Los sensores de presión también se denominan transmisores de presión, sondas de presión, manómetros o transductores de presión. No hay una diferencia significativa entre estos diferentes nombres. Sin embargo, se hace una distinción entre sensores de presión analógicos y transmisores de procesos inteligentes.
Por definición, un sensor de presión es un dispositivo de medición de presión cuyo principio consiste en convertir la fuerza aplicada por la presión de un fluido sobre una superficie dada (deformación) en una señal eléctrica.
De este modo se puede medir la presión del aire, la presión del agua, la presión del vapor, la presión del gas, pero también el caudal, el nivel y la densidad.
Los fabricantes utilizan un transmisor de presión para:
Medir la presión
Medir un flujo
Medir un nivel: medición hidrostática
Medir una densidad.
La presión p se expresa en unidades de fuerza F por unidad de área A: p = F / A
La unidad de presión del Sistema Internacional de Unidades (SI) es el pascal, Pa.
Toma su nombre de Blaise Pascal, un físico francés nacido en Clermont-Ferrand.
El Pascal (Pa): esta es la unidad base del Sistema Internacional (SI) para la presión. Un Pascal corresponde a una fuerza de 1 Newton por metro cuadrado (1 Pa = 1 N/m²).
El Bar: es una unidad de presión comúnmente utilizada en aplicaciones industriales. Un Bar corresponde a una presión de 100.000 Pa.
Libras por pulgada cuadrada (psi): esta es la unidad de presión utilizada en las aplicaciones americanas. Una psi corresponde a una presión de 6894,76 Pa o 0,0689476 bar.
El Torr: es una unidad de presión utilizada en aplicaciones de vacío. Un Torr corresponde a una presión de 1/760 atmósfera (1 Torr = 133,322 Pa).
La atmósfera estándar (atm) : es una unidad de presión comúnmente utilizada para expresar la presión atmosférica o barométrica. Una atmósfera corresponde a una presión de 101.325 Pa.
La presión del fluido medido se aplica a un elemento de medición interno a través de un accesorio y luego una interfaz mecánica: membrana de medición hecha de acero inoxidable u otro material noble. El elemento de medición electrónico convierte la presión en una señal sin procesar.
Existen diferentes tecnologías y principios de medición:
El sensor de presión piezorresistivo mide la fuerza aplicada a una membrana metálica.
La tensión ejercida sobre una película delgada provoca su deformación, transmitiendo la variación de presión a través de un fluido incompresible (aceite o agua). Esto deforma un elemento de silicio piezorresistivo (puente de Wheatstone). Este elemento es una resistencia eléctrica variable que convierte la deformación en un valor óhmico.
El sensor de presión capacitivo mide la fuerza aplicada a una membrana metálica de acero inoxidable o cerámica.
La presión ejercida deforma la película metálica que transmite la variación de presión a través de un fluido intermedio incompresible (aceite o agua). Esto deforma un elemento capacitivo de silicio. Este elemento es un condensador variable que convierte la deformación en un valor capacitivo.
Luego, la señal del elemento de medición se filtra, amplifica, se compensa con la temperatura y luego se formatea en una señal analógica. La señal de salida analógica se transmite a través de un conector eléctrico.
Los transmisores de presión constan de una conexión mecánica, una membrana metálica o cerámica, un elemento sensible capacitivo o piezorresistivo, un aceite de relleno integrado en las celdas de medida de presión, un módulo electrónico de acondicionamiento y amplificación de señal y un conector eléctrico.
Se envasa en una carcasa de plástico o metal (carcasa de aluminio, acero inoxidable o carcasa de acero inoxidable).
Se puede agregar un indicador digital como opción.
La señal de una sonda de presión puede ser analógica o digital. La señal analógica suele tener una corriente de 4-20 mA, un voltaje de 0-10 V o un voltaje de 1-5 V. La señal de salida se envía a la unidad de control para actuar sobre el proceso de fabricación.
La señal de 4-20mA se usa comúnmente para transmisores de presión debido a varias ventajas que tiene. En primer lugar, es resistente a la pérdida de señal debida a la línea de transmisión, lo que garantiza una medición precisa. Además, permite ampliar la distancia entre el sensor y el sistema en cuestión. Además, la ausencia de corriente permite la detección de fallas en la línea, lo que facilita la resolución de problemas. La señal de 4-20 mA también es menos sensible a las perturbaciones electromagnéticas, lo que garantiza su fiabilidad. Finalmente, se puede utilizar en bucle para alimentar varios equipos como la pantalla, el regulador y el registrador.
Una señal digital puede estar disponible con diferentes protocolos de comunicación: HART, Fieldbus, Estos protocolos transmiten el valor medido y también permiten la configuración de los dispositivos de medición de presión. Estamos hablando de un transmisor electrónico inteligente o SMART.
Los instrumentos pueden tener indicadores digitales para la medición de la presión. Por lo tanto, los valores medidos se muestran en una unidad de su elección.
Diagrama de sensor de presión de microelemento capacitivo. El transmisor de presión industrial debe elegirse de acuerdo con el fluido a medir, el rango de presión y las condiciones de servicio de la aplicación y el proceso.
Para medir la presión, es necesario hacer una investigación para responder a las preguntas para elegir el sensor de presión adecuado y determinar:
El fluido a medir como: aire, gas, hidrógeno, vapor, agua u otro líquido, así como sus características (densidad, viscosidad, corrosividad, etc.)
Las condiciones de servicio del proceso: la presión a medir, la presión estática, la temperatura del proceso, el riesgo de corrosión.
El tipo de medición: medición de presión, medición de caudal por dispositivo primario y presión diferencial delta-p, medición de nivel por presión hidrostática, medición de densidad
Nivel de integridad de seguridad y seguridad funcional (SIL) ; estándar IEC 61508 y estándar IEC 61511 que requieren transmisores de presión con funciones de seguridad avanzadas SIL2/SIL3.
Elegir un sensor de presión con el nivel adecuado de seguridad y elegir el sensor más seguro en un área explosiva es esencial para la seguridad y la longevidad de su proceso.
Los transmisores de presión industriales requieren una calibración periódica para garantizar una metrología precisa a lo largo de su ciclo de vida y evitar factores que influyan en la precisión. El período de calibración lo definen los fabricantes de sensores de presión. Se debe calibrar el cero (Zero) y la escala completa del sensor.
En fábrica, para comprobar la linealidad de la señal de salida, se comprueba la precisión en varios puntos del rango de presión.
La calibración consiste en aplicar una presión de referencia definida a la interfaz mecánica del sensor, verificar la señal de salida y luego aplicar la compensación. El sensor se puede calibrar mediante un tornillo de ajuste externo, un indicador digital local, una interfaz de programación o un software de programación.
Para llevar a cabo las diversas manipulaciones, puede ser necesario tener una válvula de aislamiento o un colector montado en el transmisor de presión para aislarlo del proceso.
Para sus calibraciones anuales, puede acudir a una empresa especializada en la calibración de sensores de presión.
La calibración regular le permite garantizar la precisión de la medición de la presión para garantizar resultados consistentes.
Cómo probar un sensor de presión. Un sensor de presión se puede probar aplicando una presión conocida definida en la interfaz mecánica de la sonda de presión y verificando la señal de salida analógica medida o el valor que se muestra en el indicador. Si su instrumento está defectuoso, puede solicitar la reparación de su instrumento a un especialista oa uno de los fabricantes de sensores industriales.
Hay diferentes formas de configurar los sensores de presión.
Los sensores de presión pueden tener un indicador digital local programable para ajustar los parámetros.
En Problemas con el control de temperatura, discutimos los problemas que dificultan medir la temperatura de un producto y explicamos cómo afectan el proceso de control de temperatura.
En este artículo, veremos un método para evitar estas difíciles mediciones de temperatura. En general, el vapor utilizado en aplicaciones de calefacción convencionales es vapor saturado. Una característica importante del vapor saturado es que su temperatura siempre está determinada por su presión. Las aplicaciones de calentamiento por vapor utilizan esta función ajustando la presión del vapor para controlar su temperatura.
En otras palabras, puede ajustar el vapor saturado a la temperatura requerida sin medir su temperatura.
Una de las preocupaciones de los usuarios de vapor es si medir la presión del vapor tiene los mismos problemas que medir la temperatura.
En un espacio cerrado, la presión es la misma sin importar dónde se mida, y los manómetros muestran instantáneamente cambios en la presión. Por lo tanto, al medir la presión, es raro encontrar problemas relacionados con la medición de la temperatura, como diferentes lecturas de temperatura según la ubicación de la medición y las compensaciones de medición. Por lo tanto, al controlar la presión del vapor, puede controlar con precisión su temperatura.
Sin embargo, los usuarios deben prestar atención a los siguientes puntos al verificar la presión del vapor saturado:
En particular, el primer punto es un requisito previo, para que el condensado que se forma en la cámara de vapor pueda descargarse rápidamente. Además, en caso de presencia de gases distintos al vapor (como el aire) presentes en la cámara, la El vapor no alcanzará la temperatura de saturación deseada debido a un problema de presión parcial, por lo que es necesario asegurarse de que no entren otros gases en la cámara, este problema se explica detalladamente en Problemas de temperatura causados por el aire .
En el segundo punto, en el caso de una gran resistencia más allá del punto donde se mide la presión, la presión puede descender considerablemente a nivel del equipo, provocando también un descenso de la temperatura del vapor. Los usuarios deben prestar especial atención a estos puntos.
Cuando utilice vapor en aplicaciones de calefacción, tenga en cuenta la pérdida de presión. Cuando la presión del vapor cae debido a la resistencia de tuberías largas, estrechas o curvas, la temperatura cae en relación con la caída de presión. Por lo tanto, es necesario imaginar una forma de contrarrestar este problema, por ejemplo, controlando la presión cerca del equipo.
A continuación, veamos ejemplos de equipos específicos en los que se controla la presión del vapor.
Es muy difícil medir directamente la temperatura de una placa delgada de material en un proceso en el que el material está en movimiento continuo. Sin embargo, si la relación entre la carga de calentamiento (en este caso, el ancho de la placa, el espesor, la cantidad de calor específico, el contenido de humedad del vapor, la velocidad de bobinado del equipo, etc.) y el área de transferencia de calor (diámetro del rodillo, ángulo de contacto del rodillo, etc.) es constante, puede calentar de manera uniforme suministrando una fuente de calor de temperatura constante. Una vez que las condiciones se han establecido y ajustado adecuadamente, por ejemplo, durante una prueba, resulta fácil controlar la presión del vapor y lograr una producción estable.
Si la presión del vapor se puede fijar durante la operación, puede controlarla solo con válvulas reductoras de presión y no necesita otros instrumentos como válvulas de control de temperatura, válvulas de control o sensores de temperatura, lo que permite una configuración del equipo simple y confiable.
Además del intercambiador de calor de rodillos mencionado anteriormente, otros equipos/procesos donde se controla el vapor incluyen: autoclaves como vulcanizadores y esterilizadores, donde el producto se puede encerrar en un recipiente a presión; o prensas de fundición de resina, donde es difícil medir la temperatura de la superficie de transferencia de calor y el producto después de cerrar la prensa.
Además de los anteriores, también existen otros procesos controlados por temperatura que podrían controlarse mediante presión.
Es difícil de medir durante el calentamiento porque la superficie de transferencia de calor y el producto no están expuestos.
En el siguiente artículo Comparación de calentamiento por vapor y agua caliente, veremos dos mecanismos de calentamiento y sus aplicaciones.
Los medidores de flujo de vapor no se pueden evaluar de la misma manera que otros equipos de ahorro de energía o programas de ahorro de energía. El medidor de flujo de vapor es una herramienta esencial para el correcto mantenimiento del vapor. Brinda el conocimiento del uso y el costo del vapor, que es vital para una planta o edificio operado de manera eficiente.
Las principales ventajas de usar vapor son factores tales como la eficiencia de la planta que ajusta las condiciones reales a las condiciones ideales, la eficiencia energética al usar la salida del medidor de vapor para optimizar el consumo de energía, el control de vapor que determina los requisitos correctos de presión y temperatura, el ajuste de la válvula de control,
Medir el vapor es mucho más difícil que medir el flujo de líquido. La mayoría de los medidores de flujo de vapor miden la velocidad o el flujo volumétrico de vapor y, a menos que se haga con cuidado, las propiedades físicas del vapor interferirán con la capacidad de medir y establecer el flujo másico con precisión.
Dado que el vapor es un fluido comprimible, una reducción de la presión da como resultado una reducción de la densidad. La temperatura y la presión en las líneas de vapor son dinámicas. Los cambios en la dinámica del sistema, el funcionamiento del sistema de control y la calibración del instrumento pueden generar diferencias significativas entre la presión/temperatura real y los parámetros de diseño de un medidor.
La medición precisa del flujo de vapor generalmente requiere la medición de la temperatura, la presión y el flujo del fluido. Esta información se transmite a un dispositivo electrónico o a un computador de caudal (interno o externo a la electrónica del caudalímetro) y se corrige (o compensa) el caudal según las condiciones reales del fluido.
Las temperaturas asociadas con la medición del flujo de vapor suelen ser bastante altas. Estas temperaturas pueden afectar la precisión y la longevidad de la electrónica de medición.
Los usuarios de vapor deben tener en cuenta que algunos fabricantes de flujo utilizan piezas móviles de tolerancia estrecha que pueden verse afectadas por la humedad o las impurezas del vapor. Los componentes mal diseñados o instalados pueden causar fugas en el sistema de vapor y comprometer la seguridad de la instalación. La naturaleza erosiva del vapor de baja calidad puede dañar los elementos de detección del flujo de vapor y provocar imprecisiones y/o fallas en el dispositivo.
Los desafíos de la medición de vapor se pueden simplificar midiendo el vapor condensado o el condensado. La medición de condensado (es decir, agua caliente a alta temperatura) es una práctica aceptada, a menudo menos costosa y más confiable que la medición de vapor.
Dependiendo de la aplicación, las imprecisiones inherentes en la medición de condensado surgen de pérdidas de vapor no contabilizadas en el sistema. Estas pérdidas a menudo son difíciles de encontrar y cuantificar y, por lo tanto, afectan la precisión de la medición del condensado.
Hay dos tecnologías de flujo que pueden medir vapor, medidores de flujo de presión diferencial (DP) y medidores de flujo de vórtice. Las tecnologías de caudal DP son caudalímetros volumétricos o velocimétricos.
El concepto básico es restringir un tubo de flujo para que aumente la presión. La diferencia de presión entre antes y después del área restringida es proporcional a su velocidad. Los caudalímetros de presión diferencial son tecnologías de medición de velocidad. El caudalímetro de orificio, los tubos Pitot promediadores, el venturi o el venturi de cono, como el caudalímetro de cono A de SmartMeasurement y el caudalímetro de área variable accionado por resorte, miden vapor. Todos los caudalímetros de presión diferencial se basan en la relación velocidad-presión de los fluidos que fluyen para su funcionamiento.
Históricamente, el medidor de flujo de orificio es uno de los medidores de flujo más utilizados para medir el flujo de vapor. El medidor de flujo de orificio para vapor funciona de manera idéntica al de flujo de gas natural. Para la medición de vapor, los medidores de flujo de orificio se usan comúnmente para monitorear la producción de vapor de la caldera, las cantidades de vapor entregadas a un proceso o arrendatario, o en actividades de balance de masa para calcular la eficiencia o las tendencias.
El caudalímetro de tubo de Pitot promediador (una variación del tubo de Pitot simple) también aprovecha la relación velocidad-presión de los fluidos que fluyen. El dispositivo que provoca el cambio de presión es un tubo insertado en el flujo de vapor.
El caudalímetro de área variable accionado por resorte es una variante del rotámetro. Hay configuraciones alternativas, pero normalmente el flujo actúa contra un flotador o tapón cargado por resorte.
El flotador se puede moldear para dar una relación lineal entre la presión diferencial y el flujo. Otra variación del caudalímetro de área variable accionado por resorte es el caudalímetro de área variable en línea recta, que utiliza un sensor de galga extensométrica en el resorte en lugar de un sensor de presión diferencial.
El medidor de flujo diferencial está diseñado para los entornos operativos más difíciles y para la más amplia variedad de fluidos, lo que supera constantemente a los dispositivos DP tradicionales.
y otras tecnologías de flujo importantes. El rendimiento mejorado de se debe a la forma y posición de un cono en forma de V dentro del cuerpo de flujo en relación con los puertos de medición de DP. El cono interactúa con el flujo, remodelando el perfil de velocidad del fluido y creando una región de menor presión inmediatamente aguas abajo de sí mismo.
Dos grifos de presión están diseñados para medir la presión diferencial entre la presión de línea estática y la baja presión creada aguas abajo del cono. El caudal se calcula mediante la ecuación de conservación de la energía de Bernoulli.
La forma del cono también actúa como su propio acondicionador de flujo, condicionando por completo cualquier entrada de turbulencia debido a los caminos rectos limitados aguas arriba y aguas abajo.
Los caudalímetros Vortex son los caudalímetros de vapor más populares, muy superiores a los dispositivos de caudal DP sin piezas móviles, menos caída de presión, amplios rangos de ajuste y, a diferencia de los caudalímetros DP, capaces de realizar mediciones de caudal másico en un solo instrumento.
Los medidores de flujo de vórtice se basan en medir la cantidad de pulsos de vórtice generados por un cuerpo de farol sumergido en la corriente de flujo. El medidor de vórtice utiliza tecnología de sensor dual, produciendo dos señales de vórtice independientes que proporcionan amplificación de señal y reducción de ruido de modo común.
Nuestros sensores nunca tocan el fluido del proceso; los sensores de cristal están pegados detrás de una pared de acero inoxidable. La electrónica capta las más mínimas pulsaciones de presión generadas por los vórtices a través de la pared de acero inoxidable.
Este diseño permite que los medidores tengan un margen superior extremadamente amplio mientras mantienen un extremo superior casi ilimitado y una clasificación de alta presión. Nuestro sensor es el vórtice de oblea más fino del mercado. Las longitudes de los pernos del cuerpo del medidor son más cortas para permitir una mejor alineación de las bridas e instalaciones más ajustadas y sin fugas.
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