Fundamentos de Sistemas de Control y Sensores de Temperatura Industriales

Fundamentos de Sistemas de Control y Sensores de Temperatura

Componentes Clave de un Sistema de Control

Un sistema de control se compone de varios bloques interconectados que trabajan en conjunto para mantener una variable de proceso en un valor deseado.

Bloque de Medición

La variable es tomada por el bloque de medición, que envía una señal al controlador. Es importante destacar que el valor medido no es exactamente igual al valor de la variable controlada, ya que posee otra magnitud y un comportamiento dinámico distinto.

Bloque de Control

El controlador recibe la información del bloque de medición y compara el valor medido con el valor deseado (setpoint), determinando así el error. Los tipos de control más comunes incluyen:

• Control On-Off
• Control Proporcional (P)
• Control Proporcional Integral (PI)
• Control Proporcional Integral Derivativo (PID)

Los controladores más avanzados (PI, PID) fueron desarrollados para corregir y minimizar los errores de medición y control inherentes a los métodos más simples.

Bloque de Órgano de Acción Final

Generalmente, este bloque es una válvula de control. El controlador, de acuerdo con el error calculado, envía una señal al actuador de esta válvula para que se posicione en una ubicación específica, y el actuador se encarga de ejecutar dicha acción.

Bloque de Proceso

Desde el punto de vista del control, el bloque de proceso representa la relación entre varias entradas y salidas vinculadas a un equipo o sistema.

Sensores de Temperatura Comúnmente Utilizados

La medición precisa de la temperatura es fundamental en muchos procesos industriales. A continuación, se describen algunos de los sensores más comunes.

Termostatos Bimetálicos

Los termostatos bimetálicos emplean una tira especial de metal para abrir o cerrar un circuito según la temperatura. La tira está formada por dos metales unidos, cada uno con un coeficiente de dilatación térmica distinto. El termostato está dispuesto de forma que, al calentarse la tira, esta se curva (hacia el metal con menor coeficiente de dilatación) y desconecta el circuito.

Termorresistencias (RTD)

Las termorresistencias (Resistance Temperature Detectors, RTD) son resistencias que varían con la temperatura. Existen diferentes tipos, como las PTC (Positive Temperature Coefficient) y NTC (Negative Temperature Coefficient). Ofrecen una precisión de hasta el 99,5%.

Utilizan como principio de medición la variación de resistencia eléctrica que se produce en un conductor eléctrico al variar su temperatura. El metal conductor forma una bobina sensible que se conecta a un instrumento de medición. Los materiales más utilizados son el platino y el níquel. El sensor más conocido es el Pt100 (platino, con una resistencia de 100 Ω a 0 °C). El rango de medición típico para sensores de platino es de -100 a 500 °C.

Puente de Wheatstone

Para determinar el valor de una resistencia eléctrica, bastaría con colocar entre sus extremos una diferencia de potencial y medir la intensidad que pasa por ella, pues de acuerdo con la Ley de Ohm, R=V/I. El puente de Wheatstone es un circuito que permite medir resistencias con alta precisión, a menudo utilizado en conjunto con termorresistencias.

Termopares (Termocuplas)

Los termopares (también conocidos como termocuplas) son los sensores más utilizados, con precisiones superiores al 99%, respuestas muy rápidas y capacidades de medición de hasta 2000 °C.

Su funcionamiento se basa en el efecto Seebeck: en un circuito cerrado formado por dos metales conductores de diferente composición química, si sus uniones se encuentran a distintas temperaturas, se origina el paso de una corriente. A los conductores se los llama termopar y generan una fuerza electromotriz (FEM) que depende de la diferencia de temperatura existente en las uniones y de la combinación de metales.

Conductores Compensadores

Los conductores compensadores son termopares especiales de costo inferior a los principales, utilizados para transmitir la información a distancias mayores sin pérdida significativa de precisión. Se fabrican con una composición tal que permiten generar una FEM con un coeficiente de generación muy similar al del termopar principal. Generalmente son de cobre-constantán y hierro-constantán, siendo los más económicos.