2-1
Capítulo 2. Sensores
2-2
Temperatura de consigna
T
Suministro de agua caliente
Actuador
Flujo de aire
Regulador
Sensor de temperatura
Batería de calentamiento
R
Válvula de dos vías
Retorno de agua caliente
Sistema de control de calentamiento de aire en lazo cerrado
2-3
Señal de salida, S
Señal de entrada, EMin Max
Función de transferencia de un sensor
Max
Sensor lineal
Sensor no lineal
Banda de entrada
Band
a de
sal
ida
Min
2-4
Función de transferencia de un sensor lineal de acción directa
Señal de salida, S
Señal de entrada, E
S2
S1
E1 E2
11)( SEEKS S +−= ( )0>SK
2-5 2-6
Función de transferencia de un sensor lineal de acción inversa
Señal de salida, S
Señal de entrada, E
S1
S2
E1 E2
11)( SEEKS S +−= ( )0<SK
2-7 2-8
Metal con elevado coeficiente de dilatación
Ejemplo: Latón (Cobre+Zinc)
Metal con bajo coeficiente de dilatación
Ejemplo: Invar (Hierro+Níquel)
t=tat<ta t>ta
Disposición en espiral Indicador de temperatura
Lámina bimetálica
2-9
Sensor de bulbo y capilar
Bulbo Capilar Diafragma
Muelle
Vástago
2-10
2-11Fuente: Haines. HVAC system design handbook.
Sistema de refrigeración por compresión
2-12Válvula de expansión termostática con ecualizador interno
Al evaporador
Del condensador
Bulbo (conectado a la salida del evaporador)Capilar
Elemento termostático
Diafragma
Cono
Ecualizador interno
Diafragma
P1 Presión del bulbo.
P2 Presión a la entrada del evaporador.
P3 Presión ejercida por el muelle.
Muelle
(Fuente: ASHRAE)
2-13
3 bar
3 bar2-14
Válvula de expansión termostática con ecualizador externo
Al evaporador
Del condensador
Bulbo (conectado a la salida del evaporador)Capilar
Elemento termostático
Diafragma
Cono
Ecualizador externo (conectado a la salida del
evaporador)
Diafragma
P1 Presión del bulbo.
P2 Presión a la salida del evaporador.
P3 Presión ejercida por el muelle.
Muelle
(Fuente: ASHRAE)
2-15
3 bar
2 bar2-16
1,67·10-80,0042-50 a 150Cobre
6,84·10-80,0068-150 a 250Níquel
1,06·10-70,0039-250 a 1000Platino
ρ(20ºC) [Ω·m]ct [ºC-1]Margen de operación [ºC]Metal
Características de los sensores resistivos metálicos
2-17 2-18
+Vi
-
V0
R RRTD
RR
RVVVVR
i
iRTD ⋅
+−
=0
0
22
Puente de Wheatstone
2-19 2-20
Tipos de termistores
RPTC RNTC
Temperatura Temperatura
2-21
Curvas características
Temperatura [ºC]
R/R0
Pt100
NTCs
2-22
Comparación RTDs-Termistores
2-23 2-24
Definiciones de presión
Presión absoluta nula (vacío perfecto)
Vacío
Presión por debajo de la atmosférica
Pres
ión
man
omét
rica
Presión por encima de la atmosférica
Pres
ión
baro
mét
rica
Pres
ión
atm
osfé
rica
abso
lutaPr
esió
n ab
solu
ta
(B
arom
étric
a+M
anom
étric
a)
2-25 2-26
P1
P2= P1 +ρgz
z
P Presiónρ Densidad del fluido g Aceleración de la gravedadz Altura
Presión en el seno de un fluido incompresible en reposo
2-27 2-28
Ley de conservación de la masa
Si el flujo de masa no cambia:
21 mm && =
O bien:
222111 vAvA ⋅⋅=⋅⋅ ρρ
Si la densidad del fluido no cambia:
CaudalVctevAvA ≡==⋅=⋅⇒= &221121 ρρ
2-29 2-30
Ecuación de Bernouilli
ctevzgP =++ 2
21 ρρ
P Presiónρ Densidad del fluido g Aceleración de la gravedadz Alturav Velocidad media del fluido
Fluido ideal:
- Régimen estacionario (se cumple la ecuación de continuidad).
- No viscoso (pérdidas de carga, o fricción, nulas).
- Incompresible (ρ=cte).
- Describe el comportamiento de un fluido ideal en movimiento:
2-31 2-32
2-33
Patm
P≈0
zzz
zgP fluidoatm ρ≈
Sensor de tubo abierto (tubo en U)
2-34
2-35
Patm
P1
z
gzPP atm ρ+=1
Manómetro de tubo en U
2-36
2-37
Tubos de Bourdon
2-38
Sensores de diafragma
VástagoMuelle
Diafragma
P1
P2
2-39
+Vi
-
V0
R-ΔR
R-ΔR
R+ΔR
R+ΔR
RRVV i
Δ⋅=0
PR Δ∝Δ
PV Δ∝0
Transductores piezorresistivos
2-40
Medida de distintas presiones
Sensor
Patm
P1
Sensor
P2
P1
Sensor
Vacío (≈3Pa)
P1
Manométrica Diferencial Absoluta
2-41
P2
v2v1
P1
A1 A2
Sensores de flujo de presión diferencial
ρ)(2
1
·· 21
2
1
2
22211
PP
AA
AAvAvV −
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
===&
2-42
Diafragma
Sensor de presión diferencial
P1P2
Diafragma
ρε )(2
1
21
2
1
2
2 PP
AA
ACV −
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
⋅⋅=&
Fuente: ASHRAE
2-43
Instalación del diafragma
Fuente: ASHRAE 2-44
2-45
Tubo de Venturi
Sensor de presión diferencial
P1P2
Fuente: ASHRAE 2-46
Toberas
Fuente: ASHRAE
2-47
Tubo de Pitot
P1
P2
P2Flujo
Pared del conducto
Sensor de presión diferencial
P1
P2
(P1>P2)
Fuente: ASHRAE 2-48
2-49
Anemómetro de hilo caliente
Fuente: ASHRAE 2-50
Rotámetros
Fuente: ASHRAE
2-51
Detectores de caudal
Fuente: Honeywell 2-52
Sensores de hélice
Fuente: Honeywell
2-53
Sensores electromagnéticos
2-54
Higrómetro de condensación (“espejo helado”)
Fuente luminosa Células fotovoltaicas
Comparador
Sensor de temperatura
Célula termoeléctrica de
enfriamiento
Espejo
2-55
Higrómetro Dunmore
Cables de conexiónElectrodo
Base aislante
Sal higroscópica
Fuente: Honeywell 2-56
Higrómetros capacitivos
Fuente: Honeywell