Fundamentos de Sistemas de Control: Componentes y Conceptos Clave

Sistemas de Control

Sistemas de Lazo Abierto

También denominados sistemas de control en bucle abierto. Son sistemas cuya salida no tiene efecto sobre la señal de control. En estos sistemas, la variable de salida puede distanciarse considerablemente de la deseada debido a las perturbaciones.

Sistemas de Lazo Cerrado

También denominados sistemas de control en bucle cerrado. Son sistemas cuya salida sí tiene efecto sobre la señal de control (retroalimentación). Por ello, en estos sistemas las perturbaciones tienen menos incidencia sobre la variable de salida, ya que el sistema está corrigiendo permanentemente la variable de salida en función de la especificación de entrada.

Definición de Sistema Automático

Un sistema automático es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir, sin intervención de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento.

Elementos Actuadores

Los actuadores son los elementos de un sistema de control que nos proporcionan la variable de salida física, modificando el sistema controlado. Ejemplos comunes incluyen electroválvulas y cilindros.

Perturbaciones en Sistemas de Control

Una perturbación es todo tipo de señal no deseada capaz de afectar al sistema. Puede ser interna o externa al sistema y, dependiendo de la frecuencia con la que se manifiesta, puede ser permanente o esporádica.

Transductores

Los transductores son elementos que transforman una magnitud física en otra (generalmente eléctrica) que puede ser interpretada por el sistema de control.

Termopares

Los termopares consisten en la unión de dos metales distintos. Se basan en el efecto Seebeck, generando una fuerza electromotriz (voltaje) proporcional a la diferencia de temperatura aplicada entre la unión de medición y una unión de referencia.

Proceso de Transducción

Esta transformación, llamada también transducción, se realiza aprovechando de forma adecuada alguna ley física de sus componentes.

Partes de un Transductor

Un transductor típicamente consta de:

• Cuerpo sensible: Es un elemento mecánico que reacciona selectivamente a la variable física a medir (presión, aceleración, desplazamiento lineal o angular, etc.), para transformarla en otra magnitud mecánica capaz de actuar directamente sobre el elemento de transducción.
• Elemento de transducción: Es un elemento sensible ligado al cuerpo sensible. Este traduce la reacción del cuerpo sensible en una magnitud eléctrica que constituye la señal de salida.
• Caja o encapsulado: Es el dispositivo mecánico de protección de los elementos internos y sirve de fijación para el transductor en su emplazamiento.

Rangos de Operación de Transductores

Se definen varios rangos para caracterizar el funcionamiento y los límites de un transductor:

• Campo de utilización nominal: Definido por los valores límites de la magnitud de entrada que puede recibir un transductor de forma permanente o temporal, sin que sus características metrológicas se modifiquen más allá de las tolerancias especificadas. Este campo corresponde a las condiciones normales de utilización.
• Campo de no deterioro: Definido por los valores límites fuera del campo nominal de utilización que puede recibir un transductor sin que sus características se vean alteradas permanentemente. Al volver a operar dentro del campo nominal, el transductor recupera sus especificaciones.
• Campo de no destrucción: Definido por los valores límites fuera del campo de no deterioro que no causan la destrucción física del transductor. Sin embargo, si se superan los límites del campo de no deterioro, las características metrológicas pueden alterarse permanentemente y la reutilización del transductor en su campo nominal podría requerir una nueva calibración o ser inviable.