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Lo que deberías saber de los controladores de temperatura

Son innumerables las actividades y procesos en que necesitamos controlar la temperatura, por lo que existe en el mercado una amplia gama de controladores con distintas capacidades y características. Todos estos equipos necesitan trabajar con otros elementos y aplican, además, diferentes lógicas de operación. En este artículo, abordamos estos aspectos para que pueda elegir el controlador de temperatura adecuado a sus necesidades.

Un controlador de temperatura se puede definir como un instrumento diseñado para que un proceso o recinto opere dentro de un rango de temperatura deseado, y para lo que ejerce control. Esta primera aproximación, si bien es sencilla, implica algunas ideas que merecen ser revisadas.

La primera de ellas es que ejercemos control cuando queremos alcanzar y mantener un estado deseable, el que es definido por el usuario conforme a sus requerimientos. Por lo tanto, todo controlador debe permitirnos definir ese estado, y en este caso, debe permitirnos ingresar la temperatura deseada para el recinto o proceso donde queremos tener control.

Una vez que el controlador “conoce” la temperatura deseada, y antes de ejecutar cualquier acción, requiere primeramente “medir” la temperatura del recinto o del proceso y compararla luego con la deseada. En este punto, debemos entender que el controlador en sí mismo no realiza la medición de la variable, sino que, para ello, debemos disponer de sensores de temperatura, tales como una termocupla, un sensor PT100 u otro.

Cuando el controlador cuenta con estas dos “entradas” (la temperatura deseada y la medida), puede realizar las comparaciones entre ambas y tomar “acciones” de acuerdo a ciertas lógicas de operación expresadas en algoritmos, y entregar así una orden (o “salida”) que le permita llevar la temperatura medida al setpoint deseado.

Cabe destacar que, para poder ejecutar las acciones que permitirán corregir la temperatura, debemos contar con algún elemento que permita actuar sobre la misma, como un sistema de refrigeración, de ventilación, calefacción u otro, siendo estos por tanto los elementos finales de control.

En la figura 1, podemos ver graficada toda esta secuencia, la que se repite constantemente para que el control sea continuo. Como podemos ver, el controlador de temperatura por sí solo no controla la temperatura, sino que para ello forma parte de un Sistema de Control de Temperatura donde participan otros dispositivos a los que debemos poner especial atención al momento de construir nuestro sistema. Por ejemplo, se debe tener en consideración:

• Tipo de sensor de entrada (termocupla, PT100, etc.). La correcta selección de este elemento dependerá del rango de temperatura y la exactitud requerida.

• Tipo de salida requerida (relé electromecánico, SSR, salida analógica). Su elección obedecerá de las acciones que queramos que se ejecuten por parte del sistema.

• Algoritmo de control necesario (encendido/apagado, control proporcional, controlador PID), que corresponde a las características y capacidades del controlador.

• Número y tipo de salidas (calor, frío, alarma, límite).


Tipos de control de temperatura

Ahora que conocemos el contexto en que opera un controlador, podemos abordar las lógicas de operación que aplican para ejecutar sus acciones. Básicamente, hay tres tipos de control de temperatura básicos: PID, On/Off y Proporcional.


• Controlador de temperatura On/Off (encendido/apagado): Este tipo es el más básico para controlar la temperatura. En términos simples, el controlador enciende o apaga un dispositivo que actúe sobre esta variable. Por ejemplo, el controlador encenderá el sistema de ventiladores cuando la temperatura ambiental exceda los 22°C, y lo apagará cuando sea menor a 15°C. Dicho de otro modo, cada vez que la temperatura cruza la temperatura deseada en uno u otro sentido, el estado de la salida cambia.

Cuando se trata de entornos donde la temperatura puede variar rápidamente, un constante encendido y apagado de los dispositivos podría traernos efectos no deseados, especialmente en contactores que apagan y encienden. En estos casos, es aconsejable agregar un diferencial de encendido y apagado, el que nos otorgará un mayor margen para el umbral de encendido y apagado, evitando así que se produzcan cambios rápidos de conmutación en la salida, si los ajustes se producen rápidamente. Por ende, estos controladores se caracterizan por alcanzar rápidamente temperaturas cercanas a las deseadas, pero con cierta oscilación e inestabilidad.


• Controlador de temperatura Proporcional: Este nos ofrece un tipo de respuesta que nos otorga una mayor estabilidad, aplicándose principalmente a procesos en donde se requiere alcanzar una determinada temperatura sin sobrepasarla. Para ello, el controlador regula la temperatura de los calentadores (imaginemos un horno donde secamos madera) al mantenerlos encendidos solo por periodos que tienden a disminuir en la misma proporción en que nos acercamos a la temperatura deseada. Por esta razón, decimos que estos controladores operan dentro de una “banda proporcional” en torno a la temperatura deseada.

Cuando se trata de disminuir la temperatura, la lógica de operación es la misma, pero a la inversa, donde los tiempos de apagado son cada vez más extensos hasta alcanzar gradualmente la temperatura deseada. Estos controladores, en comparación a los On/Off, logran mantener una temperatura de operación más cercana a la deseada y más estable, pero con un tiempo de respuesta bastante mayor. Este tipo de control se recomienda particularmente para procesos donde se requiere realizar un tratamiento térmico, tales como el tratamiento de resinas, química industrial, procesos de secado de madera, etc.


• Controlador de temperatura PID: Básicamente se trata de un control proporcional (P) combinado con dos ajustes adicionales que permiten compensar automáticamente las variaciones de temperatura: integral (I) y derivativo (D). En este tipo de control, el énfasis está puesto en la capacidad que posee el controlador para combinar la rapidez con que se corrigen los errores (brecha entre la temperatura deseada y la medida) con la estabilidad del sistema para que, en el intento de corregir rápidamente los errores, no se sobrepasen las temperaturas deseadas, proporcionándonos un control de temperatura más preciso y estable a la vez.



Artículo gentileza de Veto. / www.veto.cl
Noviembre 2019
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