1. Introducción
El control preciso de procesos térmicos constituye uno de los
desafíos centrales de la ingeniería de control aplicada a
sistemas industriales y agroindustriales. En sistemas donde
la generación de calor depende de resistencias eléctricas
alimentadas en corriente alterna, la dinámica térmica suele
ser lenta, no lineal y susceptible a perturbaciones
ambientales, lo que dificulta mantener la temperatura en un
punto de operación estable sin la intervención de un lazo de
control automático (Chang et al., 2024; Yu et al., 2025). Para
regular esta variable sin depender de un operador, se requiere
un sistema de lazo cerrado en el que un controlador,
típicamente del tipo Proporcional-Integral-Derivativo (PID)
(Åström & Murray, 2021; Seborg et al., 2020), recibe la
señal de un sensor de temperatura, la compara con el valor
de consigna y actúa sobre un elemento final de control, como
un banco de resistencias o un ventilador.
A pesar de la disponibilidad de tecnologías de control
modernas, una parte significativa de la pequeña y mediana
industria en Latinoamérica continúa operando con esquemas
rústicos de encendido-apagado (on-off), controlados por
pirómetros básicos y contactores magnéticos (Acuña Bravo
et al., 2022). Esta práctica, motivada por la simplicidad de
instalación y por la percepción de que el control proporcional
es costoso o difícil de mantener en campo, genera
oscilaciones continuas y sobre impulsos térmicos derivados
de la inercia del calentamiento resistivo. En procesos
sensibles a la temperatura, estos picos térmicos superan los
límites tolerados por la materia procesada, ocasionando
pérdidas energéticas y degradación de la calidad del
producto. Un caso representativo de esta problemática se
observa en el secado agroindustrial de granos como el café y
el cacao, donde la inestabilidad térmica induce un estrés
calórico que degrada compuestos organolépticos y
nutricionales (Osorio & Pabón, 2022; Velásquez &
Banchón, 2023); no obstante, el mismo fenómeno se replica
en cualquier proceso térmico resistivo que carezca de una
dosificación adecuada de la energía.
Migrar estos sistemas hacia un esquema de Control
Proporcional-Integral-Derivativo (PID) (Ogata, 2020;
Seborg et al., 2020) exige, además del algoritmo de control,
seleccionar un actuador de potencia capaz de dosificar con
precisión la energía entregada al elemento calefactor. Para
este propósito existen dos tecnologías principales: los relés
de estado sólido (SSR), que conmutan ráfagas completas de
voltaje en corriente alterna, y los reguladores de voltaje por
recorte de onda mediante TRIAC, que varían de forma
continua el voltaje eficaz entregado a la carga según el
ángulo de disparo (Lumbreras et al., 2020). Ambas
tecnologías presentan compromisos distintos entre precisión
dinámica, costo, complejidad de implementación y calidad
de la energía entregada a la red eléctrica, por lo que su
selección no es trivial y requiere un análisis comparativo
riguroso antes de su implementación en campo.
La relevancia de este trabajo radica en evaluar, desde una
perspectiva de ingeniería de control y mediante simulación,
qué actuador de potencia ofrece el mejor equilibrio entre
desempeño dinámico, eficiencia energética y viabilidad de
implementación para procesos térmicos resistivos. Si bien el
estudio toma como caso de validación un secador
agroindustrial de flujo estático, los principios analizados —
el modelado por caja blanca, la linealización en el punto de
operación y la comparación de actuadores de potencia— son
generalizables a cualquier proceso industrial que requiera el
control preciso de una variable térmica mediante
calentamiento resistivo, tales como hornos, cámaras de
curado, sistemas de pasteurización o procesos de secado
industrial en general.
En este contexto, el objetivo de este trabajo es determinar,
mediante simulación en MATLAB y Simulink, el actuador de
potencia más adecuado para el control de un proceso térmico
resistivo, comparando el desempeño de un esquema basado
en relé de estado sólido (SSR) frente a un esquema de recorte
de onda (TRIAC), utilizando como caso de validación un
secador agroindustrial de café.
2. Metodología
Para el desarrollo de esta investigación se adoptó un enfoque
de modelamiento matemático y simulación numérica en el
entorno MATLAB y Simulink. Se seleccionó como caso de
validación un secador agroindustrial de flujo estático tipo
silo, cuyo principio de funcionamiento se basó en la
generación de calor mediante un banco de resistencias
eléctricas alimentadas en corriente alterna. El objetivo
metodológico consistió en evaluar y comparar el impacto de
dos tecnologías de actuación sobre la dosificación de la
energía entregada a la carga resistiva: un esquema de
conmutación por relé de estado sólido (SSR), que emuló el
comportamiento de una modulación por ráfagas de voltaje en
ciclos completos de red, y un esquema de control por recorte
de onda mediante TRIAC, que varió el voltaje eficaz (Vrms)
entregado a la carga de forma lineal entre 0 y 220 V en
función del ángulo de disparo. Se sometió al sistema a una
temperatura de consigna constante de 50 °C, valor que
representa un punto de operación estándar para evitar la
degradación térmica del proceso.
Dado que el estudio se desarrolló íntegramente mediante
simulación numérica y modelamiento analítico, no involucró
la participación de seres humanos ni de animales, ni el uso
de datos personales o sensibles. En consecuencia, el
desarrollo del trabajo no vulneró ninguna normativa ética
vigente y, conforme a los lineamientos del Consejo
Científico y el Comité de Ética de la institución de
procedencia de los autores, quedó exento de la evaluación
por parte de dicho comité institucional.