Experimentos con reguladores automaticos.
Estos experimentos se realizan armando o
utilizando servo sistemas, que son sistemas
de control realimentado en el que se hace especial hincapié en la capacidad del
mismo de seguir una referencia.
A fin de racionalizar el estudio de los procesos
de automatizacion y poder fijar con claridad los elementos que en el
intervienen, sus puntos de entrada y salida y los diversos factores
externos que puedan entrar a perturbar el circuito, se confecciona el "esquema
o diagrama funcional",donde los elementos: regulador, equipos, elementos
de accion, etc., estan representados graficamente. Este tipo de esquema difiere
fundamentalmente del "esquema tecnologico" y sus uniones no
son de tipo real o tecnologico.
Control de temperatura.
El experimento permite
estudiar un control elemental de temperatura, se calienta eléctricamente un
trozo de aluminio, por medio de una resistencia de calefacción, en la misma hay
un sensor de temperatura que detecta los cambios de la misma y como funciona
con el regulador permite corregir la temperatura para obtener un valor
determinado por una referencia, que es un potenciometro con una escala de la
temperatura a obtener.
Si por cualquier motivo la
temperatura del aluminio disminuye, el sensor de temperatura la detecta y el
control tratara de llegar a la temperatura deseada en forma automatica.
La siguiente figura (2) representa un regulador
de temperatura elemental y es un esquema tecnológico, donde se
representan los siguientes elementos del mismo: el sensor de temperatura
denominado R5, las fuentes de alimentación V1 y V3, el amplificador formado por
los transistores Q1 y Q2 y el circuito asociado y el generador de tensión V2,
que genera la señal de referencia, este ultimo es un potenciómetro que tiene
sus extremos conectado a dos fuentes de tensión, una positiva respecto al común
y la otra negativa respecto al común, en la escala del potenciómetro se
escriben las temperaturas T deseadas en el trozo de aluminio.
Este sistema se experimento con el propósito de
estudiar un regulador proporcional, una resistencia de calefacción R4,esta
recibe una corriente del emisor del transistor Q1, Is, que calienta una pieza
de aluminio y en la misma se instalo un sensor de temperatura, que esta
conectada al circuito formado por la resistencia R6 y el generados de tensión
V3, la salida de este circuito es una tensión que varia en funcion de la
temperatura T del aluminio, Vt proporcional a T.
figura (2)
En
la siguiente foto se observa los componentes que estan en la pieza de aluminio,
El
sensor de temperatura es una bobina de unas pocas vueltas de alambre de cobre
cuyo diámetro es de 0.11 mm y forma la resistencia R5 cuyo valor es de 5 ohm,
cuando la temperatura del mismo aumenta, aumenta esta resistencia.
Análisis
del funcionamiento del regulador de temperatura.
El
sistema regulado, esta constituido por el trozo de aluminio cuya temperatura T
se desea regular, la misma se registra con un sensor de temperatura R5 que esta
conectado al sistema como se muestra en la figura (2) y este actúa a la entrada
de un amplificador, como Vt y es propocional a la variable controlada T=c,
junto con una tensión generada por el generador V2, que es proporcional a la
temperatura de referencia r.
Estas
dos tensiones V2 y Vt variaran la energía eléctrica aplicada a la resistencia
R4, un aumento en valor absoluto de V2 aumentara la energía disipada en R4 y un
aumento de Vt hará disminuir esta energía disipada.
Resultados
del experimento.
Los siguientes datos fueron
experimentados con este sistema,
Si V2=-0.64 voltios Is=91.8 mA y la temperatura obtenida T=35 grados,
estando el trozo de aluminio aislado térmicamente.
Si V2=-0.64 voltios Is=95.7 mA y la temperatura obtenida T=32 grados,
estando el trozo de aluminio sin aislar térmicamente.
Si V2=-1.80 votios Is=130.5 mA y la temperatura obtenida T= 46 grados,
estando el trozo de aluminio aislado térmicamente.
Si V2=-1.80 voltios Is=134.8 mA y la temperatura obtenida T= 41
grados, estando el trozo de aluminio sin aislar térmicamente.
El sistema se experimento con dos estados térmicos, aislado,
simplemente se cubrió al trozo de aluminio con papel y sin aislar, o sea
destapado, esto se hizo así para simular la perturbación del sistema a regular.
Un aumento en el valor absoluto de V2 aumenta la temperatura del trozo de
aluminio,
V2[voltios]
T[grados centígrados]
-0.64
35
-1.80
46
Este regulador recibe un valor de corrección dado por la tensión V2
proporcional a r, que es la magnitud de referencia , una variación
de esta tensión modifica la cantidad de energía disipada en el trozo de
aluminio, para un mismo valor de Vt.
Al producirse la perturbación de aislado térmicamente al de no
aislado, se produce una disminución de la temperatura del aluminio, que se
traduce en una variación de Vt que tiende a aumentar la energía disipada
en el aluminio, aumentado la corriente Is, pero en el mismo no se
alcanza el valor de temperatura original, es decir hay una diferencia
permanente entre el valor deseado de temperatura r y el valor de
temperatura real c en el trozo de aluminio, con los parámetros
con que se armo este sistema, en los valores en azul la diferencia de
temperatura es de 3 grados y en los de rojo 5 grados.
Eduardo
Ghershman.
