Sistemas Automáticos y Sensores Industriales: Fundamentos y Aplicaciones

Introducción a los Sistemas Automáticos y de Control

Un sistema automático y de control es un conjunto de componentes que actúan de forma coordinada, controlando el funcionamiento de un automatismo o de un proceso para que funcione de la manera prevista y en función del estado inicial.

Bloques Fundamentales de un Sistema Automático

Un sistema automático consta de tres bloques principales: entrada, proceso y salida.

• La entrada es una señal que contiene información, generalmente recogida como una magnitud física, y que pone en funcionamiento el proceso.
• El proceso o planta es el conjunto de fases o acciones que lleva a cabo el sistema para conseguir una función.
• La salida es la señal de respuesta, generada al final del sistema automático y que generalmente debe mantenerse en un rango gracias al control del propio sistema.

La finalidad de un sistema de control es conseguir que las variables de salida alcancen unos valores prefijados, mediante la manipulación de las variables de control. Las perturbaciones son señales de entrada indeseables.

Componentes Clave de los Sistemas de Control

Para el correcto funcionamiento de un sistema automático, se emplean diversos componentes con funciones específicas:

• Un sensor es un dispositivo capaz de captar magnitudes físicas o químicas y transformarlas en variables eléctricas.
• Un transductor transforma la señal de salida de un sensor en una señal eléctrica.
• Un captador es un transductor en el que la señal de salida no es de tipo eléctrico.
• Un comparador compara las señales de referencia y entrada y avisa al controlador cuando la diferencia supera un valor determinado.
• Un controlador es el elemento encargado de mejorar la respuesta del sistema a la señal generada por el comparador.
• Los actuadores son los elementos que llevan a cabo la acción para la que ha sido diseñado el sistema.

Tipos de Sensores Industriales y sus Aplicaciones

Sensores de Temperatura

Termistor

Los termistores se basan en la variación de la resistencia con la temperatura. Pueden ser NTC (Negative Temperature Coefficient), si el valor de su resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura (RJ, T1), o PTC (Positive Temperature Coefficient), si el valor de su resistencia aumenta cuando aumenta la temperatura (R1, T°).

Termopar

Los termopares se basan en el efecto Seebeck: si se unen dos metales por un extremo y se calienta la unión, se produce una diferencia de potencial entre los extremos libres que es proporcional a la diferencia de temperaturas.

Sensores de Humedad

Detector de Humedad del Suelo

Este sensor proporciona un valor de voltaje analógico variable en función del nivel de humedad que detecta. Mide la humedad entre dos terminales. Aunque existen de muchos tipos, los más habituales se basan en el aumento de la conductividad de la tierra con el incremento de agua en su composición.

Detector de Temperatura Ambiente y Humedad Relativa

Mide un rango específico de temperatura y un rango de humedad relativa.

Sensores de Velocidad

Tacómetro

Los tacómetros miden velocidades angulares. Algunos se basan en la ley de Faraday, es decir, en la fuerza electromotriz inducida en un conductor que atraviesa un campo magnético. Se acoplan a una máquina y miden su velocidad de giro. Actualmente, se utilizan tacómetros digitales.

Sensores de Fuerza y Presión

Galga Extensométrica

Las galgas extensométricas se basan en la variación de la resistencia eléctrica sufrida por un conductor al deformarse cuando se le aplica una fuerza. Consisten en un alambre muy fino o en un papel metálico en forma de rejilla.

Sensor Piezoeléctrico

Se basa en la propiedad de los materiales con estructura cristalina de generar una tensión eléctrica entre sus caras al aplicar una fuerza sobre ellas, que les produce una deformación.

Sensores de Medida de Ángulos

Potenciómetro

Se basa en la variación de la resistencia de un conductor en función de su longitud.

Encoder o Codificador Rotatorio

Es un dispositivo que convierte el ángulo de giro de un objeto (por ejemplo, un motor) en un código digital. Consta de un disco con ranuras y un emisor y un receptor de luz, o bien con bandas blancas y negras. Al girar el disco, la luz pasa por las ranuras o bandas y produce señales. Midiendo el número de señales, puede determinarse el ángulo del desplazamiento.

Sensores de Movimiento

Radar

Sirve para detectar, mediante el empleo de ondas electromagnéticas, la presencia de objetos situados en su campo de propagación, y determinar la distancia a la que se encuentran. Puede emplearse en distancias muy largas, del orden de kilómetros.

Sensor PIR

Todos los cuerpos emiten una cierta cantidad de energía infrarroja, mayor cuanto mayor es su temperatura. Los dispositivos PIR (Passive Infrared) disponen de un sensor piezoeléctrico capaz de captar esta radiación y convertirla en una señal eléctrica.