Tecnologías de Transmisores de Señal y Medición de Presión

Tecnologías de Transmisores de Señal

Los transmisores de señal son dispositivos fundamentales en la instrumentación industrial, encargados de convertir una variable física (como presión, temperatura, nivel, etc.) en una señal estandarizada que puede ser interpretada por sistemas de control. Se clasifican principalmente en:

• Neumáticos
• Electrónicos (Analógicos y Digitales)
• Inteligentes

Transmisores Neumáticos

Estos transmisores operan utilizando aire o gas a presión como medio de transmisión de la señal.

Elemento Primario de Medición

Es el dispositivo que está en contacto directo con la variable a medir. Interpreta los cambios de la variable y los comunica a la tobera-obturador.

Sistema Tobera-Obturador

Consiste en un tubo con una restricción en su interior, conectado a una fuente de aire o gas. Una lámina delgada se encarga de tapar o destapar la tobera, regulando el flujo de aire.

Válvula Piloto (Amplificador Neumático)

Cumple dos funciones principales:

1. Aumento del flujo de aire de suministro.
2. Amplificación de presión (ganancia).

Equilibrio de Movimiento

El funcionamiento de estos sistemas se basa en un equilibrio dinámico que involucra componentes como la alimentación, el escape, el fuelle, el relé amplificador y la barra bajo el fuelle.

Equilibrio de Fuerzas

Se refiere al balance de las dos fuerzas principales que actúan sobre el fuelle, permitiendo la conversión precisa de la señal.

Transmisores Electrónicos Analógicos

Estos transmisores convierten la variable medida en una señal eléctrica analógica, comúnmente de 4-20 mA o 0-10 V.

Tubo Bourdon (Detector de Inductancias)

Combina una barra que genera equilibrio entre las bobinas detectoras. Además, está formado por dos piezas de ferrita.

Transformador Diferencial

Con la variación de presión, cambia la posición de la barra, induciendo tensiones distintas en las dos bobinas, lo que se traduce en la señal de salida.

Transmisores Electrónicos Digitales

Estos dispositivos convierten la variable medida en una señal digital, ofreciendo mayor precisión y capacidad de comunicación.

Sensor Capacitivo

Se basa en la variación de capacidad producida en un condensador. Está formado por dos placas fijas y un diafragma sensible unido a las mismas, cuya deformación por la presión cambia la capacitancia.

Sensor Piezoresistivo

Es un transmisor digital con un sensor piezoresistivo fabricado con una película de silicio. Utiliza técnicas de dopaje para generar una zona sensible a los esfuerzos mecánicos, que se traducen en cambios de resistencia.

Transmisores Inteligentes

Su término indica que el instrumento es capaz de realizar funciones adicionales a la de simple conversión de señal y procesamiento. Sus características incluyen:

• Generación de señales digitales.
• Comunicabilidad (protocolos como HART, Foundation Fieldbus, Profibus).
• Uso de múltiples sensores integrados.
• Cambio fácil de rangos y calibración remota.

Exactitudes de los Transmisores

La precisión es un factor clave en la elección de un transmisor. Las exactitudes típicas son:

• Neumáticos: ± 0.5%
• Electrónicos: ± 0.3%
• Inteligentes: ± 0.15%
• Digitales: ± 0.1%

Elementos de Medición de Presión

La presión es una de las variables más comunes a medir en la industria. Existen diversos elementos primarios para su detección.

Elementos Primarios de Medida Directa

Miden la presión comparándola con la ejercida sobre un líquido de densidad y altura conocida.

• Manómetro en U: Utiliza un tubo en forma de U con un líquido manométrico.
• Manómetro de Tubo Inclinado: Similar al anterior, pero con un brazo inclinado para mayor sensibilidad.
• Barómetro de Cubeta: Mide la presión atmosférica.

Experimento de Torricelli

Famoso por su experimento con mercurio, que llevó al desarrollo del barómetro y la comprensión de la presión atmosférica.

Lucien Vidie

Inventor del barómetro aneroide, un tipo de barómetro sin líquido.

Elementos Primarios Elásticos

Estos elementos se deforman por la presión interna del fluido, y esta deformación se convierte en una señal.

1. Tubo Bourdon: Un tubo curvado que tiende a enderezarse con la presión.
2. Elemento Espiral: Un tubo enrollado en espiral que se desenrolla con la presión.
3. Helicoidal: Similar al espiral, pero con múltiples vueltas helicoidales.
4. Fuelle: Un elemento flexible y plegable que se expande o contrae con la presión.
5. Diafragma: Una membrana delgada y flexible que se deforma bajo la acción de la presión.

Transductores Resistivos

Estos dispositivos aprovechan un cambio de resistencia eléctrica para medir la presión del sistema o la posición.

Permeabilidad Magnética

En física, se le denomina a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de ella campos magnéticos. Los materiales se pueden clasificar según su permeabilidad magnética relativa en:

• Ferromagnéticos: Cuyo valor de permeabilidad magnética relativa es muy superior a 1 (ej. hierro, níquel).
• Paramagnéticos o no magnéticos: Cuya permeabilidad relativa es aproximadamente 1 (se comportan como el vacío, ej. aluminio, platino).
• Diamagnéticos: De permeabilidad magnética relativa inferior a 1 (ej. bismuto, cobre, agua).

El valor de la inductancia viene determinado exclusivamente por las características geométricas de la bobina y por la permeabilidad magnética del espacio donde se encuentra.

La reluctancia magnética de un material o circuito magnético es la resistencia que este posee al paso de un flujo magnético cuando es influenciado por un campo magnético.

Conceptos Clave en Medición de Presión

Cabezal de Presión

Es la presión ejercida en la base de una columna de líquido, debido a la acción de la gravedad sobre la masa del fluido.

Presión Manométrica

Medida relativa a la presión del medio ambiente local (por ejemplo, en una tubería o recipiente). Es la diferencia entre la presión medida y la presión atmosférica.

Presión Absoluta

Se mide con referencia a la presión cero o perfecto vacío. Es la suma de la presión manométrica más la presión atmosférica.

Medidor Nuclear Radiactivo

Este tipo de medidor utiliza una fuente radiactiva en un lado y un medidor de radiación en el otro para determinar variables como nivel o densidad.

• Funcionamiento: Una fuente radiactiva emite radiación que es atenuada por el material a medir antes de ser detectada.
• Necesaria recalibración: Requiere calibraciones periódicas debido a la desintegración de la fuente.
• Limitaciones: Presenta dificultades técnicas y administrativas debido al manejo de material radiactivo.
• Aplicaciones: Ideal para fluidos a altas temperaturas y líquidos corrosivos, donde otros métodos no son viables.