¿Qué es un presostato?

Un presostato es un dispositivo de control que detecta los cambios de presión y abre y cierra mecánicamente un circuito eléctrico en un punto predeterminado. A diferencia de otros instrumentos de presión como manómetros y sensores de presión que miden y monitorean la presión, los interruptores son un poco más complicados.

Ashcroft es un líder de la industria en instrumentación de medición de presión y creó este artículo para proporcionar una base de información básica sobre interruptores para los principiantes de la industria.

Siga leyendo para aprender sobre los diferentes tipos de interruptores de presión, aplicaciones comunes, cómo funcionan, términos clave, precisión de los interruptores, métodos de activación y más. Cuando termine de leer, también encontrará recursos adicionales sobre presostatos que pueden interesarle.

¿Dónde se utilizan los presostatos?

Encontrará presostatos en numerosas aplicaciones de las industrias hidráulica, petrolera y del gas, así como en agricultura, química/petroquímica y operaciones de agua/aguas residuales, entre otras. Se suelen utilizar con bombas, calderas, quemadores, fuentes de alimentación y otras aplicaciones...: 

Figura 1: Aplicaciones industriales de los presostatos.

¿Cómo funciona un presostato?

En un presostato, cuando se aplica presión del proceso, ocurre lo siguiente:
1. Se aplica presión mediante una fuente de presión a través de la conexión del proceso.
2. Esta presión aplica una fuerza sobre el actuador (también conocido como diafragma), haciendo que se mueva hacia arriba.
3. Sin embargo, una fuerza opuesta creada por el muelle y la tuerca de ajuste impide que el actuador se mueva hacia arriba.
4. Para mover el conjunto del actuador, la fuerza de la fuente de presión debe ser mayor que la fuerza opuesta del muelle.
5. El punto de ajuste del interruptor está controlado por la tuerca de ajuste:

• Al subir la tuerca de ajuste, disminuirá la fuerza en el muelle (bajando el punto de ajuste)
• Al bajar la tuerca de ajuste, aumentará la fuerza en el muelle (elevando el punto de ajuste).

6. Cuando la fuerza de la presión del proceso finalmente supera la fuerza del muelle, el actuador empujará hacia arriba, moviendo la varilla de empuje y haciendo que el interruptor cambie de estado.

Figura 2: Elementos operativos del presostato.

¿Cuáles son los elementos clave de los presostatos?

Elemento de conmutación (también conocido como microinterruptor). Un microinterruptor cambia de estado cuando la varilla pulsadora presiona y suelta el botón del microinterruptor. Esto hace que el brazo interno se mueva de uno de los contactos internos y conecte con el otro contacto. Más información en nuestro blog, Cómo elegir el microinterruptor adecuado para su aplicación. 

Figura 3: Elemento de conmutación - Normalmente abierto y normalmente cerrado.

Contacto normalmente abierto (NA). El contacto NA se abre cuando la presión está por debajo del punto de ajuste y se cierra cuando la presión supera el punto de ajuste. Por ejemplo, un interruptor con un punto de ajuste de 10 psi estará abierto cuando la presión esté por debajo de 10 psi (mostrado arriba a la izquierda) y se cerrará cuando la presión esté por encima de 10 psi (ver arriba).

Contacto Normalmente Cerrado (NC). Un contacto NC actúa de forma opuesta. El interruptor se cierra cuando la presión está por debajo del punto de ajuste y se abre cuando la presión supera ese punto de ajuste. Por ejemplo, un interruptor con un punto de ajuste de 10 psi se cerrará cuando el interruptor esté por debajo de 10 psi y se abrirá cuando el interruptor esté por encima de 10 psi (ver arriba).

Los contactos NA y NC anteriores funcionan para interruptores de presión. Sin embargo, si está utilizando un interruptor de vacío (uno que tiene una presión inferior a la atmosférica o barométrica, la operación se invierte.

Configuraciones de microinterruptores. Hay dos tipos de configuraciones de elementos de microinterruptor:

• Single Pole Double Throw (SPDT)
  
  Un elemento de conmutación SPDT tiene un terminal normalmente abierto, uno normalmente cerrado y uno común. Este interruptor permite 1 punto de ajuste y puede cablearse a un circuito Normalmente Abierto o Normalmente Cerrado.
  
  Figura 4: Conmutador unipolar de doble efecto (SPDT).

• Doble polo Doble tirador (DPDT)

El elemento interruptor DPDT, tiene 2 contactos separados, cada uno con 1 normalmente abierto, 1 normalmente cerrado y un terminal común. Estos tipos de interruptores permiten el cableado en dos cargas separadas que se activarán en los mismos puntos de ajuste. El usuario puede cablear cada circuito a los contactos Normalmente Abierto o Normalmente Cerrado.

Figura 5: Doble contacto (DPDT).

Para obtener un elemento de conmutación DPDT, los fabricantes toman dos conmutadores SPDT y los montan en un soporte especial que les permite actuar en el mismo punto de consigna.

Elemento sensor de presión. El elemento sensor de presión se mueve o desplaza proporcionalmente a la presión (o vacío) que se aplica. Puede ser una membrana o un pistón.

• Diafragma. La elección del diafragma adecuado es importante porque el diafragma es la parte del presostato que está expuesta al aire, gas o líquido que se está midiendo. En pocas palabras, el material del diafragma que seleccione debe ser compatible con el medio de proceso de la aplicación.
  
  He aquí algunos ejemplos de materiales de diafragma adecuados para muchos tipos de aplicaciones: 
  • Buna-N o Viton™ (aplicaciones hidráulicas, aceite o gas)
  • Teflon™ (aplicaciones químicas)
  • Acero inoxidable (aplicaciones de vapor, agua o aguas residuales)
  • Monel® (aplicaciones relacionadas con NACE)

Cada material tiene un rango específico de temperatura y presión que puede soportar sin sufrir daños.

Figura 6: Rangos de temperatura y presión de los materiales de la membrana.

• Pistón. Los elementos de pistón se utilizan para diseños de alta presión, normalmente 1000 psi o superior. Los pistones suelen ser de acero inoxidable y tienen una junta tórica. Es importante asegurarse de que el material de acero inoxidable y el material de la junta tórica son compatibles con el proceso.

Presión de prueba y de ruptura. Es importante entender ambos tipos de presión para asegurarse de que está utilizando los interruptores que se adapten a su aplicación. 

• La presión de prueba es la presión máxima que puede aplicarse a un presostato sin causar daños. La presión de prueba se determina bajo estrictas condiciones de laboratorio, incluyendo una tasa controlada de cambio de presión y temperatura. Este valor es sólo de referencia..

Deberá consultar con la fábrica las aplicaciones en las que el interruptor deba funcionar a presiones superiores al rango nominal o a la temperatura de referencia. Conocer la presión de prueba de un interruptor puede permitir utilizarlo en aplicaciones en las que en un principio pensó que no era posible.

• La presión de rotura es la presión máxima que puede aplicarse a un presostato sin provocar fugas o roturas. Normalmente, la presión de rotura es de al menos el 400% del rango del presostato. Los presostatos expuestos a presiones superiores a la presión de rotura pueden sufrir daños permanentes.

El interruptor de presión hermético Ashcroft© Serie A, por ejemplo, tiene las siguientes clasificaciones de presión de prueba y presión máxima de trabajo:

Figura 7: Presiones nominales de la serie A de Ashcroft.

Presión diferencial y estática. La presión diferencial es una medida de la diferencia de presión entre dos puntos de un sistema. La presión estática es la presión normal de funcionamiento del sistema.

En muchas aplicaciones de filtros o tamices, es importante saber cuándo hay que limpiar o sustituir el filtro. A medida que el fluido se mueve a través de un filtro, los residuos provocan una caída de presión de un lado del filtro al otro.

• 20 psi = presión estática presión normal que fluye a través del sistema (ambos lados del filtro)
• 5 psi = punto de ajuste que el operador quiere saber cuando hay una caída de presión de 5 psi entre los dos lados del filtro. (Esto también se conoce como presión diferencial).

Se utiliza un interruptor para controlar el flujo que entra y sale del filtro y cuando la presión en el exterior cae a 15 psi (que es un diferencial de 5 psi, por lo tanto, un punto de ajuste de 5 psi), el operador recibe un cierre del interruptor que le indica que limpie o sustituya el filtro.

Figura 8: Supervisión del caudal con presostatos.

Repetibilidad (Precisión). La repetibilidad es la capacidad del interruptor para abrir y cerrar repetidamente en el mismo punto de ajuste. Para la mayoría de los interruptores Ashcroft, incluyendo nuestros productos de la Serie B, nuestra precisión es de +/- 1% del rango. Así, para una unidad con un rango de 100 psi la precisión es de +/- 1 psi. Si tiene un punto de ajuste de 50 psi, el presostato debería cerrarse cada vez entre 49 y 51 psi.

Banda muerta (también conocida como histéresis o diferencial). Dado que los presostatos son dispositivos mecánicos, la física del dispositivo no permite que el presostato se restablezca tan pronto como la presión cae por debajo del punto de ajuste.

Como se puede ver en el siguiente gráfico, a medida que la presión aumenta el interruptor se dispara en el punto de ajuste, cuando la presión cae el interruptor no se restablece inmediatamente, esta es la banda muerta del interruptor. Leer, Qué es la banda muerta de un presostato y cómo funciona para obtener más información.

Figura 9: Punto de consigna y punto de restablecimiento de la banda muerta.

Es importante señalar que:

o Si el punto de consigna aumenta, el interruptor se restablecerá en un punto de presión más bajo.
o Si el punto de consigna disminuye, el interruptor se restablecerá en un punto de presión más alto.

El rango de presión, el material del diafragma y el elemento de conmutación son variables que determinan la banda muerta de un interruptor. Su tamaño depende de estas variables.

Homologaciones. Los presostatos son dispositivos eléctricos con muchas aplicaciones a prueba de explosiones y estancas que requieren aprobaciones de organismos, como seguridad eléctrica, ubicaciones peligrosas y niveles de integridad de seguridad (SIL). 

Vaya más allá de lo básico.

Ahora que ya tiene unos conocimientos básicos sobre los presostatos y su funcionamiento en distintas aplicaciones, puede que esté preparado para profundizar un poco más. Aquí tiene algunos artículos relacionados que pueden ayudarle a empezar.

• Elegir un presostato: 9 factores a tener en cuenta
• Fundamentos de los presostatos (seminario web)
• Códigos de clase y división en presostatos a prueba de explosión
• ¿Qué es la certificación SIL para presostatos?

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