Sistemas de Control en la Industria: Desde Sensores hasta Actuadores

Fundamentos del Control de Procesos Industriales

El control de procesos implica las operaciones necesarias para mantener ciertas variables (como temperatura o presión) dentro de rangos de valores predefinidos.

Tipos de Control

• Control Manual: El operario realiza los ajustes manualmente.
• Control Automático: Un sistema electrónico, neumático o digital gestiona el proceso de forma autónoma.

Variables Clave en el Control de Procesos

• Variable Controlada: La magnitud de interés que debe mantenerse en un valor específico.
• Variable Perturbadora: Factores externos que influyen sobre la variable controlada.
• Variable Manipulada: La magnitud que se ajusta para contrarrestar las perturbaciones.
• Punto de Consigna (Set Point): El valor deseado para la variable controlada.
• Control Automático de Procesos: Proceso de mantener una variable en un punto de consigna adecuado mediante la manipulación de otra variable.

Componentes de un Lazo de Control

B1: Sensor y Transmisor

• Sensor: Dispositivo en contacto directo con el punto del proceso a medir. Genera una señal (mecánica, eléctrica, etc.) proporcional a la magnitud medida.
• Transmisor: Transforma la señal del sensor en una señal proporcional y estandarizada.
  • Neumáticos: Señal de presión de aire (3-15 psi).
  • Electrónicos: Señal eléctrica (0-20 mA o 4-20 mA).

B2: Controlador

Controlador: Elemento que, a partir del error (diferencia entre el punto de consigna y el valor medido), genera una señal de salida que envía al elemento final de control.

• Error = 0: La variable se mantiene en el punto de consigna.
• Error ≠ 0: El controlador envía señales para alcanzar el valor deseado.

Tipos de controladores:

• Neumáticos: Operan con señal neumática.
• Electrónicos: Operan con señal eléctrica.
• Digitales: Toman una señal digital y son microprocesadores (realizan conversión Analógico-Digital / Digital-Analógico - AD/DA).

Tipos de Señales

• Señal Digital: Señales eléctricas discontinuas, con dos valores de señal (ej. ON/OFF).
• Señal Analógica: Señales continuas en el tiempo, que pueden tomar cualquier valor dentro de un rango.

B3: Elemento Final de Control

Elemento Final de Control: Dispositivo que actúa sobre el proceso para alcanzar el valor deseado de la variable controlada.

Otros Componentes Auxiliares

• Convertidor: Transforma una señal estándar en otra señal estándar (neumática, eléctrica, digital).
• Indicador: Instrumento que muestra el valor de la variable en una medida legible.
• Registrador: Expresa la evolución de la variable en función del tiempo, generalmente en gráficas.
• Alarma: Avisa (luminosa o acústicamente) de una condición de riesgo o fuera de rango.

Actuadores Industriales

Los actuadores son dispositivos que convierten una señal de control en una acción física para manipular la variable del proceso.

Tipos de Actuadores

• Actuador de Diafragma: Utiliza energía neumática. La presión sobre un diafragma mueve un vástago. La fuerza del muelle se opone a la presión.
  • Acción Directa: El vástago se mueve hacia abajo al aumentar la presión.
  • Acción Inversa: El vástago se mueve hacia arriba al aumentar la presión.
  • Pueden ser "Aire para cerrar" o "Aire para abrir" la válvula.
• Actuador Neumático (Cilindro): Consiste en un cilindro y un émbolo. Al entrar aire, mueve el émbolo y el vástago. Puede ser de doble efecto (el aire mueve en ambas direcciones) o simple efecto (el retorno lo produce un muelle).
• Actuador Motor Eléctrico: Transmite el empuje al vástago, convirtiendo un movimiento circular en lineal.
• Actuador Solenoide: Transforma la corriente eléctrica en un campo magnético (electroimán) para generar movimiento.
• Actuador Hidráulico: Utiliza un líquido a alta presión (con sistema de bombeo) en un cilindro para generar fuerza.

Válvulas de Control Autocontroladoras

Estas válvulas regulan una variable del proceso sin necesidad de un controlador externo, basándose en la propia variable.

• Válvula Autocontroladora Reductora de Presión: Toma la presión a la salida de la válvula. Si la presión excede el valor deseado, vence la fuerza del muelle y la válvula tiende a cerrarse.
• Válvula Estabilizadora de Presión (Aguas Arriba): Toma la presión del flujo antes de llegar a la válvula. Si la presión aumenta, la válvula se abre para descomprimir el sistema.
• Válvula de Temperatura Autocontroladora: Mediante la subida de la temperatura del fluido, un elemento sensible hace que la válvula se cierre o abra para alcanzar la temperatura deseada.