1. Sistemas de Control Manual y Automático

Sistemas de control

Los sistemas de control son subsistemas de otros más amplios que regulan el comportamiento de un proceso mediante señales de información, comparándolas con un valor o magnitud prefijada.

Control manual

• El ser humano interviene directamente en las operaciones de regulación.
• Utiliza herramientas y dispositivos mecánicos, neumáticos, eléctricos, entre otros.
• El operario observa la información, decide qué acción tomar y ejecuta las maniobras necesarias.
• Ejemplo: Controlar manualmente una máquina mediante sus mandos de operación.

Control automático

• Utiliza un elemento denominado controlador, que realiza las operaciones de control sin intervención humana directa.
• El controlador recibe información de los sensores y actúa mediante actuadores.
• Los sensores captan información del estado del sistema.
• Los actuadores son dispositivos mecánicos, eléctricos o hidráulicos que producen movimiento o una acción física.
• Permite liberar al ser humano de tareas tediosas y repetitivas.

Automatización

Es la liberación del hombre de la carga que representan determinadas tareas mediante la implementación de sistemas automáticos.

Características de los autómatas:

• Simplifican el trabajo humano.
• Permiten realizar tareas repetitivas, peligrosas o pesadas.
• Incrementan la eficiencia en la producción.
• Economizan materiales y energía.
• Controlan y protegen instalaciones y maquinaria.
• Permiten realizar cambios laborales hacia otras actividades más creativas.

2. Control Automático a Lazo Abierto y Lazo Cerrado

Lazo abierto

• No tiene realimentación (feedback).
• La salida del sistema no se compara con el valor deseado.
• No existe devolución de información hacia el controlador.
• El sistema realiza su funcionamiento sin comprobar si la salida obtenida coincide con la consigna deseada.

Esquema funcional:

Entrada → Controlador → Planta/proceso → Salida

Ejemplo: Horno de microondas

• Entrada: Material crudo o frío, energía eléctrica e información de tiempo.
• Función: Cocinar, calentar o descongelar.
• Salida: Material cocido o caliente, energía calórica e información sonora.

Lazo cerrado

• Cuenta con realimentación.
• Se toma información de la variable de salida mediante un sensor.
• El controlador recibe continuamente esa información de retorno.
• Compara la salida real con el valor deseado y actúa sobre las desviaciones para corregirlas.
• La realimentación proporciona estabilidad y precisión al sistema.

Esquema funcional:

Entrada → Controlador → Planta/proceso → Salida
↑ __________________ Sensor ← __________↓

Elementos indispensables

• Energía: Fuente de potencia que permite el funcionamiento del sistema.
• Sensores: Dispositivos que captan los datos que permiten tomar decisiones.
• Actuadores: Dispositivos que realizan las acciones físicas.
• Información: Datos obtenidos por los sensores sobre el estado del proceso.
• Regulador: Permite regular la energía que recibe el controlador.
• Controlador: Recibe y procesa la información para ejecutar las acciones necesarias.

Sensor

Elemento destinado a capturar información de la salida del sistema. Es un transductor de entrada: transforma un tipo de energía o información física en otro lenguaje (generalmente eléctrico) que pueda ser comprendido por el sistema de control.

3. Máquinas y Mecanismos

Máquinas

El ser humano necesita realizar trabajos que sobrepasan sus posibilidades físicas: mover rocas, desplazar vehículos, transportar objetos o personas, realizar trabajos largos y repetitivos o tareas de gran precisión.

Las máquinas permiten reducir el esfuerzo necesario para realizar un trabajo determinado.

Las máquinas reciben la energía de una fuerza motriz (gasolina, esfuerzo muscular, electricidad, etc.) y la utilizan para realizar la función para la que fueron diseñadas.

Mecanismos

Las máquinas están formadas internamente por un conjunto de dispositivos llamados mecanismos.

Los mecanismos son las partes de las máquinas encargadas de transmitir o transformar la energía proporcionada por la fuerza motriz.

• Elemento motriz: Recibe la fuerza motriz y realiza el movimiento de entrada.
• Elemento conducido: Recibe el movimiento transformado y produce el movimiento de salida.

Esquema de funcionamiento:

Fuerza motriz → Movimiento de entrada → MECANISMO → Movimiento de salida

4. Tipos de Movimiento

Los elementos motrices y conducidos pueden presentar tres tipos de movimiento fundamentales:

Movimiento circular o rotatorio

Movimiento continuo en trayectoria circular, como el que tiene una rueda o un eje de motor.

Movimiento lineal

Movimiento en línea recta y en un solo sentido, como el de una cinta transportadora o una ventana corredera.

Movimiento alternativo

Movimiento de ida y vuelta sobre una trayectoria, como el de un vaivén o el pistón de un motor.

5. Mecanismos de Transmisión y Transformación

Mecanismos de transmisión

El elemento motriz y el elemento conducido poseen el mismo tipo de movimiento.

Ejemplo: La bicicleta.

• Elemento motriz: Pedales (movimiento circular).
• Elemento conducido: Rueda trasera (movimiento circular).

Mecanismos de transformación

El elemento motriz y el conducido poseen distinto tipo de movimiento.

Ejemplo: Mecanismo de una persiana con manivela.

• Elemento motriz: Manivela (movimiento circular).
• Elemento conducido: Persiana (movimiento lineal).

6. Mecanismos de Transmisión del Movimiento

Estos mecanismos transmiten el movimiento desde un punto de entrada hasta un punto de salida, manteniendo la naturaleza del movimiento.

Transmisión lineal

Tanto el elemento de entrada como el de salida poseen movimiento lineal.

Transmisión circular

Tanto el elemento de entrada como el de salida poseen movimiento circular.

Elementos de los mecanismos

Pueden clasificarse en:

• Motrices: Son los que inician o proporcionan el movimiento al sistema.
• Conducidos: Son los que reciben finalmente el movimiento para realizar el trabajo.

7. Palanca

La palanca es una barra rígida que oscila en torno a un punto de apoyo o articulación (fulcro). En un punto de la barra se aplica una fuerza (F) con el objetivo de vencer una resistencia (R).

Elementos principales

• Punto de apoyo (O): Eje o punto sobre el cual gira la palanca.
• Fuerza (F): Esfuerzo que se aplica manualmente o mediante un actuador a la palanca.
• Resistencia (R): Carga o fuerza opuesta que se busca vencer.
• Brazo de la fuerza (BF): Distancia perpendicular desde el punto de apoyo hasta la línea de acción de la fuerza aplicada.
• Brazo de la resistencia (BR): Distancia desde el punto de apoyo hasta el punto donde se ubica la resistencia.

0

8. Tipos de Palanca

Se clasifican según la posición relativa del punto de apoyo, la fuerza y la resistencia.

Palanca de primer grado o género

El punto de apoyo (O) se encuentra ubicado entre la fuerza y la resistencia.

F — O — R

Ejemplos: Tijeras, alicates, balancines.

Palanca de segundo grado o género

La resistencia (R) se encuentra ubicada entre el punto de apoyo y la fuerza.

O — R — F

Ejemplos: Carretillas, cascanueces.

Palanca de tercer grado o género

La fuerza (F) se encuentra ubicada entre el punto de apoyo y la resistencia.

O — F — R

Ejemplos: Pinzas de depilar, el brazo humano al levantar un objeto.

Ventaja Mecánica

Dependiendo de la configuración de la palanca, estas pueden proporcionar ventaja mecánica (multiplicación de fuerza) o no.

• Las palancas de primer grado pueden proporcionar ventaja mecánica o no, dependiendo de la longitud de sus brazos.
• Las palancas de segundo grado siempre proporcionan ventaja mecánica, ya que el brazo de fuerza es mayor que el de resistencia.
• Las palancas de tercer grado proporcionan una ventaja mecánica negativa (o desventaja), debido a que se requiere aplicar una fuerza mayor para vencer la resistencia, aunque permiten ganar velocidad o precisión.

Relación entre los brazos

Para vencer una resistencia aplicando la menor fuerza posible, es fundamental la relación entre:

• Brazo de la fuerza (BF): Distancia del apoyo al punto de aplicación de F.
• Brazo de la resistencia (BR): Distancia del apoyo al punto donde actúa R.