El transmisor de presión es un dispositivo que convierte salidas eléctricas de bajo nivel de lo captado por sensores de presión, en señales de nivel superior que pueden transmitirse a larga distancia para su posterior procesamiento y uso en diversos sistemas. Se han utilizado diversas tecnologías de detección para medir la presión de líquidos y gases de varios puntos de interés y expresar los valores en diferentes unidades. 

¿Qué es la presión?

Hay dos tipos de presiones: por un lado, está la presión manométrica, el tipo más común de medición en relación con la presión atmosférica local. Por otro lado, la presión absoluta es una medida de presión relativa a un vacío perfecto con valores físicos variables en diferentes unidades.

Mientras tanto, las presiones de vacío son más bajas que la presión atmosférica y pueden expresarse en una unidad de presión absoluta o una manométrica negativa. Por su parte, la presión manométrica sellada es relativa a una atmósfera de presión al nivel del mar. La presión diferencial refleja la diferencia entre dos presiones de entrada y los instrumentos empleados para medir este factor pueden mostrar valores positivos o negativos.

Los transmisores de presión se calibran en diferentes unidades según los estándares prevalecientes de cada país, como en kilogramos por centímetro cuadrado, libras por pulgada cuadrada, pascales o kilopascales, barras o milibares, pulgadas o centímetros de mercurio, pulgadas o centímetros o pies o metro o milímetro de agua. El tipo de unidad empleada puede ser un factor que se considere para la clasificación de los instrumentos, pero también existen otros criterios, como el tipo de pantalla.

Los transmisores de presión se pueden clasificar de acuerdo con los tipos de pantalla que presentan donde se muestran los valores numéricos de la aplicación en unidades de ingeniería con que fueron calibrados. Las pantallas pueden ser de plasma líquido, de diodo emisor de luz (LED), de cristal líquido (LCD) o pantallas multilínea. También se pueden tomar en cuenta otras características, como compensación de temperatura, la integración de alarmas visuales o audibles, interruptores de salida o formas lógicas suaves. Otros se fabrican a prueba de explosiones o que son intrínsecamente seguros, adecuados para emplearse en áreas peligrosas con aplicaciones limitadas en plantas de energía.

Para la elección de un transmisor de presión, además de las características que acabamos de mencionar, también se recomienda tener en cuenta la señal eléctrica con la que trabajan, como presión de salida, voltaje y corriente analógica o salida de corriente. La mayoría de los usuarios prefieren una salida de 4-20 mA porque tiene una amplia cobertura de transmisión y tiene un bajo rango de atenuación. Otra opción son las señales de salida digitalizadas superpuestas, codificadas con modulación de frecuencia, generalmente o como onda sinusoidal o de tren de pulsos.

Es importante considerar que los protocolos aceptados para transmitir las salidas de estos dispositivos incluyen Ethernet, HART y Fieldbus, de los que hablaremos a detalle en futuras publicaciones en este blog.

Existen otros criterios para la clasificación de los dispositivos de transmisión de presión que se constituyen como especificaciones de rendimiento e incluyen: presión de trabajo, rango de vacío, precisión, tiempo de respuesta, banda muerta y temperatura de funcionamiento. La presión de trabajo es máxima permitida a la que los transmisores están diseñados para funcionar. Como práctica normal, los dispositivos no deben exceder el 75% de su rango nominal máximo.

El rango de vacío, otra medida importante, cubre la presión de vacío más baja y alta. Se describe como el grado de cercanía del valor medido al valor verdadero con respecto al intervalo y se expresa en porcentaje, en otras palabras, es la diferencia entre el valor verdadero y la indicación expresada como un porcentaje del intervalo. En los casos en que la precisión difiere entre el tramo medio y el primer y último tramo de la escala, se presenta el mayor porcentaje de error, algo muy importante al momento de emplear un transductor de presión para obtener la máxima precisión al hacer sus mediciones y el registro de estas.

Los transmisores de presión básicos pueden dividirse en recolectores de fuerza, donde se engloban los capacitivos, piezoresistivos, de inductancia y renuencia electromagnética y los piezoeléctricos, y en otros tipos como los ópticos y los potenciométricos.

Transmisores recolectores de fuerza

Los dispositivos que responden a las variaciones de presión aplicada con desviación mecánica son tubos de bourdon, cápsulas, diafragmas o fuelles, que se componen de un elemento altamente elástico o flexible. También hay dispositivos disponibles basados en los movimientos de pistones o cilindros sellados. Todos ellos se clasifican como transmisores recolectores de fuerza que usan un dispositivo para medir la tensión o deflexión resultante de la presión aplicada en un área.

Capacitivo

Los sensores de tipo capacitivo usan un diafragma y una cavidad de presión para crear una capacitancia variable para detectar la deflexión debido a la presión aplicada. Un diafragma se usa como elemento primario para medir la presión en un lado y la presión atmosférica o vacío en el otro lado. El diafragma se mueve hacia el lado de presión más baja y esta desviación se detecta como un cambio en la capacitancia. Finalmente, la parte del transmisor lo convierte en una señal de salida compatible. Las tecnologías comunes usan diafragmas de metal, cerámica y silicio. En general, estas tecnologías se aplican a presiones bajas y medias, ya sea absoluta, diferencial o manométrica.

Piezorresistivo

El efecto piezorresistivo de los medidores detectan la deformación debido a la presión aplicada. Los tipos más comunes son silicio monocristalino, de película delgada de polisilicio, lámina metálica unida, película gruesa y delgada pulverizada. Esta es una de las tecnologías de detección más utilizadas para el uso general. Son adecuadas para medir valores absolutos, medidores, vacío y presión diferencial. El efecto piezorresistivo describe la variación de la resistencia eléctrica de un material debido a la tensión mecánica aplicada.

Inductancia/renuencia electromagnética

Los transmisores que usan estos tipos de sensores funcionan como sensores de tipo capacitivo, que también usan un diafragma y una cavidad de presión, excepto que los tipos capacitivos crean una inductancia o resistencia variable para detectar la deflexión debido a la presión aplicada. El diafragma se mueve hacia el lado de presión más baja y esta desviación se detecta como un cambio en la inductancia o resistencia.

Finalmente, la parte del transmisor lo convierte en una señal de salida compatible. Otros sensores electromagnéticos miden el desplazamiento de un diafragma u objeto magnético por medio de cambios en el transformador diferencial variable lineal, conocido como efecto Hall o por el principio de la corriente parásita. En futuras publicaciones en este blog hablaremos a detalle sobre estos temas y sobre su conexión con un data logger.

Piezoeléctrico

Los transmisores que emplean este tipo de sensor utilizan ciertos materiales, como el cuarzo, que ayuda al efecto piezoeléctrico a medir la tensión en el mecanismo de detección debido a la presión. La piezoelectricidad es una propiedad en los cristales y ciertas cerámicas que ayuda a generar un campo o potencial eléctricos proporcional a la tensión mecánica aplicada en sentido perpendicular. El esfuerzo aplicado induce voltaje a través del material si los dos extremos no están en cortocircuito o si son medidos por un instrumento con una impedancia de entrada muy alta.

Óptico

El principio de funcionamiento utiliza la propiedad del cambio físico de una fibra óptica para detectar la tensión debido a la presión aplicada. Esta tecnología se emplea para aplicaciones de servicio desafiantes donde el punto de medición se encuentra en un lugar muy remoto, la temperatura del proceso es muy alta o los sistemas requieren una alta inmunidad electromagnética inherente.

Potenciométrico

Aquí la tensión causada por la presión aplicada se detecta por el movimiento de un limpiador a lo largo de un mecanismo resistivo. Es importante mencionar que ni el óptico ni el potenciométrico usualmente se usan en plantas de energía.

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