Sistemas de Control, Señales y Transductores: Conceptos Esenciales

Sistemas de Control en Lazo Abierto y Cerrado

Sistemas de Control en Lazo Abierto

En un sistema de control en lazo abierto, la salida no influye en la entrada. La variable tiempo es crucial, y si hay perturbaciones, no se obtiene la variable deseada.

Sistemas de Control en Lazo Cerrado

En un sistema de control en lazo cerrado, existe una realimentación de la señal de salida. Los componentes clave son:

• Captador: transforma la señal controlada.
• Comparador: proporciona una señal de error.
• Controlador: ajusta la variable para que siga los valores correctos y corrige errores.

Función de Transferencia

La función de transferencia es el cociente entre la transformada de Laplace de la señal de salida y la transformada de Laplace de la señal de entrada.

El Controlador

El controlador compara una variable con el valor deseado, interpreta el error y actúa para anularlo.

Señales, Sensores y Transductores

Tipos de Señales

• Señal Analógica: la magnitud tiene una evolución continua; entre dos valores cualesquiera, existen infinitos valores intermedios.
• Señal Digital: entre dos valores no hay valores intermedios, va de uno a otro; solo tiene dos estados (binario).

Sensores, Transductores y Transmisores

• Sensor: elemento en contacto con la magnitud a evaluar.
• Transductor: transforma la señal a un tipo eléctrico que se pueda usar para medir. El sensor forma parte del transductor.
• Transmisor: transforma la señal que sale del sensor o transductor y la convierte en una señal normalizada.

Sensores Ópticos

Los sensores ópticos pueden ser directos o con fibras ópticas acopladas. Se debe tener en cuenta el polvo, la distancia y el brillo del producto.

• Células Fotoeléctricas: utilizan infrarrojos.
• Barrera: dos módulos (emisor y receptor), alcance máximo de 200 m.
• Reflexión: transmisor y reflector en el mismo módulo, alcance máximo de 10 m.
• Proximidad: transmisor y receptor en el mismo módulo, alcance máximo de 15 m.

Transductores de Presión Mecánicos

• Manómetros de Presión Absoluta: utilizan dos fuelles, uno para la presión relativa y otro para la atmosférica (presión absoluta = presión relativa + presión atmosférica).
• Manómetro de Columna de Líquido: para medir bajas presiones. Se usa el manómetro en U, que es muy exacto.
• Tubo Bourdon: tubo elíptico metálico y curvado que se endereza al aplicar presión.
• Diafragma: cápsula circular cerrada por dos campanas, una mide la presión a medir y la otra está libre a la atmósfera.
• Fuelle: similar al diafragma, pero es una sola pieza flexible que se dilata o contrae con el desplazamiento.

Transductores de Temperatura

• Termorresistencia: el elemento de medida está bobinado sobre un núcleo cerámico protegido con óxido de magnesio y con una cubierta mecánica. Emplea la variación de la resistencia (platino, níquel, cobre, wolframio).
• Termistores: semiconductores a base de óxidos metálicos con un coeficiente de temperatura muy alto que varía de forma lineal. Pueden ser:
  • PTC: resistencias con coeficiente positivo.
  • NTC: resistencias con coeficiente negativo.
• Termopares: unión de dos metales que, al calentarse, crean una diferencia de potencial. La fuerza electromotriz (FEM) utiliza dos efectos:
  • Efecto Peltier: liberación o absorción de calor al circular una corriente.
  • Efecto Thomson.

Tipos de termopares:

• Cobre-Constantán (-200 a 260 °C)
• Hierro-Constantán (200 a 750 °C)
• Cromel-Alumel
• Cromel-Constantán
• Platino-Platino/Rodio

Pirómetros de Radiación: pueden ser ópticos o de radiación total.

Transductores de Luz

• Resistencias LDR (fotorresistencias): varían su resistencia eléctrica con la luz.
• Fotodiodos: al incidir la luz, generan corriente eléctrica. Sin luz, funcionan como un diodo normal. Los fotodiodos, junto con los fototransistores y los diodos LED, son la base de los detectores ópticos, como los paneles solares.