Revisión de sensores aplicados a sistemas de control.
👉Un sensor en un sistema de control marino es un dispositivo que detecta cambios en variables físicas o químicas y convierte esa información en señales eléctricas o digitales que pueden ser interpretadas por un sistema de control. Estos sensores son fundamentales para monitorear y gestionar diversos aspectos del funcionamiento de un buque, asegurando la seguridad, eficiencia y rendimiento óptimo.➤Funciones Clave de los Sensores en Sistemas Marinos:
1. Monitoreo: Los sensores recopilan datos en tiempo real sobre diferentes parámetros como temperatura, presión, velocidad, posición y más.
2. Control: Permiten que el sistema de control automatizado realice ajustes para mantener las condiciones deseadas.
3. Seguridad: Detectan condiciones anormales o peligrosas, activando alarmas o procedimientos de emergencia.
➤Ejemplos de Sensores en Aplicaciones Marinas:
- Sensor de Nivel de Combustible: Monitorea la cantidad de combustible en los tanques para optimizar el uso y evitar quedarse sin combustible en alta mar.
- Sensor de Temperatura del Motor: Mide la temperatura del motor para prevenir el sobrecalentamiento y daños.
- Sensor de Presión del Aceite: Vigila la presión del aceite en el motor para asegurar una lubricación adecuada y evitar el desgaste prematuro.
- Sensor de Salinidad: Mide la concentración de sal en el agua para controlar los sistemas de desalación y asegurar un suministro adecuado de agua dulce a bordo.
- Sensor de Posición del Timón: Proporciona información sobre la posición del timón para el control preciso de la dirección del buque.
Estos sensores trabajan en conjunto con el sistema de control para proporcionar datos precisos y permitir ajustes automáticos, garantizando un funcionamiento eficiente y seguro del buque.
👉Características de un sensor.
- Exactitud: Capacidad del sensor para proporcionar una medida cercana al valor verdadero de la variable que se mide. Ejemplo: Un sensor de nivel de combustible en un tanque de combustible de un buque debe ser exacto para asegurar que las mediciones del nivel de combustible sean precisas y evitar problemas de abastecimiento en alta mar.
- Precisión: Habilidad para reproducir consistentemente la misma medida bajo las mismas condiciones. Ejemplo: Un sensor de presión en las tuberías del sistema hidráulico del buque debe ser preciso para garantizar lecturas consistentes y evitar fallos en el sistema.
- Sensibilidad: Capacidad de detectar cambios pequeños en la variable medida. Ejemplo: Un sensor de salinidad en el sistema de tratamiento de agua del buque debe ser sensible para detectar cambios pequeños en la concentración de sal y asegurar la calidad del agua a bordo.
- Rango de medida: Intervalo de valores que puede medir el sensor con exactitud y precisión. Ejemplo: Un sensor de temperatura en el sistema de refrigeración del buque debe tener un amplio rango de medida para monitorear tanto temperaturas muy bajas como altas, asegurando el buen funcionamiento del sistema.
- Linealidad: Relación directa y proporcional entre la señal de entrada y la salida del sensor. Ejemplo: Un sensor de flujo de combustible que proporciona una salida lineal en relación con la cantidad de combustible consumido, facilitando el monitoreo preciso del consumo de combustible durante la travesía.
- Rapidez de respuesta: Tiempo que tarda el sensor en reaccionar a un cambio en la variable medida. Ejemplo: Un sensor de gases en la sala de máquinas debe tener una alta rapidez de respuesta para detectar rápidamente cualquier fuga de gas y activar las alarmas de seguridad.
- Estabilidad: Capacidad para mantener una medida constante a lo largo del tiempo. Ejemplo: Un sensor de presión barométrica utilizado en la navegación debe ser estable para proporcionar lecturas precisas y fiables durante largos períodos.
- Robustez: Resistencia a condiciones adversas como vibraciones, cambios de temperatura o humedad. Ejemplo: Un sensor de humedad en la bodega del buque debe ser robusto para resistir las condiciones adversas del ambiente marino y proporcionar lecturas fiables.
- Salida: Tipo de señal que genera el sensor (analógica o digital).
- Ejemplo: Un sensor de temperatura en el sistema de climatización del buque que genera una salida digital puede integrarse fácilmente con los sistemas de control modernos y enviar datos precisos al controlador.
- Calibración: Facilidad con la que el sensor puede ser ajustado o calibrado para asegurar su exactitud. Ejemplo: Un sensor de oxígeno disuelto en el sistema de tratamiento de agua del buque debe ser fácilmente calibrable para garantizar lecturas precisas y evitar problemas de calidad del agua.
👉Sensores elementales:
- Interruptores: Dispositivos que permiten abrir o cerrar un circuito eléctrico, controlando así el flujo de corriente. Ejemplo: Un interruptor de luz en una habitación que permite encender o apagar una lámpara.
- Pulsador: es un tipo de interruptor eléctrico momentáneo que se utiliza para abrir o cerrar un circuito de manera temporal. A diferencia de un interruptor regular, un pulsador solo mantiene el circuito abierto o cerrado mientras se ejerce presión sobre él. Una vez que se suelta, el circuito vuelve a su estado original. Ejemplo: Un pulsador en el botón de encendido de un ordenador. Al presionar el botón, se cierra temporalmente el circuito que envía una señal para encender el dispositivo. Una vez que se suelta el botón, el circuito vuelve a su estado normal, pero el ordenador permanece encendido.
Potenciómetros: Resistencias variables con tres terminales que se utilizan para ajustar el nivel de voltaje en un circuito. Ejemplo: Un potenciómetro en una radio permite ajustar el volumen del sonido.
- Reóstatos: Resistencias variables de dos terminales que se utilizan para controlar la corriente en un circuito. Ejemplo: Un reóstato en un tren eléctrico permite ajustar la velocidad del tren.
- Termocuplas: Sensores de temperatura que consisten en dos metales diferentes unidos en un punto. Cuando hay una diferencia de temperatura entre el punto de unión y los extremos libres, se genera un voltaje proporcional a dicha diferencia de temperatura. Ejemplo: Una termocupla en un horno industrial monitorea y controla la temperatura dentro del horno.
- Generadores de voltaje: O taco generadores, son dispositivos que convierten diferentes formas de energía en energía eléctrica. Ejemplo: Un generador de energía eólica convierte la energía del viento en electricidad para su uso en la red eléctrica. En un sistema de control, un taco generador convierte las RPM de un mecanismo en una señal eléctrica para ser usada en un sistema de control.
- Pantallas digitales: Dispositivos que muestran información en formato digital, utilizando tecnología como LED, LCD u OLED. Ejemplo: Una pantalla digital en un reloj de pulsera muestra la hora en números digitales.
- Transductores: El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (por ejemplo electromecánica, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa). Son dispositivos que convierten una forma de energía en otra. Se pueden clasificar en dos grupos: Activos y pasivos. Son transductores activos los que hay que conectar a una fuente externa de energía eléctrica para que puedan responder a la magnitud física a medir como por ejemplo las fotoresistencias y termoresistencias, y son pasivos los que directamente dan una señal eléctrica como respuesta a la magnitud física como los fotodiodos y las sondas de pH.
👉Propiedades Piezoeléctricas y Magnetostrictivas.
- Generación de Carga Eléctrica: Los materiales piezoeléctricos generan una carga eléctrica cuando se les aplica una presión mecánica. Esta propiedad es útil en sensores de presión y vibración en sistemas marinos. Ejemplo: Un sensor piezoeléctrico en el casco de un buque puede detectar vibraciones y cambios de presión, proporcionando datos cruciales para el monitoreo estructural y la detección de impactos.
- Alta Sensibilidad: Los sensores piezoeléctricos son altamente sensibles a cambios mecánicos, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren detección precisa de pequeñas variaciones. Ejemplo: Un sensor piezoeléctrico en un sistema de sonar marino puede detectar ondas acústicas reflejadas, ayudando en la navegación y la detección de objetos submarinos.
- Estabilidad y Durabilidad: Los materiales piezoeléctricos son estables y duraderos, lo que los hace adecuados para entornos marinos adversos. Ejemplo:* Un sensor piezoeléctrico en un sistema de monitoreo de oleaje puede resistir las condiciones extremas del océano y proporcionar datos precisos a lo largo del tiempo.
- Cambio de Dimensiones: Los materiales magnetostrictivos cambian sus dimensiones cuando se les aplica un campo magnético. Esta propiedad es útil en sensores de posición y desplazamiento. Ejemplo: Un sensor magnetostrictivo en un sistema de control de timón de un buque puede medir con precisión la posición del timón, asegurando un control preciso de la dirección del buque.
- Alta Precisión: Los sensores magnetostrictivos ofrecen alta precisión en la medición de desplazamientos y posiciones, lo que es crucial para aplicaciones de control en sistemas marinos. Ejemplo: Un sensor magnetostrictivo en un sistema de control de hélices puede medir el desplazamiento de las palas de la hélice, optimizando el rendimiento y la eficiencia del buque.
- Resistencia a Condiciones Adversas: Los materiales magnetostrictivos son resistentes a condiciones adversas como vibraciones y cambios de temperatura, lo que los hace adecuados para aplicaciones marinas. Ejemplo: Un sensor magnetostrictivo en un sistema de monitoreo de anclas puede resistir las vibraciones y cambios de temperatura del entorno marino, proporcionando datos fiables sobre la posición del ancla.
Un osciloscopio es una herramienta de medición utilizada para observar y analizar señales eléctricas en el tiempo. Es especialmente útil en electrónica y ingeniería para verificar el comportamiento de circuitos y dispositivos.
➼Pantalla: Muestra la forma de onda de la señal medida.
➼Ejes:
- Eje X (horizontal): Representa el tiempo.
- Eje Y (vertical): Representa el voltaje.
➼Probes (Sondas) Conectan el osciloscopio al circuito bajo prueba.
➤Funcionamiento:
- La señal eléctrica del circuito se conecta al osciloscopio mediante una sonda.
- La señal se muestra en la pantalla como una forma de onda.
- Puedes ver cómo cambia la señal en el tiempo, lo que te permite detectar problemas como picos de voltaje, ruido, o interrupciones en la señal.
➤Uso Común:
➼Ejes:
- Eje X (horizontal): Representa el tiempo.
- Eje Y (vertical): Representa el voltaje.
➼Probes (Sondas) Conectan el osciloscopio al circuito bajo prueba.
➤Funcionamiento:
- La señal eléctrica del circuito se conecta al osciloscopio mediante una sonda.
- La señal se muestra en la pantalla como una forma de onda.
- Puedes ver cómo cambia la señal en el tiempo, lo que te permite detectar problemas como picos de voltaje, ruido, o interrupciones en la señal.
➤Uso Común:
- Diagnóstico de fallos: Identificar problemas en circuitos electrónicos.
- Medición de señales: Comparar señales de entrada y salida.
- Diseño de circuitos: Verificar que el circuito funciona según lo esperado.
- Un osciloscopio puede ser muy útil en el diagnóstico y mantenimiento del sistema de control de propulsión de un buque. Aquí tienes un ejemplo específico de cómo se podría utilizar:
1. Conexión del Osciloscopio:
- Conectar las sondas del osciloscopio a los puntos de prueba en el controlador del motor de propulsión y el inversor de frecuencia (VFD) utilizado para controlar la velocidad del motor.
- Asegurarse de que las sondas estén bien conectadas para obtener lecturas precisas.
2. Observación de las Señales:**
- Encender el osciloscopio y observar las señales de entrada y salida del controlador del motor y del VFD (Variable Frequency Drive, conocido también como variador de frecuencia o convertidor de frecuencia, es un dispositivo que se utiliza para controlar la velocidad de un motor eléctrico ajustando la frecuencia de la corriente eléctrica que se le suministra. Este motor controlará a su vez la velocidad del motor propulsor a través de su regulador de velocidad).
- La señal de entrada podría ser una señal de control de velocidad proporcionada por el sistema de control central del buque.
- La señal de salida podría ser una señal de corriente o voltaje que controla el motor de propulsión.
3. Análisis de Señales:
- Comparar las señales de entrada y salida. Por ejemplo, si la señal de control indica un aumento de velocidad, la señal de salida debe corresponderse con un aumento adecuado en la corriente o voltaje aplicado al motor.
- Usar el osciloscopio para detectar anomalías como picos de voltaje, ruido eléctrico o distorsiones en la señal que podrían afectar el rendimiento del motor.
4. Diagnóstico de Fallos:
- Identificar cualquier discrepancia entre las señales de entrada y salida que podría indicar un problema en el VFD, el controlador del motor o el propio motor.
- Por ejemplo, si hay una fluctuación inusual en la corriente de salida, podría ser un indicio de un problema en el motor o en el cableado.
5. Mantenimiento Preventivo:
- Utilizar los datos obtenidos del osciloscopio para realizar un mantenimiento preventivo y ajustar los componentes del sistema de control de propulsión.
- Asegurarse de que todas las conexiones estén firmes y que los componentes electrónicos estén funcionando dentro de sus especificaciones.
6. Optimización del Rendimiento:
- Ajustar los parámetros del VFD y del controlador del motor basándose en las observaciones del osciloscopio para optimizar el rendimiento y la eficiencia del sistema de propulsión.
- Esto puede incluir ajustes en la frecuencia de conmutación, el control de la rampa de aceleración/desaceleración y la configuración de protección del motor.
Los osciloscopios también pueden ser útiles para diagnosticar otros sistemas críticos a bordo y asegurar el funcionamiento óptimo del buque.
- Conectar las sondas del osciloscopio a los puntos de prueba en el controlador del motor de propulsión y el inversor de frecuencia (VFD) utilizado para controlar la velocidad del motor.
- Asegurarse de que las sondas estén bien conectadas para obtener lecturas precisas.
2. Observación de las Señales:**
- Encender el osciloscopio y observar las señales de entrada y salida del controlador del motor y del VFD (Variable Frequency Drive, conocido también como variador de frecuencia o convertidor de frecuencia, es un dispositivo que se utiliza para controlar la velocidad de un motor eléctrico ajustando la frecuencia de la corriente eléctrica que se le suministra. Este motor controlará a su vez la velocidad del motor propulsor a través de su regulador de velocidad).
- La señal de entrada podría ser una señal de control de velocidad proporcionada por el sistema de control central del buque.
- La señal de salida podría ser una señal de corriente o voltaje que controla el motor de propulsión.
3. Análisis de Señales:
- Comparar las señales de entrada y salida. Por ejemplo, si la señal de control indica un aumento de velocidad, la señal de salida debe corresponderse con un aumento adecuado en la corriente o voltaje aplicado al motor.
- Usar el osciloscopio para detectar anomalías como picos de voltaje, ruido eléctrico o distorsiones en la señal que podrían afectar el rendimiento del motor.
4. Diagnóstico de Fallos:
- Identificar cualquier discrepancia entre las señales de entrada y salida que podría indicar un problema en el VFD, el controlador del motor o el propio motor.
- Por ejemplo, si hay una fluctuación inusual en la corriente de salida, podría ser un indicio de un problema en el motor o en el cableado.
5. Mantenimiento Preventivo:
- Utilizar los datos obtenidos del osciloscopio para realizar un mantenimiento preventivo y ajustar los componentes del sistema de control de propulsión.
- Asegurarse de que todas las conexiones estén firmes y que los componentes electrónicos estén funcionando dentro de sus especificaciones.
6. Optimización del Rendimiento:
- Ajustar los parámetros del VFD y del controlador del motor basándose en las observaciones del osciloscopio para optimizar el rendimiento y la eficiencia del sistema de propulsión.
- Esto puede incluir ajustes en la frecuencia de conmutación, el control de la rampa de aceleración/desaceleración y la configuración de protección del motor.
Los osciloscopios también pueden ser útiles para diagnosticar otros sistemas críticos a bordo y asegurar el funcionamiento óptimo del buque.
FUENTES:
- VANT, drones, aeronaves, aplicaciones
- Cómo funcionan los materiales magnetostrictivos | Cómo funciona, aplicación y ventajas
- Para que sirven los sensores de magnetostricción
- Tesis - Pedro Mares.pdf
- https://catarina.udlap.mx
- https://myelectronic.ueuo.com/
- https://www.tecnologia-informatica.es/practica-con-osciloscopio/
- Цифровые осциллографы компании Good Will Instruments Co Ltd - RadioRadar
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