Fundamentos de Sistemas de Control: Elementos, Tipos y Sensores Esenciales

Elementos y Tipos de Sistemas de Control

Sistema de Lazo Abierto

Se realiza una tarea de forma automática, donde la señal de salida obtenida no influye ni retroalimenta la señal de entrada o el proceso de control.

Sistema de Lazo Cerrado

Se realiza de forma automática, y su salida se autorregula mediante la comparación entre el valor de la señal de salida y el valor deseado de la entrada.

Comparador

Elemento que compara la señal de salida obtenida con el valor deseado de la entrada, generando y enviando una señal de error.

Regulador

Elemento que recibe la señal de entrada (en sistemas de lazo abierto, *LA*) o la señal de error (en sistemas de lazo cerrado, *LC*), interpreta dicha señal y envía una señal de control al proceso.

Proceso

Incluye los elementos actuadores, que reciben la señal de control del controlador y producen una señal de salida acorde con la acción de control.

Sensores

Elementos que captan el valor de una magnitud física y la transforman en una señal eléctrica que envían al comparador o al sistema de control.

Transductores

En ocasiones, los sensores solo miden el valor de la magnitud, y este elemento (*el transductor*) es el encargado de transformar dicho valor en una señal eléctrica interpretable por el sistema.

Señal de Error

Es la diferencia entre el valor deseado de la entrada y el valor real de la salida. Esta señal es crucial para la autorregulación en sistemas de lazo cerrado.

Señal de Transferencia

Es una expresión matemática, generalmente en el dominio de Laplace, que representa la relación dinámica entre la señal de salida y la señal de entrada de un sistema o componente, asumiendo condiciones iniciales nulas.

Componentes de Detección y Medición

Sensor

Elemento primario que tiene contacto directo con la magnitud física que se desea medir o controlar.

Transductor

Elemento que convierte la magnitud física detectada por el sensor en una señal eléctrica (voltaje, corriente, resistencia, etc.) que es interpretable y procesable por el sistema de control.

Captador

Término general que a menudo se utiliza para referirse a un dispositivo que incluye tanto el sensor como el transductor, es decir, el conjunto completo de detección.

Tipos Comunes de Sensores y Transductores

• Capacitivo: Detecta cambios en la capacidad de un condensador debido a variaciones en la distancia o el dieléctrico.
• Inductivo: Utiliza una bobina para detectar metales mediante variaciones en el flujo magnético. Son muy comunes en aplicaciones industriales.
• Infrarrojos: Compuestos por un emisor y un receptor, detectan objetos basándose en la reflexión o interrupción de la luz infrarroja.
• Ultrasonidos: Miden distancias emitiendo ondas de alta frecuencia y calculando el tiempo que tardan en regresar tras rebotar en un objeto.
• LDR (Fotorresistencia): Su resistencia eléctrica disminuye significativamente cuando la intensidad de la luz incidente aumenta.
• Fototransistor: Es un tipo de transistor que permite el paso de corriente entre su colector y emisor cuando su base recibe luz.
• Termistores: Dispositivos cuya resistencia eléctrica varía de forma predecible con la temperatura. Se clasifican en:
  • NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo): Su resistencia disminuye al aumentar la temperatura.
  • PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo): Su resistencia aumenta al aumentar la temperatura.
• Termopares: Generan un voltaje eléctrico (efecto Seebeck) directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre dos uniones de metales distintos.
• Sensor de Humedad: Proporciona una señal (a menudo un voltaje analógico) que varía en función del nivel de humedad ambiental o del material (ej. suelo), basándose en principios como la conductividad o la capacitancia.
• Sensor de Temperatura y Humedad Ambiental: Dispositivos integrados que miden simultáneamente la temperatura y la humedad relativa del ambiente, como el popular DHT11 o DHT22.
• Galgas Extensiométricas: Miden la deformación (tensión o compresión) de un objeto detectando la variación de resistencia eléctrica en un conductor adherido a su superficie.
• Piezoeléctrico: Genera una tensión eléctrica cuando un material cristalino específico (como el cuarzo) se somete a una deformación mecánica o presión (efecto piezoeléctrico directo).
• Sensor de Resistencia Variable (Potenciómetro Lineal/Rotatorio): Su resistencia eléctrica cambia en función de la posición de un cursor o la longitud de un conductor, permitiendo medir desplazamiento lineal o angular.
• Encoder: Dispositivo que convierte el movimiento (generalmente rotatorio o lineal) de un objeto en una serie de pulsos o un código digital, utilizando un disco con ranuras, bandas ópticas o contactos eléctricos.
• PIR (Infrarrojos Pasivos): Detecta la radiación infrarroja (calor) emitida por los cuerpos en movimiento dentro de su campo de visión y la convierte en una señal eléctrica, comúnmente usado en detección de presencia.