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Capítulo 1
Introducción general
1.1 Breve historia del control de procesos
Los primeros sistemas de control conocidos, ya en la antigüedad, son mecanismos destinados al
control del caudal para regular un reloj de agua o el control de nivel de líquido en una lámpara
de aceite o en un recipiente de vino, que se mantiene lleno a pesar de los muchos vasos que se
sacan. De hecho, el control del caudalde fluido se reduce al control del nivel del fluido, ya que
un pequeño orificio producirá caudal constante si la presión es constante. El mecanismo de control de nivel de líquido inventado en la antigüedad y todavía usado para controlar nivel es la válvula flotante, semejante a la del depósito de agua de un inodoro corriente. El flotador está hecho
de tal manera que, cuando el nivel baja, elcaudal del depósito aumenta y cuando el nivel sube,
el caudal disminuye y, si es necesario, se corta (Figura 1.1). En este caso el sensor y el actuador
están combinados en el mismo dispositivo, el flotador y la combinación de tubo de alimentación.

Figura 1.1. Un tonel que nunca se acaba. Ejemplo del control de nivel de líquido y caudal tal como se
realizaba en la antigüedad.

Un caso más moderno decontrol por retroalimentación es el control de temperatura de un
horno para calentar una incubadora, sistema que fue diseñado por Drebbel (hacia 1620). El
horno constaba de una caja que contenía el fuego, con un tubo en la parte superior provisto de
un regulador de tiro (Figura 1.2). Dentro de la cámara de combustión estaba la incubadora de
paredes dobles y el hueco que quedaba entre las paredes sellenaba de agua. El sensor de temperatura era un recipiente de vidrio lleno de alcohol y mercurio colocado en la cámara de agua en
torno a la incubadora. A medida que el fuego calentaba la caja y el agua, el alcohol se dilataba
y el vástago con flotador se desplazaba hacia arriba, bajando el regulador de tiro sobre la boca
del tubo. Si la caja está demasiado fría, el alcohol se contrae, elregulador de tiro se abre y el
fuego arde más fuertemente. La temperatura deseada está determinada por la longitud del vástago del flotador, que determina la apertura del regulador de tiro para una dilatación determinada de alcohol.
La búsqueda de un medio para controlar la velocidad de rotación de un eje fue un problema
famoso en las crónicas del control automático. La principal motivación era la decontrolar automáticamente la velocidad de la piedra de molienda de un molino de viento harinero. De los
varios métodos que se intentaron, el más prometedor resultó ser el que usaba un péndulo cónico,
o regulador de bola flotante. Este dispositivo se usó para medir la velocidad del molino; las
aspas del molino de viento se hacían girar con cuerdas y poleas, casi como persianas, para mantener unavelocidad fija. Pero no fue el molino de viento es que hizo famoso el regulador de bola
flotante, fue su adaptación a la máquina de vapor en los laboratorios de James Watt, alrededor
de 1788 (Figura 1.3).
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Introducción general

Figura 1.2. Croquis de la incubadora de Drebbel para empollar huevos de gallina.

Figura 1.3. Máquina de vapor con un regulador centrífugo o de bola flotante, que apareceen la parte
derecha de la imagen

La acción del regulador centrífugo es fácil de describir. Supongamos que la máquina está
operando en equilibrio y aplicamos de pronto una carga. En ese momento disminuirá la velocidad de la máquina y las bolas del regulador caerán a un cono más pequeño. De este modo, el
ángulo de las bolas se usa como sensor de salida. Esta acción, a través de palancas, abrirá laválvula principal al núcleo de vapor (que es el actuador) y admitirá más vapor a la máquina, recuperando la totalidad de la velocidad perdida. Para mantener la válvula de vapor en una nueva
posición es necesario que las bolas giren a un ángulo diferente, lo que implica que la velocidad
con una carga no es exactamente la misma que la anterior. Para recobrar la misma velocidad en
este sistema,...