Controladores De temperatura: Qué son, Tipos, PID

El control de temperatura es un factor imprescindible en distintas aplicaciones desde las que se implementan en una casa para controlar la temperatura de una habitación hasta las que se utilizan en grandes industrias para asegurar un control térmico de ciertas áreas, en donde para lograrlo se desarrollaron los controladores de temperatura que permiten alcanzar y mantener los niveles de temperatura requeridos.

Según los controladores que se usen se tendrá una velocidad de control y precisión determinada.

¿Qué son los controladores de temperatura?

Los controladores de temperatura son dispositivos diseñados con un objetivo específico, el cual es mantener la temperatura de un lugar dentro de un rango determinado, en una industria dicho lugar son sitios en los que resulta de vital importancia el control de la temperatura para lograr las condiciones favorables en un proceso particular, en donde la temperatura juega un papel esencial.

El control de temperatura se aplica cuando la temperatura de un ambiente específico se desea llevar a los valores apropiados para que dicho ambiente opere de forma correcta, ya que de otra manera si la temperatura es la deseada obviamente los controladores de temperatura no actuarían ya que ellos solo ejercen su voluntad para llevar la temperatura al valor requerido.

Es decir, que los controladores de temperatura solo actúan cuando el nivel de temperatura está fuera del valor o rango de temperatura adecuada, dicho rango de temperatura se establece previamente a la ejecución del proceso, y es insertado por un operario, el cual le dice a los controladores de temperatura bajo qué condiciones van a ejercer control según los datos ingresados.

Es cierto que una vez que los datos son ingresados, el controlador ya conoce los valores de temperatura sobre los cuales debe actuar, sin embargo necesita tener una temperatura de referencia para saber cuando aplicar dicho rango de control, el cual aplicará si y sólo si, la temperatura del recinto está por fuera del rango establecido.

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Para conocer el valor de la temperatura del lugar al que se propone controlar, es necesario el uso de un sensor de temperatura el cual le permitirá al controlador conocer la temperatura del recinto, lugar o proceso.

Inmediatamente que el controlador se hace del conocimiento de la temperatura del lugar o proceso, la compara con la temperatura deseada (el rango de temperatura insertado por el operario), y en función de esta comparación generará una señal de control que actúe sobre el recinto, lugar o proceso, para llevar a la temperatura a los valores ajustados.

La señal de control generada por el controlador se aplica a elementos que se encargan de transformar esta señal de control en acciones propias de control para actuar sobre el proceso, tales elementos se valen de la utilización de dispositivos que permiten establecer una temperatura apropiada según un ajuste que se da en este caso a través de la señal de control.

Estos elementos se conocen como elementos finales de control los cuales pueden ser sistemas de refrigeración, ventilación, entre otros.

A continuación se muestra el modelo típico de un sistema de control de temperatura.

En la figura anterior se puede observar al bloque controlador que forma parte de un sistema de control de temperatura, de la misma manera se puede notar que el controlador de temperatura no es el único dispositivo usado para lograr los efectos de control deseados, sino que también actúa en conjunto con otros componentes para llevar a cabo sus funciones.

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Los componentes fundamentales de un sistema de control de temperatura con los que un controlador puede trabajar son los sensores de temperatura, elementos de control que se encuentran en la etapa de potencia y la planta a controlar en sí.

Tipos de controladores de temperatura

A continuación se mostraran los tipos fundamentales de controladores de temperatura:

Controlador de temperatura On/Off 

El controlador de temperatura On/Off o controlador de encendido apagado es uno de los controladores más básicos usados en lo que respecta al control de temperatura, en ámbitos cotidianos.

Un sistema de control de temperatura típico en el cual se usa un controlador On/Off es el siguiente:

Supongamos que queremos controlar la temperatura de un recinto la cual no varía rápidamente, y queremos establecerla en un rango determinado por ejemplo entre 10 °C y 20 °C.

Si se quiere que la temperatura se mantenga entre 10 °C y 20 °C entonces, cuando la temperatura pase los 20 °C, se debe enfriar el recinto, y cuando la temperatura pase por debajo de 10 °C, se deja de enfriar puesto que ya llegó al mínimo valor de temperatura ajustado.

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Dicho de otra manera, cuando la temperatura supere los 20 °C el controlador enciende (On) el elemento final de control (enfriador) para bajar el nivel de la temperatura y cuando la temperatura baje de 10 °C el controlador apaga (Off) al elemento final de control.

Es decir, que la funciones de operación de este tipo de controlador es simplemente apagar y encender en el momento adecuado según un rango específico, por tal motivo su nombre On/Off.

No es recomendable usarlo en recintos en donde la temperatura varíe velozmente debido al rápido cambio entre el encendido y apagado de los elementos de control lo cual podría causar un daño de gran magnitud en los mismos.

En caso de quererlos usar en este sentido, es necesaria la utilización de un diferencial de encendido y apagado el cual permitirá un mayor intervalo para el rango de encendido y apagado y así proteger a los elementos de control evitando cambios bruscos en su operación.

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Controlador de temperatura proporcional

Este tipo de controladores ofrece una mayor robustez y estabilidad, para lo cual es de vital importancia la precisión en sistema de control de temperatura en los que se requieren acciones de control apropiadas que impidan que el entorno a controlar supere un nivel de temperatura específico.

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Esto es así ya que por ejemplo en los sistemas con controladores On/Off no se toma en cuenta ni se respetan los niveles de temperatura, los cuales se pueden superar sin causar ningún problema, a diferencia de los controladores proporcionales que gradúan este control apropiadamente.

Por ejemplo, tenemos lo siguiente:

Hemos dicho que una temperatura específica no se desea superar, entonces si tenemos una caldera la cual se calienta para llevarla a una temperatura específica, como todos los elementos a calentar a medida que transcurre el tiempo mientras la caldera se mantiene encendida su temperatura aumenta, por lo que los lapsos de tiempo en los cuales el controlador mantiene la caldera encendida se reducirán a medida que esta alcance dicha temperatura.

Funciona de manera parecida al controlador On/Off, la diferencia es que en el controlador proporcional los tiempos de apagado son más prolongados mientras que el controlador On/Off son los tiempos de encendido.

Controlador de temperatura PID

Ese tipo de controladores posee las características de un controlador proporcional además de un control integral y derivativo para corregir las variaciones de error entre la temperatura deseada y la temperatura real.

La unión de las características integral y derivativa junto con su característica proporcional le permiten corregir los errores rápidamente sin superar los niveles de temperatura apropiados, por lo que sus tiempos de respuesta son más rápidos.

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Es importante destacar que a pesar de que cada controlador tiene una ventaja más que otra, dichas ventajas se tienen en procesos determinados, por lo que se deben usar los controladores apropiados para cada recinto, lugar o proceso.