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Introducción a los reguladores de temperatura

Como indica el nombre, un regulador de temperatura es un instrumento usado para regular la temperatura. El regulador de temperatura toma una entrada de un sensor de temperatura y tiene una salida que está conectada a un elemento de regulación como calentador o ventilador.

Para regular con precisión la temperatura de proceso sin una intensa participación del operador, un sistema regulador de temperatura confía en un regulador, que acepta como entrada un sensor de temperatura como un termopar o RTD. Compara la temperatura real con la temperatura de control deseada, o punto de ajuste, y proporciona una salida a un elemento de control. El regulador es una parte de todo el sistema de control, y se deberá analizar todo el sistema para seleccionar el regulador adecuado. Se deberán tener en mente los siguientes elementos al escoger un regulador:
  1. Tipo de sensor de entrada (termopar, RTD) y rango de temperatura
  2. Tipo de salida requerida (relé electromecánico, SSR o relé de estado sólido, salida analógica)
  3. Algoritmo de regulación necesario (encendido y apagado, proporcional, PID)
  4. Número y tipo de salidas (calentar, enfriar, alarma, límite)
¿Cuáles son los diferentes tipos de reguladores, y cómo funcionan?
Hay tres tipos básicos de reguladores: encendido-apagado, proporcional y PID. Dependiendo del sistema a regular, el operador podrá usar un tipo u otro para regular el proceso.

¿Cuáles son los diferentes tipos de reguladores, y cómo funcionan?
Hay tres tipos básicos de reguladores: encendido-apagado, proporcional y PID. Dependiendo del sistema a regular, el operador podrá usar un tipo u otro para regular el proceso.

Regulación de encendido y apagado
Un regulador de encendido y apagado es la forma más sencilla de un dispositivo regulador de temperatura. La salida del dispositivo está ya sea encendida o apagada, sin estado intermedio. Un regulador de encendido y apagado conmutará la salida sólo cuando la temperatura cruce el punto de ajuste. Para la regulación de calentamiento la salida está encendida cuando la temperatura está por debajo del punto de ajuste, y apagada por encima del punto de ajuste. Puesto que la temperatura cruza el punto de ajuste para cambiar el estado de la salida, la temperatura de proceso estará en un ciclo continuo e irá de debajo del punto de ajuste hacia arriba, y volverá a estar debajo. En casos en los que este ciclado ocurra rápidamente, y para evitar daños a contactores y válvulas, se agrega a la operaciones del regulador un diferencial de encendido-apagado, o "histéresis". Este diferencial requiere que la temperatura se aleje del punto de ajuste en una cierta cantidad antes de que la salida se encienda o se apague otra vez. El diferencial de encendido y apagado impide que la salida haga "alharaca" o haga conmutaciones rápidas y continuas si los ciclos por encima y debajo del punto de ajuste ocurren muy rápidamente. La regulación de encendido y apagado normalmente se usa cuando no es necesaria una regulación precisa, en sistemas que no pueden manejar que la energía se encienda y apague frecuentemente, en los que la masa del sistema es tan grande que las temperaturas cambian de manera extremadamente lenta, o para una alarma de temperatura. Un tipo especial de regulación de encendido y apagado que se usa para una alarma es un regulador de límite. Este regulador usa un relé con enclavamiento, que se debe restablecer manualmente, y se usa para apagar un proceso cuando se alcanza cierta temperatura.

Control proporcional
Los controles proporcionales están diseñados para eliminar los ciclos relacionados con la regulación de encendido y apagado. Un regulador proporcional disminuye la potencia promedio que se suministra al calentador a medida que la temperatura se aproxima al punto de ajuste. Esto tiene el efecto de frenar el calentador de modo que no tenga un sobreimpulso más allá del punto de ajuste, sino que se aproximará al punto de ajuste y mantendrá una temperatura estable. Esta acción de proporcionamiento se puede lograr al encender y apagar la salida por intervalos cortos. Este "proporcionamiento de tiempo" varía la relación tiempo "encendido" a tiempo "apagado" para regular la temperatura. La acción de proporcionamiento ocurre dentro de una "banda de proporcionamiento# alrededor de la temperatura del punto de ajuste. Fuera de esta banda, el regulador funciona como una unidad de encendido y apagado, con la salida bien en completamente encendido (debajo de la banda) o completamente apagado (encima de la banda). Sin embargo, dentro de la banda, la salida se enciende y apaga en la relación de la diferencia de medida re la banda. En el punto de ajuste (el punto medio de la banda proporcional) la relación encendido:apagado de la salida es 1:1, es decir, que el tiempo encendido y el tiempo apagado son iguales. Si la temperatura está más alejada del punto de ajuste, los tiempos de encendido y apagado varían en proporción a la diferencia de temperatura. Si la temperatura está por debajo del punto de ajuste, la salida estará encendida más tiempo; si la temperatura es demasiado alta, la salida estará apagada más tiempo.

Control PID
El tercer tipo de regulador ofrece control proporcional con integral y derivada, o PID. Este regulador combina el control proporcional con dos ajustes adicionales, lo que ayuda a que la unidad compense automáticamente los cambios en el sistema. Estos justes, integral y derivada, se expresan en unidades de base de tiempo; también se les llama por sus recíprocos, RESTABLECER y TASA, respectivamente. Los términos proporcional, integral y derivada se deben ajustar o "afinar" individualmente a un sistema en particular usando prueba y error. Proporciona el control más preciso y estable de los tres tipos de regulador, y se usa mejor en sistemas que tienen una masa relativamente pequeña, los que reaccionan rápidamente a los cambios en la energía agregada al proceso. Se recomienda en sistemas en los que la carga cambia con frecuencia y se espera que el regulador compense automáticamente debido a los cambios frecuentes en punto de ajuste, la cantidad de energía disponible, o la masa a controlar.
OMEGA ofrece numerosos reguladores que se afinan automáticamente. Estos se conocen como reguladores de afinación automática.

Tamaños estándar
Puesto que los reguladores de temperatura en general están montado dentro de un tablero de instrumentos, el tablero se debe cortar para aceptar el regulador de temperatura. Para proporcionar intercambiabilidad entre reguladores de temperatura, casi todos los reguladores de temperatura están diseñados en tamaños DIN estándar. Los tamaños DIN más frecuentes de muestran a continuación.
Cortes DIN estándar para reguladores de temperatura
Tipos de reguladores de temperatura
Reguladores de temperatura/proceso Regulador de encendido y apagado
Los reguladores de encendido y apagado son el tipo más sencillo de regulador con acción de regulación de encendido y apagado.
Reguladores PID de tensión, proceso y temperatura de 1/32 DIN Reguladores PID de afinación automática
Los reguladores PID proporcionan un control muy estrecho pero el algoritmo PID exige afinación. Los reguladores de afinación automática proporcionan esa función.
Reguladores de humedad y temperatura Reguladores multibucle
Cada bucle de control normalmente consiste en una entrada y al menos una salida. OMEGA ofrece numerosos reguladores multibucle que pueden manejar más de un solo bucle de control. El CN1507 de OMEGA puede manejar hasta 7 bucles de control.
Regulador de límite con zumbador audible Reguladores de límite de seguridad
Un regulador de límite de seguridad es un regulador de encendido y apagado con una salida con enclavamiento. Cuando la salida cambia de estado requiere un restablecimiento manual para volver a cambiar. Los reguladores de límite de seguridad se usan típicamente como reguladores redundantes, para apagar un proceso cuando se alcanzan límites indeseables.

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