Introducción

Los sistemas de control constituyen un componente esencial en los procesos industriales modernos, ya que estos permiten supervisar, regular y optimizar variables críticas como temperatura, presión, caudal, nivel y composición (Creus Solé, 2011). Su correcta aplicación garantiza la estabilidad operativa, la seguridad de las instalaciones, la calidad del producto final y la eficiencia energética de los procesos productivos. En industrias como la alimentaria, química, petroquímica y manufacturera, la instrumentación y el control automático son indispensables para mantener condiciones de operación dentro de rangos establecidos (Bolton, 2013).

El funcionamiento de un sistema de control se basa en la medición confiable de las variables del proceso, su comparación con valores de referencia y la acción correctiva mediante elementos finales de control. Para ello, se emplean instrumentos de medida, sensores, transmisores, controladores y actuadores, los cuales interactúan de forma integrada (Villaseñor & Galindo, 2016). De igual manera, la calidad de las mediciones depende de conceptos metrológicos fundamentales como exactitud, precisión, incertidumbre y calibración, los cuales permiten evaluar la confiabilidad de los datos obtenidos en planta (Santos & García, 2014).

Definición

Un sistema de control es aquel en el que las variables de salida se comportan según las órdenes dadas por las variables de entrada.

¿Qué es un sistema de control?

Un sistema de control es un conjunto de elementos interconectados que tienen como finalidad regular una variable de un proceso, comparando su valor real con un valor de referencia o consigna. Cuando existe una diferencia entre ambos, el sistema actúa para corregirla y mantener el proceso estable.

En la industria, los sistemas de control están presentes en procesos como la regulación de temperatura, presión, caudal y nivel.

Esquema

Nota: Llenado de tanque de agua

El esquema presentado corresponde a un sistema automatizado de llenado de un tanque de agua, alimentado por la red pública. Integra componentes hidráulicos, eléctricos y de control para regular el flujo de agua y supervisar el nivel de llenado.

El agua es conducida por tuberías hasta una válvula mariposa manual/elétrica, que controla el paso hacia el tanque. El nivel del agua es monitoreado por un flotador eléctrico, el cual envía señales al sistema de control cuando se alcanza el nivel establecido.

Funcionamiento del sistema

Durante el llenado, la válvula mariposa permanece abierta y permite el ingreso de agua al tanque. El flotador eléctrico detecta el aumento del nivel y, al alcanzar el valor programado, envía una señal al sistema de control. Este ordena el cierre automático de la válvula, deteniendo el flujo y evitando el sobrellenado.

Resultado del Esquema del Sistema

El sistema garantiza un control eficiente y confiable del nivel de agua, con operación automática o manual, adecuado para aplicaciones domésticas o industriales.

Clasificación

La instrumentación y el control industrial abarcan un conjunto de dispositivos, equipos y sistemas cuyo objetivo principal es medir, supervisar y regular las variables involucradas en los procesos productivos.

Clasificación según la función que desempeñan en el proceso

Instrumentos de medida

Los instrumentos de medida son dispositivos utilizados para cuantificar variables físicas presentes en un proceso industrial, como presión, temperatura, caudal o nivel. Por ejemplo, un caudalímetro electromagnético permite medir el flujo de líquidos conductores en una planta de alimentos, asegurando el cumplimiento de las condiciones de producción.

Sensores

Los sensores son el elemento primario encargado de detectar una magnitud física y convertirla en una señal proporcional. En procesos industriales, un ejemplo común es la RTD (Detector de Temperatura por Resistencia), utilizada para medir temperatura en reactores o intercambiadores de calor.

Transmisores

Los transmisores reciben la señal generada por el sensor y la transforman en una señal normalizada, generalmente eléctrica o neumática, para facilitar su transmisión a largas distancias sin pérdidas significativas. En procesos industriales es común el uso de transmisores de 4–20 mA para variables como presión y nivel, permitiendo la comunicación con el controlador ubicado en la sala de control.

Controladores

Los controladores son el elemento encargado de comparar la variable medida con el valor de referencia y generar una señal de control que minimice el error del sistema (Ogata, 2010). En procesos industriales continuos, el controlador PID es ampliamente utilizado para regular variables como temperatura en hornos, presión en calderas y nivel en tanques de almacenamiento.

Actuadores o elementos finales de control

Los actuadores reciben la señal del controlador y actúa directamente sobre el proceso. Por ejemplo: en la industria, una válvula de control neumática regula el caudal de fluido para mantener estable la variable controlada.

Clasificación según el tipo de señal utilizada

Otra forma importante de clasificación de los sistemas de instrumentación y control es según la naturaleza de la señal que utilizan:

Señales analógicas

Las señales analógicas se caracterizan por variar de forma continua dentro de un rango determinado, representando proporcionalmente el valor de la variable medida. Este tipo de señales es ampliamente utilizado en procesos industriales debido a su alta resolución y capacidad de representar cambios graduales en el proceso (Acedo Sánchez, 2009).

Señales digitales

Las señales digitales presentan valores discretos, generalmente binarios, que indican estados específicos como encendido/apagado. Estas señales son comunes en sistemas automatizados modernos, especialmente en aplicaciones con PLC y sistemas de control distribuido (Creus, 2011).

Clasificación según el tipo de sistema de control

De acuerdo con la forma en que se regula el proceso, los sistemas de control se clasifican en:

Sistemas de control en lazo abierto

En estos sistemas, la acción de control no depende del valor de salida del proceso, ya que no existe retroalimentación. Su estructura es simple y su costo es reducido; sin embargo, no pueden corregir perturbaciones externas ni variaciones inesperadas del proceso (Acedo Sánchez, 2010).

Sistemas de control en lazo cerrado

Incorporan retroalimentación, lo que permite comparar continuamente la salida real del proceso con el valor deseado. Este tipo de control es el más utilizado en la industria, ya que mejora la estabilidad, precisión y confiabilidad del sistema (Creus, 2011).

Clasificación según el nivel de automatización

Según el grado de intervención humana, los sistemas de instrumentación y control se clasifican en:

Control manual

El operador realiza directamente las acciones de control, basándose en su experiencia y en la información proporcionada por los instrumentos de medición.

Control semiautomático

Combina la intervención humana con sistemas automáticos, permitiendo una mayor flexibilidad operativa y reducción de errores. Ejemplo: Sistema de Plasmas

· El control tiene lugar de manera semiautomática.

· La bomba, el flujo de gas, el proceso con plasma y la ventilación deben iniciarse manualmente.

· Parámetros libres: tiempo de proceso, potencia, tipo de gas, presión.

Control automático

El sistema opera de manera autónoma mediante sensores, controladores y actuadores, optimizando la eficiencia, seguridad y continuidad del proceso productivo (Acedo Sánchez, 2009).

Clasificación según la variable controlada

Los sistemas de control industrial también pueden clasificarse de acuerdo con la variable principal que regulan, entre los cuales se destacan:

· Sistemas de control de temperatura

· Sistemas de control de presión

· Sistemas de control de nivel

· Sistemas de control de caudal

· Sistemas de control de velocidad

Cada uno de estos sistemas presenta características específicas de diseño y aplicación, dependiendo de los requerimientos del proceso industrial y del sector productivo en el que se implementa (Creus, 2011).

Aplicación en la Industria

Los sistemas de control constituyen una de las áreas más importantes de la ingeniería moderna debido a su papel esencial en la automatización, supervisión y optimización de los procesos industriales. Su función principal es regular el comportamiento de sistemas dinámicos mediante la medición de variables de proceso, la comparación con valores de referencia y la generación de acciones correctivas que permitan mantener el sistema dentro de condiciones operativas deseadas.

Automatización y control de procesos industriales

En la industria de procesos, como la química, petroquímica, alimentaria y farmacéutica, los sistemas de control se utilizan para regular variables críticas como temperatura, presión, nivel y caudal. Estas variables influyen directamente en la calidad del producto final y en la seguridad de la planta. Mediante sistemas de control en lazo cerrado, es posible corregir desviaciones en tiempo real y compensar perturbaciones externas, lo que mejora la confiabilidad del proceso productivo (Seborg et al., 2011).

Control de motores y accionamientos eléctricos

Los sistemas de control tienen una aplicación esencial en el control de motores eléctricos y accionamientos, los cuales son ampliamente utilizados en la industria manufacturera. A través de técnicas de control de velocidad, posición y par, se logra un funcionamiento preciso de máquinas, equipos y líneas de producción. El uso de variadores de frecuencia permite optimizar el consumo energético y prolongar la vida útil de los equipos (Bolton, 2015).

Robótica y manufactura avanzada

En la robótica industrial, los sistemas de control permiten coordinar movimientos complejos con alta precisión y repetibilidad. Los controladores se encargan de calcular trayectorias, sincronizar acciones y responder a cambios en el entorno, lo que resulta fundamental en procesos de ensamblaje, soldadura y manipulación de materiales (Craig, 2005).

Control de calidad y optimización de procesos

Los sistemas de control contribuyen significativamente al control de calidad, ya que permiten detectar desviaciones en las variables del proceso y corregirlas antes de que afecten al producto final. Esto reduce desperdicios, reprocesos y costos de producción, mejorando la competitividad de las empresas industriales (Dorf & Bishop, 2017).

Seguridad industrial y confiabilidad

La seguridad industrial y la confiabilidad son disciplinas fundamentales en la ingeniería de sistemas y en la gestión de operaciones industriales, orientadas a garantizar el funcionamiento seguro, continuo y eficiente de los procesos productivos. La seguridad industrial se define como el conjunto de principios, métodos y técnicas destinados a identificar, evaluar y mitigar riesgos asociados a fallas técnicas, errores humanos y condiciones operativas anormales, con el objetivo de prevenir accidentes, daños a la salud, pérdidas materiales y afectaciones ambientales (Dorf & Bishop, 2017).

Conclusión

Los sistemas de control son fundamentales en la industria moderna, ya que permiten regular y supervisar procesos para mantener variables críticas dentro de límites seguros y eficientes. Mediante el uso de sensores, actuadores y técnicas de control automático, garantizan estabilidad, seguridad y confiabilidad ante perturbaciones. Además, su integración con tecnologías de automatización impulsa la eficiencia, mejora la calidad, reduce costos y fortalece la competitividad y el desarrollo tecnológico industrial.