Sensores
Un sensor es un dispositivo electrónico activo o pasivo que detecta una magnitud física o química (como temperatura, luz, movimiento, presión, humedad, sonido, etc.) y la convierte en una señal eléctrica que puede ser medida, procesada o interpretada por un circuito o sistema.
En otras palabras, los sensores permiten que un sistema electrónico “perciba” el entorno, convirtiendo fenómenos del mundo real en información eléctrica útil.
Principio de funcionamiento
Todos los sensores trabajan bajo el mismo principio general:
- Detección: el sensor percibe una variación física (por ejemplo, aumento de temperatura o presencia de luz).
- Conversión: esa variación se transforma en una señal eléctrica (voltaje o corriente).
- Procesamiento: el circuito o microcontrolador interpreta esa señal para realizar una acción (por ejemplo, encender un ventilador, activar una alarma o registrar un dato).
Ejemplo general:
Un sensor de temperatura puede detectar un aumento de calor en una habitación y enviar una señal a un sistema de control que activa un ventilador para enfriar el ambiente.
Clasificación de los sensores
Los sensores pueden clasificarse de varias formas. Las más comunes son:
1. Según la fuente de energía
- Sensores pasivos: no generan energía por sí mismos, necesitan una fuente externa para funcionar (ejemplo: termistor, LDR).
- Sensores activos: generan su propia señal eléctrica a partir de la magnitud que miden (ejemplo: termopar, generador piezoeléctrico).
2. Según la magnitud que detectan
| Tipo de sensor | Magnitud detectada | Ejemplo de aplicación |
| Sensor de temperatura | Temperatura | Termistor, LM35, DHT11 |
| Sensor de luz | Intensidad luminosa | LDR, fotodiodo |
| Sensor de movimiento | Presencia o desplazamiento | PIR, sensor ultrasónico HC-SR04 |
| Sensor de sonido | Ondas sonoras | Micrófono electret, sensor KY-037 |
| Sensor de humedad | Nivel de humedad relativa | DHT11, DHT22 |
| Sensor de gas | Concentración de gases | MQ-2 (humo), MQ-135 (CO₂) |
| Sensor de presión | Presión de aire o líquidos | BMP180, MPX5010 |
| Sensor de proximidad | Distancia a un objeto | Infrarrojo, ultrasónico, inductivo |
| Sensor magnético | Campo magnético | Sensor Hall A3144 |
| Sensor táctil | Contacto o presión | Sensor capacitivo TTP223 |
Ejemplos de sensores comunes y su funcionamiento
- Sensor LDR (Light Dependent Resistor)
- Detecta cambios en la intensidad de luz.
- Su resistencia disminuye cuando recibe más luz.
- Aplicación: encendido automático de luces nocturnas.
Ejemplo:
Si la luz ambiental disminuye (de noche), la resistencia del LDR aumenta, lo que puede activar un transistor o un microcontrolador que encienda una lámpara.
- Sensor de temperatura LM35
- Proporciona una señal de salida lineal con la temperatura.
- Cada 1°C produce un cambio de 10 mV en su salida.
- Aplicación: termómetros digitales o control de ventiladores.
Ejemplo:
A 25°C → salida = 250 mV.
A 30°C → salida = 300 mV.
- Sensor de movimiento PIR (Infrarrojo Pasivo)
- Detecta cambios en la radiación infrarroja causada por el movimiento de personas o animales.
- Aplicación: alarmas, luces automáticas, sistemas de seguridad.
- Sensor ultrasónico HC-SR04
- Mide distancia mediante ondas de sonido de alta frecuencia.
- Calcula el tiempo que tarda la señal en rebotar y regresar.
- Aplicación: robots evitadores de obstáculos, medidores de nivel.
Ejemplo de cálculo:
Si el eco regresa en 0.01 segundos,
- Sensor de gas MQ-2
- Detecta gases como metano, butano, LPG o humo.
- Su resistencia interna cambia según la concentración del gas.
- Aplicación: detectores de fugas o alarmas de incendios.
- Sensor de humedad y temperatura DHT11
- Mide simultáneamente humedad relativa y temperatura.
- Envía los datos en formato digital a un microcontrolador.
- Aplicación: estaciones meteorológicas o control ambiental.
Aplicaciones de los sensores en la electrónica moderna
- Domótica: control de luces, temperatura, y seguridad en hogares inteligentes.
- Automatización industrial: monitoreo de presión, flujo y temperatura en máquinas.
- Robótica: percepción del entorno (visión, distancia, temperatura, tacto).
- Medicina: sensores de ritmo cardíaco, oxígeno, presión arterial.
- Vehículos: control de velocidad, frenos ABS, airbag y detección de obstáculos.
- Agricultura: monitoreo de humedad del suelo, temperatura y luz solar.
Ejemplo práctico de uso
Proyecto: Luz automática con sensor LDR y transistor
Materiales:
- 1 LDR
- 1 transistor NPN (BC547)
- 1 resistencia de 10 kΩ
- 1 LED
- 1 resistencia de 330 Ω
- Fuente de 9 V
Funcionamiento:
- Durante el día, la luz incide sobre el LDR → su resistencia baja → el transistor no conduce → el LED permanece apagado.
- De noche, la resistencia del LDR aumenta → el transistor se activa → el LED se enciende automáticamente.
Este circuito simple demuestra cómo un sensor puede controlar un sistema electrónico sin intervención humana.
Ventajas de los sensores
- Permiten la automatización de procesos.
- Aumentan la precisión en la medición de variables físicas.
- Reducen la necesidad de intervención humana.
- Mejoran la eficiencia y seguridad de los sistemas electrónicos.
Actuadores
Un actuador es un dispositivo electrónico o electromecánico que recibe una señal eléctrica (normalmente proveniente de un sensor o un controlador) y realiza una acción física en respuesta a esa señal.
En otras palabras, mientras el sensor detecta lo que ocurre en el entorno, el actuador actúa sobre ese entorno.
Por ejemplo, si un sensor detecta temperatura alta, el actuador podría encender un ventilador o abrir una válvula para enfriar un sistema.
Principio de funcionamiento
- Entrada: recibe una señal eléctrica de control (por ejemplo, desde un microcontrolador, PLC o circuito electrónico).
- Procesamiento: convierte esa señal en energía mecánica, térmica, neumática o hidráulica.
- Salida: ejecuta una acción física (mover, girar, empujar, calentar, abrir, cerrar, etc.).
Ejemplo básico:
Un microcontrolador envía una señal a un motor (actuador) para abrir una compuerta cuando un sensor de nivel detecta que un tanque está lleno.
Clasificación de los actuadores
Los actuadores se pueden clasificar según el tipo de energía que utilizan o el tipo de movimiento que generan.
1. Según el tipo de energía utilizada
| Tipo de actuador | Energía de entrada | Ejemplo de aplicación |
| Eléctrico | Corriente eléctrica | Motores, servomotores, relés, solenoides |
| Neumático | Aire comprimido | Pistones, válvulas automáticas |
| Hidráulico | Líquidos presurizados | Prensas, elevadores hidráulicos |
| Térmico | Energía calorífica | Resistencias calefactoras, bimetales |
| Piezoeléctrico | Deformación de materiales | Encendedores, micromovimientos de precisión |
2. Según el tipo de movimiento generado
| Tipo de actuador | Movimiento | Ejemplo |
| Lineal | De traslación (recto) | Solenoide, pistón neumático |
| Rotativo | De giro | Motor DC, motor paso a paso, servomotor |
Principales tipos de actuadores eléctricos
- Motores de corriente continua (DC)
- Convierte la energía eléctrica en movimiento rotativo.
- La velocidad depende del voltaje aplicado.
- Si se invierte la polaridad, cambia la dirección de giro.
- Aplicaciones: robots, ventiladores, juguetes eléctricos.
Ejemplo:
En un robot móvil, un motor DC mueve las ruedas cuando el microcontrolador activa la señal de salida.
- Motor paso a paso (Stepper motor)
- Gira en pequeños pasos precisos en lugar de hacerlo continuamente.
- Permite controlar la posición exacta del eje.
- Aplicaciones: impresoras 3D, CNC, robots, escáneres.
Ejemplo:
Un motor paso a paso puede girar 1.8° por paso. En 200 pasos completa una vuelta completa (360°).
- Servomotores
- Motores controlados por señal de pulso (PWM) que permiten mover un eje a un ángulo específico (por ejemplo, de 0° a 180°).
- Contienen un motor, un sistema de engranajes y un sensor interno de posición.
- Aplicaciones: brazos robóticos, drones, sistemas de dirección.
Ejemplo:
Un servomotor conectado a un Arduino puede moverse a 90° cuando el sensor detecta un objeto, y volver a 0° al desaparecer.
- Solenoides
- Son bobinas electromagnéticas que, al recibir corriente, generan un campo magnético que mueve un émbolo metálico.
- Producen un movimiento lineal (de empuje o tracción).
- Aplicaciones: cerraduras eléctricas, dispensadores automáticos, interruptores de potencia.
Ejemplo:
Cuando un sensor detecta una tarjeta válida, el circuito activa el solenoide y este abre una puerta durante unos segundos.
- Relés electromecánicos
- Actúan como interruptores controlados eléctricamente.
- Una pequeña corriente activa una bobina que acciona contactos para abrir o cerrar otro circuito de mayor potencia.
- Aplicaciones: control de motores, sistemas de automatización, protección de circuitos.
Ejemplo:
Un microcontrolador envía una señal de 5 V al relé, el cual cierra el circuito de 120 V para encender una lámpara o motor.
Actuadores neumáticos e hidráulicos
- Actuadores neumáticos:
- Usan aire comprimido para generar movimiento lineal o rotativo.
- Son rápidos y limpios, pero no muy precisos.
- Ejemplo: brazos robóticos en fábricas, sistemas de empaquetado.
- Actuadores hidráulicos:
- Usan líquidos presurizados (como aceite) para generar una fuerza potente.
- Ejemplo: elevadores, excavadoras, prensas industriales.
Aplicaciones prácticas
- Automatización industrial: control de válvulas, brazos robóticos, cintas transportadoras.
- Domótica: apertura de puertas, control de persianas, sistemas de riego.
- Electrónica automotriz: limpiaparabrisas, espejos eléctricos, control de frenos.
- Robótica: movimiento de extremidades, pinzas, articulaciones.
- Aeronáutica y medicina: actuadores de precisión para instrumentos y prótesis.
Ejemplo práctico: sistema automático de ventilación
Componentes:
- Sensor de temperatura LM35
- Microcontrolador (Arduino)
- Transistor NPN (BC547)
- Motor DC (ventilador pequeño)
Funcionamiento:
- El sensor LM35 mide la temperatura ambiente.
- Si supera los 30 °C, el microcontrolador envía una señal al transistor.
- El transistor activa el motor DC, encendiendo el ventilador.
- Cuando la temperatura baja, el sistema apaga el motor.
Este circuito demuestra cómo sensor y actuador trabajan juntos en un sistema de control automático.
Diferencia entre sensor y actuador
| Característica | Sensor | Actuador |
| Función | Detecta o mide una magnitud física | Ejecuta una acción física |
| Tipo de señal | Entrada (del entorno al sistema) | Salida (del sistema al entorno) |
| Ejemplo | Sensor de luz LDR | Motor, relé o solenoide |
| Ejemplo de aplicación | Detectar oscuridad | Encender una lámpara |
Conclusión
Los actuadores son la parte activa de los sistemas de automatización y robótica. Sin ellos, los sistemas electrónicos solo podrían medir o procesar información, pero no podrían actuar físicamente sobre el entorno.
Combinados con sensores y controladores, permiten desarrollar sistemas inteligentes, automáticos y eficientes, que hoy se utilizan en casi todos los campos de la tecnología.
