Sistemes de Control i Resistència de Materials: Guia Completa

Tecnologia de Control

La tecnologia de control engloba tots els sistemes que permeten automatitzar màquines, aparells i processos de fabricació. Un sistema de control (SDC) és un conjunt d'elements que actuen coordinats per aconseguir una acció de govern dins d'un procés, manipulant les magnituds que hi intervenen directament o indirectament. Exemple: sistema de control de climatització d'una casa.

SDC Automàtic

Un SDC automàtic és un conjunt d'elements que monitoritzen i regulen les seves funcions sense intervenció humana directa.

Tecnologia Cablada vs. Programada

La tecnologia cablada utilitza connexions físiques, com cables, per comunicar i transmetre dades (poc flexible a les modificacions, ocupa molt espai, no funcions complexes, difícil resoldre avaries). La programada s'implementa mitjançant codi informàtic (fa programes més fàcils, processa grans quantitats de senyals, poc manteniment, consumeix menys energia).

SDC de Llaç Obert

Un SDC de llaç obert és un sistema on les accions de control s'executen sense rebre realimentació o informació sobre el resultat de les accions preses. Característiques: el grau de precisió de la relació d'entrada/sortida depèn del resultat del sistema, sortida no comparada amb l'entrada, no són útils quan hi ha pertorbacions, són econòmics i senzills de muntar i mantenir. Exemple: el temporitzador de llum d'una escala (no sap si el veí ha arribat a temps, s'apaga igual). Elements: operador (informació, activació ordres) → control (senyal de control) → actuador (acció) → dispositiu de procés (1 entrada, 2 sortida).

SDC de Llaç Tancat

Un SDC de llaç tancat, un cop donada l'ordre d'iniciació, la sortida del procés és analitzada i, si no compleix, es mesura i es compara amb una referència per corregir l'entrada i, així, regular el comportament del sistema. Exemple: un calefactor amb sensor per mesurar la temperatura i ajustar la potència per mantenir la temperatura desitjada. Elements: operador (informació, activació ordres, consigna) → control (senyal de control) - (comparador, realimentació, transductor, captació, 2 sortida) → actuador (acció) → dispositiu de procés (1 entrada, 2 sortida).

Components dels Sistemes de Control

• Dispositiu d'entrada d'ordres: elements binaris (polsadors o interruptors, sí/no), elements numèrics (teclats, càlcul, permeten entrada numèrica o lletres).
• Dispositiu d'entrada d'informació: sensors que prenen dades de la situació i les envien al control perquè activin els actuadors (temperatura, velocitat...).
• Controlador: estableix la manera de combinar les entrades d'informació amb les sortides de procés.
• Dispositiu de sortida d'informació: comunicació amb l'operador - binaris (timbre...) - numèrics (pantalles).
• Actuadors: motors que operen el procés, necessiten pre-activació (relés).

Controladors

Un controlador és un dispositiu que regula un sistema per mantenir una sortida desitjada.

• Controlador Proporcional (P): ajusta la sortida proporcional a l'error entre la sortida desitjada i la sortida real. És ràpid, però pot no mantenir l'estabilitat sense altres components.
• Controlador Integral (I): acumula l'error al llarg del temps i ajusta la sortida en funció de la integral de l'error. Garanteix la correcció permanent de l'error, però pot generar oscil·lacions.
• Controlador Derivatiu (D): reacciona a la velocitat de canvi de l'error i ajusta la sortida per contrarestar els canvis ràpids. Redueix la resposta d'oscil·lació, però pot generar un augment de la sensibilitat al soroll.
• Controlador Tot o Res: és una forma simple de control on la sortida del sistema s'activa o desactiva completament basant-se en una condició de disparador, sense ajustar-se gradualment com en els controladors PID.

Transductors

Els transductors són dispositius que converteixen una forma d'energia en una altra. Poden transformar senyals físics com la temperatura, la pressió o el moviment en senyals elèctrics, i viceversa. Estructura: Magnitud física → Bloc de captació → Bloc de tractament → Bloc de sortida → Sortida del senyal.

Generadors de Consigna i Comparadors

Els generadors de consigna defineixen els objectius o valors desitjats per al sistema de control. Poden ser programes informàtics, sensors o dispositius manuals. Els comparadors comparen aquesta consigna amb les lectures dels sensors per determinar si el sistema està funcionant com s'espera. Si hi ha una diferència entre la consigna i la lectura realitzada, el comparador activa els actuadors per corregir aquesta desviació.

Actuadors

Els actuadors executen canvis en resposta als resultats del comparador.

Unitat de Control

La unitat de control és una part essencial d'una CPU (Unitat de Processament Central) d'un ordinador. S'encarrega de coordinar i supervisar les operacions de tots els altres components del sistema.

PLC

Un PLC és una màquina electrònica dissenyada per controlar màquines i processos en l'automatització industrial, i pensada per ser programada per personal no informàtic. Avantatges: reducció del cost de mà d'obra, espai d'ocupació reduït, possibilitat de fer modificacions sense canviar la xarxa de connexions ni afegir dispositius. Desavantatges: necessitat de personal especialitzat per programar-lo i mantenir-lo, i més car que altres opcions tecnològiques.

Resistència Mecànica

La resistència mecànica és la capacitat d'un material de suportar esforços sense deformar-se o trencar-se. L'esforç és la reacció d'un material a una càrrega. La càrrega és una força externa que actua sobre el material. Assaigs de... quan actuen les càrregues de manera que: tracció (intenten estirar), compressió (aixafar), flexió (doblegar), cisallament (tallar), torsió (girar al voltant torçant-la).

Assaig Brinell

L'assaig Brinell és una tècnica de proves mecàniques per mesurar la duresa dels materials (duròmetres - escala HBW). Implica pressionar una esfera sobre la superfície del material i mesurar l'empremta resultant.

Assaig de Charpy

és una prova de resistència als cops que mesura la capacitat d'un material per absorbir l'energia d'un impacte. Utilitzat principalment en metalls per avaluar la seva tenacitat. K(resiliència)= Ec/Area. 

Tenacitat: capacitat d'un material per absorbir energia sense fracturar-se. Duresa: resistència d'un material a la deformació plàstica permanent. Resistència: capacitat d'un material per resistir forces aplicades sense fallar.

PROBLEMES: La conductivitat tèrmica és la facilitat q ofereix un material per permetre el flux d’energia tèrmica a través seu.

Fórmules: (1 Kº = - 272 Cº)

Q(quantitat de calor transmesa) = λ(cond. tèrmica)· (A·t·AT)/L. P=λ·(A·AT)/L i P = Q/t // AL (dif. llarg.)/ Lo (llarg. inicial) (allarg. unit.) = a (coef. d dilatació)·AT.  Area finestra= (L1·L2) - (L1- 2x)·(L2 - 2x), L= e. Pt=P1+P2.