SENSOR DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA

Los sensores de presión son dispositivos que miden la presión y la convierten en una señal eléctrica. Hay dos tipos principales de sensores de presión: los que usan líquidos y los que usan deformación sólida.

Los sensores de presión basados ​​en líquidos incluyen sensores de presión hidrostática, diferencial y absoluta.

Los sensores de presión basados ​​en deformación sólida incluyen tubo de Bourdon, fuelle, manómetro de diafragma, manómetro de tensión, transformador diferencial, manómetros de efecto capacitivo y piezoeléctrico. Los sensores de presión se utilizan en una variedad de aplicaciones, como el diseño de máquinas y plantas, sistemas de control de presión de bombas y compresores, sistemas de máquinas herramienta, sistemas hidráulicos y neumáticos.

La presión es uno de los procesos más medidos en la industria. La medición de presión ayuda a garantizar la seguridad y la calidad de varios procesos industriales. Pero, ¿qué es exactamente la presión? En pocas palabras, la presión se puede definir como la fuerza aplicada y distribuida uniformemente sobre una superficie determinada. Las técnicas de medición de presión a menudo se utilizan para determinar otras mediciones indirectamente, como el flujo, el nivel y la densidad. Se utilizan diferentes principios de medición para diferentes medios. Así, hacemos la diferencia entre la medida de la presión absoluta, la presión relativa y la presión diferencial, así como la medida de la presión hidrostática.

Solo es necesario diferenciar entre el sensor de presión y el transmisor de presión.

Los transmisores de presión son sensores que, equipados con electrónica adicional, compensan las desviaciones de linealidad y los errores de temperatura y suministran datos de medición en forma de señales estándar.

El sensor de presión es un accesorio que mide la fuerza ejercida por gases y líquidos. Detecta la presión y proporciona una señal que indica la fuerza generada. Mide con un alto nivel de precisión, lo que permite el cálculo del caudal volumétrico.

Sensores de nivel

Los sensores de nivel (sondas de pozo) son transmisores de presión especiales para la medición del nivel hidrostático en tanques y pozos. Para ello se sumerge el sensor directamente en el líquido hasta el fondo para alcanzar la máxima profundidad. En esta posición el sensor de nivel mide la presión hidrostática, lo que permite un cálculo directo del nivel en función de la altura de la columna de líquido.

Sensor de nivel hidrostático

Ya sea en agua u otro líquido, los sensores de nivel hidrostático miden en muchas aplicaciones en diferentes industrias, como alimentos, agua potable/aguas residuales.

Los transmisores de presión para la medición de nivel hidrostático se adaptan perfectamente a tanques o pozos, para montaje sumergido o fuera de un tanque. Venga y descubra nuestra amplia gama de dispositivos de nivel hidrostático haciendo clic en el botón de abajo.

La celda de metal fue desarrollada especialmente para la medición de nivel hidrostático. Con su protección de la electrónica y la celda, la celda es una solución convincente en el caso de humedad y condensación severas. El elemento de medición está sellado herméticamente entre el diafragma de proceso y el diafragma de medición. Los dispositivos de nivel hidrostático también están disponibles con celdas cerámicas capacitivas secas (sin aceite), que se utilizan normalmente en las industrias de procesos y medio ambiente.

La presión hidrostática, o la fuerza que ejerce un líquido sobre las paredes de una superficie que contiene ese líquido, en proporción a la gravedad, puede ser «capilar», «vascular» o «glomerular». Completa otra presión, llamada «oncótica».

La hidrostática es la ciencia de los fluidos que no están en movimiento. Un sensor de nivel hidrostático es una sonda de nivel que se usa específicamente para monitorear el nivel al medir la presión hidrostática en un líquido casi estático en un nivel de inmersión predeterminado.

Medición de nivel hidrostático: Principio de medición

Celda. La celda de medición está completamente protegida entre el diafragma de proceso y el diafragma posterior. También es completamente insensible a la condensación y los gases agresivos.

Célula cerámica. La célula cerámica es una célula seca, es decir, la presión actúa directamente sobre la robusta membrana cerámica y la deforma. En los electrodos del sustrato cerámico y la membrana de medición se mide un cambio de capacitancia dependiente de la presión.

Ventajas

• Máxima seguridad de la planta gracias a una exclusiva celda hermética a la condensación
• La celda ofrece una excelente reproducibilidad y estabilidad a largo plazo, incluso después de choques térmicos
• La celda de cerámica tiene muy buena resistencia química y alta estabilidad mecánica gracias al 99,9% de cerámica ultrapura
• Membrana de cerámica robusta con detección de rotura integrada, también adecuada para aplicaciones de vacío
• La medición de nivel hidrostática no se ve afectada por la formación de espuma ni los elementos del depósito
• Las celdas de medición cerámicas ofrecen una excelente estabilidad a largo plazo y una elevada resistencia a la sobrecarga
• Las celdas de medición metálicas cubren rangos de medición más amplios

Definición: ¿Qué es la presión hidrostática?

La presión hidrostática (PH) designa «la fuerza que ejerce un líquido, más o menos homogéneo, en una estructura que lo contiene: un órgano, un tubo, vasos…»  “Esta presión aumenta gradualmente con la profundidad, debido a que el peso creciente del fluido ejerce una fuerza cada vez mayor sobre las paredes”

¿Qué es un sensor de nivel hidrostático?

Un sensor de nivel hidrostático es un sensor de presión sumergible que tiene una membrana de presión. El lado interior de la membrana se ventila a la presión atmosférica a través de un tubo de ventilación en el cable y el lado exterior entra en contacto con el líquido y mide la presión estática de la columna de líquido sobre el transmisor. Esta presión estática es causada básicamente por el peso del fluido en la parte superior del transmisor y se usa para calcular el nivel del fluido.

La facilidad de uso de un sensor de nivel hidrostático lo convierte en el instrumento elegido donde sea necesario medir el nivel, ya sea en un tanque atmosférico, un contenedor, un lago, un río o un embalse. En la mayoría de los casos, se suspende del cable al nivel de medición deseado o simplemente se sumerge y se deja hundir hasta el fondo del recipiente. No importa la estructura del tanque, el estanque o la geometría natural o si tiene obstrucciones, salientes o una forma compleja, un sensor de nivel hidrostático siempre medirá la presión del líquido que no se ve afectado por tales perturbaciones.

Como el sensor de nivel hidrostático suele ser un sensor de presión relativa, compensa automáticamente los cambios en la presión atmosférica, por lo que la presión medida solo representa la presión del líquido causada por la gravedad específica del líquido y la distancia vertical a la superficie. Por lo tanto, el sensor de nivel hidrostático mide con precisión el nivel de líquido calculando la distancia entre el punto de medición y el nivel de la superficie por la presión medida.

Un sensor de nivel hidrostático se puede calibrar en la columna de agua de medición para permitir la gravedad estándar o la gravedad local. Para un control de nivel de muy alta precisión, a menudo también se puede considerar que la temperatura del medio tiene en cuenta los efectos de la temperatura en la gravedad específica.

El sensor de nivel hidrostático es un sensor especializado para el control de nivel, más comúnmente utilizado en la industria del agua y las aguas residuales y para todos los aceites y combustibles comunes. Su funcionamiento sencillo y su tecnología de medición fiable y precisa lo convierten en uno de los sensores de nivel más utilizados.

Elegir el sensor de nivel adecuado

En todos los procesos industriales que utilizan tanques, silos o tanques de almacenamiento, es necesario conocer el nivel de los elementos almacenados, o al menos detectar los niveles notables (tanque lleno o vacío). Este es el papel de los detectores y sensores de nivel. Aunque los dos términos puedan parecer sinónimos, en términos absolutos existe una diferencia fundamental entre los dos: un detector indica si el nivel alcanza una altura determinada mientras que un sensor da una medida de la altura del nivel de forma continua. Por lo tanto, los detectores se utilizan para la gestión de alertas o instrucciones de nivel. Existen varias tecnologías de medición, pero no podemos decir que haya una mejor que las otras, elegiremos tantas veces la tecnología de acuerdo a la aplicación.

¿Cómo elegir un sensor de nivel?

Para elegir la tecnología más adecuada para su proceso, es importante conocer la naturaleza del producto que se medirá. ¿Es un líquido, una pasta o un sólido a granel? Si es un líquido, ¿hay espuma en la superficie del líquido?

Las tecnologías de medición de nivel se pueden dividir en dos grupos, aquellas con o sin contacto entre el sensor y el producto. Las tecnologías sin contacto serán más apropiadas en entornos extremos o con productos agresivos. La medición de nivel sin contacto también tiene la ventaja de no correr el riesgo de contaminar el producto.

Como con cualquier sensor, el rango de medición es un criterio esencial y se debe tener cuidado para tener en cuenta la ubicación del sensor en relación con el producto. Por ejemplo, si instalo un sensor en la parte superior de un silo y hay 1 metro de altura entre el sensor y la altura máxima del producto en el silo, debo tener en cuenta este desfase de metro en mi evaluación del rango de nivel. ser medido

Como siempre, se elegirá un sensor de nivel que resista las condiciones de presión y temperatura del proceso y que tenga una señal de salida compatible con la cadena de medida: salida analógica o digital, Display o no, presencia de salida de relé, etc.

¿Por qué elegir un sensor de nivel hidrostático?

Los sensores de nivel hidrostático son sensores de presión sumergibles. Miden la presión hidrostática que es proporcional a la altura del líquido sobre el sensor. Esta tecnología solo es apta para líquidos.

Los sensores de nivel hidrostático ofrecen un amplio rango de medición y no se ven afectados por la formación de espuma. Por otro lado, la medida depende de la densidad del líquido y la presión en el tanque. Precisa y fácil de instalar (el sensor suele montarse en el fondo del depósito), esta tecnología es muy utilizada en la industria alimentaria y en las plantas de tratamiento de agua. Sin embargo, deberá mantener el sensor porque se pueden formar depósitos en la membrana y distorsionar la medición. Además, para cualquier intervención sobre un sensor montado en el fondo del depósito (montaje, desmontaje, etc.), será necesariamente necesario vaciar previamente el depósito.

Recomendaciones para sensor de nivel hidrostático

Las causas más comunes de las roturas o mal funcionamiento de los sensores sumergibles de nivel hidrostático están relacionadas, en un 90%, con la calidad de la instalación, así como de las medidas tomadas por el fabricante en el proceso de su diseño y fabricación.

Una enumeración básica de estas causas incluye:

Tipo de construcción

En un sensor sumergible, la zona más expuesta al ingreso de fluido al interior de la electrónica es en la transición del cuerpo del sensor al cable, que debe ser IP68 y, lo que es más importante, permanecer así durante muchos años de uso. Por ello, se recomienda la utilización de sensores con el cable moldeado a la parte posterior del sensor por inyección, equipados además con un tubo de ventilación para compensar la presión atmosférica de manera ágil y fiable.

El uso de un tubo de ventilación de un diámetro suficientemente grande es muy importante, especialmente en aplicaciones con bajos rangos de medida. Por ejemplo, durante el paso de una tormenta, la presión atmosférica puede variar hasta 0.7 mH2O en muy poco tiempo. Para un rango de medida de 10 mH2O, esto representaría una variación del 7% del FS, que se compensaría muy lentamente si el tubo de ventilación fuese demasiado fino, dando lugar a lecturas erróneas y falsas alarmas.

Condensación de líquido en el tubo de referencia y en el cable

La causa que genera el 90% de las roturas de los sensores sumergibles de nivel hidrostático es la condensación de agua en el cable y en el tubo de referencia atmosférica, que baja por gravedad hasta alcanzar la electrónica del sensor. El extremo abierto del cable sumergible de los sensores de presión está habitualmente instalado en zonas con un alto % de humedad relativa y las moléculas de agua se difunden fácilmente por el tubo de referencia y a través de los intersticios del cable, tendiendo a condensarse en cuanto existen temperaturas inferiores al punto de rocío (normalmente a mayor profundidad). Evitar este efecto es posible mediante técnicas constructivas y de montaje.

En lo referente a la construcción, se recomienda que el diseño del sensor contemple un tubo de referencia atmosférica sin contacto con la electrónica y sin posibilidad de circulación de aire, de modo que si existe condensación se forme una gota que por capilaridad no tenderá a bajar hasta el sensor. Por otra parte, para evitar que la condensación entre los intersticios del cable sumergible dañe la electrónica, es recomendable que toda la electrónica del sensor esté protegida en un gel de silicona u otro material inerte y estanco, que evite en gran medida la humidificación de esta, interponiendo una barrera física.

Respecto al montaje, el punto crítico en toda instalación de estos sensores es, sin lugar a dudas, el punto de conexión eléctrica del cable sumergible. Este es el punto por donde las moléculas de agua se difunden y condensan en el cableado. Por ello se recomienda el uso de cajas de interconexión estancas IP65, que incorporen filtros de polvo, conectores de clemas y un elemento desecante reutilizable, con indicación de saturación de humedad, para mantener seco el aire que penetra en el tubo de referencia atmosférica.

Sobretensión por aparato eléctrico durante tormentas

Se estima que el potencial de nube a tierra es de 10 a 100 millones de voltios, lo que causa la ionización de las moléculas del aire y la creación de un camino de conducción hacia el suelo. La magnitud del ataque puede ser de 10.000 a 220.000 A, con un tiempo de subida de entre 0.1 y 10 microsegundos. A medida que la energía se descarga en la tierra, el potencial cambia drásticamente, sometiendo a la tierra a más de 10.000 voltios por encima de lo normal.

El mismo fenómeno puede ocurrir en lagos, ríos o embalses, donde la energía se descarga a través del agua, por lo que cualquier dispositivo dentro de ella puede ser sometido a grandes potenciales de voltaje, lo que puede causar daños catastróficos si no están debidamente protegidos. Dado que la mayoría del aislamiento en los cables tiene una clasificación de 600 voltios, es importante proteger la instrumentación sensible y los componentes de control contra la sobretensión y sobre corriente.

Estadísticamente, pocos rayos caen con más de 200.000 A y una tasa de subida de 200KA/µs, por lo tanto, los sistemas de protección de esta instrumentación deben estar diseñados para prevenir daños debido a ataques cercanos. La especificación más importante es la tensión de «paso» durante el transitorio y los sistemas de instrumentación deben ser capaces de soportar estos voltajes sin daños, mediante supresores o aisladores integrados o externos.

Corrosión de los elementos sumergidos en contacto con el fluido

El acero inoxidable 316 y 316L son aleaciones de hierro con relativamente buena resistencia a productos químicos corrosivos. Sin embargo, cuando se someten a un proceso de soldadura, se crean contaminantes en dicha zona, donde una mayor parte de hierro está expuesta a la superficie sin un alto contenido de cromo, lo que hace que sea más susceptible a la corrosión en contacto con fluidos agresivos.

Una alternativa recomendable para casos muy exigentes es la utilización de sensores de titanio, soldados por haz de electrones, pues son mucho más resistentes a la corrosión, incluidas sus soldaduras. También se recomienda valorar otros materiales.

Respecto a los cables, en determinadas aplicaciones se recomienda el uso de materiales como el Hytrel o el PVDF (Kynar) con alta resistencia a hidrocarburos y a algunos ácidos, respectivamente.

La conexión a tierra del sensor también puede causar problemas de corrosión. Una mala conexión permitirá que fluya corriente entre la carcasa del transductor y la tierra, convirtiendo al sensor en el ánodo de sacrificio de un proceso de electrólisis. Si esto ocurre, las soldaduras desaparecerán y el sensor parecerá haber sufrido un ataque químico, independientemente del material utilizado.

Rotura del cable

La rotura del cable es, lamentablemente, frecuente en sensores instalados en sondeos no entubados, o en aquellas aplicaciones móviles donde el sensor es recolocado en distintos emplazamientos, pudiéndose generar rozaduras abrasivas en el cable y corrimiento de la funda externa respecto a la malla y el entramado interno del mismo por tracción de la superficie externa, sobre todo en sensores con gran longitud y peso total del cable. Por ello se recomienda la utilización de cables de poliuretanos de alta calidad, apantallados con malla metálica y plástico metalizado internos, incluyendo refuerzos contra tracción mecánica.

Algunos fabricantes incluyen en el cable una cinta de kevlar con altísima resistencia a la tracción y bajísimo coeficiente de elasticidad, embutido y anclado a la parte trasera del cuerpo del sensor para evitar que sobrecargas mecánicas accidentales sean soportadas por los hilos de señales eléctricas, manteniendo además la integridad del cable en su conjunto, así como del tubo de referencia atmosférica.

Esta es una de las mejores formas de evaluar el diseño y la calidad del sensor, aunque muchos fabricantes no publican este dato.

Independientemente de que la aplicación sea o no exigente en términos de precisión, es muy importante prestar atención a la deriva de la medida, especialmente si la medición de nivel es a largo plazo, como el nivel de un embalse, o si se va a comparar la evaporación o las tasas de recuperación entre una prueba y otra, separadas por un plazo de tiempo prolongado.

Algunos usuarios desean ver las tendencias que ocurren estacionalmente y la fiabilidad de esos datos de tendencia depende, sobre todo, de cuan estable sea la medida. Si sus futuros proyectos dependen de esos datos, es importante que la tendencia sea real y no el resultado de un sensor inestable o con una gran deriva en sus medidas.

Algunos fabricantes utilizan un prensa estopa para sujetar el cable. Esta técnica es menos costosa que el método de moldeado por inyección, pero tiene serias limitaciones cuando se usa en rangos de presión superiores a 50 mH2O. Además, se debe tener cuidado no apretarlo demasiado por temor a colapsar el tubo de ventilación en el cable.

En el mercado existen también sondas en los que se utilizan cables sin tubos de ventilación, dejando que los sensores “respiren a través de los intersticios del cable». Si bien el cable es sustancialmente más barato, ralentiza sustancialmente la compensación de la presión, algo extremadamente crítico en bajos rangos (como mencionamos antes) o en aplicaciones con cables de gran longitud.

Por último, si se utilizan juntas tóricas, se debe tener en cuenta su composición a la hora de valorar la compatibilidad de todo el sensor con el fluido. Además, si bien es cierto que los sensores con junta tórica pueden ser reparados, también lo es que el grado de fallos e incidentes provocados por filtraciones del fluido a su interior es significativamente mayor.