Elegir los sensores industriales adecuados para un producto

Los sensores industriales desempeñan un papel crucial en los entornos industriales, convirtiendo parámetros físicos en señales que pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones. Entonces, ¿cómo puede el diseñador asegurarse de que elige el sensor industrial adecuado para un producto?

Los sensores industriales son dispositivos utilizados para supervisar, medir y detectar cambios en las condiciones ambientales o de funcionamiento en entornos industriales. Estos sensores convierten variables físicas como la temperatura, la presión, la vibración, la proximidad, la luz, la humedad o las propiedades químicas en señales que pueden ser medidas, analizadas o supervisadas por un sistema o controlador. Los datos recogidos por estos sensores son esenciales para automatizar procesos, mejorar la seguridad y aumentar la eficacia en diversos sectores, como el manufacturero, el energético, el automovilístico y el aeroespacial, entre otros.

Figura 1: Sensor óptico instalado en una cinta transportadora de una fábrica. (Fuente de la imagen: Adobe Stock)

El papel clave de los sensores industriales

No se puede subestimar el papel clave que desempeñan los sensores industriales, estos dispositivos son vitales para permitir la automatización, la seguridad, las medidas de control de calidad y mucho más en los entornos industriales.

Los sensores industriales forman parte integral de la automatización de procesos y permiten que máquinas y sistemas funcionen con una intervención humana mínima. Ayudan a garantizar la precisión y la coherencia en operaciones como líneas de montaje, sistemas robotizados y procesos de envasado.

Mediante la supervisión de las condiciones de los equipos, como la vibración, la temperatura o la presión, los sensores pueden proporcionar señales de alerta temprana de posibles fallos de los equipos, lo que permite un mantenimiento predictivo y la reducción del tiempo de inactividad no planificado.

Los sensores también pueden garantizar que los procesos de fabricación cumplen las normas exigidas mediante el control de variables como la temperatura, la presión y la precisión dimensional. Por ejemplo, los sensores ópticos pueden medir las dimensiones de los productos para garantizar la uniformidad de la calidad.

En entornos peligrosos, estas características pueden ser clave en la detección de condiciones inseguras, como fugas de gas o exceso de calor, y activar alarmas o mecanismos de seguridad para evitar accidentes.

Mientras tanto, al controlar factores como la temperatura, el uso de energía o los niveles de fluidos, los sensores pueden ayudar a optimizar los procesos, reduciendo los residuos y el consumo de energía.

Además, los sensores industriales pueden permitir la supervisión en tiempo real de una amplia matriz de procesos industriales, alimentando con datos los sistemas de control para realizar los ajustes y optimizaciones oportunos, lo que ayuda a garantizar unas operaciones fluidas y eficientes.

Figura 2: Un sensor de vibraciones que utiliza electroimanes para la detección. (Fuente de la imagen: Adobe Stock)

La dificultad de encontrar el sensor industrial adecuado para un producto

Con una gama tan amplia de sensores industriales entre los que elegir, seleccionar los sensores industriales adecuados para un producto puede resultar a menudo una tarea compleja.

Una de las principales dificultades es obtener una documentación clara y completa de los sensores industriales. Los distintos fabricantes suelen ofrecer distintos niveles de detalle, lo que dificulta la comparación directa de las especificaciones. En ocasiones, la documentación puede ser demasiado técnica o carecer de información práctica, lo que dificulta la comprensión de la integración del sensor en los sistemas existentes o su funcionamiento en condiciones específicas. Además, en algunos casos, la documentación del producto puede no estar actualizada para reflejar los nuevos modelos o actualizaciones de firmware, o puede ser difícil de encontrar en el sitio web del fabricante.

La diversidad de protocolos de comunicación en entornos industriales también suele plantear otro problema a la hora de elegir sensores. Los entornos industriales pueden basarse en diversos protocolos, como Modbus, PROFINET, EtherNet/IP u otros. Algunos sensores pueden no ser compatibles con determinados protocolos, lo que crea un desajuste con los sistemas de control existentes o exige modificaciones costosas y lentas. También hay que tener en cuenta el problema de la interoperabilidad: es fundamental garantizar que el sensor seleccionado pueda comunicarse eficazmente con el hardware y el software existentes. En algunos casos, puede ser necesario hardware adicional (como puertas de enlace o convertidores) para que el sensor sea compatible con el sistema, lo que complica aún más la integración.

La integración con IO-Link es otro de estos puntos problemáticos, dado que el estándar de comunicación es relativamente nuevo para sensores y actuadores. Aunque ofrece importantes ventajas, su adopción puede plantear algunos retos. La pronunciada curva de aprendizaje, la limitada disponibilidad de recursos de conocimiento y su integración en sistemas heredados son solo algunos ejemplos.

Por último, siempre existe el problema de encontrar un distribuidor que disponga de existencias suficientes de los sensores necesarios. Este reto es especialmente acuciante en industrias que operan con modelos de inventario ajustados o que requieren una fabricación justo a tiempo.

Afortunadamente, DigiKey destaca en el mercado de los sensores industriales al ofrecer una amplia gama de sensores de alta calidad de proveedores líderes del sector. Esto se analizará más adelante en el artículo.

Figura 3: Sensor óptico utilizado en una herramienta de inspección por visión artificial para automatización. (Fuente de la imagen: Adobe Stock)

Prioridades a la hora de elegir un sensor industrial

A la hora de seleccionar un sensor industrial, seguir una jerarquía de decisiones estructurada puede simplificar el proceso y garantizar que el sensor elegido cumpla los requisitos de la aplicación. Por lo general, se puede seguir una jerarquía de decisiones parecida a ésta:

• Tipo de sensor: ¿qué debe detectar el sensor?
• Certificaciones de los sensores: ¿es necesario que el sensor cumpla alguna certificación o norma específica?
• Capacidad de comunicación: ¿tiene el sensor la capacidad de comunicarse con la infraestructura de automatización existente?
• Inventario y disponibilidad: ¿está el sensor fácilmente disponible, cuáles son los tiempos de entrega, hay servicios de asistencia disponibles?
• Precios: ¿Es el precio del sensor rentable, en términos de costos iniciales, costos totales de propiedad y retorno de la inversión para el proyecto?

Seguir esta estructura a la hora de seleccionar un sensor industrial puede ayudar a los clientes a reducir las opciones y encontrar los sensores más adecuados que cumplan los requisitos técnicos, se ajusten a las certificaciones, se integren con éxito, estén disponibles fácilmente y no supongan un gasto excesivo.

La oferta de DigiKey

DigiKey ofrece un amplio rango de sensores industriales que se adaptan a casi cualquier necesidad. Su amplia gama de sensores magnéticos, de proximidad, de presión y ópticos incluye grandes nombres como SICK, Honeywell, Banner Engineering, Pepperl+Fuchs, Endress+Hauser y muchos más.

Figura 4: SNG-SPRC-002 (arriba) y SNG-SPRD-004 (abajo) de Honeywell. (Fuente de la imagen: Honeywell)

Los sensores de velocidad de la serie SNG-S de Honeywell son un gran ejemplo de la gama de sensores magnéticos de DigiKey, con un CI especialmente diseñado y un imán permanente encapsulado en resistentes paquetes tipo sonda. Estos sensores detectan los cambios en la densidad de flujo del imán cuando se aproxima a un metal ferroso, suministrando una salida digital de impulsos con una frecuencia proporcional a la velocidad de una rueda dentada. El rendimiento del sensor depende de factores como el material del objetivo, la geometría, la velocidad, la distancia entre el sensor y el objetivo y la temperatura. La serie SNG-S ofrece un amplio rango de temperatura de funcionamiento de -40 °C a +140 °C, es insensible a la rotación angular durante el ensamblaje y proporciona sellado medioambiental con una clasificación IP69K. Además, cuenta con una sólida inmunidad al ruido eléctrico de hasta 100 V/m, detección de velocidad cero, capacidad de conmutación de alta frecuencia de 0 Hz a 15 kHz y junta tórica para un montaje seguro. Los sensores son compatibles con tensiones de alimentación de 4.5 V a 24 V y cuentan con la certificación CE.

Figura 5: Sensor de radar K50RF-8060-LDQ de Banner Engineering. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

La serie de sensores de radar K50R R-GAGE de Banner Engineering destaca una de las amplias gamas de sensores de proximidad de DigiKey, ofreciendo una solución robusta y rentable para entornos interiores y exteriores. Disponibles en modelos de 40° x 30° para una precisión comparable a la de los sensores ultrasónicos y modelos de 80° x 60° para una cobertura más amplia, estos sensores son ideales para aplicaciones como vehículos de guiado automático (AGV), gestión del nivel de depósitos y detección de vehículos en estaciones de carga de vehículos eléctricos. La serie K50R ofrece una integración sencilla a través del software Banner Measurement Sensor y cuenta con opciones duales de salida discreta y analógica, con varios accesorios de montaje para una instalación flexible. Con una clasificación IP67, los sensores están protegidos contra la lluvia, la nieve, la niebla, el vapor, el viento y la luz solar, lo que garantiza un funcionamiento superior en cualquier entorno. Son inmunes al polvo, la suciedad y el vapor, tienen efectos de temperatura mínimos para mediciones estables y ofrecen un amplio rango de medición de 5 m con una zona muerta corta de 50 mm. Además, permiten el montaje próximo de varios sensores sin interferencias, gracias a la ausencia de diafonía.

Figura 6: Transmisores de presión compactos Cerabar serie PMC21 de Endress+Hauser. (Fuente de las imágenes: Endress+Hauser)

Los transmisores de presión compactos de la serie Cerabar PMC21 de Endress+Hauser incorporan sensores cerámicos exentos de aceite diseñados para ofrecer durabilidad y resistencia a los golpes de ariete. Sus células cerámicas destacan en aplicaciones de baja presión y vacío. La serie PMC21 mide presiones absolutas y manométricas de 100 mbar a 40 bar. La comunicación se facilita principalmente mediante una señal de 4 mA a 20 mA, conectada a través de una clavija M12 o de válvula. La gama de sensores y la conexión a proceso deben adaptarse a las necesidades específicas de cada aplicación. Diseñados para los exigentes entornos de la industria de procesos, estos transmisores cuentan con grados de protección de hasta IP68, una membrana Ceraphire de gran durabilidad y un receptáculo de acero inoxidable 316L. Con múltiples certificaciones, incluidas las homologaciones para zonas peligrosas y para aplicaciones marítimas, son adecuados para una amplia gama de aplicaciones. Los usuarios se benefician de la facilidad de uso, el alto rendimiento, la estabilidad a largo plazo y la calidad superior de los materiales.

DigiKey también ofrece a sus clientes una fantástica gama de sensores ópticos, como la cámara industrial de eventos VOC de Pepperl+Fuchs o la serie CLV69x de SICK.

Figura 7: VOC10M-F256-B12-V1D-CR03 de Pepperl+Fuchs. (Fuente de la imagen: Pepperl+Fuchs)

La cámara industrial de eventos VOC de Pepperl+Fuchs está diseñada para la grabación de vídeo basada en eventos hasta 60 segundos antes y después de una señal de activación, lo que facilita el diagnóstico remoto específico y la documentación automática. La cámara captura vídeo cuando se produce una avería, un estado predefinido o un proceso, con marca de tiempo automática y una interfaz de Protocolo de Datagramas de Usuario para plantillas de texto dinámicas, lo que facilita y agiliza la recuperación de archivos. Ideal para la supervisión de almacenes automatizados de gran altura y aplicaciones de seguridad, cuenta con una interfaz web para acceder a archivos de vídeo y secuencias en directo, un búfer de anillo de vídeo para grabación automática y disparadores mediante UDP, API REST o entrada de hardware digital para integración. La cámara admite distancias de montaje desde 0,05 m hasta el infinito, ofrece resoluciones de hasta 1280 x 720 (HD) y puede almacenar hasta 10,000 eventos en una tarjeta microSD de 8 GB. Funciona con 18 VCC a 28 VCC y utiliza protocolos como TCP/IP, HTTP, FTP y RTSP, con un grado de protección IP65.

Figura 8: CLV690-1000 (izquierda) y CLV691-0000 (derecha) de SICK. (Fuente de la imagen: SICK)

Los escáneres de códigos de barras de la serie CLV69x de SICK incorporan la tecnología de reconstrucción de códigos SMART+, que permite al dispositivo leer incluso códigos de barras contaminados y dañados. Estos escáneres de códigos de barras 1D de montaje fijo ofrecen un excelente rendimiento de lectura, procesamiento de alta velocidad y gran precisión, con una función de enfoque automático que utiliza la medición de distancia integrada para la lectura de códigos independientemente de la altura dentro del campo de escaneado. Además, el sistema operativo SOPAS ET, de fácil manejo, garantiza una parametrización sencilla. Con el seguimiento integrado, el escáner puede gestionar aplicaciones estándar sin necesidad de un controlador de sistema adicional. Su innovadora conectividad, incluido el almacenamiento de parámetros incorporado, permite sustituir rápidamente el escáner e integrarlo fácilmente en diversas aplicaciones. Características clave: autoenfoque en tiempo real para una gran profundidad de campo, tecnología de clavija de conexión flexible, comunicaciones CAN, Ethernet y serie, así como funciones avanzadas de clasificación, filtrado y lógica. Un gráfico de barras LED integrado con pulsadores mejora la usabilidad.

Conclusión:

La amplia selección de sensores industriales de DigiKey garantiza que los clientes encuentren el sensor adecuado para sus necesidades específicas, proporcionando un valor inigualable en el sector de la automatización. SICK y Banner son conocidos por sus sensores avanzados y sus contribuciones innovadoras a la integración de IoT. Pepperl+Fuchs destaca en la comunicación de sensores, mientras que Endress+Hauser es líder en instrumentación de medición, sobre todo para la detección de presión y medición de fluidos. Aunque se trata de una empresa más pequeña, Honeywell ofrece sensores especializados que mejoran la variada cartera de DigiKey, que es más amplia que la de cualquiera de sus competidores.