Temas Especiales de Instrumentación y control

Vista previa del material en texto

Temas Especiales de 
Instrumentación y 
Control 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Autores: 
Dr. C. Julio R. Gómez Sarduy 
Msc. Roy Reyes Calvo 
Dr. C. Daniel Guzmán del Río 
 
 
 
Cienfuegos , 3 de Septiembre de 2007 
 
Tabla de Contenido 
1 CAPÍTULO 1: SENSORES Y ACTUADORES.__________________________________1 
1.1 Sensores. __________________________________________________________________ 1 
1.1.1 Especificaciones.__________________________________________________________________ 2 
1.1.2 Clasificación._____________________________________________________________________ 2 
1.1.3 Sensores comunes para temperatura.___________________________________________________ 3 
1.1.3.1 Termopares. _________________________________________________________________ 3 
1.1.3.2 Termoresistencias. ____________________________________________________________ 5 
1.1.3.3 Termistores. _________________________________________________________________ 8 
1.1.3.4 Otros sensores de temperatura. __________________________________________________ 8 
1.1.4 Sensores de presión. ______________________________________________________________ 10 
1.1.4.1 Tubos de Bourdon. __________________________________________________________ 10 
1.1.4.2 Fuelles y membranas. ________________________________________________________ 11 
1.1.4.3 Sensores de presión a semiconductores. __________________________________________ 12 
1.1.5 Sensores de caudal. _______________________________________________________________ 12 
1.1.5.1 Sensores basados en presión diferencial. __________________________________________ 12 
1.1.5.2 Turbinas___________________________________________________________________ 13 
1.1.5.3 Medidores electromagnéticos de caudal. __________________________________________ 14 
1.1.5.4 Medidor ultrasónico de caudal. _________________________________________________ 15 
1.1.6 Sensores de nivel_________________________________________________________________ 17 
1.1.6.1 Sensores de nivel discretos. ____________________________________________________ 17 
1.1.6.2 Sensores de nivel continuos. ___________________________________________________ 17 
1.1.7 Desplazamiento angular ___________________________________________________________ 18 
1.1.7.1 Potenciómetros. _____________________________________________________________ 18 
1.1.7.2 Encoders __________________________________________________________________ 19 
1.1.8 Sensores de velocidad angular ______________________________________________________ 21 
1.1.8.1 Velocidad angular a partir de encoders.___________________________________________ 21 
1.1.8.2 Tacómetros ________________________________________________________________ 21 
1.1.9 Posición lineal ___________________________________________________________________ 21 
1.1.9.1 Potenciómetro lineal. _________________________________________________________ 22 
1.1.9.2 Transformador diferencial variable lineal (LVDT). _________________________________ 22 
1.1.10 Sensores de carga ______________________________________________________________ 23 
1.1.10.1 Galgas de esfuerzo (Strain Gauge). ______________________________________________ 24 
1.1.10.2 Sensores de carga a semiconductores. ____________________________________________ 25 
1.1.11 Sensores de proximidad._________________________________________________________ 26 
1.1.11.1 Sensores ópticos. ____________________________________________________________ 26 
1.1.12 Sensores Inteligentes ___________________________________________________________ 28 
1.1.13 Criterios de selección de un sensor. ________________________________________________ 28 
1.2 Acondicionamiento de señales. _______________________________________________ 29 
1.3 Actuadores._______________________________________________________________ 30 
1.3.1 Clasificación ____________________________________________________________________ 30 
1.3.2 Solenoides ______________________________________________________________________ 31 
1.3.3 Cilindros hidráulicos y neumáticos. __________________________________________________ 31 
1.3.4 Motores eléctricos. _______________________________________________________________ 33 
1.3.4.1 Motores de corriente alterna. ___________________________________________________ 33 
1.3.4.2 Motores de corriente directa. ___________________________________________________ 35 
1.3.4.3 Motores de paso_____________________________________________________________ 36 
2 CAPÍTULO 2: SISTEMAS DE CONTROL.____________________________________39 
2.1 Definiciones básicas. _______________________________________________________ 39 
2.2 Objetivos del control automático de procesos. __________________________________ 40 
2.3 Reguladores y servomecanismos._____________________________________________ 40 
2.4 Sistema de control en lazo abierto y en lazo cerrado._____________________________ 40 
2.5 Diagrama de bloques y función transferencia. __________________________________ 43 
2.6 Estrategias de Control. _____________________________________________________ 44 
2.7 Clasificación general de los sistemas de control _________________________________ 45 
2.8 Acciones básicas de control. _________________________________________________ 46 
2.8.1 Acción de dos posiciones. __________________________________________________________ 46 
2.8.2 Acción proporcional (P).___________________________________________________________ 48 
2.8.3 Acción integral (I). _______________________________________________________________ 49 
2.8.4 Acción proporcional-integral (PI). ___________________________________________________ 51 
2.8.5 Acción proporcional-derivativo (PD)._________________________________________________ 52 
2.8.6 Acción proporcional-integral-derivativo (PID). _________________________________________ 52 
2.9 Criterios de comportamiento. ________________________________________________ 53 
2.10 Reglas de sintonización para controladores PID_________________________________ 54 
2.11 Simulación de sistemas de control ____________________________________________ 56 
3 CAPITULO 3: Controladores Lógicos Programables (PLC). ______________________62 
3.1 Pequeña reseña histórica____________________________________________________ 62 
3.2 Introducción a los PLC _____________________________________________________ 63 
3.2.1 Definición de autómata programable _________________________________________________ 64 
3.2.2 Campos de aplicación _____________________________________________________________ 64 
3.2.3 Ventajas e inconvenientes de los PLC's _______________________________________________ 64 
3.3 Estructura. Conceptos generales _____________________________________________ 65 
3.3.1 Estructura externa ________________________________________________________________ 65 
3.3.2 Estructura interna ________________________________________________________________ 66 
3.3.2.1 Memoria __________________________________________________________________ 67 
3.3.2.2 CPU ______________________________________________________________________ 68 
3.3.3 Unidades de E/S (Entrada y salida de datos)____________________________________________ 68 
3.3.4 Interfaces_______________________________________________________________________ 69 
3.3.4.1 Equipos o unidades de programación ____________________________________________ 69 
3.3.4.2 Dispositivos periféricos _______________________________________________________ 70 
3.3.5 Ciclo de trabajo de un autómata _____________________________________________________ 70 
3.4 Estructura Interna del PLC _________________________________________________ 70 
3.4.1 Entradas y salidas ________________________________________________________________ 70 
3.4.2 Marcas de memoria _______________________________________________________________ 71 
3.4.3 Registros y acumuladores __________________________________________________________ 71 
3.4.4 Temporizadores y contadores _______________________________________________________ 71 
3.4.5 Constantes______________________________________________________________________ 71 
3.4.6 Estructura del programa ___________________________________________________________ 71 
3.4.7 Tipos de módulos ________________________________________________________________ 72 
3.5 Lenguajes de programación _________________________________________________ 73 
3.5.1 Lenguaje a contactos: LD ó KOP ____________________________________________________ 73 
3.5.2 Lenguaje por Lista de Instrucciones: IL ó AWL_________________________________________ 73 
3.5.3 GRAFCET _____________________________________________________________________ 74 
3.5.4 PLANO DE FUNCIONES: FBD ____________________________________________________ 74 
3.6 Estándar IEC1131-3 _______________________________________________________ 75 
3.6.1 Gráfico secuencial de funciones (grafcet) ______________________________________________ 75 
3.6.2 Lista de instrucciones _____________________________________________________________ 75 
3.6.3 Texto estructurado________________________________________________________________ 75 
3.6.4 Diagrama de contactos ____________________________________________________________ 76 
3.6.5 Diagrama de funciones ____________________________________________________________ 76 
3.6.6 Organización de tareas ____________________________________________________________ 76 
3.6.7 Bloques de funciones _____________________________________________________________ 76 
3.7 Sistemas Lógicos. Álgebra de Boole ___________________________________________ 77 
3.7.1 Funciones generales ______________________________________________________________ 77 
3.7.2 Funciones especiales ______________________________________________________________ 77 
3.8 Ejemplos de aplicación _____________________________________________________ 78 
3.8.1 Control de los movimientos de subida y bajada de un ascensor _____________________________ 78 
3.8.1.1 Movimientos:_______________________________________________________________ 79 
3.8.1.2 .Circuito lógico:_____________________________________________________________ 80 
3.8.2 Taladro semiautomático ___________________________________________________________ 80 
3.8.2.1 .Circuito lógico:_____________________________________________________________ 82 
3.9 Elementos del Grafcet ______________________________________________________ 82 
3.9.1 Etapas iniciales __________________________________________________________________ 83 
3.9.2 Etapas normales _________________________________________________________________ 83 
3.9.3 Acciones asociadas _______________________________________________________________ 84 
3.9.4 Acciones asociadas condicionadas ___________________________________________________ 84 
3.9.4.1 Acción condicionada _________________________________________________________ 84 
3.9.4.2 Acción retardada ____________________________________________________________ 85 
3.9.4.3 Acción limitada _____________________________________________________________ 85 
3.9.4.4 Acción de impulso ___________________________________________________________ 85 
3.9.4.5 Acción memorizada__________________________________________________________ 85 
3.9.5 Transiciones ____________________________________________________________________ 85 
3.9.6 Receptividades asociadas a las transiciones ____________________________________________ 86 
3.9.7 Líneas de enlace _________________________________________________________________ 86 
3.10 Diseño y estructuras del Grafcet______________________________________________ 86 
3.10.1 Desarrollo del sistema __________________________________________________________ 87 
3.10.2 Evolución del sistema___________________________________________________________ 88 
3.10.3 Secuencia única _______________________________________________________________ 89 
3.10.4 Bifurcación en O. Selección de secuencia.___________________________________________ 89 
3.10.5 Bifurcación en Y. Trabajos en paralelo _____________________________________________ 90 
3.10.6 Saltos de etapas _______________________________________________________________ 91 
3.10.7 Bucles_______________________________________________________________________ 92 
3.10.8 Subrutinas____________________________________________________________________ 92 
3.10.9 Macro-etapas _________________________________________________________________ 93 
3.10.10 Diagramas paralelos ____________________________________________________________ 93 
4 Capítulo 4: Sistemas Digitales _______________________________________________95 
4.1 Sistemas Digitales en la Automatización Industrial. Pirámide de Control. ___________ 95 
4.1.1 La computadora como herramienta. __________________________________________________ 95 
4.1.2 La computadora como controlador.___________________________________________________ 96 
4.1.2.1 Contexto histórico de la PC control de procesos ____________________________________ 96 
4.1.2.2 Funciones de la computadora en el control de procesos ______________________________ 96 
4.1.2.3 Computadora en control digital directo (DDC) _____________________________________ 96 
4.1.2.4 Computadora de vigilancia ____________________________________________________ 97 
4.1.2.5 Computadora de supervisión ___________________________________________________ 97 
4.1.3 Sistemas de Control Distribuido _____________________________________________________ 97 
4.2 Sistemas de tiempo real. ____________________________________________________ 99 
4.3 Sistemas SCADA _________________________________________________________ 100 
4.3.1 Características de un sistema SCADA _______________________________________________ 101 
4.3.2 Prestaciones____________________________________________________________________ 102 
4.3.3 Requisitos _____________________________________________________________________ 102 
4.3.4 Componentes De Hardware. _______________________________________________________ 103 
4.3.4.1 Funcionalidad del Hardware de un RTU _________________________________________ 105 
4.3.4.2 Funcionalidad del Software de un RTU__________________________________________ 105 
4.4 Software SCADA y Principales Productos Comerciales. _________________________ 106 
4.5 Estructura y Componentes de un Software SCADA ____________________________ 108 
4.6 Interfaces de Comunicación.________________________________________________ 111 
4.6.1 Tecnologías de Integración Microsoft (Drivers Específicos) ______________________________ 113 
4.6.1.1 COM/DCOM______________________________________________________________ 113 
4.6.1.2 Visual Basic for Applications (VBA) ___________________________________________ 113 
4.6.1.3 Interfaz OPC ______________________________________________________________ 113 
4.6.1.4 ActiveX __________________________________________________________________ 114 
4.6.1.5 Conectividad remota WebServer (conexión a través de internet) ______________________ 114 
4.7 EVOLUCIÓN DEL SOFTWARE SCADA ____________________________________ 115 
4.7.1 Tendencias: ____________________________________________________________________ 116 
4.8 ALGUNAS APLICACIONES DE LOS SCADA EN LA INDUSTRIA Y LOS 
SERVICIOS____________________________________________________________________ 117 
5 GUÍA GENERAL PARA EL ESTUDIO. _____________________________________122 
5.1 Introducción: ____________________________________________________________ 122 
5.2 Objetivo General._________________________________________________________ 122 
5.3 Objetivos específicos. ______________________________________________________ 122 
5.4 Sistema de contenido por temas._____________________________________________ 123 
5.4.1 Tema 1. Sensores y Actuadores. ____________________________________________________ 123 
5.4.2 Tema 2. Sistemas de Control. ______________________________________________________ 123 
5.4.3 Tema 3. Controladores Lógicos Programables (PLC). ___________________________________ 123 
5.4.4 Tema 4. Sistemas Digitales. _______________________________________________________123 
5.5 Sistema de evaluación._____________________________________________________ 123 
5.6 Bibliografía Básica: _______________________________________________________ 124 
5.7 Bibliografía Complementaria: ______________________________________________ 124 
5.8 INDICACIONES PARA EL ESTUDIO POR TEMAS.__________________________ 124 
5.8.1 Tema 1. SENSORES Y ACTUADORES. ____________________________________________ 124 
5.8.2 Tema 2. SISTEMAS DE CONTROL. _______________________________________________ 125 
5.8.3 Tema 3. CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC).______________________ 126 
5.8.4 Tema 4. SISTEMAS DIGITALES.__________________________________________________ 126 
5.8.5 Evaluación Final de la Asignatura: __________________________________________________ 127 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
La competencia empresarial obliga a fabricar de forma más eficiente y flexible y a reducir los 
tiempos de puesta en el mercado de nuevos productos. Esto hace que actualmente se ponga gran 
interés en la calidad y nuevas tecnologías y en el desarrollo rápido de nuevos productos para 
tener ventajas competitivas, a la vez que se requiere reducir costos, en particular energéticos, y 
aumentar la eficacia y flexibilidad de los sistemas de producción. 
Por otro lado, las exigencias medioambientales, suponen también una presión en la dirección de 
mejora tecnológica, mientras que la perspectiva de un desarrollo sostenible apunta al ahorro 
energético. Todo esto lleva a que los sistemas de instrumentación y control automático se 
conviertan en los pilares que marcan la evolución industrial permitiendo aumentar producciones, 
mejorar la calidad, reducir costos y personal, cumplir con los requisitos medioambientales, etc. y 
no cabe duda de que constituyen un requisito básico para llevar a cabo todas las mejoras 
necesarias en las empresas industriales o de servicios. 
En este libro se tratan los elementos básicos de los sistemas de instrumentación y control, con el 
objetivo de proveer fundamentalmente a los especialistas en el campo de la gestión energética, de 
las herramientas necesarias para la comprensión de estos sistemas de manera que puedan utilizar 
la información que ellos brindan y explotarlos en función del ahorro energético. En todo el texto 
se tratan aspectos generales necesarios para comprender los sistemas de instrumentación y 
control actuales. 
No se enfoca el estudio al diseño o selección de componentes en estos sistemas ya que esto es 
interés de especialistas e ingenieros en control automático. Por otro lado, en la inmensa mayoría 
de los casos, de lo que se trata es de comprender el funcionamiento de sistemas ya construidos o 
prepararse para enfrentar remodelaciones o inversiones importantes en la empresa y que incluyen 
la esfera de la automatización. 
Actualmente en la industria de procesos y en muchas instalaciones de servicios se tiene ya un alto 
grado de lo que podemos llamar automatización básica: salas de control con sistemas de control 
distribuido (DCS), PLCs para sistemas de seguridad o secuenciamiento, etc. Incluso muchas 
industrias tienen elementos de lo que se conoce como control avanzado. Del mismo modo se 
extienden y afianzan los buses de campo a la vez que los sistemas basados en ordenador y la 
normalización de las comunicaciones permiten disponer de cantidades ingentes de datos de 
proceso y de potencia de cálculo a precios acsequibles. 
Como se comprenderá, tampoco es posible en este texto abordar los problemas complejos para 
los cuales el control tiene una metodología y un enfoque sistémico, muchos de los cuales no son 
ni siquiera “clásicos” y pertenecen a lo que podemos llamar niveles superiores de la jerarquía. 
Por todo esto, la agrupación y el orden en el estudio de los diferentes temas escogidos, obedecen 
a necesidades metodológicas para la Maestría en Eficiencia Energética que tiene como núcleo los 
principios y resultados logrados con la Tecnología de Gestión Total Eficiente de la Energía, que 
fue desarrolla por el Centro de Estudios de Energía y Medio Ambiente de la Universidad de 
Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez” de nuestro país. 
Por constituir los sensores los elementos primarios en todos estos sistemas, así como los 
actuadores los elementos de potencia para los dispositivos de acción final, se estudian en el 
primer tema los principios de funcionamiento y los diferentes tipos existentes. En este tema 
también se tocan elementos del acondicionamiento de señales necesario para la implementación 
de un sistema completo. 
 
Los sistemas de control, con énfasis en las acciones básicas de control, se estudian en el segundo 
tema, en el cual se abordan los elementos básicos para la representación de un sistema de control 
en diagrama de bloques y función transferencia y se plantean los pasos para la sintonía de un 
controlador PID. 
El empleo de los Controladores Lógicos Programables (PLC) también es un tema tratado en el 
texto por su importancia y proliferación. Por último, se trata de dar una visión más amplia de la 
automatización al estudiar los sistemas de control digitales, sistemas SCADA (Supervisory 
Control and Data Adquisition) y sus aplicaciones, así como el papel de la computadora en los 
sistemas de control. 
Por supuesto que con estos temas, el control estará presente con más fuerza en la formación de 
los titulados relacionados con el ahorro energético y dentro de los cuales se encuentran: 
Ingenieros químicos, mecánicos, eléctricistas, industriales, informáticos, etc. con el objetivo de 
formar personal competente, no de especialización, sino con una visión de la realidad desde la 
óptica de integración de diversas ramas para dar una respuesta seria al problema del ahorro y 
gestión energética de sus empresas. 
 
 
1 
1 CAPÍTULO 1: SENSORES Y ACTUADORES. 
Los grandes requerimientos, tanto cualitativos como cuantitativos, impuestos en el campo 
industrial y de los servicios hacen imposible que los actuales y complejos procesos se estructuren 
sobre las posibilidades limitadas del trabajo humano. El propio desarrollo de la humanidad ha 
llevado a que sea necesario manejar un volumen de información inmenso. Por ejemplo, en todos 
los sistemas de control es necesario medir las variables a controlar, utilizar esta información para 
diagnosticar la mejor forma de operar el proceso o la planta y disponer de medios que permitan 
modificar el proceso para que se comporte de la manera deseada. 
La secuencia medir-decidir-actuar es válida tanto para manejar una sola variable como para una 
planta completa donde medir una propiedad en el producto terminado puede conllevar acciones 
sobre determinadas operaciones en la línea del proceso. Ahora bien, no solo es necesario realizar 
mediciones con el propósito de controlar, también es habitual medir otras variables de manera 
que se tenga una información completa de lo que está sucediendo y transmitir esta información 
con el objetivo de representarla o almacenarla para ser utilizada posteriormente. 
En todos los casos, los instrumentos utilizados para la detección y medición de magnitudes físicas 
son los sensores. Estos se basan en fenómenos físicos para obtener señales que pueden ser 
medidas, típicamente voltajes o corrientes. Entre los fenómenos físicos empleados para construir 
sensores se encuentran: la temperatura, la posición angular o lineal, el sonido, la intensidad 
luminosa, etc. Muchos sensores basados en propiedades eléctricas de los materiales y dispositivos 
producen señales que requieren ser acondicionadas de manera que puedan ser utilizadas por el 
resto de los instrumentos. A menudo se emplean en calidad de acondicionadores de señal 
amplificadores que elevan las corrientes y voltajes a voltajes mayores. 
El dispositivo opuesto a los sensores se conoce como actuador, que son los instrumentos de 
manipulación que convierten una señal en una acción, casi siempre mecánica (motores, válvulas, 
solenoides, pistones, etc.). En este capítulo se estudian los sensoresy actuadores como elementos 
básicos dentro de los proyectos de instrumentación y control. 
1.1 Sensores. 
Se llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica, que refleja el valor 
de una propiedad, mediante alguna correlación definida (su ganancia). En términos estrictos, 
estos instrumentos no alteran la propiedad sensada. Por ejemplo, un sensor de temperatura sería 
un instrumento tal que no agrega ni cede calor a la masa sensada, es decir, en concreto, sería un 
instrumento de masa cero o que no contacta la masa a la que se debe medir la temperatura (un 
termómetro de radiación infrarroja, p.e.). 
Existe, además, el concepto de transductor: un instrumento que convierte una forma de energía en 
otra (o una propiedad en otra). Las diferencias entre sensores y transductores son muy ligeras, un 
sensor realiza funciones de transductor y un transductor tiene necesariamente que sensar alguna 
cantidad física. La diferencia fundamental radica en la eficiencia de la conversión energética que 
es más trascendental en los transductores propiamente dichos. Por ejemplo, un generador 
eléctrico en una caída de agua es un conocido transductor de energía cinética de un fluido en 
energía eléctrica; sobre esta base se podría pensar, por ejemplo, en un transductor de flujo a señal 
eléctrica consistente de un pequeño generador de paletas movido por el caudal a medir. Debido a 
que los transductores siempre retiran algo de energía desde la propiedad medida, al usarlo para 
obtener la cuantificación de una propiedad en un proceso, se debe verificar que la pérdida no 
impacte al proceso sensado en alguna magnitud importante. 
2 
En el terreno de la instrumentación y control se habla de sensores, para englobar tanto 
transductores como sensores, dándose por sentado que cuando se utilizan transductores, la 
potencia que se absorberá será mínima. Es decir, es responsabilidad del diseñador asegurar que la 
medición de una propiedad no altere el proceso. 
1.1.1 Especificaciones. 
Todos los instrumentos deben ser especificados de manera que garanticen la operación del 
proceso y que permitan la estimación de sus costos. Estas especificaciones se pueden aplicarse 
tanto a sensores como a actuadores, sin que todas y cada una de las definiciones que siguen a 
continuación sean aplicables a todo sensor o actuador. Sin embargo, las definiciones conforman 
parte de los términos empleados en los sistemas de medición. 
Precisión-Es la máxima diferencia entre el valor indicado y el valor real de la magnitud. Se 
representa por la desviación, expresada en porcentaje del valor máximo. Por ejemplo, cuando un 
sensor mide una fuerza de 50N con una precisión de ±1%, entonces la fuerza puede tener un 
valor desde 49.5N a 50.5N. 
Linealidad-Significa que la función que relaciona la variable de salida con la de entrada es una 
función lineal. En muchos sensores esto es un aspecto deseable. Cuando la relación es no lineal, 
la conversión de la salida del sensor a una cantidad calculada se hace más compleja. 
Repetibilidad- Especifica la habilidad del instrumento para entregar la misma lectura en 
aplicaciones repetidas del mismo valor de la variable medida. Así, por ejemplo, si a una misma 
presión de 25 kg/cm2, un manómetro de precisión de 1 kg/cm2, entrega las lecturas de 25,5; 26; 
24,3; y 24 kg/cm2 su operación es repetible; una lectura de 27 kg/cm2 indicaría un problema de 
repetibilidad del instrumento (a menos que conste que fuese un problema de histéresis). 
Histéresis-Diferencia entre los valores indicados por el sistema para un mismo valor de magnitud 
medida, cuando se ha alcanzado este valor por valores crecientes o por valores decrecientes. 
Resolución-Es el menor incremento que el sensor puede detectar. Por ejemplo, si un sensor mide 
hasta 25 cm de desplazamiento lineal, y su salida es un número de 0 a 100, entonces la resolución 
del mismo es 2.5mm. 
Rango- Límites naturales del sensor. Por ejemplo, un sensor para lectura de posición angular 
puede rotar solamente 200 grados. 
Ambiente- Los sensors tienen limitaciones con otros factores ambientales tales como temperature, 
humedad, presión, existencia de polvo/aceite y atmósferas corrosivas. Por ejemplo muchos 
sensores deben trabajar en humedades relativas (RH) entre 10% y 80%. 
Respuesta dinámica-El rango de frecuencia para la operación regular del sensor. Típicamente los 
sensores tienen un límite superior de frecuencia de operación, ocasionalmente se da también un 
límite inferior. 
Calibración- Cuando es fabricado o instalado, muchos sensores necesitan ser calibrados para 
determinar o ajustar la relación entre el fenómeno de entrada y la salida. Esto puede requerir 
equipo especial y necesita ser realizado frecuentemente. 
Costo-Generalmente mayor precisión cuesta más. Algunos sensores son muy económicos pero el 
costo del equipamiento para acondicionamiento de la señal es significativo. 
1.1.2 Clasificación. 
La clasificación de los sensores puede realizarse convencionalmente atendiendo a: 
• Principio de conversión. 
• Variable medida. 
3 
• Tecnología empleada 
• Aplicación. 
A continuación se dividen los mismos por su aplicación de acuerdo a las categorías más comunes 
encontradas en los sistemas de medición. 
1.1.3 Sensores comunes para temperatura. 
La medición de temperatura es muy común en todos los procesos y en los sistemas de control. Se 
miden temperaturas en diversos rangos como por ejemplo de -60ºC a 0ºC en sistemas de 
refrigeración, de 0 a 100ºC en sistemas de climatización, en la metalurgia para el procesamiento y 
refinación de metales es necesario medir temperaturas hasta 1600ºC y en los sistemas de plasma 
temperaturas muy altas por encima de los 2000ºC. Los elementos de medida de temperatura 
fundamentales son: 
1.1.3.1 Termopares. 
Estos sensores son muy utilizados en la mayoría de las aplicaciones industriales y en otras ramas 
por la sencillez de su construcción y por la precisión que permiten cuando están debidamente 
calibrados, además de su bajo costo y fiabilidad. Con ellos pueden medirse temperaturas desde -
200ºC hasta cerca de 2000ºC. Los distintos fabricantes, ajustados a normas internacionales, 
establecen la composición de los metales que forman los termopares y los cables de extensión lo 
que permite intercambiabilidad, no solo de los elementos primarios sino también de los 
instrumentos (indicadores, registradores, transmisores y controladores de temperatura). 
Cada metal tiene un nivel de potencial natural, y cuando dos metales diferentes se unen por sus 
extremos y estos están a diferentes temperaturas se genera una diferencia de potencial que hace 
circular una corriente eléctrica por el circuito. Este principio fue descubierto por T. J. Seebeck en 
1821 y en el se basa la construcción de los termopares. 
La unión que se encuentra a temperatura más alta se denomina unión caliente y se ubica en el 
punto donde se quiere medir la temperatura. La otra unión se acostumbra localizar junto al 
instrumento de medida y se denomina unión fría o unión de referencia. 
Se dispone de tablas muy completas que indican la f.e.m. en milivolts para diversas temperaturas 
de la unión caliente cuando la unión fría se mantiene a determinada temperatura (normalmente 
0ºC). En la práctica, la temperatura a la cual se encuentra la unión de referencia es generalmente 
la temperatura ambiente, distinta de cero y variable con el tiempo, por lo cual es necesario 
realizar correcciones en forma automática o manual. 
Puede realizarse una compensación fija a 20 o 25ºC, con lo que cualquier diferencia, introducirá 
un error en la medida. Los instrumentos utilizados para la medición de temperatura con 
termopares, generalmente realizan en forma automática la corrección de la temperatura de 
referencia. Uno de los métodos utilizados es medir la temperatura a la cual se encuentra la unión 
de referencia y por medio de un circuito electrónico, agregar a la f.e.m. de salida del termopar, 
una f.e.m. proporcional a ladiferencia entre aquella y 0º C. 
Existen varios tipos de termopares, puesto que cualquier par de metales conformaría un tipo 
determinado. Sin embargo, la práctica ha llevado al uso de ciertos tipos normalizados, a los que 
se les cita por una letra (las más típicas son las tipo J, K y T). Cada tipo difiere en el material de 
los metales A y B. Al diferir los materiales de construcción difieren los rangos de trabajo, el 
voltaje generado por unidad de grado y la máxima temperatura útil (antes que se funda). El 
termopar más conveniente se selecciona en dependencia de la gama del rango de temperatura, de 
los efectos corrosivos del ambiente, de la precisión deseada, etc. Algunas características de los 
4 
diferntes termopares pueden verse en la Tabla 1.1. La f.e.m. generada por un termopar para 
diferentes temperaturas se muestra en la Figura 1.1. 
 
Tabla 1.1 Tipos de termopares. 
 
 
 
Figura 1.1 Relación aproximada entre la f.e.m. y la temperatura de diferentes termopares con la 
unión de referencia a 0ºC. 
Por su naturaleza, los termopares presentan una resistencia prácticamente nula y su capacidad de 
generar potencia es muy débil, por lo tanto, se utiliza un amplificador que debe solicitar el 
mínimo posible de corriente desde el termopar. 
Es posible conectar dos o más termopares, según sean las necesidades de la aplicación. Cuando 
las f.e.m. de salida son muy pequeñas, se pueden conectar dos termopares en serie directamente 
como se muestra en la Figura 1.2 obteniendo como resultado la suma de las f.e.m. individuales. 
5 
 
Figura 1.2 Conexión de termopares de serie directa. 
 
Otra posibilidad es conectarlas en oposición como se muestra en la Figura 1.3 permitiendo la 
medición de la diferencia de temperaturas. En este caso el termopar que mide la mayor 
temperatura debe ser conectado con su salida positiva al positivo del milivoltímetro. 
 
Figura 1.3 Conexión de termopares en serie en oposición. 
 
1.1.3.2 Termoresistencias. 
Cuando se necesita alcanzar una precisión mayor que la permitida por los termopares o para 
medidas de pequeñas desviaciones de temperatura (del orden de 0,02ºC) se recurre al empleo de 
termoresistencias. Además, cuando se miden temperaturas cercanas a la temperatura ambiente 
son imprescindibles las resistencias. 
Estos sensores se basan en el hecho de que la resistencia de los metales incrementa cuando se 
eleva la temperatura. Por tanto, la temperatura puede ser medida empleando la resistencia de un 
alambre. Las termoresistencias normalmente emplean un hilo o lámina de platino, niquel, cobre o 
aleaciones de hierro y níquel. El hilo metálico es enrollado sobre un soporte aislante normalmente 
de cerámica y se cubre externamente para su protección por una funda termométrica de diversos 
materiales (metal, cerámica, vidrio, pirex, etc). 
La variación de la resistencia de un conductor con la temperatura puede ser representada por la 
siguiente expresión lineal: 
 
( )TRoR ⋅+= α1 
 
6 
Donde: R es la resistencia en Ω a la temperatura medida T ºC, Ro es la resistencia en Ω a la 
temperatura 0ºC y α es el coeficiente de temperatura de la resistencia. 
En particular, los sensores de temperatura normados para instrumentación más tradicionales se 
basan en la resistividad del platino, y el elemento más típico tiene una resistencia de 100 Ω a 0ºC 
(de ahí su nombre: PT100). En la Tabla 1.2 se dan las características fundamentales de las sondas 
de resistencia. 
 
Tabla 1.2 Características de las sondas de resistencia. 
Metal Resistividad 
μΩ/ cm 
Coeficiente de 
temperatura 
Ω/ Ω/ºC 
Intervalo 
útil de 
temperatura 
ºC 
Resistencia 
típica de la 
sonda a 0ºC. 
Ω 
Precisión 
ºC 
Platino 9.83 0.00392 -200 a 950 100 0.01 
Níquel 6.38 0.0063 a 0.0066 -150 a 300 100 0.50 
Cobre 1.56 0.00425 -200 a 120 10 0.10 
 
El elemento de medida puede ser un puente de medida de resistencia de corriente directa o 
alterna. Existen varias formas de conectar la termoresistencia al puente, en el montaje de dos 
hilos, que es el más sencillo y barato, la termoresistencia se une a uno de los brazos del puente 
mediante los hilos a y b (ver Figura 1.4). En la condición de balance del puente se cumple que: 
 
3
1
2
321
R
R
RR
RRRR
x
x
=
=
 
 
Pero, )( baKxRx ++= , donde x es la resistencia de la sonda, K es la resistencia por unidad de 
longitud de los hilos de conexión y a y b son las longitudes de los hilos de conexión. 
Por tanto, el valor de resistencia que se lee en R3, no se corresponde exactamente con el valor de 
resistencia de la sonda y por tanto con la temperatura que se mide. Este montaje se emplea solo 
cuando la resistencia del cable de conexión es moderada y cuando la lectura no requiere mucha 
exactitud. 
 
Figura 1.4 Esquema de puente con conexión a dos hilos. 
7 
 
El sistema de tres hilos es el más empleado en la práctica (Figura 1.5) y como su nombre lo 
indica se emplean tres hilos de conexión, al brazo de Rx, a la fuente de alimentación y al brazo de 
R3. 
Cuando el puente se balancea se cumple que: 
 
( ) ( )KaRRKbxR +=+ 321 
Si los hilos son iguales Kb=Ka y si se hace R1=R2, entonces x=R3 y se corresponde la lectura del 
puente con la resistencia de la sonda y por tanto es una indicación de la temperatura medida. 
 
Figura 1.5 Esquema de puente con conexión a tres hilos. 
 
Como para medir la resistencia se debe hacer pasar una corriente por termoresistencia, se debe 
mantener esta a un valor mínimo para prevenir el autocalentamiento. Estos dispositivos son más 
lineales que los termopares y pueden tener precisión de 0.05%, pero son más costosos. 
En la Tabla 1.3 se compara un termopar y una termoresistencia como una guía aproximada para 
especificar un sistema de medición de uso industrial. 
 
Tabla 1.3 Comparación entre termopar y termoresistencia. 
TERMOPAR RESISTENCIA DE PLATINO 
Precisión de 0.5 a 5ºC Precisión de 0.1 a 1ºC 
Rango de -200 a +1750ºC Rango de -200 a +650ºC 
Costo relativo 1 Costo relativo 2.5 
Respuesta de 50 ms a 5 s Respuesta de 1 a 50 s 
Pueden ser muy pequeños Tamaño mayor 
Necesidad de referencia cero - 
Resistente a las vibraciones Afectado por las vibraciones 
No necesita fuente de alimentación Necesita fuente de alimentación 
No tiene efecto de autcalentamiento La corriente debe ser limitada 
Deriva a largo plazo Excelente estabilidad 
Muy robusto Pueden ser frágiles 
Requiere cables especiales de extensión Usa cables de cobre 
Salida de 10-40 μV/ºC La salida cambia 0.4 Ω/ºC 
Necesitan apantallamiento Pueden ser sin apantallamiento 
 
8 
1.1.3.3 Termistores. 
Este tipo de termómetro es también un dispositivo cuya resistencia varía con la temperatura. 
Tienen una característica de resistencia negativa, o sea, que su resistencia disminuye cuando 
aumenta la temperatura. Se fabrican a menudo de óxidos metálicos semiconductores y con 
variedad de formas y tamaños. 
Estos dispositivos tienen una característica no lineal (Figura 1.6) por lo que comúnmente no se 
emplean para obtener lecturas precisas de temperatura sino cambios de temperatura, por ejemplo, 
para indicar sobrecalentamiento. Un aspecto positivo de los mismos es su alta sensibilidad, o sea, 
pequeños cambios en la temperatura provocan grandes variaciones en su resistencia. 
 
Figura 1.6 Curva de resistencia vs temperatura de un termistor y circuito de interfaz. 
 
En la figura 1.6 se muestra un circuito de interfaz simple de un termistor. Colocando el termistor 
en la parte superior de un divisor de voltaje, el voltaje de salida será relativamente lineal y con 
pendiente positiva (línea discontinua). El valor del resistor R debe ser cercano al valor nominal 
del termistor. Los termistores tienen un amplio rango de resistencia desde unos pocos ohmios 
hasta 1 MΩ y su selección depende del rango de temperatura de interés. Su precisión típica es del 
1% pero como se mencionó son dispositivos no lineales, tienen un rango de 
temperatura/resistencia limitado y pueden autocalentarse. 
1.1.3.4 Otros sensores de temperatura.Circuitos Integrados Sensores de Temperatura (IC temperature sensors): Estos circuitos 
integrados están siendo muy empleados. Su salida es una lectura digital y pueden ser más 
precisos que 0.01%. Pero están limitados en cuanto al rango de temperatura y requieren 
conocimiento de métodos de interfaz para datos serie o paralelos. 
Los circuitos integrados vienen en varias configuraciones. Un ejemplo común son los de la serie 
LM34 y LM35 de National Semiconductor. Estos circuitos producen un voltaje de salida que es 
proporcional a la temperatura en ºF para el LM34 y en ºC para el LM35. 
Las características fundamentales del IC LM35 son: 
• Calibrado directamente en ºC 
• Factor de escala lineal +10mV/ºC 
• Precisión garantizada 0.5ºC ( a +25ºC) 
• Rango nominal de -55 a +150ºC 
• Adecuado para aplicaciones remotas 
9 
• Bajo costo 
• Opera desde 4 hasta 30 V 
• Corriente drenada desde la fuente menor de 60 μA 
• Bajo autocalentamiento, 0.08ºC con aire en calma 
• No linealidad solamente de ±¼ºC 
• Baja impedancia de salida, 0.1Ω por 1mA de carga 
 
El voltaje de salida es directamente proporcional a la temperatura, esto es: 
 
CmVVout º10= 
 
Cuando solo se necesita medir temperaturas positivas, un circuito simple como el mostrado en la 
Figura 1.7b puede ser usado, en el caso de necesitar mediciones de temperaturas en todo el rango, 
se conecta como en la Figura 1.7c para lo cual se requiere voltajes de alimentación positivos y 
negativos. 
 
Figura 1.7 Diagrama de conexiones y configuraciones típicas del LM35. 
 
Pirómetros: Son dispositivos de medición de temperatura sin contacto que usan el calor radiante. 
Normalmente son empleados en aplicaciones de altas temperaturas o en ambientes agresivos 
donde no es posible emplear termopares, o para líneas de producción donde no es posible montar 
otros sensores ya que el área se mueve o tiene difícil acceso. Existen dos variantes de pirómetros, 
los que miden la temperatura en función de la radiación luminosa que el cuerpo emite 
(pirómetros ópticos); y los que miden la temperatura captando toda o gran parte de la radiación 
emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación total). 
10 
1.1.4 Sensores de presión. 
La presión es definida como una fuerza por unidad de superficie que un material ejerce sobre 
otro. En el Sistema Internacional de unidades la presión se mide en Newtons por metro cuadrado 
(N/m2) o Pascal (Pa). 
Los sensores de presión normalmente constan de dos partes: la primera convierte la presión en 
una fuerza o desplazamiento, y la segunda convierte la fuerza o desplazamiento en una señal 
eléctrica. 
La medición más sencilla se corresponde con la presión manométrica, la cual es la diferencia 
entre la presión medida y la presión del ambiente. A nivel del mar, la presión del ambiente es 
igual a la atmosférica y se considera igual a 101.3 kPa. 
Un sensor ligeramente más complicado es el que se utiliza para medir la presión diferencial, que 
es la diferencia de dos presiones en la que ninguna es necesariamente igual a la atmosférica. Un 
tercer sensor de presión es el que se utiliza para medir la presión absoluta, la cual se mide con 
un sensor de presión diferencial donde un lado está referenciado como cero (cercano al vacío 
total). 
1.1.4.1 Tubos de Bourdon. 
De todos los elementos de medida de presiones este es el más usual. Está constituido por un tubo 
de sección elíptica enrollado circularmente en espiral o en hélice. Cuando la presión interior 
aumenta el tubo tiende a enderezarse. Este movimiento es proporcional a la presión aplicada. 
En la Figura 1.8 se presentan dos tipos de tubo bourdon. Estos se construyen de materiales 
elásticos. De acuerdo al fluido que se ha de medir se utiliza bronce, cobre-berilio, acero, acero 
inoxidable, etc. 
El desplazamiento puede ser lineal o angular y acciona un sensor de posición como por ejemplo, 
un transformador diferencial para convertir el desplazamiento en una señal eléctrica. 
Los sensores de tubo bourdon están disponibles en rangos desde 200 hasta 700 000 kPa y su 
empleo típico incluye manómetros para agua y vapor. Estos sensores tienen una precisión típica 
de 0,5%. 
 
Figura 1.8 Sensores de presión. a) muelle tubular o bourdon. b) muelle tubular helicoidal. 
 
11 
1.1.4.2 Fuelles y membranas. 
Existen sensores de presión que emplean como órgano medidor un tubo metálico sin soldadura, 
en forma de fuelle, de paredes finas y cuyas profundas ondulaciones se obtienen por laminación. 
Este fuelle tiene la característica de estirarse o acortarse por efecto de la presión de modo que en 
el punto de medida se cumple que la deformación elástica se equilibra con la presión aplicada 
convirtiendo en definitiva la presión en movimiento lineal (Figura 1.9a). Este movimiento es 
detectado por un sensor de posición. La Figura 1.9b ilustra un sensor de presión diferencial el 
cual se construye encerrando el fuelle en una cámara. Aquí la presión exterior al fuelle (presión 
2) tiende a hacer que este se comprima, mientras la presión interior (presión 1) tiende a hacer que 
se expanda. La posición del eje es una función de la diferencia entre la presión exterior e interior 
del fuelle. Los manómetros de fuelle son más sensibles que los de tubo bourdon en el rango de 
bajas presiones de 0 a 200 kPa. 
 
Figura 1.9 Sensores de presión tipo fuelle. a) para presión simple. b) para presión diferencial 
 
De igual manera, el manómetro de membrana está formado por una membrana en forma de disco 
que posee varias ondulaciones concéntricas. El material empleado en su fabricación se selecciona 
de acuerdo al uso que vaya a tener el manómetro y la presión a medir. Bajo los efectos de la 
presión, la membrana se deforma proporcional a la presión y transmite su movimiento a un 
sensor de posición (ver Figura 1.10). 
 
Figura 1.10. Sensor de presión de membrana. 
 
12 
1.1.4.3 Sensores de presión a semiconductores. 
Algunos sensores de presión utilizan las propiedades piezoresistivas del silicio. Los elementos 
piezoresistivos convierten presiones directamente en resistencia, y la resistencia puede ser 
convertida en voltaje. Estos sensores tienen la ventaja de no tener partes móviles y están 
disponibles en rangos de presiones desde 0 a 10 kPa y desde 0 a 34 000 kPa. 
1.1.5 Sensores de caudal. 
Los sensores de caudal miden la cantidad de material que pasa por un punto en cierto tiempo. Se 
considerará solo flujos de líquidos o gases fluyendo en una tubería o en un canal abierto. Los 
sensores de caudal pueden ser de varios tipos, los que se basan en presión diferencial, aquellos 
que accionan un dispositivo mecánico y otro grupo de sensores que emplean tecnología más 
sofisticada. 
1.1.5.1 Sensores basados en presión diferencial. 
Este grupo de sensores se basa en el hecho de que la presión de un fluido en movimiento es 
proporcional al caudal. Si se detecta la presión con un sensor de presión como los mencionados 
anteriormente, el caudal puede ser calculado. El sensor de caudal más sencillo es la placa de 
orificio, el cual es una simple restricción en la tubería que provoca una caída de presión. Este 
sensor requiere dos tomas de presión, una aguas arriba y otra aguas abajo de la restricción. 
Aunque el cálculo del caudal es una ecuación compleja, tiene la siguiente expresión general: 
 
( )12 PPkQ −= 
 
Figura 1.11 Sensor de caudal por presión diferencial con placa de orificio. 
 
Otro método para crear la presión diferencial es el tubo de Venturi, como se ilustra en la Figura 
1.12. Un Venturi es una reducción gradual en la tubería que provoca que la velocidad del fluido 
aumente en el área restringida. Esta área de baja velocidad tiene una baja presión. Al igual que en 
la placa de orificio el caudal es proporcional a la diferencia de presión entre P2 y P1. El tubo de 
Venturi permite mayor precisión que la placa de orificio y puede ser utilizado para líquidos con 
sólidos en suspensión. En cuanto a costo es más costoso que la placa de orifico. 
Una desventajade este tipo de sensores es que ambos causan caídas de presión en la tubería que 
pueden ser indeseables. 
13 
 
Figura 1.12 Tubo de ventura para la medición de caudal. 
1.1.5.2 Turbinas 
Consiste de un juego de paletas o aspas acopladas a un eje las cuales giran cuando el fluido pasa 
a través de ellas. La velocidad a la cual giran estas aspas es proporcional a la velocidad del fluido 
y por tanto, si tenemos el área del conducto podemos determinar el caudal. En este instrumento se 
genera una señal eléctrica, de baja amplitud, con frecuencia proporcional a la velocidad del 
fluido que se mide. La medida de la velocidad del rotor se realiza sin ninguna conexión mecánica 
externa. En una bobina con núcleo de imán permanente (bobina de pick-up) montada en el forro 
interno del medidor se inducen pulsos al paso de cada una de las paletas de la turbina estos 
impulsos son amplificados y transformados en impulsos rectangulares en un amplificador 
montado en el propio medidor. Un contador electrónico de pulsos, que puede ser remoto, permite 
indicaciones digitales del caudal. 
 
Figura 1.13 Medidor de caudal del tipo turbina. 
 
Este tipo de instrumento puede tener acoplado los siguientes accesorios: 
• Indicador local de flujo: Display numérico donde se visualiza el valor de flujo leído por el 
instrumento. Puede ser de diseño mecánico o electrónico 
• Totalizador: Display numérico donde se visualiza el valor de volumen contabilizado por el 
metro en un periodo de tiempo. Este indicador puede ser reseteable o histórico dependiendo 
del modelo específico. Puede ser de diseño mecánico o electrónico 
• Transmisor de impulsos: Este accesorio podría ser un amplificador que eleva el nivel de la 
señal entregada por el pick-up, para ser transmitida a una distancia considerable o podría 
incluso convertir esta señal sinusoidal en pulsos TTL para su procesamiento por dispositivos 
compatibles. Otros tipos de señal pueden ser logrados con el uso de un transmisor de 
impulsos. Entre ellos la conversión de la señal a la normalizada de 4 a 20 mA. Estos 
14 
transmisores suelen requerir alimentación externa, aunque existen variantes auto-powered 
(con alimentación incluida). 
1.1.5.3 Medidores electromagnéticos de caudal. 
Este tipo de medidor de caudal no presenta obstrucción al paso del líquido. Por esta razón son los 
instrumentos ideales para medir caudal en líquidos viscosos o con sólidos en suspensión. La 
única condición es que el líquido tenga una conductividad eléctrica por encima de cierto mínimo. 
El principio de estos medidores se basa en la ley de inducción electromagnética de Faraday: 
 
dvBU x ⋅⋅= 
 
Donde: Ux es el voltaje que aparece perpendicular al campo magnético y al sentido de flujo del 
líquido. Este voltaje se toma con dos electrodos puntuales fijos al tubo de medida, B es la 
inducción magnética causada por el fluido que circula perpendicular a su sentido de flujo, v es la 
velocidad del líquido, y d es el diámetro interior del tubo de medida (ver Figura 1.14). 
 
Figura 1.14 Principio de funcionamiento de un medidor de caudal electromagnético. 
 
El conductor en movimiento es el propio líquido, que circula dentro de un tubo de medida aislado 
interiormente y no magnético. El líquido atraviesa un campo magnético creado por dos bobinas 
colocadas fuera del tubo de medida e induce un voltaje, proporcional a la velocidad del fluido y 
que es detectado por dos electrodos colocado en las caras de la tubería. 
Características particulares de estos instrumentos: 
• Paso recto por el tubo de medida sin reducción de sección. 
• Ausencia de efectos por temperatura, viscosidad y densidad. 
• A partir de un valor mínimo, la conductividad del fluido no tiene ningún efecto sobre la 
medida. 
• Pueden utilizarse en secciones de tubería hasta 2000 mm. 
• Diferentes revestimientos para el interior del tubo disponibles para varias aplicaciones. 
• Supervisión electrónica de los electrodos. 
• Conector inteligente integrado para memorizar los valores de calibración y el dato del tubo de 
medida de caudal. 
15 
 
Figura 1.15 Vista exterior de un medidor de caudal electromagnético SITRANS F M. 
 
1.1.5.4 Medidor ultrasónico de caudal. 
Los medidores ultrasónicos miden el caudal por diferencia de velocidades del sonido al 
propagarse este en sentido del flujo del fluido y en el sentido contrario. La velocidad de 
propagación de estas ondas depende de la velocidad co del sonido en ese fluido y de la velocidad 
del fluido VM. Este efecto se utiliza en el modelo comercial SITRANS F US. 
 
MoBA
MoAB
VcV
VcV
−=
+=
 
Este emplea dos transductores de ultrasonido que emiten alternativamente señales ultrasónicas. 
Se miden los tiempos de propagación tAB en sentido del flujo y tBA en sentido contrario al flujo 
respectivamente para los transductores A y B. 
 
( )
( )MoBA
MoAB
VcLt
VcLt
−=
+=
/
/
 
 
 
16 
 
Figura 1. 16 Principio de funcionamiento del medidor de caudal ultrasónico. 
 
Para una corriente dada, el tiempo de propagación del sonido en el sentido del flujo es menor que 
en el sentido inverso, la diferencia de propagación así determinada es proporcional a la velocidad 
VM. 
 
( ) BAABABBAM ttttLV ⋅⋅−⋅= 2/ 
 
El resultado es independiente de la velocidad del sonido en el fluido y por tanto, independiente de 
la naturaleza del fluido medido. 
 
Figura 1.17 Vista del medidor de caudal ultrasónico SITRANS F US. 
 
Otros tipos de medidores ultrasónicos de caudal se basan en el efecto Doppler. En este caso 
proyectan ondas sónicas a lo largo del flujo de fluido y se mide el corriemiento de frecuencia que 
experimenta la señal de retorno al reflejarse el sonido en partículas contenidas en el fluido. Este 
método está limitado por la necesidad de presencia de partículas, pero permite medir caudales de 
fluidos difíciles como mezclas de gas-líquido, fangos, etc. 
17 
En estos instrumentos el transmisor y el receptor tienen un impacto mínimo sobre el flujo de 
fluido y por lo tanto no provocan caídas de presión. Poseen una alta precisión y un rango de 
caudal muy amplio. 
1.1.6 Sensores de nivel 
Los sensores de nivel de líquido, que miden la altura de un líquido en un recipiente, se pueden 
clasificar en dos categorías: discretos y continuos. Los sensores de nivel discretos solo pueden 
detectar si el líquido está a un determinado nivel, mientras que los continuos dan una señal 
analógica que es proporcional al nivel. 
1.1.6.1 Sensores de nivel discretos. 
Estos sensores determinan cuando un líquido alcanza cierto nivel. El tipo más sencillo utiliza un 
flotante y un interruptor límite. Una variante de este tipo de sensor es aquel en el cual el flotante 
está unido a una varilla vertical. Cuando el líquido alcanza cierto nivel se acciona el interruptor 
límite. El nivel de activación puede ser ajustado mediante la posición del interruptor. 
Otra variante se basa en el empleo de fotoceldas ubicadas en las paredes del tanque. Cuando la 
trayectoria de la luz queda sumergida en el líquido, la señal del fotodetector cambia, por tanto 
indica la presencia de líquido. También, en líquidos ligeramente conductores es posible aplicar 
otros medios de detección empleando electrodos para señalizar el nivel mediante la conducción 
de una corriente eléctrica entre el electrodo y el cuerpo del tanque cuando el líquido baña el 
electrodo y cierra el circuito. 
1.1.6.2 Sensores de nivel continuos. 
En los detectores de nivel continuos la señal es proporcional a la altura del líquido. Esto se logra 
de diferentes maneras: 
1-Con un flotante que actúa sobre un sensor de posición el cual da una señal eléctrica 
proporcional a la altura del líquido. 
2-Monitoreando el peso del líquido mediante celdas de carga. En este caso el nivel se calcula 
conociendo el diámetro del tanque, su peso cuando está vacío y la densidad del líquido. 
3-Algunos dispositivos están diseñados para detectar el nivel del líquido directamente y están 
formados por dos electrodos verticales montadosdentro del tanque. La salida del dispositivo es o 
bien un valor de resistencia o capacidad proporcional al nivel y debe ser amplificada o procesada 
de otra manera. 
4-Otros métodos para medir el nivel directamente utilizan detectores de rango ultrasónicos 
montados sobre el tanque y están disponibles en el mercado como unidades completas. 
5-Uno de los métodos más comunes en la industria es el empleo de métodos hidrostáticos 
midiendo la presión en el fondo del tanque, la cual es proporcional a la presión ejercida por la 
columna de líquido. Esto puede implementarse con sensores de presión diferencial como los 
descritos anteriormente (ver Figura 1.18). 
18 
 
Figura 1.18 Medidor de nivel mediante captador de presión diferencial en tanque cerrado. 
1.1.7 Desplazamiento angular 
La medida del desplazamiento tiene a menudo una importancia fundamental. En el caso de los 
sensores de desplazamiento angular, como su nombre lo indica, reportan la posición angular de 
un objeto con respecto a una referencia. 
1.1.7.1 Potenciómetros. 
Los potenciómetros miden la posición de un eje utilizando un resistor variable. El potenciómetro 
no es más que un resistor construido normalmente con una delgada lámina de material resistivo. 
Una escobilla se mueve a lo largo de la superficie de la lámina resistiva. Como la escobilla se 
mueve hacia el final provocará un cambio en la resistencia proporcional a la distancia que se ha 
movido. Si se aplica un voltaje a través del resistor, el voltaje en la escobilla interpola los voltajes 
de los extremos del resistor. Si el potenciómetro se usa como un divisor resistivo, el voltaje de la 
escobilla es proporcional al ángulo de rotación (ver Figura 1.19). 
( ) 1
max
12 VVVV
w
out +⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−=
θ
θ
 
19 
 
Figura 1.19 Potenciómetro. 
 
Los potenciómetros no son costosos ni requieren acondicionadores de señal especiales, pero su 
precisión es limitada, normalmente en el rango del 1% y además están sujetos a desgaste 
mecánico. Ellos miden posición absoluta y su rango de rotación está normalmente limitado a 
menos de 360 grados. 
1.1.7.2 Encoders 
Un encoder produce un dato de posición angular directamente en forma digital, eliminando la 
necesidad de utilizar convertidores A/D. El concepto se ilustra en la Figura 1.20 donde se muestra 
un disco rotatorio con ventanas ópticas. La luz de los emisores pasa a través de las aperturas del 
disco hasta los detectores. Debido a que el eje del encoder rota, el haz de luz se interrumpe 
produciendo pulsos. 
 
Figura 1.20 Disco encoder del tipo relativo o en cuadratura. 
 
Existen dos tipos fundamentales de encoders: absolutos e incrementales. 
 
20 
Encoders absolutos- Un encoger absoluto genera una única palabra para cada posición del eje. 
Generalmente el disco posee 4 o 6 canales, codificados comúnmente en código binario. Para 
aumentar la precisión de un encoger absoluto, es necesario adicionar más canales al disco y más 
emisores y detectores de luz. Los encoders absolutos son mayormente utilizados en aplicaciones 
donde los dispositivos permanecen inactivos por largos periodos de tiempo, existe riesgo de 
desenergizarse o la posición de arranque es desconocida. 
 
Figura 1.21 Disco encoger absoluto y señal de salida usando código binario (las zonas oscuras 
equivalen a 1). 
Encoders incrementales- En el caso del encoder incremental (o relativo), se producen dos pulsos 
que pueden ser empleados para determinar desplazamiento. Para aumentar su precisión solo es 
necesario aumentar ventanas a los dos canales existentes. Se utilizan software o circuitos lógicos 
para determinar la dirección de rotación y contadores de pulsos para determinar el 
desplazamiento. La velocidad puede ser determinada midiendo el tiempo entre pulsos. Aunque 
este no da una posición absoluta de salida, provee mayor resolución a menor costo. 
 
Figura 1.22 Señal de salida de un encoder incremental. 
21 
1.1.8 Sensores de velocidad angular 
Estos son dispositivos que dan una señal proporcional a la velocidad angular. Este tipo de 
sensores encuentra gran aplicación en los sistemas de control de velocidad de motores y otras 
aplicaciones. 
1.1.8.1 Velocidad angular a partir de encoders. 
Una señal de salida de un encoder incremental puede utilizarse para medir velocidad angular ya 
que la frecuencia de los pulsos generados es proporcional a la velocidad de desplazamiento. 
Mientras más lenta es la velocidad, más demora cada ranura en pasar. Existen configuraciones de 
circuitos usados para medir velocidad contando los pulsos de reloj durante un periodo de la señal 
del encoder. El conteo final será proporcional al tiempo que demora la ranura en pasar y por lo 
tanto a la velocidad. 
1.1.8.2 Tacómetros 
Existen varias técnicas para medir velocidad de rotación en un eje en revoluciones por minuto 
(r.p.m.). Una técnica común consiste en un dispositivo sencillo (Figura 1. 23) y consta de un 
fotosensor que se coloca de manera que reciba un pulso de luz cada vez que un tape reflectante 
colocado en el eje pase, la frecuencia de las pulsaciones son proporcionales a las r.p.m. y pueden 
ser medidas utilizando un contador de manera similar a como se emplea con un encoder. 
 
Figura 1.23 Principio de funcionamiento de un tacómetro óptico 
 
Otra técnica común es emplear una bobina estacionaria enrollada sobre un núcleo con un imán 
permanente (bobina de pick-up) colocada cerca de algún sector dentado rotatorio (puede ser un 
piñón de un reductor). Cada vez que un diente pasa cerca del imán, se induce un pequeño voltaje 
en la bobina de alambre. Estos pulsos son tratados por un circuito detector para dar una señal de 
velocidad. Este tipo de sensor se conoce como reluctancia variable. Otro tipo de tacómetro 
consiste simplemente en un pequeño generador dc acoplado al eje rotatorio cuya velocidad se 
quiere conocer. En este caso, la salida es un voltaje inducido proporcional a la velocidad. 
1.1.9 Posición lineal 
La necesidad de conocer la posición de elementos que se desplacen linealmente se satisface a 
partir del empleo de los sensores de posición, algunos de los cuales se describen a continuación. 
22 
1.1.9.1 Potenciómetro lineal. 
Los potenciómetros también existen en variantes constructivas con deslizadores lineales. Estos 
son capaces de medir desplazamientos lineales de gran longitud utilizando como salida la señal 
de voltaje al emplear el potenciómetro como un divisor de voltaje. 
( ) ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−+=
L
aVVVVout 121 
 
Figura 1. 24 Potenciómetro lineal. 
1.1.9.2 Transformador diferencial variable lineal (LVDT). 
Este sensor de posición es de alta resolución y da a su salida una señal de voltaje AC con una 
magnitud proporcional a la posición lineal. Tiene un rango relativamente pequeño de 50 mm 
aproximadamente, pero tiene la ventaja de no poseer contactos deslizantes. En la Figura 1.25 se 
observa que este consta de tres devanados y un núcleo ferromagnético móvil. El devanado 
central, o primario, está conectado a un voltaje de referencia AC. Los otros dos devanados, 
llamados secundarios, se encuentran conectados en serie con polaridades contrarias. Cuando el 
núcleo se encuentra exactamente en su posición central, los voltajes inducidos en los secundarios 
son iguales y opuestos dando una salida neta de cero volts. Si el núcleo se desplaza hacia abajo, 
el acoplamiento es mayor con el secundario 1 y su voltaje es mayor que en el secundario 2. La 
suma algebraica de los voltajes de dos secundarios dará un voltaje resultante que estará en fase 
con el secundario 1 y con una magnitud proporcional a la distancia recorrida por el núcleo desde 
su centro. Si por el contrario, el desplazamiento hubiera sido hacia arriba, entonces el voltaje neto 
estaría en fase con el devanado secundario 2 y la magnitud sería proporcional a la distancia 
recorrida en esa dirección. Resumiendo, la salida de un LVTD es un voltaje AC con magnitud y 
fase. La magnitud representa la distancia que se desplaza el núcleodesde el centro y la fase 
representa la dirección del desplazamiento. 
23 
 
Figura 1.25 esquema de funcionamiento de un LVTD. 
 
En la Figura 1.26 se muestra un acondicionador de señal sencilla para utilizarlo con un LVTD. 
Los diodos rectifican la señal AC en una señal DC de media onda. Los capacitares y resistencias 
de la salida actúan como filtros pasa bajo y el capacitor C3 tiene un valor alto para eliminar el 
rizado de la señal de salida. 
 
Figura 1.26 Circuito de salida de un LVDT. 
 
Los LVTD se emplean ampliamente para medir dimensiones de piezas para control de calidad y 
en instrumentos de medición de presión accionados por tubos Borudon y fuelles o diafragmas. 
Tienen como desventaja que son mas costosos que los potenciometros. 
1.1.10 Sensores de carga 
Estos sensores se emplean en la medición de fuerzas mecánicas en aplicaciones tales como 
determinar pesos o ajustar magnitudes de fuerzas actuantes. Se recurre a elementos capaces de 
transformar las fuerzas en magnitudes más fáciles de medir y transmitir a distancia. En muchos 
casos el sensor lo que mide la variación de algún parámetro relacionado con la ligera 
deformación causada por la fuerza mecánica y no ésta directamente. 
24 
1.1.10.1 Galgas de esfuerzo (Strain Gauge). 
Este elemento se basa en que la resistencia eléctrica de un hilo conductor varía con la 
deformación mecánica (al alargarse o contraerse). Se construye de alambre fino de 0.01 a 0.05 
mm de diámetro que se coloca usualmente en zigzag sobre un papel especial (Figura 1.27). Para 
medir la fuerza mecánica se coloca este elemento sobre la estructura objeto y se pega al mismo 
sobre una superficie previamente pulida y limpia con adhesivos especiales a base de acetato. La 
galga debe ser orientada para que el alambre esté alineado en el sentido de la deformación 
esperada. 
 
Figura 1.27 Galga de esfuerzo 
 
El principio de operación es el siguiente: si un objeto está bajo una tensión mecánica, la galga se 
deforma y el alambre se estirará. El alambre no solo se hace ligeramente más largo, sino también 
más fino y por lo tanto, aumenta su resistencia total. 
A
LR ⋅= ρ 
 
Donde: R es la resistencia de una longitud de alambre a 20ºC, ρ es la resistividad del material, L 
la longitud y A la sección transversal del alambre. 
Los cambios en la resistencia se emplean para calcular la elongación de la galga y por lo tanto del 
objeto al cual está cementada. Si se conoce el módulo de elasticidad del material, entonces 
aplicando la ley de Hooke puede calcularse la fuerza que ha sido aplicada. 
Los cambios en la resistencia de un strain guage son muy pequeños por lo que se requiere un 
circuito puente para su medición (Figura 1.28). Con este circuito, un pequeño cambio en una 
resistencia puede provocar un gran cambio relativo en el voltaje a través del puente. Inicialmente 
el puente se balancea y V1=V2. Entonces, cuando la resistencia de la celda cambia, la diferencia 
de voltajes (V1-V2) cambia. El puente puede estar compensado para evitar errores por variaciones 
de temperatura conectando una galga compensadora en una de las ramas del puente. Como se 
muestra en la figura, la galga compensadora es colocada cerca de la galga activa de manera que 
reciba la misma temperatura, pero orientada perpendicularmente de manera que la fuerza no 
provoque su elongación. 
25 
 
 
Figura 1.28 Colocación de las galgas y circuito para interfaz usando un puente. 
1.1.10.2 Sensores de carga a semiconductores. 
Otra variante de sensores de fuerza son los que utilizan el efecto piezoresistivo del silicio. Este 
tipo de sensores cambia su resistencia cuando se le aplica una fuerza y son 25 a 100 veces más 
sensibles que las de tipo strain gauge. Una celda de carga semiconductora es una lámina de silicio 
que se adhiere a una estructura. Cuando la estructura se estira, el silicio se alarga también y la 
resistencia entre sus extremos aumenta. La dificultad que presenta este tipo de sensores es que el 
cambio en su resistencia es no lineal. 
En la Figura 1.29 se muestran breves especificaciones técnicas de dos celdas de carga 
comerciales para aplicaciones industriales como grúas y otros usos, de la firma Noruega 
ScanSense, con diseños basados en la instrumentación electrónica digital moderna, con 
comunicación serie (RS-232 o RS- 485) y opción de comunicación telemétrica a 433.92 MHz. 
 
Figura 1.29 Características técnicas de celdas de carga comerciales. 
26 
1.1.11 Sensores de proximidad. 
Un sensor de proximidad simplemente le dice al controlador si una parte móvil está en cierto 
lugar. Entre las variantes de sensores de proximidad disponibles podemos encontrar los que se 
basan en principios ópticos y los que se basan en principios magnéticos. 
1.1.11.1 Sensores ópticos. 
Los sensores de proximidad ópticos emplean una fuente de luz y un fotosensor dispuestos de tal 
manera que el objeto a ser detectado corte la trayectoria del haz luminoso. Comúnmente los 
sensores ópticos utilizan un reflector de manera que el detector y la fuente de luz puedan estar 
dispuestas en el mismo encapsulado. También la fuente de luz puede ser modulada para darle al 
haz características únicas y que el detector distinga entre el haz y otro tipo de luz que pueda 
incidir sobre el desde el ambiente. 
Generalmente se emplean cuatro tipos de fotodetectores: fotoresistencias, fotodiodos, 
fototransistores y celdas fotovoltaicas. 
Fotoresistencia- También recibe el nombre de resistencia dependiente de la luz (LDR).Es un 
dispositivo que modifica su resistencia eléctrica al ser expuesto a la energía luminosa. Su 
resistencia disminuye sensiblemente al ser expuesto a la luz mientras que cuando permanece en la 
oscuridad total presenta una resistencia muy elevada. Así, por ejemplo, cuando el nivel de 
iluminación es de 1000 lux, la resistencia puede ser de 130 ohmios, pero cuando el nivel de 
iluminación disminuye hasta 50 lux, su resistencia puede ser de 2.4 kΩ. Están compuestos, 
generalmente, por una base de sulfuro de cadmio debidamente encapsulado y con una cubierta de 
resina transparente y aislante, de tal forma que cuando los fotones inciden sobre la superficie de 
dicho material, imprimen a los electrones suficiente energía como para elevar su conductividad. 
Su construcción básica consta de un cuerpo de forma circular y de dos hilos metálicos que sirven 
de elementos de unión al circuito. Las fotorresistencias se utilizan como detectores de 
luminosidad, por ejemplo en el sistema de alumbrado público. En función de la cantidad de luz 
que incide sobre estos sensores se puede o no activar un relé, con lo que se regula el encendido. 
 
Figura 1.30 Configuración del circuito y comportamiento de salida de un sensor LDR. 
 
Fotodiodo- Es un diodo semiconductor pn diseñado de manera que la luz que incide sobre él 
genera una corriente eléctrica en el circuito externo. Normalmente es un diodo encapsulado de tal 
forma que la unión pn queda expuesta a través de una ventana a la incidencia de la radiación 
luminosa incrementando los portadores de carga y la corriente de fuga cuando aumenta la energía 
luminosa que incide sobre él. Se conecta polarizado inversamente de manera que la corriente de 
fuga tiene que ser amplificado por un amplificador operacional. El fotodiodo es un detector 
27 
optoelectrónico, o fotodetector, que permite conmutar y regular la corriente eléctrica en un 
circuito externo en respuesta a una intensidad luminosa variable. Se utilizan, por ejemplo, para 
leer la información de los discos compactos con la ayuda de un rayo láser. 
 
Figura 1.31 Fotodiodo. 
 
Fototransistor- El fototransistor es un dispositivo fotoemisor más sensible que el fotodiodo y, por 
tanto, posee una mayor corriente de salida para una misma radiación luminosa incidente. 
Generalmente no tienen la patilla de base ya que los fotones que inciden sobre la base del mismo 
son los que crean la corriente de base generando pares electrón-hueco en la unión colector-base. 
Puedeemplearse como un interruptor gobernado por luz si la iluminación toma solo dos valores, 
uno correspondiente a la oscuridad y otro con iluminación suficiente como para saturar el 
transistor. 
 
Figura 1.32 Esquema de un fototransistor 
 
Celda fotovoltaica- Puede ser empleada como un sensor debido a que genera un voltaje cuando 
sobre ella incide la luz. El pequeño voltaje de salida tiene que ser amplificado para ser utilizado. 
 
Figura 1.33 Celda fotovoltaica. 
28 
1.1.12 Sensores Inteligentes 
Un sensor inteligente es el que combina la función de detección y alguna de las funciones de 
procesamiento de señal y comunicación. Estas funciones suelen realizarse por un 
microprocesador, por ello a cualquier combinación de sensor con Microprocesador se le 
denomina sensor inteligente. 
Un sensor inteligente posee una amplia gama de funciones además de las de transducción, entre 
ellas podemos señalar: 
• Acondicionamiento de señal 
• Correcciones de cero, ganancia y linealidad 
• Compensación ambiental (temperatura humedad) 
• Escalado 
• Conversión de unidades 
• Comunicación digital 
• Autodiagnóstico 
• Detección y acción sobre el sistema al que se conecta. 
 
Figura 1.34: Funciones de Sensores inteligentes 
1.1.13 Criterios de selección de un sensor. 
Para la selección adecuada de un sensor debe considerarse: 
 La magnitud que se mide. Es importante tener en cuenta el tipo y rango de la magnitud a 
medir. 
 El principio básico de transducción más adecuado para la medida. Hay que garantizar que 
exista compatibilidad entre las características de entrada salida del sensor y del resto del sistema. 
 La exactitud requerida. Hay que considerar características de comportamiento que afectan 
la exactitud que se desea tales como no linealidad, histéresis, comportamiento en frecuencia, 
efectos de la temperatura, aceleraciones, golpes y vibraciones. 
 Otras consideraciones a tener en cuenta pueden estar relacionadas con la disponibilidad, 
factores de costo, condiciones ambientales a las que se someterá, etc. 
29 
1.2 Acondicionamiento de señales. 
La señal obtenida de un sensor raramente está en condiciones de ser monitoreada o registrada y 
necesita ser incrementada en magnitud o modificada de alguna manera antes de ser mostrada. 
Este proceso de preparación de la señal es llevada a cabo por los acondicionadores de señal cuya 
misión es adecuar la salida del elemento sensor para que pueda ser interpretada y procesada como 
señal electrónica por el resto de los instrumentos. 
El acondicionamiento de señales convierte su dispositivo de adquisición de datos en un sistema 
completo y le ayuda a conectarse directamente a un amplio rango de tipos de sensores y señales, 
desde termopares hasta señales de alto voltaje. Las tecnologías clave para acondicionamiento de 
señales mejoran de forma general multiplican por 10 el rendimiento y la precisión del sistema de 
adquisición de datos. 
 
Amplificación 
Los amplificadores aumentan el nivel de la señal de entrada para igualar el rango del convertidor 
analógico a digital (ADC), y de esta manera aumentar la resolución y sensibilidad de las medidas. 
Además el usar acondicionamiento de señales externo ubicado cerca del la fuente de señal o 
transductor, mejora el ratio de señal-a-ruido elevando el nivel de señal antes de se vea afectada 
por el ruido ambiental. 
 
Atenuación 
Atenuación, el opuesto de amplificación, es necesario cuando los voltajes que serán digitalizados 
están fuera del rango de entrada del digitalizador. Esta forma de acondicionamiento de señales 
disminuye la amplitud de la señal de entrada de tal manera que la señal condicionada está dentro 
del rango ADC. La atenuación es necesaria para medir altos voltajes. 
 
Aislamiento 
Los dispositivos de acondicionamiento de señales aislados pasan la señal de su fuente al 
dispositivo de medida sin una conexión física usando técnicas de transformador, ópticas o de 
acoplamiento capacitivo. Además de romper los lazos de tierra, el aislamiento bloquea picos de 
alto voltaje y rechaza alto voltaje en modo común y así protege a los operadores y el valioso 
equipo de medida. 
 
Multiplexado 
Con el multiplexado un sistema de medida puede enrutar en secuencia múltiples señales a un solo 
digitalizador además de brindar una manera rentable de incrementar la cuenta de canales del 
sistema. Normalmente se necesita multiplexado para todas las aplicaciones de muchos canales. 
 
Filtrado 
El filtrado rechaza ruido no deseado dentro de un cierto rango de frecuencia. Casi todas las 
aplicaciones de adquisición de datos están sujetas a ciertos niveles de ruido de 50 ó 60 Hz 
producidos por líneas de potencia o maquinaria. La mayoría de los acondicionadores de señales 
incluyen filtros de paso bajo específicamente diseñados para brindar máximo rechazo de ruido de 
50 a 60 Hz. 
 
Excitación 
30 
Algunos transductores requieren de excitación. Por ejemplo, galgas extensiométricas, termistores 
y RTDs requieren señales externas de excitación de voltaje o corriente. Las medidas de RTDs y 
termistores generalmente se toman con una fuente de corriente que convierte la variación en 
resistencia a un voltaje que puede ser medido. Las galgas extensiométricas, que son dispositivos 
de muy baja resistencia, generalmente son usadas en la configuración de puente Wheatstone con 
una fuente de excitación de voltaje. 
 
Compensación de unión fría 
La compensación de unión fría es una tecnología que se requiere para medidas exactas de 
termopares. Cada vez que un termopar es conectado a un sistema de adquisición de datos, usted 
debe saber la temperatura que hay en el punto de conexión (ya que esta unión representa otro 
"termopar" al medir y generamente inyecta un desfase a su medida) para calcular la temperatura 
real que su termopar está midiendo. 
 
Figura 1.34 Tecnologías de acondicionamiento de señales. 
1.3 Actuadores. 
Como se mencionó al inicio, los actuadores son los que proveen la potencia mecánica en un 
sistema de control. Normalmente convierten energía eléctrica en movimiento mecánico. 
1.3.1 Clasificación 
Los actuadores pueden ser discretos o continuos en dependencia de que la acción requerida sea 
la de obtener una posición determinada o permitir ajustar la misma en un amplio rango de 
valores. Los segundos tienden a ser dispositivos complejos mecánicamente y son más costosos 
por lo que es preferible utilizar actuadores discretos para reducir costo y complejidad. 
Según el tipo de movimiento mecánico que provocan se clasifican en actuadores lineales y 
actuadores rotatorios. 
Desde el punto de vista de la energía que convierten en movimiento mecánico se pueden 
clasificar en eléctricos, hidráulicos y neumáticos. Cada uno de estas variantes tiene sus ventajas y 
desventajas que deben ser observadas cuando se diseña un sistema de control. 
Aunque existen varios tipos de actuadores disponibles, los más comunes son los solenoides, los 
cilindros (neumáticos o hidráulicos) y los motores eléctricos. 
31 
1.3.2 Solenoides 
Los solenoides son los actuadores más comunes y son sencillos dispositivos electromagnéticos 
cuyo principio de operación se basa en el movimiento de un núcleo ferromagnético dentro de un 
enrollado como se muestra en la Figura 1.35. Normalmente el núcleo es mantenido fuera de la 
bobina por un muelle. Cuando la bobina es energizada se crea un campo magnético y el núcleo es 
atraído hacia el centro de la misma. De esta manera se obtiene un movimiento lineal. Las 
electroválvulas son una aplicación bien conocida de este tipo de actuador. 
 
Figura 1.35 Solenoide. 
 
Los solenoides pueden ser de corriente alterna o directa con diferentes voltajes nominales. 
También se construyen de régimen continuo cuando se diseñan capaces de trabajar todo el tiempo 
sin que el calentamiento los dañe o de régimen intermitente cuando son para trabajar durante un 
corto período de tiempo y el tiempo que permanecen desenergizados es suficiente para que se 
enfríen. La mayoría de los