales se utilizan en el campo de los amplificadores de sensores para amplificar diversas micro señales de salida de micrófonos, sensores ópticos, sensores de presión, etc. hasta un nivel de señal que pueda ser manejado por un convertidor A/D. Para evitar los efectos del ruido, se utiliza una configuración de amplificador diferencial o un filtro de paso de banda para eliminar el ruido fuera de la banda de frecuencia de la señal, etc. En este caso se utilizan siempre Amplificadores Operacionales.

2. Seguidor de Tensión

Los amplificadores operacionales también se utilizan como seguidores de tensión. Las fuentes de señal de alta impedancia son susceptibles al ruido y no se puede aumentar la longitud de los cables. El uso de amplificadores operacionales permite utilizar cables más largos y reduce el efecto del ruido.

Principios de los Amplificadores Operacionales

Un op-amp consta de dos terminales de entrada y uno de salida y tiene las siguientes características ideales:

• Ganancia en bucle abierto: infinita
• Corriente de entrada: 0 A
• Impedancia de salida: 0 Ω

En la práctica, la ganancia en bucle abierto es superior a 90 dB, la corriente de entrada es de varios nA a 1 µA y la impedancia de salida es de 0,1 Ω a varios Ω. En principio, se puede suponer lo anterior.

Los dos terminales de entrada del amplificadores operacionales también tienen las siguientes funciones:

• Terminal de Entrada Inversor
  Se trata de un terminal en el que la fase de la señal de entrada se invierte 180° y se emite, indicado con un “-” en el símbolo del circuito.
• Terminal de Entrada no Inversor
  Este terminal produce una salida en fase con la señal de entrada y se indica con un “+” en el símbolo del circuito.

Tipos de Amplificadores Operacionales

Los tipos de amplificadores operacionales pueden clasificarse en función de su “elemento”, “configuración de la fuente de alimentación” y “características”.

1. Clasificación por Elemento

Existen tres tipos de op-amps en función de los elementos que componen el circuito.

• Amplificadores Operacionales Compuestos Únicamente por Transistores Bipolares
  Amplificadores operacionales generales, de los que existen muchos tipos que van desde los de alto rendimiento con excelentes características hasta los de uso general.
• Amplificadores Operacionales que Utilizan FET como Terminales de Entrada
  Aunque se componen básicamente de transistores bipolares, la primera etapa del circuito de entrada es un seguidor de fuente de tipo diferencial que utiliza J-FETs, lo que da como resultado una alta impedancia de entrada y grandes características de slew rate.
• Amplificadores Operacionales Construidos en CMOS
  Aunque la tensión soportada es relativamente baja, la corriente de polarización de entrada está a un nivel extremadamente bajo y el consumo de corriente es bajo. Otra ventaja es el amplio rango dinámico de entrada/salida y la capacidad de manejar señales de gran amplitud. Sin embargo, no pueden manejar señales de alta frecuencia.

2. Clasificación Según la Configuración de la Fuente de Alimentación

Los amplificadores operacionales pueden clasificarse en los dos tipos siguientes según la configuración de la fuente de alimentación utilizada para su funcionamiento.

• Tipo de Fuente de Alimentación Doble
  Amplificadores operacionales que requieren tensiones de alimentación positiva y negativa con respecto al nivel de tierra.
• Tipo de Fuente de Alimentación Único
  Amplificadores operacionales que funcionan únicamente con tensión de alimentación positiva o negativa.

3. Clasificación por Características

Se suministran amplificadores operacionales con diferentes características, dependiendo las más importantes de la aplicación. Los siguientes son ejemplos de tales dispositivos, que deben seleccionarse adecuadamente en función de las especificaciones requeridas.

• Gran ancho de banda
• Bajo ruido
• Alta precisión
• Funcionamiento Rail-to-Rail
• Baja corriente de polarización
• Bajo consumo de corriente
• Alta corriente de salida

Cómo Utilizar los Amplificadores Operacionales

Los amplificadores operacionales tienen factores de error específicos de los circuitos analógicos. Además, las desviaciones de las características ideales descritas en la sección “principios de los amplificadores operacionales” pueden tener un efecto adverso en el funcionamiento del circuito. Por lo tanto, deben tomarse medidas para evitarlas. A continuación se describen medidas específicas.

• La fuente de alimentación suministrada a los amplificadores operacionales debe producir una tensión estable con bajo nivel de ruido.
• Deben montarse condensadores que absorban el ruido cerca de los terminales de la fuente de alimentación.
• Manténgalo alejado de los circuitos de procesamiento digital, o colóquelo en una caja blindada.
• Instálelo en un entorno donde las fluctuaciones de temperatura sean mínimas.
• Si se requieren características precisas de amplificación y frecuencia, diseñe el dispositivo basándose en la precisión de los elementos del circuito de realimentación y las características de temperatura.

También deben tomarse otras precauciones, pero para las medidas individuales, consulte la literatura especializada o la documentación facilitada por el fabricante del amplificador operacional.

• Anulación de la tensión de offset
• Prevención de señales salientes
• Asegurar el rango dinámico
• Eliminación de los efectos de la corriente de polarización
• Garantizar la capacidad de alimentación de corriente
• Protección contra señales de entrada excesivas

Más Información sobre Amplificadores Operacionales

Fundamentos de los Circuitos de Amplificación

Los amplificadores operacionales tienen una ganancia en bucle abierto extremadamente alta, por lo que las diversas funciones descritas en la sección anterior pueden conseguirse ajustando adecuadamente el circuito de realimentación desde los terminales de salida a los terminales de entrada. A continuación se explican, como ejemplos reales, dos circuitos básicos de amplificadores operacionales.

1. Amplificador Inversor
La señal Vi se conecta al terminal de entrada inversor mediante una resistencia Ri, y el terminal de entrada inversor y el terminal de salida se conectan mediante una resistencia Rf. El terminal de entrada no inversor se conecta directamente a tierra. La señal de salida Vo obtenida con esta configuración es (-Rf/Ri) × Vi.” -” indica que la fase está invertida.

2. Amplificador no Inversor
La señal Vi se conecta directamente al terminal de entrada no inversor. El terminal de entrada inversor se conecta a tierra mediante Ri y al terminal de salida mediante Rf. La señal de salida Vo obtenida en esta configuración es (Rf/Ri) × Vi.

¿Qué son los Tubos Termorretráctiles?

Los tubos termorretráctiles son tubos que han sido procesados para encogerse cuando se calientan.

El tubo de resina moldeada se trata con radiación y se utiliza principalmente para proteger y aislar cables eléctricos. Para utilizarlos, basta con pasar los cables a través de los tubos termorretráctiles y aplicar calor con una pistola térmica o similar. El proceso es sencillo y puede utilizarse en cualquier entorno de trabajo.

Usos de los Tubos Termorretráctiles

Los tubos termorretráctiles son un material que se contrae para adaptarse al cable cubierto, y se utilizan principalmente para proteger, aislar, impermeabilizar y evitar la corrosión de cables y componentes.

Los usos específicos son los siguientes

• Cableado interno de electrodomésticos
• Cableado interno de productos electrónicos
• Cableado de alimentación en equipos industriales
• Mazos de cables para automóviles
• Equipos quirúrgicos para cirugía laparoscópica

Principios de los Tubos Termorretráctiles

Los tubos termorretráctiles se fabrican a partir de polímeros como el polietileno y diversos elastómeros. Estos materiales tienen la propiedad de encogerse con el calor conservando su flexibilidad.

Los polímeros mencionados se irradian con haces de electrones para provocar una reacción de reticulación durante la fase de producción del tubo. Cuando el tubo, tras la reacción de reticulación, se calienta y se estira, se solidifica permaneciendo alargado, y cuando se calienta de nuevo, el tubo vuelve a encogerse hasta su tamaño anterior al estiramiento. Este es el principio de los tubos termorretráctiles.

Tipos de Tubos Termorretráctiles

Los tubos termorretráctiles pueden dividirse en tubos de una capa y tubos de dos capas, según su estructura.

Cuando se aplica calor, se contrae en la dirección del diámetro, con una relación de contracción de 2:1 a 3:1. Los materiales son de caucho, PE, fluoroplástico y resina de silicona. Como hay muchos tipos de tubos termorretráctiles, es esencial seleccionar el tipo adecuado.

1. Tubos Termorretráctiles de una Capa

Los tubos termorretráctiles de una capa son un tipo común de tubo y se dividen en tubos de “pared fina”, “pared media” y “pared gruesa” en función del grosor del tubo. La finalidad de los tubos termorretráctiles de una capa es aislar o proteger parcialmente. Los tubos se venden en varios colores y pueden utilizarse para su identificación.

2. Tubos Termorretráctiles de Dos Capas

Los tubos termorretráctiles de dos capas constan de dos capas, una interior y otra exterior. Se utiliza para el aislamiento eléctrico y la protección mecánica. Debido al mayor grosor de las capas, también puede utilizarse para la protección contra la humedad y los ambientes corrosivos. Al igual que los tubos termorretráctiles de una capa, se venden en varios colores y pueden utilizarse para su identificación.

Más Información sobre los Tubos Termorretráctiles

1. Cómo Utilizar los Tubos Termorretráctiles

El tamaño de los tubos termorretráctiles debe seleccionarse de modo que el diámetro interior después de la contracción sea más fino que el objeto previsto. La longitud también se encogerá ligeramente, así que seleccione y corte una longitud ligeramente mayor. La velocidad de retracción también varía en función del material, por lo que hay que comprobar las condiciones de calentamiento antes de trabajar. Al cortar, es esencial que las superficies de corte estén limpias y alineadas, ya que pueden producirse daños por cortes en la superficie de corte.

Los tubos termorretráctiles generales se contraen a partir de unos 120 °C, por lo que debe utilizarse una pistola de calor como dispositivo de calentamiento. Los tipos de baja temperatura se contraen a partir de unos 80 °C, por lo que pueden trabajarse con un secador de pelo. Para diámetros pequeños y cantidades reducidas, puede utilizarse en su lugar un soldador. En este caso, hay que tener cuidado de que la punta del soldador no entre en contacto con la zona circundante.

2. Precauciones para Tubos Termorretráctiles

Cuando se trabaja con tubos termorretráctiles se utiliza un equipo de calentamiento. Para un uso seguro, es esencial tener cuidado para evitar quemaduras y utilizar el aparato de forma adecuada. En particular, al calentar con una llama abierta, como un quemador de gas, el tubo se derretirá debido al sobrecalentamiento, por lo que la llama debe apagarse en el momento adecuado.

Además, al envolver artículos con buena conductividad térmica, como metales, es difícil encogerlos, ya que pierden calor fácilmente durante el calentamiento, lo que puede solucionarse aplicando calor durante un periodo de tiempo más largo de lo habitual. Nunca deben utilizarse condensadores electrolíticos ni pilas secundarias. Esto se debe a que pueden reventar debido al calentamiento. Por lo tanto, también debe evitarse en la medida de lo posible trabajar cerca de ellos.