¿Qué son los sensores industriales y que características tienen?

La clave de la industria inteligente reside en la recogida de datos e información. Los sensores industriales son las terminaciones nerviosas de la industria inteligente. Se utilizan para recopilar datos y proporcionar un soporte de datos básico para el desarrollo de la Industria 4.0.

Al mismo tiempo, con el rápido desarrollo del Internet de las Cosas y la fabricación inteligente, los requisitos de aplicación son cada vez más altos.

Hoy en día, los sensores industriales se están actualizando de forma rápida, impulsando la transformación inteligente de los terminales del Internet industrial.

Abarca desde la detección de procesos industriales y la automatización de fábricas, pasando por los microcontroladores y las conexiones por cable o inalámbricas, hasta los servidores en la nube.

En este artículo conoceremos más de cerca cuáles son las funciones de los sensores en la industria y por qué son partes importantes de la automatización industrial.

Definición de sensores industriales

En palabras sencillas, un sensor industrial se define como un dispositivo de entrada que proporciona una señal de salida con respecto a una cantidad física (entrada).

Dicho de otra manera, detectan un estímulo de entrada, que puede ser cualquier cantidad, propiedad o condición del entorno físico, y responde con una señal digital medible.

Por ejemplo, el estímulo de entrada puede ser la presión, la fuerza, el flujo, la luz, el calor, el movimiento, la humedad o cualquier otro fenómeno del entorno.

En cambio, la salida de la respuesta suele ser una forma eléctrica de una señal, como el voltaje, la corriente, la capacitancia, la resistencia, la frecuencia, etc., que se convierte en una pantalla legible o se transmite por medios electrónicos a través de una red para su lectura u otra disposición.

Las plantas modernas utilizan una multitud de sensores industriales, cada uno con su propio diseño y función.

La singularidad de los sensores industriales radica en las aplicaciones y entornos en los que se utilizan.

Tienen que ofrecer un rendimiento excelente en condiciones extremas, incluidos entornos difíciles e inaccesibles como temperaturas muy altas o muy bajas, vibraciones, alta humedad, etc.

¿Cómo funcionan los sensores industriales?

Los sensores reaccionan a los cambios de las condiciones físicas alterando sus propiedades eléctricas. Por eso, la mayoría de los sensores industriales se basan en sistemas electrónicos para captar, analizar y transmitir información sobre el entorno.

Estos sistemas electrónicos funcionan según los mismos principios que los circuitos eléctricos, por lo que la capacidad de controlar el flujo de energía eléctrica es muy importante.

Para explicarlo de forma sencilla, un sensor industrial convierte estímulos como el calor, la luz, el sonido y el movimiento en señales eléctricas.

Estas señales pasan por una interfaz que las convierte en un código binario y lo transmite a un ordenador para que lo procese.

Muchos sensores industriales actúan como un interruptor, controlando el flujo de cargas eléctricas a través del circuito.

Los interruptores son una parte importante de la electrónica, ya que cambian el estado del circuito.

Aplicaciones industriales de los sensores

Las fábricas buscan de forma constante la manera de maximizar su rendimiento y sus resultados.

La forma más eficaz de ponerlo en práctica es a través de los sistemas y sensores industriales utilizados en la automatización industrial.

Por lo tanto, en un intento de controlar de forma eficaz los procesos y utilizar la máxima capacidad de las instalaciones, los tipos de sensores industriales utilizados en la fabricación han experimentado un notable progreso en los últimos años.

Las aplicaciones de los sensores en la fabricación son numerosas, y su papel es fundamental en términos de calidad, seguridad y conservación de la energía.

En la automatización industrial, los sensores desempeñan un papel fundamental para que la producción sea inteligente y automatizada.

Permiten supervisar, analizar y procesar diversos cambios que se producen en el lugar de fabricación industrial, como los cambios de temperatura, movimiento, presión, altitud, exteriores y de seguridad.

Casi todos los procesos o condiciones ambientales tienen un tipo de sensor adecuado.

Otra de las aplicaciones más utilizadas de los sensores industriales es su importante papel en el mantenimiento predictivo.

Esta estrategia de mantenimiento proactivo utiliza herramientas de supervisión del estado (entre ellas sensores) para detectar diversos signos de deterioro, anomalías y problemas de rendimiento de los equipos.

A partir de esas mediciones, los ingenieros de producción y mantenimiento puede ejecutar algoritmos predictivos preconfigurados para estimar cuándo puede fallar un equipo, de modo que las tareas de mantenimiento puedan realizarse justo antes de que eso ocurra.

Entre las aplicaciones más conocidas de los sensores industriales destacamos las siguientes:

• Seguimiento de todo el proceso de fabricación.
• Vincular varios dispositivos.
• Mejorar el rendimiento de la producción.
• Gestión de la calidad.
• Precisión en la maquinaria de producción.
• Calcular la velocidad de las máquinas.
• Detectar y comunicar información para mejorar la automatización.
• Regular los procesos.
• Detectar fallos.
• Medición de la presión.
• Transferir información.
• Optimizar la tarea de producción.
• Identificar la raíz de los fallos durante la fabricación.

¿Cómo se clasifican los sensores industriales?

Los sensores industriales se pueden clasificar en función de lo que detectan: fuerza, presión, caudal, temperatura, proximidad, humo, gas, alcohol, etc.

Según el tipo de sensor, su salida eléctrica puede ser una tensión, una corriente, una capacitancia, una resistencia, una frecuencia u otro atributo eléctrico que varía con el tiempo.

Los sensores se clasifican en varios grupos en función de factores como la magnitud a medir, los campos de aplicación, el principio de conversión, el dominio energético de la magnitud a medir, las consideraciones termodinámicas, etc.

A continuación realizaremos una de las posibles clasificaciones de los sensores en función de sus aplicaciones en la industria.

Sensores de presión

Los sensores de presión suelen ser dispositivos electromecánicos que miden la presión de gases o líquidos y proporcionan señales a las entradas de los dispositivos de control y visualización.

Por lo general, los sensores de presión pueden variar en su tecnología, diseño, disposición de la aplicación, rendimiento y coste.

Estos sensores se utilizan para el control y la supervisión en una amplia gama de aplicaciones industriales.

Sensores de temperatura

Un sensor de temperatura es un dispositivo electrónico que detecta los parámetros térmicos de su entorno y convierte los datos de entrada en datos electrónicos para registrar los cambios de temperatura.

Un sensor de temperatura suele basarse en un detector de temperatura resistivo (RTD) o en termopares para detectar los cambios de temperatura.

El termómetro es el sensor de temperatura más utilizado para medir el grado de calor o frío.

Estos sensores se utilizan con frecuencia en el sector del automóvil, la aviación, el sector médico, los ordenadores, los aparatos de cocina y otras aplicaciones de la vida cotidiana.

Sensores de nivel

Los sensores de nivel son dispositivos que se utilizan para controlar, mantener y medir el nivel de los líquidos (a veces de los sólidos).

Una vez detectado el nivel de líquido, el sensor convierte los datos detectados en señales eléctricas.

La medición del nivel de líquido puede dividirse en medición continua y medición de nivel puntual.

El sensor de nivel continuo se utiliza para medir con precisión el nivel de líquido.

Mientras que el sensor de nivel puntual se utiliza para determinar si el nivel de líquido es alto o bajo.

Por lo general, los sensores de nivel se utilizan en la industria manufacturera y en la industria de la automoción, pero también se pueden encontrar en muchos electrodomésticos.

Sensores de proximidad

Los sensores de proximidad son dispositivos electrónicos que se utilizan para detectar la presencia de objetos cercanos sin ningún contacto físico.

Por lo general, estos sensores emiten un campo electromagnético y buscan cambios en el campo o señal de retorno.

Se utilizan en numerosas operaciones de fabricación para detectar la presencia de piezas y componentes de máquinas.

Por ejemplo, se utilizan en la supervisión de las vibraciones de las máquinas para medir la variación de la distancia entre un eje y su cojinete de apoyo.

Sensores de infrarrojos

Un sensor de infrarrojos es un dispositivo que utiliza los infrarrojos para procesar datos. El infrarrojo también se denomina luz infrarroja.

Tiene propiedades como la reflexión, la refracción, la dispersión, la interferencia y la absorción.

Cualquier sustancia, siempre que tenga una determinada temperatura (por encima del cero absoluto), puede irradiar rayos infrarrojos.

El sensor de infrarrojos no está en contacto directo con el objeto medido durante la medición, por lo que no hay fricción, y tiene las ventajas de una alta sensibilidad y una respuesta rápida.

El sensor de infrarrojos puede controlar el funcionamiento de los dispositivos de accionamiento.

En gran medida, los sensores infrarrojos se utilizan para la medición de la temperatura sin contacto, el análisis de la composición del gas y las pruebas no destructivas.

Sensores de humedad

Los sensores de humedad miden la cantidad de agua en el entorno y convierten estas mediciones en señales que pueden utilizarse como estímulo de entrada.

Sus aplicaciones son muy variadas y se utilizan de forma generalizada en la industria del automóvil, la climatización, la meteorología, la medicina y la fabricación.

Sensores de fuerza

Los sensores de fuerza o, también llamadas células de carga, son los dispositivos que traducen las fuerzas mecánicas aplicadas, como la fuerza de tracción y compresión, y dan señales digitales de salida, cuyos valores reflejan la magnitud de la fuerza aplicada.

Estos sensores se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como productos de consumo, dispositivos informáticos, instrumentos musicales, dispositivos médicos y en industria del automóvil, por nombrar algunos.

Sensores de flujo/caudal

Los sensores de flujo, también conocidos como sensores de caudal, son dispositivos electrónicos o electromecánicos que se utilizan para medir el caudal de un fluido, como un gas o un líquido, y proporcionar señales de salida al controlador.

La medición del caudal es vital para el control de muchos procesos industriales, por lo que estos sensores son muy utilizados en los procesos productivos y de fabricación.

Sensores de gas

Los sensores de gas son dispositivos electrónicos fijos o portátiles que se utilizan para detectar la presencia y las propiedades de una serie de gases y transmitir señales al controlador en forma de señal de salida.

Estos sensores actúan como un dispositivo clave para detectar gases nocivos y proporcionan una forma de controlar la concentración de gas y la información ambiental.

Sensores detectores de defectos

Los sensores detectores de defectos son dispositivos utilizados en una diversidad de procesos de fabricación para mostrar inconsistencias en las superficies o en diversos materiales subyacentes.

Estos sensores/detectores suelen utilizar medios ultrasónicos, acústicos o de otro tipo para identificar defectos en los materiales.

Estos dispositivos se consideran la ayuda más crucial en el control de calidad durante el proceso de fabricación e inspeccionan los componentes durante las pruebas no destructivas y el análisis de materiales.

Sensores de movimiento

Los sensores de movimiento son dispositivos electrónicos capaces de detectar el movimiento o la parada de piezas, personas, etc. y suministrar señales a las entradas de los dispositivos de control o visualización.

Las aplicaciones típicas son la detección de la parada de las cintas transportadoras o el atascamiento de los rodamientos.

Sensores ópticos

El sensor óptico se basa en el principio óptico para la medición. Tiene muchas ventajas, como la medición sin contacto no destructiva, la ausencia casi total de interferencias, la transmisión de alta velocidad y el control remoto.

Incluye sobre todo sensores e instrumentos ópticos, como instrumentos de medición ópticos generales, interferómetros láser, codificadores y fibra óptica.

En el diseño, se utiliza para detectar si el objeto de destino aparece, o para llevar a cabo diversas automatizaciones industriales de detección de movimiento en plantas de producción industrial.

También se utiliza en las telecomunicaciones, en ascensores, en la construcción, en la sanidad y en los sistemas de seguridad.

Sensores de metales

Los sensores de metales son dispositivos electrónicos o electromecánicos que se utilizan para detectar la presencia de metales en diversas situaciones.

Los detectores de metales pueden ser permanentes o portátiles y se basan en varias tecnologías de sensores, siendo la electromagnética la más popular.

Entre sus aplicaciones, pueden adaptarse para detectar de manera explícita metales en operaciones de fabricación específicas, como el serrado o el moldeo por inyección.

Sensores de color

Los sensores de color son un tipo de sensores fotoeléctricos, que emiten luz desde un transmisor, y luego detectan la luz reflejada desde el objeto de detección con un receptor.

Estos sensores ayudan a construir aplicaciones de detección de color en el procesamiento de imágenes, la identificación de colores, el seguimiento de objetos industriales, los sistemas de diagnóstico médico, los sistemas de fitness, el control de procesos industriales, etc.

Sensores MEMS

El sensor MEMS es un nuevo tipo de sensor fabricado con tecnología de microelectrónica y micromecanizado.

En comparación con los sensores industriales tradicionales, tiene un tamaño reducido, un bajo consumo de energía, una alta fiabilidad y es adecuado para la producción en masa.

El sensor de movimiento MEMS se integra con la tecnología inalámbrica ZigBee para realizar interacciones con la máquina de forma automática.

Gracias al tamaño de sus características puede realizar funciones que no pueden realizar algunos sensores mecánicos tradicionales.

Conclusiones

La aplicación de sensores industriales suele proporcionar sistemas de medición de datos y de control de la arquitectura de los dispositivos de una planta de producción.

Esta tecnología es esencial para varias industrias, proporcionando información vital sobre la presión, la temperatura, la velocidad, la ubicación, entre otras para intervenir en profundidad en varios procesos o sistemas.

Como entrada a la recopilación de información, los sensores industriales son el «corazón» del Internet de las Cosas (IoT), las industrias inteligentes y los dispositivos inteligentes.

La aplicación y el desarrollo de la Internet Industrial depende de la efectividad de los sensores industriales y de la innovación tecnológica.

Los fabricantes de sensores industriales están desarrollando constantes progresos en la precisión de los sensores, la fiabilidad, los tiempos de respuesta, la robustez, el tamaño, las comunicaciones y la eficiencia con la difusión de sofisticados sistemas de control electrónico.

Como conclusión final, los sensores industriales están desarrollando de manera significativa las posibilidades de avances tecnológicos en la Industria 4.0.

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