Sensores, Actuadores y Sistemas de Control: Fundamentos y Aplicaciones

Sensores: Conceptos Básicos

Generalidades

• Sensor: Convierte magnitudes físicas (temperatura, presión, etc.) en señales eléctricas procesables por el sistema de control.
• Sensor vs. Detector: El sensor mide continuamente, el detector se activa solo cuando se alcanza un valor límite (ej: termómetro vs. termostato).

Clasificación

• Activos: Necesitan alimentación eléctrica.
• Pasivos: No necesitan alimentación eléctrica.
• Digitales: Señales discretas, binarias (ON/OFF).
• Analógicos: Señales continuas, proporcionales al valor medido.

Características de los Sensores

• Sensibilidad: Relación entre la señal de salida y la magnitud medida.
• Rango de medida: Campo de valores que puede medir.
• Resolución: Cambio mínimo detectable.
• Precisión: Error máximo en la medición.
• Offset: Desviación de la salida cuando la entrada es cero.
• Linealidad: Constancia de la sensibilidad.
• Rapidez de respuesta: Tiempo para seguir variaciones en la magnitud medida.
• Repetitividad: Capacidad de obtener la misma lectura bajo las mismas condiciones.

Instalación

• Ubicación y mantenimiento adecuados para evitar lecturas erróneas.
• Sensores digitales pueden instalarse en paralelo (contacto normalmente abierto) o en serie (contacto normalmente cerrado).

Actuadores

Generalidades

• Actuador: Transforma señales del sistema de control en acciones físicas (ej: abrir una puerta, mover una persiana).

Reguladores de Iluminación

• Dimmer: Regula la luminosidad.
  • Universal: Para lámparas incandescentes/halógenas.
  • Fluorescente: Controla entre 0-10 V con reactancias.

Relés y Contactores

• Se utilizan para manejar cargas altas que el sistema de control no puede manejar directamente.

Electroválvulas

• Controlan el paso de fluidos (agua, gas). Funcionan con corriente eléctrica, y se usan en sistemas de riego o seguridad (corte de gas/agua).

Motores

• Convierten energía eléctrica en movimiento (ej: persianas, puertas de garaje).
• Conexiones: fase para subida y bajada, neutro, y tierra.

3. Alarmas Técnicas

Detección de Gas

• Detectores de gas: Detectan gases tóxicos/explosivos (metano, CO, etc.).
  • Ubicación: Gas butano/propano a 20 cm del suelo, gas natural a 20 cm del techo.
  • CO (Monóxido de carbono): Se instala entre 1.5 y 2 metros de altura.

Detección de Agua/Inundación

Detecta fugas de agua mediante sensores de conductividad (agua corriente).

• Ubicación: Cerca del suelo, conectado con electroválvula para cortar suministro.

Detección de Incendio

• Etapas del fuego:
  • Latente: Combustión inicial, partículas invisibles.
  • Humo visible: Aumento de partículas.
  • Llamas: Ignición.
  • Calor: Emisión de gases tóxicos.
• Detectores de incendio:
  • Iónico: Detecta humos no visibles, ideal para fuegos lentos.
  • Óptico: Detecta humo visible, ideal para fuegos de evolución lenta.
  • Térmico: Detecta cambios de temperatura, ideal para lugares con humo constante (cocinas).
  • De llamas: Detecta radiación ultravioleta de las llamas, útil en fuegos rápidos.
  • Termovelocimétrico: Detecta cambios rápidos de temperatura, ideal para fuegos rápidos.

Mantenimiento de Detectores de Incendio

• Revisión anual, limpieza frecuente, y chequeo después de un incendio.

Alarma de Intrusión: Tipos de Protecciones

Protección por Zonas

• Zonificación: El sistema divide la vivienda en zonas concéntricas. Cuanto más interior es la zona, mayor seguridad proporciona.
• Zonas:
  • Vigilancia perimetral: Protege el exterior del edificio, avisando antes de que alguien acceda al área protegida.
  • Vigilancia periférica: Detecta ataques directos a la vivienda (rotura de cristales, paredes).
  • Vigilancia volumétrica: Detecta movimiento dentro de áreas interiores.
  • Vigilancia de objetos: Protege objetos específicos mediante detectores sísmicos, magnéticos o cables de alarma.

Control de Accesos

Sistemas como lectores de tarjetas, huellas dactilares, teclados codificados, barreras infrarrojas, para controlar la entrada a zonas restringidas.

1. Alarma de agresión: Sistema de pánico para alertar de una agresión, generalmente activado manualmente (botón de alarma, pedal de contacto).
2. Zonas instantáneas, temporizadas y antisabotaje:

• Instantáneas: Alarma inmediata al detectar anomalías.
• Temporizadas: Da tiempo para activar/desactivar la alarma (ej. tiempo de salida).
• Antisabotaje: Detecta intentos de manipulación del sistema.

Simulación de presencia: Activa luces, sonidos u otros dispositivos de manera aleatoria para simular que la casa está ocupada. Interconexión con otras acciones: Alerta acústica, luminosa, llamada telefónica, o activación de cámaras y otros dispositivos al detectar intrusión.

4.2. Sensores de Intrusión

1. Sensores perimetrales y periféricos:

• Sensores magnéticos: Detectan si se abre una puerta o ventana.
• Sensores sísmicos: Detectan vibraciones (golpes, intentos de romper superficies).
• Sensores de rotura de cristal: Detectan la frecuencia acústica de la rotura del cristal.
• Barrera de infrarrojos: Emite rayos infrarrojos; detecta intrusos que interrumpen el haz de luz.

Sensores volumétricos: Detectan el movimiento dentro de un área.

• Infrarrojos: Detectan la radiación térmica emitida por cuerpos humanos.
• Microondas: Usan ondas electromagnéticas para detectar movimientos.
• Doble tecnología: Combina infrarrojos y microondas para mayor fiabilidad.

CCTV (Circuito Cerrado de Televisión):

• Cámaras conectadas a monitores que permiten vigilancia en tiempo real.
• Algunas cámaras permiten grabar solo cuando detectan movimiento y tienen visión nocturna.

Otros sistemas de seguridad:

• Alfombras detectoras de presencia: Sensores de presión para detectar el paso de personas.
• Cerraduras inteligentes: Ofrecen acceso mediante móvil, huellas dactilares, RFID, o geolocalización.
• Vallas sensorizadas: Protegen perímetros y se pueden combinar con CCTV.

Alarma Médica

• Alarma médica básica: Sistema para solicitar ayuda en emergencias médicas. Se activa con un pulsador o medallón.
• Sistemas avanzados: Detectan variables como ritmo cardíaco o temperatura, y envían alertas automáticas.
• GPS: Para localizar personas con enfermedades como Alzheimer.

Iluminación Automática

6.1 Funciones típicas

• Encendido y apagado manual: Control normal, centralizado o desde móviles.
• Programación horaria: Luces encendidas/apagadas a horas específicas.
• Control de luminosidad: Ajusta la intensidad de luz según la luz natural o presencia de personas.
• Control por presencia: Luces se encienden al detectar movimiento.

6.2 Sensores de luminosidad

Células todo/nada: Detectan si la luz ambiental supera un umbral determinado. Células analógicas: Miden la luz y ajustan los circuitos de iluminación según los niveles predefinidos.

Bus de comunicación para luminarias

• DALI: Estándar abierto para control de luminarias en edificios. Soporta hasta 64 dispositivos y permite la integración con sistemas domóticos. Funcionamiento: El controlador central se comunica con los balastos y detecta fallos.

Transductores mecánicos

• Mecanismos convencionales:
  • Pulsador (normalmente abierto o normalmente cerrado)
  • Interruptor (normalmente abierto, normalmente cerrado, doble)
  • Conmutador.

Calefacción y Aire Acondicionado

• Importancia: Regulación de temperatura clave para confort y eficiencia energética.
• Controles:
  • Termostático: Mantiene la temperatura establecida.
  • Crono-termostático: Control horario de temperatura.
  • Crono-proporcional: Ajusta según la temperatura exterior.
• Sensores:
  • Todo/nada: Envían señal cuando se alcanza la temperatura deseada.
  • Sondas analógicas: Proporcionan una señal continua de temperatura.

Formas de Regular la Calefacción

• Por temperatura exterior: Autoregulación según la temperatura exterior.
• Por temperatura interior: Control a través de una sonda ambiente.
• Exterior e interior: Combinación de ambos controles.

Optimización de la Regulación

• Anticipación del arranque: La calefacción se pone en marcha antes para alcanzar la temperatura a la hora programada, considerando:
  • Inercia del edificio.
  • Temperaturas exterior e interior.
  • Intervalo de temperaturas.

Persianas y Toldos

• Modos de funcionamiento:
  • Manual: (pulsadores).
  • Automático: (horarios, luminosidad, viento).
• Sensores:
  • Captadores de sol: Ajustan la posición de los toldos según la luminosidad.
  • Anemómetro: Detecta la velocidad del viento para proteger los toldos.

Control de Cargas

• Racionalización: Desconectar cargas no prioritarias para respetar la potencia contratada.
  • Desconexión por orden: Priorizar cargas críticas (tarifa nocturna, horas valle).
  • Desconexión por nivel de potencia: Desconectar canales según la sobrecarga.

Riego

• Control: Manual o automatizado según humedad y zonas.
• Sensores:
  • Higrómetros: Miden la humedad del suelo.
  • Sensores de presión: Detectan la presión del agua para control de riego.

Comunicaciones

• Internas:
  • CCTV, intercomunicación, sistemas de videoportero, TV.
• Externas:
  • Control remoto, transmisión de alarmas, monitorización a distancia.
  • Telegestión: Supervisión y control remoto de sistemas.

Servicios Multimedia

• Entretenimiento: Control de sistemas como TV, cine en casa, acceso a Internet, y música.

Otras Funciones y Sensores

• Electrodomésticos domóticos: Microondas, frigoríficos, hornos, etc., adaptados a sistemas domóticos.
• Detectores de posición:
• Finales de carrera: Detectan la posición de elementos móviles.
• Sensores de proximidad: Detectan objetos mediante campos electromagnéticos o luz infrarroja.