¿Cómo se elige un transductor de presión para un sistema de presión negativa?

La selección de un transductor de presión para un sistema de presión negativa requiere elegir un instrumento capaz de funcionar en un rango de presión de vacío o de presión compuesta, que cuente con materiales en contacto con el fluido compatibles con los medios del proceso y que ofrezca la precisión y la resolución necesarias para cumplir los requisitos de la aplicación.

Los transductores pueden clasificarse en función de si se necesita medir el vacío relativo con respecto a la presión atmosférica (manométrico), una lectura con referencia a cero real (absoluto) o un rango que abarque tanto la presión positiva como la negativa (compuesto). 

Lee este artículo para descubrir qué hace que la medición de presión negativa sea única, qué características de los transductores son las más importantes y cómo elegir el sensor adecuado para tu aplicación.

¿Qué es la presión negativa y cómo influye en la elección del transductor?

La presión negativa, también denominada vacío, se refiere a cualquier presión inferior a la presión atmosférica. A presión atmosférica, el valor de referencia es de 14,7 psi. Por lo general, esto significa que el sistema ejerce una fuerza de succión en lugar de una de empuje para atraer líquido, gas o aire hacia el interior, en lugar de expulsarlo hacia el exterior.

Desde el punto de vista de la medición, esto es importante porque no todos los sensores de presión están diseñados para soportar presiones negativas.

• Un sensor de presión estándar mide la presión relativa a la atmósfera, con el cero en la presión atmosférica y valores positivos por encima de esta.

• En un sistema de presión negativa, el sensor debe ser capaz de medir valores inferiores a la presión atmosférica. Para ello, se debe seleccionar un rango de medición de compuestos o de vacío.

Figura 1. Tipos de rangos de detección de presión

Elegir un tipo de sensor inadecuado para una aplicación de presión negativa puede dar lugar a lecturas inexactas o a posibles daños en el sensor. Por eso, comprender los requisitos de presión de su aplicación es el primer paso fundamental antes de evaluar cualquier otra especificación.

¿Qué rango de presión se debe seleccionar para una aplicación de vacío?

Lo primero que hay que decidir a la hora de elegir un sensor es qué referencia de presión es la adecuada para su sistema:

• Los manómetros y los manómetros compuestos miden la presión en relación con la presión atmosférica local, que se establece en 14,7 psi. Un instrumento con rango compuesto puede indicar valores tanto por debajo como por encima de la presión atmosférica.
  
  Por ejemplo, un rango de VAC a 100 psig abarca el vacío total en el lado negativo de la presión atmosférica y la presión en el lado positivo por encima de la presión atmosférica hasta 100 psi. Esta es la opción más habitual para sistemas que alternan entre vacío y presión positiva, como compresores o sistemas de climatización.
  
  

• La presión absoluta se mide en relación con un vacío perfecto (presión cero), y no con respecto a la atmósfera. Es la opción más recomendable cuando las variaciones atmosféricas pueden afectar a la precisión de la medición, lo cual es habitual en aplicaciones de laboratorio, sensibles a la altitud o barométricas.

¿Qué nivel de precisión y repetibilidad requieren los sistemas de presión negativa?

Los requisitos de precisión dependen de la aplicación. Un sistema de transporte por vacío que controla la presencia de succión tiene necesidades diferentes a las de un dispositivo médico o un instrumento de laboratorio que requiere lecturas de baja presión precisas y repetibles.

Uno de los retos específicos de la medición de la presión negativa es el rango limitado disponible. El vacío está limitado en el extremo inferior, ya que no es posible alcanzar una presión inferior al cero absoluto.Un sensor que mide el vacío solo tiene un rango de 14,7 psi. Esto significa que los pequeños errores en el rango de vacío representan un porcentaje mayor de la lectura total, lo que convierte la precisión del instrumento en uno de los aspectos más críticos a tener en cuenta.

A la hora de evaluar las necesidades de sensores para aplicaciones de vacío, tenga en cuenta lo siguiente:

• Precisión. Busque un instrumento que satisfaga los requisitos de precisión de su aplicación. Para aplicaciones de precisión o críticas, debe utilizar un sensor con especificaciones de precisión más estrictas. La precisión indicada debe incluir la linealidad, la histéresis y la repetibilidad. Si la precisión se indica como punto terminal, también debe incluir los errores de ajuste del cero y del rango.

• Coeficientes térmicos. Las variaciones de la temperatura ambiente pueden afectar a la salida del transductor. Es recomendable buscar un producto que haya sido compensado térmicamente en un amplio rango de temperaturas para ayudar a minimizar el efecto térmico sobre el offset y el span. Esto puede resultar importante en entornos exteriores o no controlados.
  
• Estabilidad a largo plazo. Busque un transductor que presente una deriva mínima a lo largo del tiempo. Esto reducirá la necesidad de recalibrarlo y aumentará la eficiencia de su sistema.

Para obtener más información, lee«¿Qué hace que un sensor de presión sea preciso y repetible?».

¿Cómo influye la compatibilidad con los medios en la elección del sensor en aplicaciones de vacío?

Todos los componentes en contacto con el medio, como el diafragma, el líquido de llenado del sensor, la junta tórica y la conexión al proceso, deben ser compatibles con los medios con los que entran en contacto.

Entre los aspectos clave que hay que tener en cuenta en materia de compatibilidad se incluyen:

• Material del diafragma. Por lo general, el acero inoxidable 316L ofrece una buena resistencia a la corrosión en una amplia gama de fluidos, mientras que el acero inoxidable 17-4 PH proporciona una mayor resistencia mecánica.

• Líquido de relleno. Algunos transductores utilizados en aplicaciones de baja presión y presión absoluta pueden emplear sensores encapsulados en un diafragma relleno de aceite. Este tipo de sensor suele utilizar líquidos de relleno a base de silicona. Es tan importante comprobar la compatibilidad del líquido de relleno como la del material del diafragma.

• Material de la conexión de proceso. Dado que la propia conexión de proceso también es una superficie en contacto con el fluido, es necesario evaluar su compatibilidad junto con la del diafragma. En algunos casos, la conexión de proceso se sella con una junta tórica, por lo que también debe tenerse en cuenta la compatibilidad de dicha junta.

¿Qué señal de salida se debe seleccionar para un transductor de presión negativa?

La señal de salida debe ajustarse a los requisitos de entrada de su sistema de control, a la longitud del cableado y al entorno eléctrico de la instalación:

• La salida de corriente de 4–20 mA resulta muy adecuada para tramos de cable largos y entornos con ruido eléctrico, ya que las señales de corriente son menos susceptibles a las caídas de tensión y a las interferencias que las salidas de tensión.
• Las salidas de tensión de 0-5 V CC o 1-5 V CC funcionan bien en tramos cortos con fuentes de alimentación estables.
• Las salidas radiométricas varían en función de la tensión de alimentación, lo que puede ayudar a mantener la precisión en sistemas en los que la estabilidad de la fuente de alimentación es un factor importante.
• Los protocolos digitales como CANopen, J1939, I2C, IO-Link y Modbus ofrecen ventajas en los sistemas en red.

Antes de realizar el pedido, compruebe que el estándar de comunicación del sensor sea compatible con su controlador o con el sistema de automatización del edificio.

¿Qué factores ambientales y de instalación debes tener en cuenta?

Los sistemas de vacío suelen instalarse en entornos que presentan tensiones adicionales, más allá de la propia medición de la presión. Entre los factores clave que hay que evaluar se incluyen:

• Los índices de protección IP definen el grado de resistencia del sensor a la entrada de humedad y partículas. En sistemas de vacío en los que existe la posibilidad de que se produzca condensación, se utilicen líquidos de limpieza o se realice un lavado con agua a presión, el índice mínimo adecuado suele ser IP67.

• Las vibraciones son un problema habitual en las aplicaciones de compresores y bombas de vacío. La instalación de un sensor en una tubería sin soporte amplifica las vibraciones y, con el tiempo, puede provocar tensiones mecánicas en el cuerpo del sensor y en las conexiones eléctricas. Tanto el método de montaje como el tipo de conexión deben tener en cuenta el perfil de vibraciones del sistema.

• Las conexiones del proceso deben ser compatibles con los racores del sistema y estar homologadas para las presiones a las que estarán sometidas. Entre las opciones más habituales se encuentran los racores de ¼ NPT, BSP y SAE con junta tórica. En aplicaciones de vacío que utilicen conexiones de rosca cónica, compruebe que el acoplamiento de la rosca sea suficiente.

• Las homologaciones de los transductores pueden ser de seguridad general (CE/UL), específicas del sector (FDA/NSF) o para entornos peligrosos (FM, UL, CSA, ATEX, IECEx). Es importante conocer los requisitos de su aplicación y elegir un transductor que cuente con las homologaciones adecuadas.

¿Cuáles son las aplicaciones habituales de la presión negativa y qué tipo de sensor es el más adecuado para cada una de ellas?

Las distintas aplicaciones de vacío plantean diferentes exigencias al sensor. En la tabla siguiente se indica la configuración del sensor más adecuada para cada tipo de aplicación.

¿Qué transductores de presión ofrecen un buen rendimiento en sistemas de presión negativa?

Existen varios modelos de transductores que cubren rangos de presión negativa, y para elegir entre ellos hay que aplicar los mismos criterios mencionados anteriormente: rango, precisión, compatibilidad con los medios, salida y protección frente a las condiciones ambientales. La tabla siguiente compara tres opciones en función de esos factores para ayudarle a reducir sus opciones.

Al aplicar los criterios de selección mencionados anteriormente en este artículo, las diferencias quedan claras:

Para la medición de vacío o presión absoluta, como en aplicaciones de laboratorio o médicas, el E2G es la opción más adecuada. Ofrece un rango específico para vacío, opciones de presión absoluta de hasta 7500 psia, una precisión de ±0,25 % (TruAccuracy™) y compatibilidad con SIL 3 para sistemas críticos para la seguridad.

Para aplicaciones OEM de gran volumen en las que el tamaño compacto, la durabilidad y la configurabilidad son prioritarias, y la precisión extrema no es tan crucial, la capacidad nominal de 50 millones de ciclos del S1 y su amplia gama de conexiones y terminaciones lo convierten en una opción ideal.

Para aplicaciones industriales generales y en equipos móviles en las que se requiere el cumplimiento de la norma NSF 61, un amplio rango de temperaturas o la detección hidráulica o neumática, la serie G2/G3 abarca gamas de compuestos con clasificación IP65 o IP67 y un elemento sensor de película fina de polisilicio de probada eficacia en la práctica.

¿Quiere saber más?

Para elegir el transductor de presión adecuado para un sistema de presión negativa, lo primero es conocer el tipo de presión, el rango y la precisión que requiere su aplicación. Ashcroft cuenta con décadas de experiencia ayudando a los ingenieros a seleccionar los instrumentos de presión adecuados para aplicaciones exigentes.

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