Sensores y detectores

Optoelectrónicos, magnéticos, capacitivos, inductivos o encoders. Todos los sensores que se comercializan en el mercado guardan un rasgo en común: permiten medir distancias, posiciones, ángulos, humedad o temperatura con la suficiente precisión para automatizar las instalaciones industriales.

La evolución que ha experimentado el sector industrial en los últimos años, gracias a la especialización y la modernización de las cadenas productivas, se explica por un cambio drástico en los métodos de trabajo basado en la automatización de los procesos. Actualmente, la gran mayoría de las tareas repetitivas en cadenas de producción se ejecutan mediante máquinas robotizadas, lo que supone un considerable ahorro de costes y, en muchos casos, un notable incremento de la productividad. “El sector del automóvil es el referente. Cuando éste invierte en automatización industrial, invierten también otros, como el del cristal o el de los plásticos”, explica José Trenado, responsable de sensores industriales de Sick. También destaca la logística como una de las áreas pioneras en implantación de sistemas automatizados, especialmente en el caso de los almacenes automáticos, donde cada mercancía se coloca en la estantería que le corresponde sin intervención humana.

Desde el punto de vista tecnológico, detrás de estas complejas instalaciones que acometen tareas propias de personas, se esconde un elemento esencial: el sensor. Estos pequeños dispositivos, capaces de detectar presencia o medir distancia, posición, velocidad, temperatura o humedad, son los que aseguran el correcto funcionamiento de los procesos. Dependiendo de las aplicaciones, se ocupan de facilitar una tarea o de garantizar las condiciones de seguridad adecuadas para su realización, pero en todos los casos constituyen la parte encargada de recabar información del mundo real y transformarla en datos comprensibles por las máquinas. Es la pata fundamental de cualquier sistema automático. Eso sí, existen diversos tipos de sensores que difieren en su funcionamiento y es preciso estudiar cada caso concreto para determinar cuál de ellos conviene utilizar.

Sensores optoelectrónicos
Basados en la combinación de luz y electrónica, fueron los primeros en aparecer hace alrededor de 50 años. Esencialmente, consta de una lámpara a la que se le añade una óptica para regular si la luz es más cóncava o convexa. En otro punto se sitúa un receptor sensible a la luz, también llamado fotocélula, que la transformará en una señal digital o analógica. Cada vez que cambia el haz de luz, esa modificación se detecta y los sistemas informáticos asociados a la aplicación interpretan los datos. Actualmente, existen usos basados en luz roja visible, infrarroja invisible, azul, verde o láser, dependiendo de las necesidades.

Por ejemplo, el láser resulta más preciso y proporciona mayor alcance pero en el caso de las mediciones en el exterior, la mayoría de los expertos recomiendan emplear infrarrojos ya que –a pesar de que es un sistema más caro– gracias a su longitud de onda permite penetrar mejor en condiciones adversas, como la lluvia o la niebla. Su principal aplicación es en sensores de proximidad, mediante la evaluación de la luz reflejada en el objeto, aunque también se utilizan para calcular distancias en función del tiempo de tránsito de la luz o según la fórmula de la triangulación. Existen otras posibilidades aún más sofisticadas, como los sensores de contraste, color y luminiscencia, capaces de distinguir unas piezas de otras.

Inductivos
Rápidos, precisos y extremadamente resistentes, los sensores inductivos son los más indicados para detectar objetos metálicos a cortas distancias. No son recomendables para tramos superiores a 50 mm, aunque la distancia de conmutación final dependerá del diámetro del sensor. Como su nombre indica, su funcionamiento se basa en el principio de la inducción, según el cual, cuando un cuerpo se mueve con respecto a un campo magnético estático, se produce una fuerza electromotriz o voltaje. En el caso de los metales, al tratarse de materiales conductores, se genera electricidad, que es lo que perciben los sensores.

Capacitivos
Aprovechan una propiedad común a todo tipo de sustancias: sean metálicas o no metálicas, líquidas o sólidas; se caracterizan por una cierta conductividad y una constante eléctrica. Los capacitivos, que suelen trabajar a una distancia bastante corta, detectan los cambios provocados en el campo eléctrico por la presencia de cualquier objeto. Funcionan como un condensador: crean un campo electromagnético y cuando varía el dieléctrico se produce una conmutación. Se utilizan mucho para medir niveles con precisión. Por ejemplo, en el caso de una máquina con la que se estén envasando paquetes de azúcar, en el depósito superior se sitúa un sensor que asegure que siempre hay un nivel mínimo de producto para que los paquetes no salgan vacíos.

En general, se recomiendan para medir la presencia de aislantes. Tienen la ventaja de ofrecer una alta estabilidad ante las variaciones de temperatura, así como un nivel elevado de inmunidad contra las interferencias electromagnéticas o las descargas electroestáticas propias de materiales como el plástico o la madera. Eso sí, resultan sensibles a la humedad. Además de controlar presencia en sistemas de llenado, se emplean para supervisar la alimentación de papel en máquinas de impresión o corte o, en el caso de las máquinas de moldeo por inyección, para controlar el flujo de material en los contenedores.

Magnéticos
Gracias a ellos es posible alcanzar elevadas distancias de conmutación y suelen usarse para detectar grandes imanes permanentes. Tienen la capacidad de percibirlos incluso a través de otros materiales, siempre que éstos no sean magnéticos. Entre sus aplicaciones se cuenta la medición de proximidad y de velocidad. Implantados en los tubos de carga y distribución que se utilizan en la industria química y alimenticia, sirven para supervisar los raspadores que limpian y sellan estas tuberías.

Estudio previo
A pesar de que cada sensor tiene características diferentes, es importante estudiar caso por caso para determinar las aplicaciones idóneas. Un ejemplo muy claro de todo esto se puede ver en la industria alimentaria. Hay que tener en cuenta que se emplean productos de limpieza muy agresivos para que no queden bacterias. A fin de evitar problemas, se introducen los sensores en cajas de acero inoxidable y se incrementa la estanqueidad. Algunos, incluso, van encapsulados en cajas de teflón, que es un material muy resistente.

También existen sensores que físicamente parecen iguales, pero que, en realidad, difieren en sus componentes, de forma que uno de ellos puede estar diseñado para trabajar a 40º bajo cero en un almacén frigorífico e incluso incorporar un sistema que lo calienta para que las lentes no se condensen. Asimismo, los condicionantes pueden variar entre dos puntos de una misma fábrica automatizada. Normalmente, en el tramo final, donde las mercancías se almacenan en paletas y se montan en los camiones, estos dispositivos suelen ser más sencillos que en la parte de producción en sí.

Otro ejemplo interesante lo ofrecen los productos cosméticos o las colonias, donde al utilizarse alcoholes, se acotan zonas clasificadas con riesgo de explosión y, por tanto, hay que tener en cuenta la normativa que se debe cumplir.

Como principales líneas de evolución, los expertos destacan la miniaturización y el incremento de las distancias de trabajo. Antiguamente, en los optoelectrónicos se incluía el cabezal óptico por un lado y la parte electrónica por otro. Hoy día todo está integrado en la misma caja, con un tamaño de un centímetro o menos. Además, aumenta la relevancia del láser, que ha elevado las distancias de detección y que, a medida que pasa el tiempo, resulta más asequible.