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INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

Guía del principiante a los transmisores de presión diferencial

Este artículo es una guía sencilla e informal con ilustraciones destinadas a ayudar a los principiantes a entender los principios de los transmisores de presión diferencial.

1. ¿Qué es la presión?

La presión es la fuerza por unidad de área. La presión se expresa como P = F / A, F = fuerza y A = área de aplicación de la fuerza. La presión se describe en el SI de unidades como pascal. Las otras unidades de presión son bares, milibares, atmósferas y en milímetros de mercurio (mm Hg).

Echemos un vistazo a algunos ejemplos que nos rodean. Piense en una cámara llena de gas. Un sinnúmero de átomos y moléculas de gas constantemente rebotando en las paredes de la cámara y ejerciendo presión sobre la misma. Pero, no se tiene que medir la presión en la pared. Se puede medir la presión dentro de la cámara a lo largo de cualquier plano. El empuje del aire en la superficie de la tierra es proporcional al peso del aire. Esto explica por qué la presión se reduce a mayor altitud. Pero cuando usted va debajo del agua cada vez más profundo en el mar, la presión ejercida sobre su cuerpo va a ir en aumento.

En caso de los  fluidos, es diferente. El fluido es incompresible y así, cuando se ejerce presión en un punto determinado en un volumen de fluido, éste se distribuye por igual en todo el volumen del fluido. Esta es la ley de Pascal. La ley Pascal dice que  el aumento de la presión en cualquier punto de un fluido encerrado dará lugar a un aumento igual en todo el líquido. El concepto del gato hidráulico se rige por la ley de Pascal. La presión ejercida en un punto en el aceite de un gato hidráulico se transmite a otros puntos a través del aceite fluido incompresible.

Fig. 1

2. ¿Cuáles son los tipos de mediciones que se realizan por presión?

Hay 3 tipos de mediciones de la presión:

1. Absoluta
2. Manómetro
3. Diferencial

a) La presión absoluta se mide con referencia aL vacío.

Esto se explica en la figura 2. Las abreviaturas utilizadas son Pascales absolutos (PAA) o libras por pulgada cuadrada absolutas (PSIA).

Fig. 2

b) La presión de manómetro o relativa se mide con referencia a la presión atmosférica ambiental (ver Fg.3). En el manómetro, se utilizan abreviaturas de medidas en Pascales (PAG) o libra por pulgada cuadrada (PSI)

Fig. 3

c) La presión diferencial se mide con referencia a una presión específica de referencia (véase Fg.4).

En la presión diferencial, se utilizan abreviaturas de medidas de Pascal diferencial (PAD) o libras por pulgada cuadrada diferencial (PSID).

Fig. 4

El fundamento de la medida de la presión diferencial está establecido.

3. La medición de presión diferencial es muy utilizada para diferentes medidas de control de procesos.

Se utiliza para medir flujo, nivel, e incluso temperatura en los procesos industriales.

Medición del caudal (Fig-5): El caudal es complejo y es difícil de medir la cantidad. No existe ningún principio para medir el flujo directamente. La reducción de presión en el flujo de un fluido se mide por el transmisor de presión diferencial. Nos será posible extraer la velocidad de flujo mediante la extracción de la raíz cuadrada de la presión diferencial.

Los medidores de flujo de presión diferencial tienen un elemento primario y uno secundario. El elemento principal en forma de placa de orificio, venturi, y tobera producirá un cambio en la energía cinética del flujo. Este cambio en la energía cinética  genera presión diferencial. La segunda unidad medirá esta presión diferencial y proporcionará una señal eléctrica para la transmisión a un instrumento de control de procesos remoto. Ver Fig-5.

Fig. 5

Fig. 5a

Ahora tenemos que averiguar cómo esta señal medida se puede transmitir a una distancia remota para utilizarla en adelante por los indicadores de proceso y controladores. Centraremos nuestra atención en la teoría del transmisor de presión diferencial y su aplicación.

4. ¿Qué es un transmisor de presión diferencial?

El instrumento de medición de presión industrial más común y útil es el transmisor de presión diferencial. Este equipo detectará la diferencia de presión entre dos puertos y producirá una señal de salida con referencia a un rango de presión de calibrado.

Los transmisores de presión diferencial industriales están hechos de dos alojamientos (Ver Fig.-6). El elemento sensor de presión está ubicado en la mitad inferior, y la electrónica están alojada en la mitad superior. Tendrá dos puertos de presión marcados como "Alta" y "Baja" o “High” y “Low”. No es obligatorio que el puerto de alta esté siempre a alta presión y el puerto de baja siempre a baja presión. Este etiquetado tiene su relación con el efecto del puerto sobre la señal de salida. Este punto se aclara en la figura -7 (Por favor, vea la Figura 7).

En esta etapa, se intentará aprender la construcción interna del transmisor.

5. Construcción del transmisor de presión diferencial:

Un transmisor de presión diferencial tiene tres partes funcionales.

1) Elemento de detección de presión (que se encuentra en el alojamiento inferior).

La mayoría de los transmisores de presión diferencial industriales están equipados con un diafragma como el elemento sensor de presión. Este diafragma es un dispositivo mecánico. Se encuentra ubicado entre los dos puertos de entrada de presión. El diafragma será desviado por la presión aplicada.

Esto se aclara en la figura-7. Esta desviación se convierte en una señal eléctrica. Esto se hace normalmente por los sensores. Los sensores utilizados son (a) Strain Gauge (b) Capacitancia Diferencial (c) Vibración de alambre.

La salida del sensor es proporcional a la presión aplicada.

Figura 7. Disposición interna de la mitad superior e inferior de un transmisor de presión diferencial

2) Unidad Electrónica: La señal eléctrica generada en la cámara inferior por el sensor está en el rango de los milivoltios solamente .

Esta señal se amplifica a valores de 0-5V o 0-10V o se convierte a 4-20mA para su posterior transmisión a un instrumento remoto. Esta carcasa superior es la porción  transmisora del transmisor de presión diferencial que alberga la unidad electrónica. Ver Fig.-7 para más aclaraciones.

3) Transmisor de corriente de 2 hilos de 4-20mA:

Una corriente continua de salida es generada, que es directamente proporcional al rango de presión del transmisor de presión diferencial. El rango inferior es de 4mA, y el rango superior es de 20 mA. Esta salida de corriente controlada no se ve afectada por la variación de la impedancia de carga y las fluctuaciones de la tensión de alimentación. Esta salida de 4-20mA se superpone con las comunicaciones digitales de protocolos BRAIN o HART FSK (Frequency Shift Keying).

6. Aplicaciones industriales de los transmisores de presión diferencial:

Hay un número ilimitado de aplicaciones industriales de transmisores de presión diferencial.

• Plantas de tratamiento de agua y efluentes. En gran parte se utiliza para controlar los filtros en estas plantas.
• Se utiliza para controlar sistemas de rociadores.
• Teledetección de sistemas de calentamiento para vapor o agua caliente.
• Caídas de presión a través de válvulas pueden ser controladas.
• Monitoreo de bombas de control.

Calibración de un transmisor de presión. Calibración con aparato analógico

Equipamiento

• Rango de presión del transmisor (0 a 200 psig)
• Rango de fuente de presión (0 a 250 psig o más)
• Multi Meter
• Fuente de alimentación 24vdc

Procedimiento

Establecer el alcance del transmisor al rango requerido (0 a 200 psig)

Conectar el multímetro en serie con la fuente de alimentación para el transmisor

Establecer la graduación del rango del transmisor como sigue:

 (Para el rango 0 a 200 psig)

Ajuste primero el cero (con tornillo de cero) de manera que multímetro indique 4mA

Si multímetro indica menos de 4 mA entonces aumente la salida girando el tornillo del cero en el sentido de las agujas del reloj.

Si multímetro indica más de 4 mA disminuya la salida girando el tornillo del cero en el sentido contrario a las agujas del reloj.

Después de ajustar el cero, aplique una presión de 50 psig (a medida que usted gradúa) al transmisor, donde multímetro debe indicar 8mA, si no es así entonces ajustar de tornillo de alcance máximo (span).

Después de ajustar verifique

100 psig = 12mA.

150 psig = 16 mA

200 psig = 20 mA respectivamente

después de ajustar todas las lecturas, comprobar una o dos veces más todos los valores para ver si si no se producen cambios, entonces su transmisor estará calibrado

Referencias informativas:

• http://www.coulton.com/index.html
• http://iamechatronics.com/