1. UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO MONAGAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE SISTEMAS
CURSO ESPECIAL DE GRADO
“INSTRUMENTACION Y CONTROL INDUSTRIAL”
Tutor de Seminario Realizado por:
Ing. Edgar Goncalves Juan Carlos Ascanio Carvajal
C.I: 20.139.269
Carlos Luis Oronoz Cabello
C.I: 19.446.901
Maturín, Marzo de 2014

2. ii
INDICE
INTRODUCCION.................................................................................... 3
MARCO TEORICO................................................................................. 4
Controlador ......................................................................................... 4
Sistemas Neumáticos ......................................................................... 4
Controladores neumáticos de tipo fuerza-distancia ............................ 5
Controladores neumáticos de tipo fuerza-balance.............................. 6
DISCUSION ........................................................................................... 7
CONCLUSION........................................................................................ 9
REFERENCIAS.................................................................................... 10

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INTRODUCCION
Los controladores son aquel medio que permite realizar en esencia el
proceso de comparación entre lo que tenemos y lo que queremos obtener. Este
tipo de comparación anteriormente era realizado de forma manual y era el
operador el que debía darse a la tarea de realizar cálculos tediosos para realizar
un ajuste acorde a lo que se quiere obtener.
Siendo uno de los controladores de fuerza más versátiles en la industria, en
esta investigación nos centraremos en los controladores neumáticos, los cuales
debido a que son el medio más idoneo para transmitir señales y potencia, los
fluidos, ya sean líquidos o gases, tienen un amplio uso en la industria.
Los líquidos y los gases se diferencian entre sí básicamente por su falta de
compresibilidad relativa y por el hecho de que un líquido puede tener una
superficie libre, en tanto que un gas se expande para llenar su recipiente.
En el campo de la ingeniería, el término neumática describe los sistemas de
fluidos que usan aire o gases e hidráulica describe los sistemas que usan aceite.
Los sistemas neumáticos se usan mucho en la automatización de la
maquinaria de producción y en el campo de los controladores automáticos. Por
ejemplo, tienen un amplio uso los circuitos neumáticos que convierten la energía
del aire comprimido en energía mecánica, y se encuentran diversos tipos de
controladores neumáticos en la industria.

4. 4
MARCO TEORICO
Controlador
El controlador es una componente del sistema de control que detecta los
desvíos existentes entre el valor medido por un sensor y el valor deseado o “set
point”, programado por un operador; emitiendo una señal de corrección hacia el
actuador (Ver figura 1).
Un controlador es un bloque electrónico encargado de controlar uno o más
procesos. Al principio los controladores estaban formados exclusivamente por
componentes discretos, conforme la tecnología fue desarrollándose se emplearon
procesadores rodeados de memorias, circuitos de entrada y salida. Actualmente
los controladores integran todos los dispositivos mencionados en circuitos
integrados que conocemos con el nombre de micro-controladores. Los
controladores son los instrumentos diseñados para detectar y corregir los errores
producidos al comparar y computar el valor de referencia o “Set point”, con el valor
medido del parámetro más importante a controlar en un proceso.
Sistemas Neumáticos
Los sistemas neumáticos son sistemas que utilizan el aire u otro gas como
medio para la transmisión de señales y/o potencia. Dentro del campo de la
neumática la tecnología se ocupa, sobre todo, de la aplicación del aire comprimido
en la automatización industrial (ensamblado, empaquetado, etc.)
Los sistemas neumáticos se usan mucho en la automatización de máquinas
y en el campo de los controladores automáticos. Los circuitos neumáticos que
convierten la energía del aire comprimido en energía mecánica tienen un amplio
campo de aplicación (martillos y herramientas neumáticas, dedos de robots, etc.)
por la velocidad de reacción de los actuadores y por no necesitar un circuito de
retorno del aire.
Sobre los sistemas neumáticos, Ogata (2010) dice:
Las últimas décadas han visto un gran desarrollo de los controladores
neumáticos de baja presión para sistemas de control industrial, que en la
actualidad se usan ampliamente en los procesos industriales. Entre las
razones para que estos controladores resulten atractivos están que son a
prueba de explosiones, son sencillos y son fáciles de mantener. (p.107)

5. 5
Lo que nos demuestra el amplio uso y las ventajas que trae en los sistemas
neumáticos a la industria.
En la industria se usan dos tipos de controladores neumáticos, el
denominado de fuerza-distancia y el de fuerza-balance.
Controladores neumáticos de tipo fuerza-distancia
Figura 2.Controlador neumático Fuerza-Distancia. Fuente: (Ogata, 2010,
p.110)
La figura anterior muestra un controlador neumático fuerza-distancia, que
puede ser usado para incorporarse en como controladores de fuerza en válvulas
que funcionen de forma neumática, el funcionamiento se da de la siguiente forma:
La señal de entrada para el amplificador neumático de dos etapas es la señal
de error. El incremento en la señal de error mueve la aleta hacia la izquierda. Este
movimiento, a su vez, aumenta la presión trasera de la tobera y la válvula de
diafragma se mueve hacia abajo. Esto provoca un aumento en la presión de
control. Este incremento hace que el fuelle F se expanda y mueva la aleta hacia la
derecha, con lo cual se abre la tobera. Debido a esta realimentación, el
desplazamiento de tobera-aleta es muy pequeño, pero el cambio en la presión de
control puede ser grande.
Debe señalarse que la operación adecuada del controlador requiere que el
fuelle de realimentación mueva la aleta menos que el movimiento provocado por la
pura señal de error. (Si estos dos movimientos son iguales, no se producirá una
acción de control.)

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Controladores neumáticos de tipo fuerza-balance
Los controladores de fuerza-balance se usan ampliamente en la industria. Se
los conoce como controladores apilados. El principio de operación básico no es
diferente del que emplea el controlador de fuerza-distancia.
La principal ventaja del controlador fuerza-balance es que elimina muchos
enlaces mecánicos y uniones de pivote, con lo cual reduce los efectos de la
fricción.
Figura 3. Controlador Fuerza-Balance. Fuente: (Ogata, 2010, p112)
En este controlador, la presión de la entrada de referencia Pr y la presión de
salida Po se alimentan hacia grandes cámaras de diafragma. Obsérvese que un
controlador neumático de fuerza-balance sólo opera sobre señales de presión. Por
tanto, es necesario convertir la entrada de referencia y la salida del sistema en las
señales de presión correspondientes.
La operación del controlador fuerza-balance se resume así: 20 psig de aire
fluyen desde un suministro a través de un orificio, provocando una presión
reducida en la cámara inferior. El aire de esta cámara escapa a la atmósfera a
través de la tobera. El flujo a través de la tobera depende de la brecha y la
disminución de la presión a través de la misma. Un incremento en la presión de la
entrada de referencia Pr al tiempo que la presión de salida Po permanece igual,
provoca que el vástago de la válvula se mueva hacia abajo, disminuyendo la
brecha entre la tobera y el diafragma de la aleta. Esto provoca que la presión de
control Pc aumente.

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DISCUSION
Los controladores permiten la corrección de los valores de la variable
manipulada, sin estos, no se podría ejercer una eficiente acción de control.
El controlador tiene la importantísima tarea de evaluar la información recibida
del proceso y del usuario para tomar decisiones sobre las acciones a seguir, estas
decisiones las ejecuta a través de los actuadores.
Cuando la variable manipulada recibe una perturbación, este valor es
capturado por el sensor, el cual envía dicho valor al actuador que evalúa según el
set-point que ha sido programado por el operador y en caso de este valor medido
estar por encima o por debajo de lo permitido, envía la acción correspondiente a
través del actuador para que corrija este error.
Cuando necesitamos ejercer el control de un proceso de forma económica y
robusta, además de a través de una solución fácil de mantener, se puede recurrir
a los sistemas neumáticos.
Estos sistemas permiten controlar dependiendo del tipo de actuador, la
fuerza o la velocidad con que, por ejemplo, se activa una válvula.
Los sistemas hidráulicos tienen diferencias en cuanto a los sistemas
hidráulicos, según Ogata (2010), el fluido que suele encontrarse en los sistemas
neumáticos es el aire; en los sistemas hidráulicos es el aceite. Y son
principalmente las propiedades distintas de los fluidos incorporados las que
caracterizan las diferencias entre estos dos sistemas. A continuación se listan
estas diferencias:
1. El aire y los gases son compresibles, en tanto que el aceite no lo es.
2. El aire carece de la propiedad lubricante y siempre contiene vapor de
agua. El aceite funciona como un fluido hidráulico al igual que como lubricante.
3. La presión de operación normal de los sistemas neumáticos es mucho
más baja que la de los sistemas hidráulicos.
4. Las potencias de salida de los sistemas neumáticos son
considerablemente menores que las de los sistemas hidráulicos.
5. La precisión de los actuadores neumáticos es deficiente a bajas
velocidades, en tanto que la precisión de los actuadores hidráulicos es
satisfactoria en todas las velocidades.
6. En los sistemas neumáticos, se permite un cierto grado de escape externo,
pero debe evitarse el escape interno debido a que la diferencia de presión efectiva
es bastante pequeña.
En los sistemas hidráulicos se permite un cierto grado de escape interno,
pero debe evitarse el escape externo.

8. 8
7. En los sistemas neumáticos no se requieren tubos de recuperación
cuando se usa aire, en tanto que siempre se necesitan en los sistemas hidráulicos.
8. La temperatura de operación normal de los sistemas neumáticos es de 5 a
60 °C (41 a 140 °F). Sin embargo, el sistema neumático opera en el rango de 0 a
200 °C (32 a 392 °F). Los sistemas neumáticos son insensibles a los cambios de
temperatura, a diferencia de los sistemas hidráulicos, en los cuales la fricción de
los fluidos provocada por la viscosidad depende en gran parte de la temperatura.
La temperatura de operación normal de los sistemas hidráulicos es de 20 a 70 °C
(68 a 158 °F).
9. Los sistemas neumáticos no corren el riesgo de incendiarse o explotar, al
contrario que los sistemas hidráulicos.

9. 9
CONCLUSION
El uso de controladores permite asegurar la ejecución eficiente y sin errores
de los procesos, estos continuamente evalúan mediante un valor setteado el valor
actual que tiene el proceso, es posible que dependiendo de las condiciones en las
que se implemente un tipo de controlador sea más eficiente que otro, pero en si
los controladores tienen un papel fundamental en la automatización de procesos al
independizar al operador de las actividades de medición, calculo y corrección del
proceso como tal.

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REFERENCIAS
Ogata, K. 2010. Ingeniería de control Moderno. España: Editorial Pearson
Educación.
Sistemas Neumáticos. Disponible en http://www.tecnologia-
tecnica.com.ar/index_archivos/Page4697.htm. Visitado el 14 de marzo de 2014
Robles, J. 2002. Laboratorio de Diseño de Sistemas Lógicos. Disponible en
http://es.scribd.com/doc/205655337/practicas-logica-binaria. Visitado el 14 de
marzo de 2014.

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ANEXOS

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Figura 1. Controlador de Nivel. Fuente:
http://html.rincondelvago.com/procesos-industriales.html