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Transmisor de presión industrial con carcasa blanca y pantalla digital en el panel frontal azul.

Transmisor de presión industrial con pantalla digital y carcasa blanca con frontal azul

Sensor de presión : Medición de la presión

El transductor de presión es esencial para medir la presión en diversos sectores industriales. El transmisor de presión detecta la presión y la convierte en una señal eléctrica....

El transmisor de presión es esencial para medir la presión en diversos sectores de la industria. El transmisor de presión detecta la presión y la convierte en una señal eléctrica para controlar y regular con precisión la presión en los procesos industriales.

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Guía de compra de sensores de presión

Los sensores de presión son indispensables en una amplia gama de aplicaciones industriales y tecnológicas.

Desde el origen yla unidad de medida de la presión hasta las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de sensores, descubrirá qué es un sensor de presión, el principio de su funcionamiento y cómo opera un sensor de presión.

También detallaremos la composición de un sensor de presión, los tipos de señales de salida y los criterios esenciales para elegir un sensor de presión industrial. Al explorar las diferentes categorías de sensores de presión ( sensor de presión diferencial, sensor de presión absoluta o sensor de presión relativa ), le guiaremos sobre cómo calibrarlos, instalarlos y probarlos de manera eficaz.

Por último, analizamos la configuración del transmisor de presión y las aplicaciones prácticas de este instrumento de campo esencial, sopesando sus ventajas e inconvenientes.

Folleto

Transmisores de presión para la medición de presión, caudal, nivel y densidad

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Origen de la medición de la presión

Retrato solemne de Blaise Pascal, erudito del siglo XVII asociado a los primeros estudios sobre la presión.

La unidad de medida Pascal tiene su origen en el famoso filósofo, físico y matemático francés Blaise Pascal.

Nacido en Clermont-Ferrand, donde tiene su sede la unidad de producción de Fuji Electric France SAS, fabricante francés de sensores de presión industriales, Pascal llevó a cabo un experimento fundamental transportando un barómetro hasta la cima del Puy de Dôme, con el fin de demostrar quela presión atmosférica disminuía con la altitud sobre el nivel del mar .

Sin embargo, el científico italiano Evangelista Torricelli fue pionero en demostrar la presión ejercida por el peso del volumen de aire sobre la tierra y diseñó el primer barómetro basado en mercurio.

Unidad de medida de la presión

Manómetro analógico graduado en kPa y psi montado en una instalación industrial.

Lap se expresa en unidades de fuerza F por unidades de superficie A: p = F / A

Conocer las unidades de presión y su conversión es importante para elegir correctamente las escalas de su sensor de presión industrial.

Pascal (Pa): es la unidad básica de presión del Sistema Internacional (SI). Un pascal corresponde a 1 newton por metro cuadrado (1 Pa = 1 N/m²).
Bar: unidad de presión utilizada habitualmente en aplicaciones industriales. Un Bar corresponde a una presión de 100.000 Pa.
Atmósfera estándar (atm): se utiliza para expresar la presión barométrica o atmosférica. Una atmósfera corresponde a una presión de 101,325 Pa.

¿Qué es un sensor de presión?

Tres sensores de presión industriales con carcasa metálica y tapa azul.

El sensor de presión también se denomina transmisor de presión, sonda de presión, manómetro o transductor de presión. No existe ninguna diferencia notable entre estas diferentes denominaciones. Sin embargo, se distingueentre sensores de presión analógicos y transmisores de proceso inteligentes.

Si nos remitimos a la definición de sensor de presión, se trata de un dispositivo de detección de presión cuyo principio consiste en convertir la fuerza aplicada por la presión de un fluido sobre una superficie determinada (deformación) en una señal eléctrica.

Las empresas industriales utilizan un transmisor de presión para :

Medición de la presión con un sensor de presión relativa o absoluta.
Medición de un caudal con un despresurizador y un sensor de presión diferencial
Medición de un nivel mediante un sensor de presión hidrostática
Medición de la densidad con un transmisor de presión diferencial

¿Cómo funcionan los sensores de presión?

Esquema de célula flotante para sensor de presión con elemento capacitivo de silicio

La presión del fluido se aplica a un componente de medición interno a través de una conexión y, a continuación, una interfaz mecánica - diafragma de medición de acero inoxidable, cerámica u otro material noble.

El elemento de medición electrónico convierte la presión en una señal de salida bruta.

¿Cómo funciona un transmisor de presión?

Esquema de elemento microcapacitivo de sensor de presión con membranas de silicio

Existen diferentes tecnologías, métodos, técnicas y principios de medición para los modelos de sensores de presión, cada uno de ellos adaptado a aplicaciones específicas en los campos de la automatización de procesos y las instalaciones industriales.

El sensor de presión piezorresistivo mide la fuerza aplicada sobre una membrana metálica. La tensión ejercida sobre una fina película provoca su deformación, transmitiendo la variación de presión a través de un fluido incompresible (aceite o agua). Este deforma un elemento piezorresistivo de silicio (circuito en puente de Wheatstone). Este componente, que utiliza semiconductores, es una resistencia eléctrica variable que convierte la deformación en un valor óhmico. Los MEMS (sistemas microelectromecánicos) también se utilizan en algunos de estos sensores, lo que permite una miniaturización y una mayor sensibilidad.
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.
El transmisor de resonancia de frecuencia utiliza términos específicos como BFSL (línea recta de mejor ajuste) para definir la linealidad de la medición. Este sensor de presión convierte el cambio de presión en un cambio de frecuencia de oscilación, ofreciendo una alta resolución y una gran variedad de soluciones para distintas aplicaciones.
El sensor de presión de galga extensométrica o de tensión funciona de forma similar: la señal de salida del sensor se filtra, amplifica, compensa la temperatura y se convierte en una señal analógica. La salida analógica se transmite a través de un conector eléctrico, lo que reduce los errores y mejora la precisión.
Los manómetros,en cambio, tienen una visualización local de la medida de presión. Los manómetrosde tubo en U, por ejemplo, suelen utilizarse para mediciones sencillas y directas.

Construcción del sensor de presión

Primer plano de un transmisor de presión con pantalla digital y carcasa industrial blanca y azul.

La construcción de un transmisor de presión consta de varios elementos esenciales:

un conector mecánico para la instalación,
una membrana metálica o cerámica,
un sensor capacitivo o un detector piezoresistivo,
un fluido de relleno, a menudo aceite, integrado en las células de medición de la presión para transmitir las variaciones de presión,
módulo electrónico para acondicionar y amplificar la señal del detector,
un conector eléctrico para facilitar la conexión a otros sistemas de automatización,
una carcasa de plástico o metal (aluminio, acero inoxidable),
un indicador digital (opcional) para mostrar la información sobre la presión en tiempo real.

Vista transversal interna de un sensor de presión con célula de medición y sensor microcapacitivo de silicio. — Corte interno de un sensor de presión que muestra la célula de medición y el sensor microcapacitivo de silicio.

¿Cuál es la señal de salida de un sensor de presión industrial?

Terminal de conexión interna de un sensor de presión con conexiones atornilladas

La señal de un sensor de presión puede ser analógica o digital. La señal analógica del sensor de presión suele ser una salida de corriente de 4-20 mA, una salida de tensión de 0-10 V o una salida de tensión de 1-5 V. La señal de salida se envía a la unidad de control para que actúe sobre ella.

La señal de salida analógica de 4-20 mA se utiliza habitualmente en estos dispositivos debido a varias ventajas que ofrece.

En primer lugar, el sensor de presión 4-20 mA es resistente a la pérdida de señal debida a la línea de transmisión, lo que garantiza una medición precisa.

Terminal portátil de comunicación digital con cables e interfaces para sensores de presión

También amplía la distancia entre el sensor de presión y el sistema en cuestión. Además, la ausencia de corriente permite detectar fallos en la línea, lo que facilita la localización de averías. El transmisor de presión 4-20mA de 2 o 4 hilos también es menos sensible a las interferencias electromagnéticas, lo que garantiza su fiabilidad.

Por último, puede utilizarse en un bucle de 4-20 mA para alimentar varios equipos, como la pantalla, el controlador y el registrador.

La comunicación digital puede estar disponible con diferentes protocolos de comunicación - HART - Fieldbus - Profibus - Modbus. Estos protocolos de comunicación transmiten el valor medido y también permiten configurar los dispositivos de medición de la presión. Se denominan transmisores electrónicos SMART. Algunos sensores electrónicos de presión también ofrecen interfaces IO Link, una gama de precisiones y rangos de medición específicos y homologaciones internacionales.

¿Cómo elegir un sensor de presión industrial?

El transmisor de presión industrial debe elegirse en función del fluido a medir, el rango de presión y las condiciones de funcionamiento de la aplicación y el proceso.

Iconos que ilustran la alta precisión, el ciclo de medición rápido y la estabilidad a largo plazo de un sensor de presión. — Ilustración de los criterios de selección de un sensor de presión: precisión, rapidez y estabilidad.

Esquema 4D Gyration que ilustra la presión estática diferencial y las tensiones térmicas.

Las propiedades del fluido que se va a medir, tales como:sensor de presión de aire, sensor de presión de gas,sensor de presión de hidrógeno, sensor de presión de vapor, sensor de presión de aguau otro líquido, así como sus características (densidad, viscosidad, corrosividad, etc.).
Condiciones de servicio del proceso: presión a medir, presión estática, temperatura del proceso, riesgo de corrosión.
Tipo de medición: medición de presión,medición de caudal mediante un dispositivo depresory presión diferencial delta-p,medición de nivel mediante presión hidrostática, medición de densidad.
El tipo de presión que debe medirse :
- Presión relativa
- Presión atmosférica
- Presión absoluta
- Presión diferencial
- Presión barométrica

Esquema que ilustra el impacto de las propiedades del fluido en la elección del sensor de presión y la protección.

El rango de presión o de medida
Dinámica o autonomía
Laprecisión de la medición de la presión
Tiempo de respuesta
La interfaz de montaje mecánico o el accesorio de conexión al proceso: conexión roscada, conexión por brida, etc.
Señal de salida analógica y/o comunicación digital por cable o inalámbrica
El entorno climático y las limitaciones asociadas:La temperatura ambiente
- Humedad relativa ambiente
- Contenido de polvo
- Contenido de gas corrosivo
- El nivel de impermeabilidad y su índice de protección IP asociado
- Presencia de agua marina o salinidad(sensores industriales para la construcción naval)
- Alta presión estática(sensores industriales para aplicaciones offshore)

Transmisor de presión instalado en un tanque industrial con tuberías y conexiones.

El entorno industrial, las limitaciones asociadas y la normativa vigente:
- Utilización en atmósferas explosivas y zonas asociadas (seguridad intrínseca)
- El polvo
- Explosividad
- Ondas electromagnéticas (CEM)
- Vibraciones
- Radiación(sensor de presión para la industria nuclear)
- Aplicaciones transaccionales de medición de gas(sensor certificado MID)

Logos Ex y SIL3 que indican el nivel de integridad de seguridad para sensores de presión.

La seguridad funcional y el nivel de integridad de seguridad (SIL);norma CEI 61508 y norma CEI 61511, que requieren transmisores de presión con funciones de seguridad avanzadas SIL2/SIL3.
La elección de una sonda de presión con el nivel de seguridad adecuadoyla elección del sensor más seguro en zonas explosivasson esenciales para la seguridad y la longevidad de su proceso.

La presión de roturadebe tenerse en cuenta al dimensionar los sensores de presión. La presión de rotura corresponde al límite de solicitación mecánica de la carcasa y, cuando se supera este umbral, la carcasa se destruye, lo que puede provocar una fuga de fluido. Mantener la presión dentro del rango especificado garantiza mediciones fiables de acuerdo con las indicaciones de la ficha técnica.
Losaccesorios para sensores de presiónasociados, como un colector o un prensaestopas.

Presión diferencial, absoluta o relativa: ¿los distintos tipos de sensores de presión?

Sensor de presión relativa con carcasa industrial blanca y tapas azules

El sensor de presión relativa

Eltransmisor de presión relativapermite medir la presión relativa del proceso con respecto a lapresión atmosférica. La presión atmosférica se mide utilizando una cavidad de referencia dentro del transmisor. Esta presión disminuye a medida que se asciende en altitud.

Sensor de presión diferencial con carcasa industrial blanca y doble tapa azul

El sensor de presión diferencial o deltaP

Elsensor de presión diferencialutiliza dos cámaras separadas conectadas por una membrana flexible. La presión se mide a cada lado de la membrana. La presión diferencial (dp) es la diferencia entre estas dos presiones: una presión de referencia en el lado de baja presión (BP o LP) y una presión en el lado de alta presión (HP). Este dispositivo de medición de presión diferencial se utiliza para medir el caudal de fluidos en tuberías, supervisar la obstrucción de filtros o calcular las pérdidas de carga.

Sensor de presión absoluta con carcasa industrial blanca y tapas azules

El sensor de presión absoluta

Elsensor de presión absolutacompara la presión relativa con respecto al vacío absoluto. La presión absoluta siempre es positiva. El funcionamiento de este dispositivo tiene la ventaja de que, gracias a una cámara de referencia al vacío, no se ve afectado por las variaciones de la presión atmosférica, lo que permite obtener una mayor precisión.

La presión absoluta se expresa a partir de la presión relativa añadiendo 1,013 bar, es decir, p. absoluta (bar abs.) = p. relativa (bar) + 1,013.

Esquema comparativo entre presión absoluta, presión relativa y vacío en relación con la presión atmosférica. — Diagrama que explica la diferencia entre presión absoluta, presión relativa y vacío en relación con la atmósfera.

Sensor de presión de membrana con separadores de brida y capilares metálicos

El sensor de presión de membrana

Un transmisor de presión con separador de diafragma separa el fluido del proceso que se está midiendo de la célula de presión. El diafragma y las piezas de contacto están hechos de un material resistente al fluido que se está midiendo y están soldados a la base de la célula de presión.

Un tubo capilar o manguito de conexión sirve de enlace entre la membrana de separación y la célula de presión. Este espacio debe desgasificarse al vacío y, a continuación, llenarse con un aceite de relleno y sellarse. La presión medida ejerce una fuerza sobre la superficie exterior de la membrana. A medida que la membrana se flexiona hacia dentro, intenta comprimir el fluido de relleno dentro del instrumento.

Este líquido de relleno está diseñado para resistir la compresión, por lo que la fuerza se canaliza directamente a la célula de medición de presión. Todo el funcionamiento de un sensor de presión de membrana se basa en el principio de Blaise Pascal.

El sensor de presión de diafragma se fabrica con diversos materiales, como acero inoxidable, titanio, Inconel, Hastelloy, Monel, Tantalio, cerámica y níquel. Los materiales utilizados dependen del tipo de aplicación y de la temperatura para la que se haya diseñado el sensor de presión industrial.

El sensor de presión con separadores se utiliza para medir presiones de fluidos en un rango de altas temperaturas.

Detalle del diafragma de acero inoxidable con membrana ondulada y conexión capilar. — Detalle de un sensor de presión de diafragma con membrana de acero inoxidable y conexión capilar.

Sensor de presión hidrostática con sonda sumergible y brida de fijación

El sensor de presión hidrostática

El sensor de nivel hidrostático es un dispositivo de medición utilizado para determinar el nivel de llenado de un líquido en depósitos o cubas. El principio de medición se basa en la presión hidrostática, que es el peso ejercido por un líquido en función de la altura de la columna de llenado.

El sensor de presión multivariable

El transmisor de presión multivariable combina la medición de la presión diferencial, la medición de la presión absoluta y la medición de la temperatura en el mismo sensor. Estos productos se utilizan sobre todo para la medición de caudal másico.

El sensor de presión sumergido

Este sensor de presión sumergible o hidrostático puede sumergirse en un líquido para medir el nivel en un tanque o depósito. El sensor de presión sumergido suele tener una membrana de acero inoxidable.

¿Cómo se calibra un sensor de presión?

Calibración de un sensor de presión con banco de pruebas y conexiones neumáticas

Los transmisores de presión industriales requieren una calibración periódica para garantizar una metrología industrial precisa a lo largo de su ciclo de vida y evitar factores que influyan en la precisión de sus sensores.

El periodo de calibración lo definen los fabricantes de los sensores de presión. Deben calibrarse el cero y el fondo de escala.

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, comprobar la señal de salida de 4-20 mA y, a continuación, aplicar una compensación. El sensor puede calibrarse utilizando un tornillo de ajuste externo o una interfaz de programación o software de programación. Los modelos de transductores de presión con pantalla y pulsadores pueden calibrarse localmente.

Para llevar a cabo las distintas manipulaciones, puede ser necesario montar una válvula de aislamiento o un colector en el transmisor de presión para aislarlo del proceso.

Para sus calibraciones anuales, puede recurrir a una empresa especializada en calibración de sensores de presión.

Sicalibra el sensor de presión con regularidad, podrá asegurar la precisión de la medición de la presión para garantizar resultados constantes.

¿Cómo se instala un manómetro?

Transmisor de presión instalado en tubería con pantalla digital en el panel frontal azul.

Los transductores de presión pueden instalarse mediante una conexión mecánica al dispositivo de medición o a la tubería en la que debe medirse la presión.

Deben tomarse precauciones especiales de instalación en función de las condiciones de presión y temperatura del proceso.

Dos transmisores de presión instalados en una columna industrial con líneas de impulso.

La señal de salida de 4-20 mA de este dispositivo puede conectarse a un sistema de visualización (una pantalla digital industrial, un registrador, un controlador o un sistema de supervisión) o a un PLC (sistema de automatización para la medición de la presión) con el fin de controlar un dispositivo de control y regular la presión de un proceso.

Por su seguridad, compruebe el esquema eléctrico del sensor de presión antes de cablear el instrumento de campo.

Si necesita ayuda, le recomendamos que recurra a una empresa profesional para la instalación y puesta en marcha de su instrumento de medida.

¿Cómo se comprueba un sensor de presión?

Prueba de un sensor de presión con conexiones eléctricas y banco de pruebas

Un sensor de presión de 4-20 mA se puede comprobar aplicando una presión conocida definida en la interfaz mecánica de la sonda de presión y verificando la señal de la salida analógica medida. Si dispone de un sensor de presión con pantalla, compruebe el valor que aparece en el indicador.

Si su instrumento está averiado, puede pedir a un especialista o a uno de los fabricantes de sensores industriales que se lo repare.

Si la reparación no es posible, puede sustituir su antigua referencia de sensor de presión por un modelo nuevo y más moderno.

¿Cómo se configura un sensor de presión?

Configuración de un transmisor de presión mediante indicador digital en el panel frontal

Los transmisores digitales inteligentes con protocolo HART pueden configurarse :

utilizar un indicador digital local programable para ajustar los parámetros (para sensores de presión con pantalla)
a distancia con un Pocket HART o un software de configuración con módem HART

Configuración remota de un sensor de presión mediante un comunicador portátil HART — Configuración de un sensor de presión remoto mediante un comunicador portátil compatible con HART.

¿Cuáles son las aplicaciones de los sensores de presión?

Sensores de presión instalados en una red de tuberías en un entorno industrial.

Comprender por qué es importante medir la presión en las industrias de procesos para garantizar la seguridad, optimizar el control de los procesos, mejorar la eficiencia energética y mantener la calidad de los productos acabados.

El transmisor de presión se utiliza en muchas aplicaciones del sector industrial.

Este sensor de presión digital puede detectar presiones que van desde unos pocos milibares hasta varios cientos de bares. Por tanto, es esencial en una amplia gama de industrias para la automatización de líneas de producción y maquinaria.

Se pueden medir presiones relativas o absolutas de aire comprimido, agua, vapor y gas.

Por ejemplo, las aplicaciones incluyen la medición de la presión diferencial del flujo de líquido, flujo de gas o flujo de vapor en una tubería, monitorización de filtros, medición del nivel de un líquido en un depósito con un transductor de presión de diafragma rasante, medición de la densidad de un fluido.

En función de su sector, debe elegir el instrumento de medición adecuado para su aplicación y las limitaciones de su entorno industrial.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de un sensor de presión?

Ventajas de los sensores de presión

Precisión y fiabilidad: los sensores de presión proporcionan mediciones extremadamente precisas, esenciales para las aplicaciones industriales. Aumentan la productividad y reducen los costes al proporcionar información precisa sobre la presión de gases, vapores o líquidos.
Resistencia a condiciones extremas: Incluso en condiciones de altas temperaturas o entornos corrosivos, como los que se dan en la industria química o del petróleo y el gas, su funcionamiento está garantizado con una fiabilidad y precisión excepcionales.
Durabilidad y robustez: alojados en carcasas de acero inoxidable o aluminio, los sensores de presión son resistentes a golpes, vibraciones y entornos hostiles. Están hechos para durar.
Flexibilidad de uso: disponibles en una gran variedad de diseños y tecnologías, estos sensores cubren una amplia gama de rangos de medición de presión para todos los fluidos, incluidas las aplicaciones de vacío y depresión. Su flexibilidad los hace adecuados para numerosas industrias.
Fácil instalación: con una amplia variedad de racores y conectores disponibles, los sensores de presión se pueden integrar rápida y fácilmente en los sistemas de automatización, lo que minimiza los errores de instalación.
Resistencia a sobrecargas y sobrepresiones: gracias a su alta resistencia a la sobrecarga, los sensores de presión pueden soportar picos de presión extremos, como los producidos por válvulas que se cierran rápidamente o golpes de ariete del aire comprimido.

Precisión y fiabilidad
Resistencia a condiciones extremas
Durabilidad y solidez
Flexibilidad de uso
Fácil de instalar
Resistencia a sobrecargas y sobrepresiones

Desventajas de los sensores de presión

Coste inicial: El coste de adquisición de sensores de presión de alta precisión puede ser elevado, lo que puede suponer una inversión importante para algunas empresas industriales. El precio de un sensor de presión suele reflejar su calidad y durabilidad. Evite las marcas de sensores de presión exóticas y opte por un fabricante francés de sensores de presión.
Sensibilidad a las interferencias: Los sensores que utilizan semiconductores pueden ser sensibles a las interferencias electromagnéticas, lo que puede afectar a su precisión. Elija un fabricante cuyos transductores de presión cumplan las normas CEM.
Complejidad de la instalación: aunque muchos sensores están diseñados para facilitar su instalación, algunas aplicaciones complejas pueden requerir conocimientos técnicos específicos para garantizar un funcionamiento óptimo. Confíe en un fabricante de sensores de presión de confianza.
Mantenimiento en condiciones específicas: En determinadas instalaciones, especialmente aquellas en las que las condiciones ambientales son extremas, puede ser necesario realizar un mantenimiento periódico del sensor de presión para garantizar su rendimiento. Elija un fabricante de sensores de presión que ofrezca un servicio de mantenimiento cercano.

Coste inicial
Sensibilidad a las interferencias
Complejidad de la instalación
Mantenimiento en condiciones específicas

¡Medir la presión no es algo que se pueda improvisar!

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La medición de la presión requiere la intervención de profesionales del sector de la instrumentación.

Los expertos de Fuji Electric, fabricante francés de sensores de presión industriales, le guiarán y le ofrecerán sensores de presión diseñados para su aplicación más exigente, para que obtenga los resultados esperados y evite errores al medir la presión en sus procesos. Así podrá disfrutar de las ventajas de la detección de presión sin sus inconvenientes.

Los transductores de presión de Fuji Electric son famosos por su alta tecnología, precisión en la medición de la presión, amplio rango de medición, estabilidad a largo plazo, calidad de fabricación, fiabilidad, durabilidad, asistencia técnica, política de fácil devolución y rápido servicio de entrega a los clientes.

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