Sistemas de Control Industrial: Componentes, Tipos y Aplicaciones

Sistemas de Control Industrial

Componentes Clave

• Variables del sistema: Magnitudes controladas que definen el comportamiento (velocidad, temperatura, posición, etc.).
• Entrada: Excitación externa aplicada al sistema para provocar una respuesta.
• Salida: Respuesta del sistema de control.
• Perturbación: Señales no deseadas que afectan adversamente el funcionamiento (ej: abrir una ventana en un sistema de control de temperatura).
• Planta: Sistema sobre el que se actúa.
• Señal de referencia: Señal de entrada conocida para calibrar el sistema.
• Señal de error: Diferencia entre la señal de entrada y la realimentada.
• Unidad de control: Gobierna la salida según la señal de activación.
• Unidad de realimentación: Capta, acondiciona y traslada la variable de salida a la unidad de comparación.
• Actuador: Recibe órdenes del controlador y las adapta para accionar el elemento final de control.
• Transductor: Transforma una magnitud física en otra interpretable por el sistema.
• Amplificador: Proporciona un nivel de señal adecuado.
• Sensor: En contacto directo con la magnitud a evaluar.
• Captador: Transductor en el lazo de realimentación, recoge información de la salida.
• Transmisor: Transforma la señal del sensor/transductor/captador en una señal normalizada.

Tipos de Sistemas de Control

• Sistema de lazo abierto: La señal de salida no influye en la señal de entrada (ej: lavadora automática).
• Sistema de lazo cerrado: La señal de salida influye en la entrada (ej: control de iluminación de calles).

Conceptos Adicionales

• Función de transferencia: Cociente entre las transformadas de Laplace de las señales de salida y entrada.
• Sistema estable: Permanece en reposo a menos que se excite externamente.
• Respuesta permanente: Comportamiento del sistema una vez estabilizadas sus variables.
• Respuesta transitoria: Comportamiento del sistema hasta alcanzar la respuesta permanente.
• Bloque: Representación gráfica de la relación causa-efecto.

Controladores

• Controlador proporcional: Señal de accionamiento proporcional a la señal de error.
• Controlador integral: Señal de salida varía en función de la desviación y el tiempo.
• Controlador PID: Combina las acciones proporcional, integral y derivativa.

Sistemas Oleohidráulicos y Neumáticos

Oleohidráulica

Propiedades de los Fluidos

• Presión de vapor: Presión ejercida por las moléculas al vaporizarse.
• Cavitación: Formación de bolsas de vapor que erosionan las partes metálicas.
• Viscosidad: Resistencia del fluido a su movimiento.
• Punto de fluidez: Temperatura más baja a la que un fluido puede fluir.
• Índice de viscosidad: Variación de la viscosidad con la temperatura.
• Régimen laminar: Flujo ordenado de moléculas (Re < 2000).
• Régimen turbulento: Flujo desordenado de moléculas (Re > 2000).

Principios Fundamentales

• Principio de Pascal: La presión aplicada se transmite íntegramente en todas las direcciones.
• Ley de continuidad: Caudal constante a través de una conducción.

Componentes de un Sistema Oleohidráulico

• Depósito: Recupera y mantiene el fluido.
• Acondicionadores de aceite: Mantienen el aceite limpio.
• Filtro: Retira partículas sólidas.
• Manómetro: Indica la presión de trabajo.
• Red de distribución: Garantiza presión y velocidad del aceite.
• Elementos de regulación y control (válvulas): Regulan el paso del aceite.
• Válvulas de dirección o distribuidores: Controlan la dirección del flujo.
• Válvulas antirretorno: Permiten el paso del aceite en un solo sentido.
• Válvulas de regulación de presión y caudal: Modifican la presión y el caudal.
• Elementos actuadores (cilindros y motores): Transforman la energía oleohidráulica en energía mecánica.
• Cilindros de simple efecto: Trabajo útil en un solo sentido.
• Cilindros de doble efecto: Trabajo útil en ambos sentidos.
• Motores: Transforman la energía oleohidráulica en energía mecánica de rotación.

Neumática

Propiedades del Aire

• Humedad: Cantidad de vapor de agua en el aire.
• Humedad absoluta: Cantidad total de vapor de agua (g/cm³).
• Humedad relativa: Relación entre la humedad del aire y la humedad máxima a una temperatura dada.

Componentes de un Sistema Neumático

• Compresores: Proporcionan presión y caudal de aire.
• Acumuladores: Mantienen un nivel de presión adecuado.
• Acondicionadores de aire: Mantienen el aire limpio, con la humedad y lubricación adecuadas.
• Filtro de aire: Elimina partículas en suspensión.
• Secador: Elimina la humedad del aire.
• Lubricadores: Proporcionan lubricación al aire.