Sensores inductivos, capacitivos y fotoeléctricos

Qué hace un sensor de proximidad

Un sensor de proximidad detecta la presencia de un objeto sin tocarlo y entrega una señal de dos estados: hay objeto o no lo hay. Esa señal llega a una entrada digital del PLC o a un relé, y con ella el sistema cuenta piezas, confirma una posición, detiene una banda o permite un arranque. A diferencia de un interruptor de final de carrera, no tiene contactos mecánicos que se desgasten ni palancas que se atasquen, por lo que dura más y conmuta más rápido.

Los tres principios más usados en planta son el inductivo, el capacitivo y el fotoeléctrico. Cada uno resuelve un problema distinto, y la mayoría de las fallas en campo vienen de usar uno donde correspondía otro. Esta guía explica cómo funciona cada principio, qué objetivo detecta, cómo se lee la distancia de detección y cómo se conecta.

Sensor inductivo: detecta metales

El sensor inductivo lleva un oscilador y una bobina que generan un campo magnético de alta frecuencia frente a su cara activa. Cuando un objeto metálico entra en ese campo, se inducen corrientes en el metal, llamadas corrientes de Foucault, que absorben energía del oscilador. El circuito interno detecta el cambio de amplitud o de frecuencia y conmuta la salida. Como el principio depende de la conductividad del objetivo, el sensor inductivo solo detecta metales; los líquidos, la suciedad y los plásticos no interactúan con su campo, y por eso funciona bien en ambientes con agua, aceite o polvo.

El material del objetivo cambia el alcance. Los metales ferrosos, como el hierro y el acero, permiten el alcance más largo; los no ferrosos, como el aluminio o el cobre, pueden reducirlo de forma importante, hasta alrededor de un 60 %. Por eso el fabricante publica factores de corrección por material, y esos factores son los que se aplican en el diseño, no el alcance nominal del catálogo.

Se usa para detectar posición de cilindros neumáticos, presencia de piezas metálicas en bandas, dientes de engranajes para medir velocidad, tapas y compuertas en máquinas.

Sensor capacitivo: detecta casi cualquier material

El sensor capacitivo mide el cambio de capacitancia en su cara activa. Un objeto cuya constante dieléctrica sea distinta a la del aire, o un objeto conductor, altera el campo eléctrico y cambia la capacitancia que ve el circuito; el sensor la convierte en una conmutación. Eso lo hace capaz de detectar metales, plásticos, vidrio, madera, polvos, granos y líquidos, y de detectar el nivel de un líquido o un sólido a través de la pared de un recipiente no metálico.

Su debilidad es la sensibilidad al entorno. La humedad, las películas de suciedad conductiva y la capacitancia parásita pueden cambiar la lectura; la capacitancia parásita es la principal fuente de error en este principio, y se controla con blindaje y con electrónica cercana al electrodo. En la práctica, casi todos los capacitivos industriales traen un potenciómetro o un ajuste digital de sensibilidad, y quedan bien o mal calibrados según quién los puso en servicio.

Sensor fotoeléctrico: detecta por luz

El fotoeléctrico emite luz, infrarroja, roja visible o láser, y un receptor mide lo que vuelve. Según cómo se disponen emisor y receptor, hay tres modos principales:

• Barrera (haz pasante). Emisor y receptor van en cajas separadas, uno frente al otro. El objeto se detecta cuando interrumpe el haz. Es el modo de mayor alcance y de mayor precisión, pero exige alineación cuidadosa y dos puntos de cableado.
• Retrorreflexivo. Emisor y receptor comparten caja y el haz rebota en un reflector. El objeto se detecta cuando interrumpe el haz de regreso. Tiene menos alcance que la barrera.
• Difuso o de proximidad. Emisor y receptor comparten caja y el propio objeto refleja la luz. El alcance es el menor de los tres y depende del color, el brillo y el acabado de la superficie.

El sensor puede operar «con luz» o «en oscuridad», es decir, activar la salida cuando el receptor recibe luz o cuando la pierde. Esa selección determina qué hace el sistema cuando el sensor falla o se ensucia, y por eso se define desde el diseño y no en campo.

Las dificultades más conocidas son cuatro. La luz solar o de alta intensidad ciega el receptor. Los objetos translúcidos no interrumpen suficiente luz en modo barrera. Los objetos muy reflectivos o muy oscuros engañan al modo difuso. El humo, el vapor o la suciedad en la óptica también afectan la detección.

Cómo se lee la distancia de detección

Los catálogos distinguen varias distancias para un mismo sensor, y confundirlas es una causa frecuente de fallas intermitentes. Son estas:

• Distancia nominal (Sn): valor de referencia medido con un objetivo normalizado y condiciones definidas. No es la distancia de trabajo.
• Distancia real y distancia útil: la real incluye la tolerancia de fabricación y la útil incorpora, además, la variación por temperatura y tensión de alimentación. El fabricante indica las proporciones de cada una respecto a Sn.
• Distancia de trabajo (o de operación segura): la que usted adopta en el diseño, siempre menor que la nominal, para que la detección sea estable aun con variaciones de temperatura, tensión y material.

Ejemplo ilustrativo. Un sensor inductivo con Sn de 8 mm debe detectar una pieza de aluminio. Si la hoja de datos da un factor de 0,4 para aluminio, el alcance efectivo es 8 × 0,4 = 3,2 mm. Si además se aplica un margen de trabajo del 70 % para absorber variaciones, la separación de diseño queda cerca de 2,2 mm. Con la misma pieza en acero, esa separación sería mucho mayor. Los factores y márgenes son ilustrativos: los reales salen de la hoja de datos del modelo.

Los sensores montados enfrentados o muy juntos también se interfieren. Los fabricantes dan separaciones mínimas entre sensores vecinos y entre el sensor y el metal circundante, y las dan distintas para versión blindada (apta para montar al ras del metal) y no blindada (con mayor alcance, pero que exige zona libre alrededor de la cara).

Cableado y tipo de salida

La mayoría de los sensores industriales de proximidad tienen tres hilos: alimentación positiva, común de 0 V y salida. Los de dos hilos se conectan en serie con la carga, y tienen una pequeña corriente residual que puede mantener activa una entrada sensible.

• PNP (conmutación a positivo). Al activarse, la salida entrega positivo a la carga.
• NPN (conmutación a negativo). Al activarse, la salida conecta la carga al común de 0 V.
• Normalmente abierto (NA) o normalmente cerrado (NC). Define el estado de la salida cuando no hay objeto. Para circuitos donde un cable cortado debe interpretarse como falla, se prefiere NC, porque la rotura del cable se ve como activación en lugar de pasar desapercibida.

La tarjeta de entradas del PLC está construida para uno de los dos tipos, o es configurable; si el sensor y la tarjeta no coinciden, la señal no llega. Para ver cómo llegan estas señales a un controlador en una instalación eléctrica, lea PLC y automatización de subestaciones.

Cómo elegir

Los criterios de selección, en orden práctico:

1. Material y tamaño del objetivo, y si cambia durante la operación.
2. Distancia entre el sensor y el objetivo, con el margen de trabajo.
3. Entorno: polvo, vapor, salpicaduras, temperatura, vibración, atmósfera explosiva.
4. Tipo de salida y de alimentación que espera el PLC.
5. Velocidad de conmutación si el objeto pasa rápido, como en conteo o medición de velocidad.
6. Protección mecánica y grado IP según el lavado o la intemperie.

Errores frecuentes

• Elegir el sensor por su alcance nominal sin aplicar el factor del material.
• Montar un sensor no blindado al ras del metal y obtener detecciones falsas permanentes.
• Mezclar sensores PNP con entradas NPN, o al revés.
• Dejar el capacitivo con la sensibilidad de fábrica en un entorno húmedo o con adherencia de producto.
• Usar un fotoeléctrico difuso sobre un objeto negro y mate, o sobre uno brillante, sin probar el fondo.
• No proteger la óptica ni el cable de la vibración y el calor.
• Tender el cable del sensor junto a cables de potencia o de variadores, que inducen ruido en la señal. Vea variador de frecuencia que se dispara para el contexto de interferencias en plantas con variadores.
• No dejar un sensor de repuesto y su referencia completa registrada.

Lista de verificación

• Material y dimensiones del objetivo documentados.
• Distancia de trabajo calculada con el factor del material y el margen del fabricante.
• Tipo de salida (PNP o NPN, NA o NC) compatible con la entrada del PLC.
• Alimentación dentro del rango del sensor, con protección contra cortocircuito.
• Blindado o no blindado según el montaje.
• Cable apantallado donde haya variadores o motores grandes cerca.
• Indicador de estado visible para el mantenimiento.
• Prueba de detección con el objetivo más desfavorable y con el producto real.
• Referencia y posición registradas en el listado de instrumentos.

Dónde entra Tiza Group

La señal de un sensor mal elegido o mal probado aparece como un paro intermitente que nadie logra repetir. Parte de ese problema se evita desde el diseño, con la lista de entradas y salidas, los tipos de sensor y la separación de señales, y otra parte se resuelve con la puesta en servicio, comprobando punto a punto cada señal hasta el PLC. Si está diseñando una máquina o una planta, nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios define esa lista; si el sistema ya está instalado, nuestras pruebas y puesta en servicio verifican que cada señal llegue y actúe como se diseñó. Para ver cómo se comprueba una señal desde el campo hasta el sistema de control, lea pruebas punto a punto de señales.

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Referencias

• IEC 60947-5-2, Low-voltage switchgear and controlgear – Control circuit devices and switching elements – Proximity switches (norma de pago, citada por título).
• IEC 60947-5-1, dispositivos de circuito de control y elementos de conmutación (citada por título).
• Wikipedia, «Inductive sensor», «Photoelectric sensor», «Capacitive sensing» y «Proximity sensor» (CC BY-SA 4.0), consultadas el 2026-11-05.
• Kuphaldt, T. R., Lessons in Industrial Instrumentation, capítulo sobre medición discreta (CC BY 4.0).

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