Sistemas de control: sensores, actuadores y componentes electrónicos

Resumen

El documento repasa los fundamentos de los sistemas de control, incluyendo sus elementos básicos (planta, sensor, comparador, controlador y actuador) y la diferencia entre lazo abierto y lazo cerrado. Después describe los principales tipos de sensores, los actuadores de robótica y los componentes electrónicos como el transistor y las resistencias variables (LDR, NTC y PTC).

Puntos clave

Un sistema de control permite automatizar y regular el funcionamiento de un sistema o proceso.
En lazo cerrado se compara la salida con la entrada; en lazo abierto no se realiza esa comparación.
Los sensores transforman la energía captada de una magnitud física o química en una señal de salida.
Los actuadores se clasifican en eléctricos, neumáticos e hidráulicos.
El cilindro de simple efecto trabaja en un solo sentido; el de doble efecto, en ambos.
El transistor puede funcionar como interruptor o como amplificador, y sus terminales son base, colector y emisor.
En una NTC la resistencia baja al subir la temperatura; en una PTC sube.

Ponte a prueba

Fundamentos de los Sistemas de Control

Función de los sistemas de control: permitir la automatización y controlar el funcionamiento de sistemas o procesos. Ejemplos: la regulación de la temperatura de una habitación o el nivel de luminosidad en un sistema de iluminación.

Definiciones en sistemas de control

Planta o proceso: es el sistema o elemento que se desea controlar.
Sensor: son los elementos que se encargan de "sentir" o medir las magnitudes relacionadas con el funcionamiento del sistema de control.
Comparador: compara el valor de la señal de entrada o de referencia con el valor de la salida del sistema.
Controlador o regulador: es el cerebro del sistema de control y su función es determinar la señal de mando o control.
Actuador: es el que realiza la acción sobre el sistema a partir de la orden enviada por el controlador.

Diferencias entre sistemas de control

La diferencia fundamental radica en que en los sistemas de lazo cerrado se compara el valor de salida con el de entrada, mientras que en los de lazo abierto no se realiza dicha comparación.

Ejemplos de sistemas de control de lazo abierto: tostador y semáforo.
Ejemplos de sistemas de control de lazo cerrado: climatizador y cisterna de inodoro.

Sensores y Dispositivos de Medida

Función de los sensores en sistemas de control: transforman la energía captada tomando datos de una magnitud física o química y emiten una señal de salida, ya sea en la misma magnitud o en una diferente.

Tipos de sensores

Sensores mecánicos:
- Final de carrera.
- Bimetales empleados para medir la temperatura.
Sensores ópticos: empleados para la detección de objetos, medición de distancias y conteo de piezas.
Pirómetros de radiación: sirven para medir altas temperaturas mediante la detección del color de una llama.
Sensores de ultrasonidos: están compuestos por un transmisor de ultrasonidos y un receptor. El emisor envía una señal ultrasónica que, al rebotar en objetos próximos, es detectada por el receptor. Se emplean para la medición de distancias y la detección de objetos.

Robótica y Actuadores

Robot: sistema mecánico cuyos movimientos o desplazamientos son gobernados por un sistema digital, normalmente un ordenador.

Elementos actuadores en sistemas de control

Son los elementos encargados de dotar de movimiento a cada una de las partes de la cadena cinemática. Se clasifican en eléctricos, neumáticos e hidráulicos.

Diferencia entre cilindros

Cilindro de simple efecto: realiza su trabajo en un único sentido del recorrido del émbolo.
Cilindro de doble efecto: realiza su trabajo en ambos sentidos del movimiento del émbolo.

Componentes Electrónicos

El Transistor

Función del transistor: posee dos funciones principales, actuar como interruptor y como amplificador.

Tipos de transistores bipolares: los dos tipos principales son el transistor NPN y el transistor PNP. Sus tres terminales son: la base, el colector y el emisor.

Resistencias Variables

LDR (Light Dependent Resistor): es una resistencia que depende de la luz. Aplicaciones: sensores de luminosidad y sensores de oscuridad.
NTC y PTC:
- NTC: Resistencia de coeficiente negativo de temperatura.
- PTC: Resistencia de coeficiente positivo de temperatura.
- Diferencia: en la NTC, al subir la temperatura, la resistencia baja; en la PTC, al subir la temperatura, la resistencia sube.
- Aplicaciones: termostatos y alarmas de incendios.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre un sistema de lazo abierto y uno de lazo cerrado?

En los sistemas de lazo cerrado se compara el valor de salida con el de entrada, mientras que en los de lazo abierto no se realiza esa comparación. Un tostador y un semáforo son ejemplos de lazo abierto; un climatizador y una cisterna de inodoro, de lazo cerrado.

¿Qué diferencia hay entre una NTC y una PTC?

En una NTC (coeficiente negativo de temperatura), al subir la temperatura la resistencia baja. En una PTC (coeficiente positivo), al subir la temperatura la resistencia sube.

¿Qué es un LDR y para qué se usa?

Un LDR (Light Dependent Resistor) es una resistencia que depende de la luz. Se emplea en sensores de luminosidad y de oscuridad.