Cómo medir presiones muy bajas en entornos controlados

La medición de presiones muy bajas en entornos controlados como centros de datos, salas de aislamiento, laboratorios y quirófanos, por ejemplo, es un reto porque deben mantener una atmósfera muy específica y muy controlada. Si estos entornos se ven comprometidos de algún modo, se pone en peligro a las personas y los equipos que se están protegiendo. Por eso debe asegurarse de que su instrumentación de medición de la presión cumple las directrices especificadas de precisión y fiabilidad. 

Como gerente de producto en Ashcroft, tengo 26 años de experiencia en la industria, incluyendo los últimos ocho años trabajando exclusivamente en tecnología de detección de baja presión. En este artículo, verás cómo definimos la presión "muy baja", verás ejemplos de entornos controlados donde se requieren mediciones de baja presión, y aprenderás cómo se mide la presión en estas aplicaciones. También comprenderá mejor el impacto de la temperatura en la medición de la presión y qué debe buscar en un instrumento de medición de la presión para garantizar la seguridad de su entorno controlado. 

Cuando termine de leer, también se le dirigirá a otros artículos y recursos que pueden ser de interés para otras preguntas que pueda tener. 

¿Cuál es la definición de presión "muy baja"?

Mientras que la "baja presión" puede definirse como cualquier presión inferior a 15 psi, la "muy baja" suele compararse con el suave aleteo de un ala de mariposa. Para una definición más científica, empecemos con un ejemplo. Imagine la presión ejercida por una columna de agua de una pulgada. Ahora divídala por 100. El resultado es 0,01 pulgadas de agua. Esa es la diferencia de presión entre las salas de entornos protectores (EP), tal y como recomiendan los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC), para evitar la liberación de patógenos y contaminantes en el entorno. Un EP es una zona especializada en el cuidado de pacientes, que suele encontrarse en las salas de aislamiento de los hospitales o en las salas blancas.

Para demostrar lo baja que es la medida de 0,01 pulgadas de agua, fíjese en la imagen de un hombre de 1,70 m y otro de 1,80 m de la Figura 1 que aparece a continuación. La diferencia de altura entre estos dos hombres que respiran el mismo aire es de 1 pie, con una diferencia de presión atmosférica igual a 0,018 pulgadas de agua. Esa pequeña presión diferencial (DP) es casi el doble de lo que recomiendan los CDC para el control de salas críticas.

Figura 1. Ejemplo de presión diferencial Ejemplo de presión diferencial.

¿Cuáles son los retos de medir presiones muy bajas en entornos controlados?

Como ya se ha mencionado, varias industrias tienen aplicaciones de baja presión que requieren mediciones y monitorización precisas de la presión. He aquí dos ejemplos de aplicaciones en salas críticas y los retos a los que se enfrentan. 

1. Salas de aislamiento

El primer ejemplo de sala crítica es una sala de aislamiento en un hospital. El mayor reto para estos entornos es mantener la presión diferencial (DP) tan baja como 0,01 pulgadas de agua para evitar la infiltración de contaminantes en los pasillos circundantes. Con una tolerancia tan ajustada de una DP baja requerida, el instrumento de medición de la DP que controla el equipo de tratamiento del aire debe ser extremadamente preciso, sensible y estable.

Este tipo de entorno crítico requiere una presión diferencial negativa para evitar que una bacteria o virus transmitido por el aire salga de la habitación e infecte al personal, a otros pacientes o a los visitantes. requiere una presión diferencial negativa para evitar que una bacteria o un virus transmitido por el aire salga de la habitación e infecte al personal, a otros pacientes o a los visitantes.. Por este motivo, se recomienda un transmisor de tipo de punto muerto frente a otras tecnologías alternativas, para que los agentes patógenos no puedan escapar de la habitación.

En esta aplicación de habitación de aislamiento, estamos midiendo la diferencia de presión del aire entre cada habitación y el punto de referencia, en el pasillo (o vestíbulo). Uno de los retos es que a menudo es necesario que el producto ocupe poco espacio para que quepa en el espacio diseñado. Como puede ver en la imagen siguiente, los transductores de presión pueden montarse dentro de cada habitación, pero también pueden montarse de forma remota para facilitar la supervisión desde una ubicación independiente. 

Figura 2. Ejemplo de sala de aislamiento. 

2. Sala blanca.

Las salas blancas son otro ejemplo de entorno crítico. La principal diferencia con las salas de aislamiento es que las salas blancas requieren un entorno de trabajo con presión diferencial positiva que esté a un nivel más alto que las salas circundantes para evitar que el aire o los contaminantes entren en la sala blanca desde el pasillo.

En otras palabras, si se abre una puerta desde la sala blanca hacia el pasillo, el aire debe salir de la sala hacia el pasillo; no debe entrar aire ni contaminantes en la sala desde el pasillo.

Figura 3. Ejemplo de sala limpia. 

Tanto en las salas de aislamiento como en las salas blancas se plantean algunos retos, como los efectos en la cabeza, las limitaciones de espacio, la longitud de los tubos y el tipo de tecnología de sensores utilizada.

Cómo afecta la temperatura a la salida de un instrumento de medición de la presión.

En entornos de salas limpias, los transductores de presión pueden montarse en zonas plenum, que pueden contener ventiladores, conductos y otros equipos de calefacción. Estos equipos pueden provocar un efecto de temperatura (aumento) en la tubería de presión instalada en esa zona, lo que puede tener un efecto directo en la salida del transductor.

En la siguiente ilustración, observará que los transductores de presión están situados en la zona superior derecha (un área de temperatura controlada), mientras que el motor del ventilador está situado en la zona superior izquierda. Cuando el motor del ventilador empiece a funcionar, la temperatura empezará a subir y el aire dentro de la tubería de presión se calentará. 

Figura 4. Efectos de la temperatura en los transductores de presión Efectos de la temperatura en los transductores de presión. 

En este ejemplo, el transductor está instalado en una sala con temperatura controlada, que es de 68 °F. Mientras que el tubo de presión situado a 5 metros de distancia está viendo una temperatura del aire de 95 °F (debido al motor del ventilador), la diferencia de temperatura resultante es lo que llamamos el efecto "cabeza". Esto ocurre cuando la densidad del aire cambia con la temperatura.

Para minimizar los efectos de la temperatura en el instrumento de presión, puede colocar los tubos de presión juntos para asegurarse de que se mantienen a la misma temperatura. Además, puede aislar los tubos o mantenerlos alejados de fuentes de calor. Para obtener más información sobre los tubos de presión, lea ¿Puede afectar la longitud de los tubos de presión a mi transductor de baja presión?

Los retos de la medición del flujo de aire.

Los sistemas de edificios, el control de salas críticas y las aplicaciones críticas de volumen de aire variable (VAV) requieren mediciones del caudal de aire. Algunos de los retos relacionados con estas mediciones son las altas presiones estáticas y el cálculo del caudal en función de la presión. 

El caudal de aire en un conducto suele medirse con un tubo de Pitot. La medición del caudal de aire requiere que el instrumento de presión utilizado con un tubo de Pitot sea extremadamente sensible, repetible y estable.

Un tubo de Pitot es un tubo dentro de otro tubo que mide el diferencial entre el aire dinámico y el estático en un conducto. El tubo interior controla el flujo de aire dinámico, mientras que el tubo exterior controla el aire estático en el conducto. Este proceso utiliza la ecuación de Bernoulli que se muestra a continuación para calcular el flujo de aire.

Figura 5. Ejemplo de medición del caudal de aire mediante la ecuación de Bernoulli. 

La DP (presión diferencial) a través del tubo de Pitot es proporcional a la velocidad del aire en el conducto al cuadrado. Esto significa que cuando la velocidad aumenta en un factor de 2X, la presión aumenta en un factor de 4X. El reto de la medición es el amplio margen de caudal, las altas presiones estáticas y la precisión y repetibilidad necesarias para mantener el sistema.

Qué buscar en un sensor de presión para entornos de muy baja presión.

Como discutimos a lo largo de este artículo, el instrumento de presión que selecciones para ambientes controlados debe ser extremadamente preciso, confiable y sensible. Dos ejemplos de sensores que cumplen con estos criterios son el transductor de presión Ashcroft® CXLdp y el transductor de presión Ashcroft® GXLdp, ambos con tecnología Si-Glas™. Este sensor MEMS de silicio combina la alta sensibilidad de un transductor de capacitancia variable con la repetibilidad de un diafragma de silicio monocristalino micromecanizado.

El sensor Si-Glas™ está compuesto por metales pulverizados y vidrio unidos molecularmente al silicio. El sensor no contiene epóxidos ni otros compuestos orgánicos que puedan contribuir a la deriva o a la degradación mecánica con el paso del tiempo. El uso de un sensor de tipo diafragma de silicio garantiza una estabilidad inherente, una alta sensibilidad, una repetibilidad superior a largo plazo y una buena precisión.

Figura 6. Sensor de capacitancia variable Si-Glas™. 

¿Quiere saber más?

Ahora que ya sabe cómo definimos la presión "muy baja", dónde se requieren mediciones de baja presión y qué buscar en un transductor de presión, es posible que aún tenga preguntas. Como siguiente pasopuede leer estos otros artículos o hablar con uno de nuestros expertos del sector para obtener respuestas.

• Elección de un transductor de presión para entornos críticos
• ¿Cómo afecta la temperatura del medio al rendimiento del transductor de presión?
• ¿Cuánto cuestan los transductores de presión? (6 factores que influyen en el precio)

Mientras tanto, descargue nuestro eBook para leer sobre instrumentos de presión para entornos críticos.