Las 7 Magnitudes Fundamentales y Cómo Medirlas: La Clave del Control en Mecatrónica

¿Qué Son las Magnitudes Fundamentales?

Las magnitudes fundamentales son aquellas que no se definen a partir de otras magnitudes, sino que se toman como base para medir todos los fenómenos físicos. El Sistema Internacional de Unidades (SI) establece siete magnitudes fundamentales:

1. Longitud (metro, m)
   1. La longitud es la distancia entre dos puntos. Es la base para medir desplazamientos, dimensiones de piezas, o trayectorias en robots.
      
2. Masa (kilogramo, kg)
   1. La masa indica la cantidad de materia de un objeto, importante para cálculos de fuerza, torque o inercia en sistemas mecánicos.
3. Tiempo (segundo, s)
   1. El tiempo permite sincronizar acciones, medir velocidades, periodos de vibración o controlar procesos en tiempo real.
4. Corriente eléctrica (ampere, A)
   1. La corriente mide el flujo de carga eléctrica, fundamental para controlar motores, sensores y sistemas electrónicos.
5. Temperatura (kelvin, K)
   1. La temperatura es esencial en procesos químicos, control de motores, refrigeración y manufactura.
6. Cantidad de sustancia (mol, mol)
   1. Aunque puede parecer menos usada en mecatrónica, esta magnitud es crucial en procesos químicos, biotecnológicos o de fabricación de materiales.
7. Intensidad luminosa (candela, cd)
   1. La luz se mide para aplicaciones de visión artificial, sensores ópticos y control de iluminación en robots o sistemas automatizados.
      

Hablemos acerca de la temperatura

Existen distintos tipos de sensores de temperatura, pero el consentido de la industria es el PT100. Su popularidad se debe a que combina precisión, estabilidad a largo plazo y compatibilidad con la mayoría de los sistemas de control industrial.

🔥 Tipos de sensores de temperatura

1. Termopares
   
   • Funcionan con el principio de la fuerza termoeléctrica (efecto Seebeck).
     
   • Son resistentes, soportan altas temperaturas (hasta miles de grados) y tienen un rango amplio.
     
   • Se usan en hornos, calderas y procesos de fundición.
     

1. Termistores (NTC/PTC)
   
   • Son resistencias semiconductoras que cambian de valor con la temperatura.
     
   • Muy sensibles, económicos y de respuesta rápida, aunque limitados en rango.
     
   • Se usan en electrodomésticos, automóviles y sistemas de climatización.
     

1. Sensores de temperatura digitales (ej. DS18B20, TMP36, LM35)
   
   • Ofrecen salida digital lista para microcontroladores o PLCs con entradas inteligentes.
     
   • Simples de usar, pero menos robustos en ambientes industriales.
     

1. Sensores infrarrojos (IR)
   
   • Miden la radiación térmica emitida por un cuerpo sin necesidad de contacto.
     
   • Muy útiles en procesos en movimiento, empaques, hornos y monitoreo de objetos a distancia.
     

❄️ Los RTD (Resistance Temperature Detectors)

Los RTD son sensores de temperatura basados en la variación de la resistencia eléctrica de un material al cambiar su temperatura. Entre ellos, los más conocidos son:

• PT100
  
  • De platino, resistencia de 100 Ω a 0 °C.
    
  • Alta precisión (±0.1 °C) y linealidad.
    
  • El estándar en la mayoría de industrias.
    
• PT500
  
  • Similar al PT100, pero con 500 Ω a 0 °C.
    
  • Mayor sensibilidad a los cambios de temperatura, aunque algo más ruidoso.
    
• PT1000
  
  • Con 1000 Ω a 0 °C, ofrece mejor resolución para equipos con menor capacidad de excitación.
    
  • Muy usado en sistemas HVAC y aplicaciones de energía renovable.
    

🔎 Conexiones típicas de RTD

• 2 hilos → económicos, pero con error por resistencia de cables (usados en distancias cortas).
  
• 3 hilos → balancean los errores de los conductores, el estándar más común en la industria.
  
• 4 hilos → eliminan casi totalmente la influencia de los cables, usados en instrumentación de alta precisión.
  

✅ En resumen, aunque existen múltiples tecnologías de sensores de temperatura, el PT100 en configuración de 3 hilos es el favorito de la industria gracias a su confiabilidad, precisión y estandarización.

El PT100 y su integración con PLCs

El PT100 no solo es el sensor de temperatura más confiable en la industria, sino también el más compatible con los PLCs modernos. En aplicaciones industriales, medir la temperatura con precisión es clave para ejecutar estrategias de control como PID, activar alarmas o proteger equipos críticos.

🔧 Cómo se conecta un PT100 a un PLC

1. Módulos de entradas analógicas RTD
   
   • Muchos PLCs (como Delta, Siemens, Allen-Bradley u Omron) cuentan con módulos especiales para RTD.
     
   • Estos módulos aceptan directamente señales de PT100 en configuración de 2, 3 o 4 hilos.
     

1. Uso de transmisores de temperatura
   
   • Cuando el PLC no tiene módulo RTD, se puede usar un transmisor que convierte la señal del PT100 en:
     
     • 4–20 mA (estándar industrial para entradas analógicas).
       
     • 0–10 V (también común en PLCs más económicos).
       
   • Esto permite llevar la señal a largas distancias sin perder precisión.
     

1. Comunicación digital
   
   • Algunos transmisores modernos convierten el PT100 a Modbus RTU/TCP, lo que facilita integrarlo en PLCs o sistemas SCADA sin necesidad de cableado analógico.
     

⚙️ Aplicaciones típicas con PLC y PT100

• Control de calderas y hornos → el PLC regula la válvula de gas o resistencias eléctricas según la temperatura.
  
• Procesos químicos y alimenticios → control de reactores, fermentadores o evaporadores donde la temperatura debe mantenerse estable.
  
• HVAC y climatización industrial → monitoreo en chillers, compresores y sistemas de aire acondicionado.
  
• Protección de motores → sensores PT100 embebidos en bobinados, que informan al PLC para evitar sobrecalentamiento.
  

✅ Ventajas de usar PT100 con PLCs

• Precisión y repetibilidad en ambientes industriales.
  
• Estandarización (prácticamente todos los PLCs soportan RTD o 4–20 mA de PT100).
  
• Flexibilidad en el tipo de conexión (directa, transmisor analógico o comunicación digital).
  
• Fiabilidad para procesos críticos donde un error de temperatura puede significar pérdida de producto o daño a maquinaria.
  

👉 En conclusión: el PT100 es el “mejor amigo” del PLC cuando hablamos de medición de temperatura en la industria. Juntos forman la dupla ideal para llevar la variable más importante de un proceso al corazón del control automático.