La vida humana experimentó cambios radicales en las últimas décadas debido a los avances tecnológicos. Hoy en día, existen vehículos que pueden dar indicaciones al conductor para prevenir accidentes e incluso intervenir en la conducción para evitarlos. Este y muchos otros ejemplos son posibles gracias a los sensores capacitivos, también conocidos como sensores de capacidad eléctrica, una pieza clave en el rompecabezas de la innovación.
Estos dispositivos especializados, que funcionan bajo el principio de la “capacidad eléctrica”, cumplen un rol clave en la detección y medición en una amplia variedad de aplicaciones tecnológicas, tanto en el ámbito empresarial como en la vida cotidiana. El tamaño de su mercado, según estimaciones de Mordor Intelligence, se ubica en US$ 31,33 mil millones para 2024, con una proyección de crecimiento interanual del 4,92%.
Entendiendo el sensor capacitivo a fondo
Los sensores capacitivos merecen un examen profundo. Son un tipo de sensor que recibe su denominación de la propiedad esencial que explora: la “capacidad eléctrica“. Esta capacidad se define como la relación entre la carga que puede acumular un material conductor y la tensión eléctrica, la diferencia de potencial entre dos conductores.
El componente más común que encarna este principio es el condensador. Un condensador es un dispositivo electrónico pasivo utilizado para almacenar energía en forma de carga eléctrica. Se compone de dos placas conductoras dispuestas en paralelo y separadas por un material dieléctrico, que es un aislante eléctrico. Cuando se aplica una diferencia de potencial entre las placas, se genera un campo eléctrico que acumula cargas eléctricas en las placas. Los condensadores se emplean en diversas aplicaciones, incluyendo el filtrado de señales, el acoplamiento de circuitos, el almacenamiento de energía y la corrección del factor de potencia en sistemas eléctricos.
Historia y evolución del sensor capacitivo
La historia de los sensores capacitivos es una narrativa fascinante que se remonta a los avances en la teoría de la capacitancia eléctrica, la cual se desarrolló en el siglo XVIII gracias a pioneros científicos como Ewald Georg von Kleist y Pieter van Musschenbroek. Aunque los fundamentos electromagnéticos de esta tecnología eran conocidos desde hacía siglos, la aplicación de los sensores capacitivos como herramientas de detección se materializó más tarde en respuesta a la creciente demanda de detectores de proximidad altamente precisos y sistemas de medición de distancia en diversas industrias tecnológicas.
Los primeros usos de los sensores capacitivos se encontraron en aplicaciones industriales donde se requería la detección precisa de objetos y la medición de distancias. Con el tiempo, estos sensores han experimentado una evolución constante, mejorando significativamente en sensibilidad y capacidad para adaptarse a diversos entornos tecnológicos.
A medida que la demanda de detección precisa y sin contacto ha crecido en campos como la electrónica, la automoción y la atención médica, los sensores capacitivos han seguido siendo piezas fundamentales de la innovación, impulsando avances significativos en diversas aplicaciones tecnológicas.
Uno de los usos más efectivos es la obtención de datos críticos a través de un sistema de producción. De esta forma, los sensores facilitan el control de procesos en las fábricas al detectar la presencia de anomalías en la cadena de montaje y reducir errores.
Sin embargo, el segmento que más experimentó la evolución tecnológica con la ayuda de los sensores capacitivos fue aquel relacionado con las interfaces hombre-máquina (HMI, por sus siglas en inglés). Su nombre se debe a la cooperación entre robots y humanos para mejorar diversas actividades. Entre ellas, se destaca la conducción.
Funcionamiento de los sensores capacitivos
Los sensores capacitivos representan una hazaña tecnológica en la detección de distancias. Su operación se fundamenta en la variación de la corriente eléctrica entre dos elementos esenciales: el propio sensor y el objeto bajo observación. Esta variación se mide con precisión y se cuantifica mediante el concepto de “capacidad eléctrica“.
Cuando un objeto se acerca o se aleja del sensor, esta relación eléctrica experimenta cambios. La clave radica en que esta modificación de la corriente es directamente proporcional a la distancia entre el sensor y el objeto en cuestión. En circunstancias óptimas, cuando el objeto objetivo es plano y se dispone en paralelo al sensor, las mediciones alcanzan niveles de precisión excepcionales.
Es fundamental destacar que los sensores capacitivos se destacan por su capacidad de detectar no solo objetos metálicos, sino también aquellos que carecen de propiedades conductoras. Esta característica los diferencia de manera significativa de los sensores inductivos. Para elevar aún más su rendimiento, estos sensores emplean una referencia fundamental: una estación en blanco y conductor.
Esta estación de referencia asegura una detección sólida y precisa en diversas condiciones y escenarios. En conjunto, estos componentes configuran un sistema altamente sensible y versátil que se adapta a una amplia gama de aplicaciones tecnológicas de vanguardia.
Diversidad de materiales conductores en sensores capacitivos
Profundicemos en los materiales conductores clave utilizados en sensores capacitivos, ya que desempeñan un papel fundamental en su funcionamiento:
- Metales: Los metales son elecciones comunes debido a su excelente conductividad eléctrica. Ejemplos notables incluyen el cobre, aluminio, hierro y acero inoxidable, que permiten detección precisa en diversas aplicaciones.
- Grafito: El grafito, conocido por su alta conductividad eléctrica, es otro material esencial en sensores capacitivos. Su eficiente transmisión de corriente eléctrica lo convierte en una opción valiosa
- ITO (Óxido de Indio y Estaño): En tecnología de pantallas táctiles capacitivas y otros dispositivos electrónicos, el ITO, un material conductor transparente, desempeña un papel crucial debido a su transparencia.
- Materiales conductores impresos: En ciertas aplicaciones, como la fabricación de sensores capacitivos personalizados, se utilizan materiales conductores impresos, como tintas conductivas, que ofrecen flexibilidad y adaptabilidad
Amplio espectro de aplicaciones de los sensores capacitivos
Los sensores capacitivos se destacan por su versatilidad y se emplean en una amplia variedad de campos industriales y tecnológicos. A continuación, exploraremos algunas de sus aplicaciones más notables:
- Identificación de objetos: los sensores capacitivos se utilizan para detectar y reconocer objetos en entornos industriales y sistemas de seguridad, contribuyendo a garantizar la integridad y operatividad de procesos automatizados.
- Funciones contadoras: en líneas de producción y sistemas de ensamblaje, los sensores capacitivos se utilizan para contar piezas, asegurando la precisión en la fabricación y reduciendo errores en el proceso.
- Control de nivel de materiales: estos sensores desempeñan un papel crucial en la medición y control de niveles de materiales, tanto sólidos como líquidos, en tanques y contenedores. Esto es especialmente valioso en industrias como la química y la alimentaria.
- Pantallas táctiles capacitivas: los sensores capacitivos son los componentes esenciales de las pantallas táctiles capacitivas que utilizamos en dispositivos como teléfonos móviles y computadoras. Detectan la mínima diferencia de potencial generada por la interacción con los dedos, permitiendo una experiencia táctil precisa.
- Automatización industrial: en la automatización industrial, estos sensores son fundamentales para garantizar la precisión en procesos robóticos, como la selección y manipulación de objetos, contribuyendo a una producción eficiente y segura.
- Dispositivos médicos: en aplicaciones médicas, los sensores capacitivos se emplean en dispositivos como desfibriladores y monitores de signos vitales para medir con precisión parámetros cruciales.
- Electrodomésticos: en electrodomésticos modernos, los sensores capacitivos mejoran la funcionalidad y la experiencia del usuario. Por ejemplo, en cocinas de inducción, permiten el control táctil preciso de la temperatura
- Monitoreo de emisiones y descarbonización: Los sensores capacitivos desempeñan un papel esencial en la descarbonización de procesos industriales al medir y controlar las emisiones de gases contaminantes. Estos sensores pueden detectar la concentración de gases y partículas en tiempo real, lo que permite a las industrias ajustar sus operaciones para reducir las emisiones y cumplir con los estándares ambientales. Además, en aplicaciones de monitoreo de emisiones, los sensores capacitivos contribuyen a la recopilación precisa de datos críticos para evaluar el impacto ambiental y tomar decisiones informadas en la búsqueda de prácticas más sostenibles.
Tipos de sensores capacitivos
Los sensores capacitivos pueden ser cilíndricos, rectangulares, de tres o cuatro hilos, de uno o dos electrodos, y contar con una amplia variedad de conectores y cables. Pueden tener un interruptor analógico, conmutado, o una interfaz IO-Link, el protocolo de comunicación en serie abierto para el intercambio de datos entre los sensores y el dispositivo de procesamiento.
Se clasifican en: sensores capacitivos de proximidad, sensores capacitivos de nivel, inclinómetros, sensores capacitivos de presión, cables capacitivos con electrónica remota y sistemas capacitivos.
Sensores o interruptores de proximidad capacitivos
Son dispositivos altamente especializados diseñados para detectar la presencia o ausencia de un objeto objetivo en áreas extremadamente reducidas. Estos objetos pueden variar en composición y pueden incluir materiales como vidrio, metal, plástico e incluso sustancias líquidas o granulares. Para la detección de fluidos, se utilizan sensores de proximidad capacitivos fabricados específicamente con materiales como el plástico y el acero inoxidable.
Estos sensores capacitivos pueden adoptar diferentes formas, como la de un disco o un cilindro, según los requisitos de la aplicación. Su funcionamiento se basa en la capacidad eléctrica, y detectan cambios en la capacitancia eléctrica cuando un objeto se acerca o se aleja de la zona de detección. Esta variación en la capacitancia se traduce en una señal eléctrica que indica la presencia o la distancia del objeto objetivo.
Sensores de nivel capacitivos
Los sensores de nivel capacitivos son dispositivos esenciales empleados en la detección y medición del nivel de llenado de líquidos en contenedores de manera sin contacto. Estos sensores pueden presentar diversas formas, como planos, cilíndricos, cúbicos o discoidales, y ofrecen distintos niveles de resistencia a la presión, adaptándose a las necesidades específicas de la aplicación.
En el ámbito médico, especialmente en la manipulación de gránulos, pellets y aceites, se utilizan las clásicas sondas de inmersión capacitivas. Estas sondas son especialmente adecuadas para el contacto con materiales de este tipo y garantizan mediciones precisas y fiables.
La operación de estos sensores se basa en el principio de la capacidad eléctrica, donde la proximidad de un líquido o material al sensor modifica la capacitancia eléctrica. Esta variación en la capacitancia se traduce en una señal eléctrica que refleja el nivel de llenado del contenedor o la cantidad de material presente.
Inclinómetros capacitivos
Los inclinómetros capacitivos son dispositivos utilizados para medir la inclinación o el ángulo de un objeto con respecto a la gravedad terrestre.
Funcionan mediante la detección de cambios en la capacitancia que ocurren cuando el dispositivo se inclina, lo que permite determinar la magnitud y la dirección de la inclinación con gran precisión.
Estos sensores son utilizados en aplicaciones donde se requiere un control exacto del nivel, como en la industria de la construcción, sistemas de estabilización y en la ingeniería civil.
Además, son conocidos por su estabilidad a largo plazo. Esto garantiza que las mediciones sean consistentes incluso después de periodos prolongados de uso. Además, estos sensores son resistentes a las vibraciones y otros factores ambientales. Por lo tanto, pueden funcionar en condiciones adversas sin comprometer su rendimiento.
Otra ventaja importante es su baja interferencia con otros componentes electrónicos. También son compactos y suelen ser de bajo consumo energético, lo que facilita su integración en una variedad de aplicaciones móviles y estáticas. Además, muchos modelos actuales cuentan con salidas digitales que permiten su fácil conexión con sistemas de control y monitoreo.
Sensores de presión capacitivos
Los sensores de presión capacitivos, en una traducción más precisa, se desglosan en transductores de presión absoluta, relativa o diferencial, dependiendo del tipo de presión que están diseñados para detectar.
Estos sensores aprovechan la presión en una cavidad y un elemento de membrana para generar un condensador variable. A medida que aumenta la presión aplicada, la capacidad eléctrica de la membrana, que experimenta deformaciones, disminuye.
Los sensores de presión capacitivos son altamente reactivos y pueden medir presiones diferenciales tan pequeñas como 0,01 pulgadas de agua con gran precisión. Los modelos miniaturizados son de uso común y se encuentran en una variedad de aplicaciones, desde el control de instrumentos en la aviación hasta máquinas industriales y componentes biomédicos.
Esta tecnología avanzada de detección de presión proporciona una capacidad de medición excepcionalmente sensible y confiable, lo que la convierte en una opción valiosa en situaciones donde la precisión es fundamental para el rendimiento y la seguridad del sistema.
Sensores capacitivos táctiles
Los sensores capacitivos táctiles son elementos esenciales en la tecnología de pantallas táctiles. Su función principal consiste en detectar el contacto de dedos u objetos capacitivos en la superficie de la pantalla, lo que posibilita la interacción con dispositivos electrónicos de manera intuitiva y precisa.
Sensores capacitivos industriales
Los sensores capacitivos industriales han sido diseñados específicamente para su implementación en entornos industriales exigentes. Estos sensores destacan por su robustez y fiabilidad, lo que les permite operar de manera confiable incluso en condiciones adversas. Su capacidad para soportar condiciones rigurosas los convierte en una elección ideal para diversas aplicaciones industriales.
Sensores capacitivos de distancia
Los sensores capacitivos de distancia tienen la capacidad de medir con precisión las distancias entre el sensor y un objeto objetivo. Estos dispositivos operan mediante la detección de cambios en la capacitancia, lo que proporciona datos precisos sobre la distancia entre el sensor y el objeto en cuestión. Este tipo de sensor es ampliamente utilizado en aplicaciones que requieren mediciones precisas de distancia.
Cables capacitivos con electrónica remota
Los cables capacitivos con electrónica remota son especialmente adecuados para la detección de sustancias en entornos desafiantes. Lo distintivo de estos cables es que la electrónica no está integrada en el propio sensor, lo que brinda una mayor flexibilidad en términos de detección. Esta característica permite su uso en una amplia gama de aplicaciones donde se requiere una detección precisa en condiciones adversas.
Sistemas capacitivos
Los sistemas capacitivos se basan en dispositivos que utilizan capacitores para llevar a cabo diversas funciones en aplicaciones tecnológicas. Estos dispositivos aprovechan la capacidad de los capacitores para almacenar y liberar cargas eléctricas, lo que les permite medir cambios en la capacitancia y obtener información relevante sobre variables como la presencia de objetos, cambios de posición o niveles de líquidos. Además, se aplican en tecnologías de pantalla táctil, donde las interacciones táctiles de los usuarios generan cambios en la capacitancia de la pantalla, permitiendo la interacción con dispositivos electrónicos.
Los sistemas capacitivos pueden conectar varios sensores entre sí y suelen contar con controladores multicanal. Además, ofrecen diversas salidas analógicas o interfaces digitales como EtherCat (Ethernet industrial). Algunos modelos no requieren calibración, y todos ellos se pueden configurar y ajustar de manera sencilla a través de interfaces web. Estos sistemas son capaces de medir distancias de hasta 10 mm de manera precisa.
Aplicaciones y funcionalidad de los sistemas capacitivos
- Tecnología de pantallas táctiles: Uno de los usos más conocidos de los sistemas capacitivos es en las pantallas táctiles. La interacción del usuario con la pantalla modifica la capacitancia, lo que permite detectar y responder a toques y gestos.
- Detección de objetos: Los sistemas capacitivos se utilizan en la detección de objetos en una variedad de aplicaciones. La presencia o ausencia de un objeto altera la capacitancia, lo que se utiliza para determinar la presencia o la posición del objeto.
- Control de niveles de líquidos: En la industria, los sistemas capacitivos se emplean para medir y controlar los niveles de líquidos en tanques y contenedores. La variación en la capacitancia indica el nivel del líquido.
- Sensores de proximidad: Estos sistemas se utilizan para la detección de proximidad en diversas aplicaciones industriales y de seguridad. Detectan la presencia de objetos sin necesidad de contacto físico.
- Control de posición y movimiento: Los sistemas capacitivos se emplean en la medición de posición y movimiento en maquinaria industrial y robótica. La variación de la capacitancia se traduce en datos de posición.
- Interfaz hombre-máquina: Los sistemas capacitivos se utilizan en la creación de interfaces hombre-máquina sensibles al tacto, como paneles de control en vehículos, electrodomésticos y dispositivos electrónicos.
- Medición de mumedad y contaminación: Los sistemas capacitivos también pueden medir la humedad y la contaminación del aire. La variación en la capacitancia se relaciona con las condiciones ambientales.
- Tecnología de pantallas interactivas: Además de las pantallas táctiles, los sistemas capacitivos se emplean en pantallas interactivas para presentaciones y exhibiciones interactivas.
- Control de calidad en la industria: En la industria manufacturera, los sistemas capacitivos se utilizan para controlar la calidad de productos y componentes, detectando defectos o variaciones en la capacitancia.
- Sistemas de seguridad: Los sistemas capacitivos también tienen aplicaciones en sistemas de seguridad, como alarmas de intrusión y sistemas de acceso controlado.
Beneficios de la utilización de sensores capacitivos
En el contexto de la capacitación en sistemas capacitivos, es fundamental comprender las ventajas clave asociadas con estos dispositivos. A continuación, se destacan las ventajas más relevantes de los sensores capacitivos:
- Sensibilidad a cambios sutiles: Los sensores capacitivos tienen la capacidad de detectar pequeñas variaciones en la capacitancia. Esta característica permite mediciones excepcionalmente precisas, lo que resulta esencial en numerosas aplicaciones.
- No requieren contacto directo: Estos sensores son capaces de operar a través de materiales dieléctricos. Esta propiedad es altamente beneficiosa, ya que elimina la necesidad de un contacto físico directo con el objeto en cuestión. En consecuencia, se minimiza el desgaste y se habilitan aplicaciones sin contacto, lo que es especialmente relevante en entornos industriales y médicos.
- Resistencia a entornos adversos: Los sensores capacitivos demuestran una notable resistencia a factores externos adversos, como el polvo, la suciedad o la humedad. Esta robustez les permite mantener un rendimiento fiable en condiciones desafiantes, lo que es esencial en aplicaciones industriales y al aire libre.
- Bajo consumo de energía: Estos dispositivos requieren una cantidad mínima de energía para su funcionamiento. Esta eficiencia energética no solo contribuye a la sostenibilidad, sino que también prolonga la vida útil de la batería en dispositivos portátiles y sistemas alimentados por baterías.
- Amplio rango de aplicaciones: Los sensores capacitivos encuentran aplicación en una amplia variedad de industrias, lo que los convierte en una solución versátil. Desde la industria electrónica hasta la automotriz y la alimentaria, estos sensores demuestran su utilidad en numerosos escenarios tecnológicos y de producción.
Desventajas en el uso de sensores capacitivos
Cuando se aborda la capacitación en sistemas capacitivos, es clave comprender tanto sus ventajas como sus desventajas. Las desventajas más relevantes asociadas con el empleo de sensores capacitivos:
- Sensibilidad a materiales conductores: la presencia de objetos metálicos en las proximidades puede interferir con las mediciones de los sensores capacitivos, lo que potencialmente afecta su precisión y confiabilidad en ciertas aplicaciones.
- Costo: en comparación con otros tipos de sensores, algunos sensores capacitivos pueden resultar más costosos. Esto puede influir en la selección de tecnología de detección según las restricciones presupuestarias de un proyecto.
- Afectados por cambios en el entorno: las condiciones ambientales, como la temperatura y la humedad, tienen el potencial de influir en las mediciones de los sensores capacitivos. En ocasiones, esto puede requerir calibraciones adicionales para mantener la precisión.
- Alcance limitado: en ciertos casos, la distancia de detección de los sensores capacitivos puede ser más limitada en comparación con otros tipos de sensores, especialmente cuando se opera en entornos con interferencias o ruido electromagnético.
- No adecuados para todos los materiales: los sensores capacitivos se basan en la variación de la capacitancia, lo que significa que algunos materiales no dieléctricos pueden no ser detectados con la misma precisión que otros. Esta limitación debe tenerse en cuenta al seleccionar el tipo de sensor adecuado para una aplicación específica.
Sensores capacitivos vs. sensores inductivos
La distinción clave entre sensores capacitivos y sensores inductivos radica en sus principios de funcionamiento.
Los sensores capacitivos utilizan la capacidad eléctrica para detectar objetos, lo que les permite identificar una amplia gama de materiales, incluidos los no conductores.
Por otro lado, los sensores inductivos se basan en la variación del campo magnético y son más adecuados para detectar objetos metálicos.
Normativa de los sensores capacitivos
Normativa específica para sensores capacitivos: La normativa para los sensores capacitivos puede variar dependiendo de su aplicación y el país de uso. En general, los sensores capacitivos deben cumplir con las regulaciones y estándares de seguridad eléctrica y de productos en la industria a la que se destinan.
Algunas de las normativas y estándares comunes que pueden aplicarse a los sensores capacitivos son:
- Normas de seguridad eléctrica: Los sensores capacitivos deben cumplir con las normas de seguridad eléctrica aplicables en el país de uso. Estas normas aseguran que los dispositivos eléctricos sean seguros y no representen riesgos para los usuarios.
- Norma IEC 60947-5-2: Dado la estrecha relación de los sectores capacitivos con las tecnologías IoT, la norma IEC forma parte de esta lista estándar de normativas. Esta ley regula los interruptores automáticos para aplicaciones industriales. El propósito es definir condiciones de servicio y usos comunes para interruptores de proximidad.
- Certificaciones: Los sensores capacitivos pueden requerir certificaciones específicas, como la certificación CE en Europa, que garantiza que el producto cumple con los requisitos de seguridad y rendimiento establecidos por la Unión Europea, o la certificación IRAM en Argentina.
- Normas de la industria: Existen normas y estándares específicos de la industria para sensores capacitivos en diferentes campos, como la industria automotriz, electrónica, alimentaria, entre otros. Estas normas aseguran que los sensores cumplan con los requerimientos de cada aplicación.
- ISO/IEC 30141: Es otra norma de las IoT que proporciona un vocabulario común en todo el mundo para diseñadores y desarrolladores de aplicaciones de IoT. Esto permite desplegar sistemas fiables, seguros, protegidos, respetuosos con la privacidad y alineados en determinados estándares de uso.
- Cumplimiento de RoHS: En muchas industrias, los sensores capacitivos deben cumplir con la Directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS), que limita el uso de ciertas sustancias peligrosas en productos eléctricos y electrónicos.
- Directiva WEEE (gestión de residuos electrónicos): Ley de la Unión Europea que entró en vigor en el año 2005. Promueve el reciclaje, reutilización y recuperación de residuos tecnológicos para así reducir su impacto en la contaminación.
- Norma ISO 50001: Su objetivo es mejorar los sistemas de gestión de energía de las organizaciones, en términos de eficiencia, seguridad, consumo y utilización del suministro eléctrico en las fábricas.
Es importante que los fabricantes y usuarios de sensores capacitivos se informen sobre las normativas y estándares aplicables en su región y aplicación específica para asegurar el cumplimiento adecuado y el uso seguro de estos dispositivos.
Alternativas a los sensores capacitivos
- Sensores inductivos: Estos sensores se basan en la variación del campo magnético generado por una bobina. Son ideales para detectar objetos metálicos, ya que los materiales conductores afectan este campo magnético. Se utilizan en aplicaciones como la detección de piezas metálicas en líneas de ensamblaje industrial.
- Sensores ultrasónicos: Emplean ondas sonoras de alta frecuencia para medir distancias y detectar objetos. Emiten un pulso ultrasónico y miden el tiempo que tarda en regresar después de rebotar en un objeto. Son comunes en sistemas de estacionamiento de vehículos y sistemas de medición de nivel de líquidos.
- Sensores ópticos: Utilizan luz visible o infrarroja para detectar objetos, medir distancias o reconocer patrones. Son esenciales en aplicaciones como la detección de objetos en cintas transportadoras y en sistemas de automatización industrial.
- Sensores infrarrojos: Detectan cambios en la radiación infrarroja, lo que les permite identificar la presencia de objetos y cambios de temperatura. Se utilizan en aplicaciones de seguridad, como sistemas de alarma de intrusión.
- Sensores de proximidad inductivos: Similar a los sensores inductivos, estos se centran en la detección de objetos metálicos cercanos. Son comunes en la industria automotriz para la detección de piezas metálicas en sistemas de ensamblaje.
- Sensores de proximidad magnéticos: Detectan cambios en el campo magnético y son ideales para identificar objetos ferromagnéticos. Se utilizan en sistemas de seguridad para puertas y ventanas.
- Sensores de proximidad ópticos: Utilizan luz infrarroja o láser para detectar objetos cercanos. Son fundamentales en las pantallas táctiles y sistemas de control de gestos en dispositivos electrónicos.
- Sensores de proximidad ultrasónicos: Utilizan ondas ultrasónicas para detectar la presencia de objetos, incluso en condiciones de baja visibilidad, como entornos con polvo o humo. Se aplican en sistemas de detección de obstáculos en robots y drones.
- Sensores de presión: Detectan cambios en la presión y se utilizan en aplicaciones que requieren medir fuerzas, como en sistemas de frenado automotriz y en dispositivos médicos para medir la presión arterial.
- Sensores de proximidad por radar: Utilizan ondas de radio para detectar objetos cercanos y son conocidos por su capacidad para operar en condiciones climáticas adversas. Se aplican en sistemas de asistencia al conductor y en la detección de obstáculos en vehículos autónomos.
Aplicaciones industriales
Sensores capacitivos industriales: Los sensores capacitivos industriales son muy utilizados en entornos industriales para una variedad de aplicaciones. Pueden detectar la presencia o ausencia de objetos, y la distancia a objetos en áreas pequeñas. Son ideales para tareas como contar objetos en líneas de producción o verificar niveles de materiales en contenedores.
Medición de distancia con sensores capacitivos: La medición de distancia con sensores capacitivos es una de las aplicaciones clave en la que estos dispositivos sobresalen. Al medir la variación en la capacidad eléctrica causada por la proximidad de un objeto, los sensores capacitivos pueden proporcionar mediciones precisas de distancia.
Tecnología y normativas
Sensibilidad de sensores capacitivos
La sensibilidad de los sensores capacitivos es un factor crítico. La capacidad de detectar cambios sutiles en la capacidad eléctrica es esencial para su precisión. Estos sensores vienen con opciones de ajuste de sensibilidad para adaptarse a diferentes materiales y aplicaciones.
Normativas para sensores capacitivos
Las normativas pueden variar según la aplicación y el país de uso. Los sensores capacitivos deben cumplir con regulaciones y estándares de seguridad eléctrica. Certificaciones como la CE en Europa pueden ser necesarias para garantizar el cumplimiento de los requisitos de seguridad y rendimiento.
Fabricantes y futuro
El segmento de los sensores capacitivos es un mercado altamente competitivo, donde no existen jugadores dominantes ni gigantes tecnológicos que superen en ganancias a las empresas más pequeñas. De hecho, algunos de ellos se asocian y adquieren desarrollos de productos específicos para obtener ventajas futuras que beneficien a ambas partes.
A pesar de su mercado tan dinámico, sí podemos mencionar algunos actores importantes como son los casos de 3M, Fujitsu Limited, Omron Corporation, Analog Devices Inc. y NXP Semiconductors NV.
Sensores capacitivos: PlayStation y la realidad virtual
En febrero de 2022, la empresa japonesa líder en la fabricación mundial de electrónica, Sony, anunció la última PS VR2, con una imagen de diseño final y actualizada del controlador PlayStation VR2 Sense que utiliza un sensor capacitivo y un LED IR de detección táctil con el dedo para el seguimiento de la posición.
Esta tecnología representa lo último en tecnologías de realidad virtual, con impresionantes videos y juegos que generan una experiencia única en su jugabilidad y un nivel de inmersión único del usuario con su historia.
Sin embargo, su precio final y el hecho de que son pocos los desarrolladores de videojuegos que apuestan a esta clase de experiencias hizo que, en 2024, Sony dejara de producir el producto.
Según la auditora IDC, hacia 2024 Sony llevaba vendidos unas 325 000 unidades de PS VR2. A modo de comparación, la PlayStation 2, que salió a principios del siglo XXI, es la videoconsola más vendida de la historia, con unas 155 millones de unidades compradas a nivel mundial. En el mercado del VR, la consultora dice que META es quien lidera el desarrollo de esta tecnología.
Sensores capacitivos y su penetración en el segmento smartphone
Luego del desarrollo y la popularización de los teléfonos inteligentes en las primeras dos décadas del 2000, aparecieron dos tecnologías de seguridad que destronaron al creativo e innovador patrón de desbloqueo: las huellas digitales.
Este subsegmento, que garantiza la seguridad del usuario de smartphones, se clasifica en dos partes: los FOD fingerprints, o huellas digitales en pantalla, un escáner de huellas dactilares integrado a la pantalla; y los sensores capacitivos de huellas dactilares, que generan una imagen midiendo los cambios de capacitancia entre las crestas y los valles que forman la huella.
Según Statista, los FOD ganaron participación de mercado desde sus primeros desarrollos en 2018 hasta la actualidad. A pesar de ello, el uso de sensores capacitivos para desbloquear teléfonos representó el 96% de las soluciones de seguridad para smartphones en el mercado.
Fabricantes de sensores capacitivos
Diversas empresas se especializan en la fabricación de sensores capacitivos. Estos fabricantes ofrecen una amplia gama de productos que abarcan desde sensores de proximidad hasta sensores táctiles capacitivos para pantallas. Algunos de los nombres líderes en la industria son conocidos por su calidad y experiencia en la producción de estos dispositivos.
En última instancia, comprenderás por qué los sensores capacitivos son herramientas cruciales en la era digital y cómo pueden impulsar la eficiencia y la innovación en tu empresa y en una amplia gama de aplicaciones tecnológicas. Su versatilidad, precisión y capacidad para detectar una variedad de materiales los convierten en un componente valioso en la búsqueda de soluciones tecnológicas avanzadas.
Relación del sensor capacitivo y la Inteligencia Articial
Los sensores capacitivos desempeñan un papel importante en la Inteligencia Artificial (IA) al proporcionar datos sensoriales cruciales para la percepción del entorno por parte de los sistemas de IA. Estos sensores permiten a las aplicaciones de IA, como vehículos autónomos o robots, recopilar información sobre objetos, distancias y condiciones ambientales, lo que facilita la toma de decisiones y la navegación segura en entornos cambiantes.
La IA también puede ser utilizada para analizar los datos recopilados por los sensores capacitivos, identificar patrones y tomar decisiones en tiempo real, mejorando así la capacidad de los sistemas automatizados para adaptarse y funcionar de manera autónoma en diversas situaciones. En resumen, los sensores capacitivos desempeñan un papel esencial en la interacción entre la IA y el mundo físico, habilitando aplicaciones inteligentes y autónomas en una variedad de campos.
Aplicaciones innovadoras en América Latina
Los sensores capacitivos son ampliamente utilizados en la industria manufacturera, ya que detectan objetos tanto de naturaleza metálica como no metálica, entre los que se destacan aluminio, plástico, vidrio, cerámica, cartón, madera, cemento, arcilla, entre otros.
Según WEG, empresa dedicada a la comercialización de estos productos para empresas, los líquidos, de manera general, son excelentes actuadores para los sensores capacitivos, no importando si son conductivos o no, así como su viscosidad o color. De esta forma, con la instalación de uno o dos sensores, en empresas que manipulen líquidos, se obtiene un excelente sistema para control de niveles mínimos y máximos de líquidos o sólidos, incluso sumergidos totalmente en el producto.
Por otra parte, también destacan otros fines como el conteo de botellas, cajas, paquetes o piezas, entre otros. Además, este tipo de sensores suele tener un ajuste de sensibilidad, lo que lo hace extremadamente versátil, resolviendo problemas de automatización los cuales son de difícil solución con sistemas convencionales.
En este sentido, existe una amplia variedad de aplicaciones innovadoras de estos versátiles dispositivos en América Latina, entre los que se destacan:
Control de humedad en salas de servidores
La humedad puede afectar el rendimiento y la vida útil de los equipos informáticos, por lo que es importante monitorear y controlar la humedad en las salas de servidores. Los sensores capacitivos pueden utilizarse para medir la humedad relativa del aire y enviar señales a los sistemas de climatización para ajustar la temperatura y la humedad según sea necesario. Esta aplicación puede mejorar la eficiencia energética y la seguridad de los datos en las salas de servidores.
Detección táctil en dispositivos electrónicos
Los sensores capacitivos son la base de la tecnología de pantallas táctiles que se utiliza en celulares, tablets y otros dispositivos. Al detectar el cambio de capacitancia cuando un usuario toca la pantalla, estos sensores permiten al dispositivo interpretar las interacciones táctiles y responder en consecuencia. Además, se han utilizado para crear interfaces táctiles más avanzadas como pantallas flexibles, superficies 3D y dispositivos hápticos.
Sistemas de seguridad con teclados capacitivos
Los sensores capacitivos también se utilizan en sistemas de seguridad, por ejemplo, en teclados capacitivos que son más difíciles de piratear en comparación con los teclados mecánicos tradicionales. Los teclados capacitivos detectan la presencia del dedo del usuario sin necesidad de presionar una tecla física, lo que reduce el desgaste y el ruido. Además, los teclados capacitivos pueden incorporar funciones adicionales como reconocimiento de huellas dactilares o patrones de pulsación.
Colaboración regional y desarrollo tecnológico
El desarrollo en América Latina, pese a ser menor al de países desarrollados, está impulsando avances significativos en la investigación y desarrollo de sensores capacitivos. Los sistemas regionales de innovación en América Latina desempeñan un papel crucial en este aspecto.
En este sentido, en las políticas de ciencia, tecnología e innovación de los países de la región se ha incorporado la noción de que es de suma importancia disponer de un sistema de innovación, por lo que cada vez son más los países de la región que están desempeñando un papel más activo en este ámbito.
Además, aunque la falta de recursos calificados en materia informática y la fuga de cerebros, América Latina ha logrado notables mejoras en el campo de la investigación y desarrollo tecnológico, además de un aumento de publicaciones de resultados de investigaciones en las principales revistas científicas.
Si bien es importante recalcar que no hay proyectos específicos sobre sensores capacitivos en América Latina, el aumento generalizado en la tendencia hacia la automatización en varias industrias está impulsando el mercado de sensores capacitivos.
En este sentido, con aplicaciones baratas, eficientes y una amplia gama se espera que el mercado de sensores capacitivos crezca a una tasa compuesta anual del 7,21% durante el período 2021-2026.
En pocas palabras, está claro que América Latina está haciendo esfuerzos significativos para fomentar la colaboración regional y el desarrollo tecnológico. Estos esfuerzos le permiten a la región mantenerse al día con las tendencias globales y a impulsar su capacidad para innovar y desarrollar nuevas tecnologías.
Sensores en la industria automotriz
La industria que percibió una evolución más clara luego de incorporar sensores capacitivos tanto en su producción como en el producto final fue la automotriz. Como mencionamos anteriormente, los sensores en automóviles es una de las aplicaciones más comunes de la interfaz hombre máquina, ya que intervienen en un ciclo de la vida social que es habitual para los humanos.
Entre los desarrollos más comunes de los sensores capacitivos en la industria automotriz, se destacan el control de la iluminación exterior, el control de navegación (también conocido como crucero) y sensores de humedad, posición y temperatura. Pero aún restan otras tecnologías mucho más impresionantes.
Con el aumento de la penetración automotriz global, Mordor Intelligence pronostica que la demanda de los sensores crecerá en los próximos años. Y esto se debe precisamente a la incorporación de sensores de manejo en el exterior del vehículo, que indican al conductor posibles mejoras en su posición de la carretera para evitar accidentes.
Incluso, empresas que desarrollan vehículos de alta cilindrada han desarrollado sensores de control de estabilidad. Esta tecnología, al percibir que el auto puede salirse del lugar producto de la alta velocidad, toma decisiones en base al control del volante y la tracción de las ruedas para redireccionar el vehículo en el carril donde se encontraba manejando.
Capacitación y formación de profesionales
La capacitación y formación de profesionales en el campo de los sensores capacitivos es de suma importancia en América Latina. En este sentido, existen varias plataformas educativas que ofrecen programas y cursos para preparar a ingenieros y técnicos para trabajar con este tipo de tecnología.
MiriadaX
Por ejemplo, MiriadaX es una de las plataformas educativas más extendidas en América Latina, ofreciendo cursos y programas de más de 100 universidades e instituciones de toda la región.
UTN
Además, la UTN (Universidad Tecnológica Nacional) ofrece una diplomatura en Industria 4.0. La misma ofrece una gran variedad de contenido: desde inteligencia artificial hasta capacitación en este tipo de sensores.
Instituto de la Calidad Industrial (INCALIN)
Otro curso que capacita a las personas en esta materia es el Curso Universitario para PyMEs sobre Introducción a la Industria 4.0 desarrollado por el Instituto de la Calidad Industrial (INCALIN) en conjunto con la Universidad Nacional de San Martín y el Instituto Nacional de Tecnología Industrial para la formación de profesionales y técnicos del sector productivo en Argentina.
Estos hechos generan que haya talento capacitado, el cual atrae inversiones y proyectos tecnológicos a la región. Los avances tecnológicos cambiaron profundamente las sociedades y los mercados laborales en América Latina. En concreto, la inversión para proyectos científicos y tecnológicos en la región fue de entre el 0,6% y el 0,7% del PBI de los países latinoamericanos.
Universidad Blas Pascal IoT
El internet de las cosas es una técnica que se complementa con los sensores capacitivos y la Universidad Blas Pascal de Buenos Aires ofrece cursos de 4 semanas para personas con o sin conocimiento del IoT que quieran sumergirse o profundizar sus saberes dentro de ese mundo. Este curso también está pensado para técnicos, ingenieros y profesionales en la industria 4.0 del país.
En el curso de IoT se aprenden los distintos estadios y aplicaciones existentes en el internet de las cosas, así como la identificación de componentes y sensores utilizados en diversas industrias, áreas de aplicación y configuraciones de proyectos IoT.
Para quienes se encuentran lejos de la institución, la Universidad Blas Pascal ofrece una modalidad de estudio a distancia. Esta opción combina clases virtuales con la lectura de material obligatorio, permitiendo a los estudiantes gestionar su tiempo de manera flexible y obtener un certificado en IoT.
Artículo publicado originalmente en 21 Dic 2022
