La medición de la presión suele ser una tarea difícil debido a las duras condiciones que suelen darse en la fabricación industrial. Las altas temperaturas son un problema especial para los componentes electrónicos, que suelen tener una baja tolerancia al calor. Los transductores de alta temperatura son la solución más habitual para la medición de la presión en entornos calientes, aunque en algunas aplicaciones puede ser mejor opción reducir el calor con un elemento refrigerante. Por ejemplo, los sensores normales suelen ser adecuados para temperaturas de operación inferiores a 80 °C (176 °F). Por lo tanto, la medición de la presión suele ser una cuestión de elegir entre un transductor de alta temperatura y un elemento de refrigeración, cada uno con sus ventajas y inconvenientes específicos.
High temperature transducers are the most common solution for measuring pressure in hot environments, although reducing heat with a cooling element may be a better choice for some applications. For example, normal sensors are generally suitable for operating temperatures below 80°C (176°F). Measuring pressure therefore tends to be a matter of choosing between a high temperature transducer and a cooling element, each with specific advantages and disadvantages.
Transductor de presión de alta temperatura
Transductores de presión para altas temperaturas
Elemento refrigerante
Transductor de alta temperatura Los transductores suelen convertir la energía de una forma a otra, aunque la energía suele ser una señal. Se utilizan habitualmente en sistemas automatizados, que a menudo se controlan mediante mediciones de magnitudes físicas como la fuerza, el movimiento, la temperatura y la presión. Un sensor es un tipo específico de transductor que detecta una propiedad física de su entorno e informa de ese cambio, normalmente en forma de señal eléctrica. Por ejemplo, un sensor de presión detecta la presión y la comunica a un manómetro que la muestra.
Un transductor de presión para altas temperaturas no contiene componentes electrónicos, lo que le confiere una tolerancia al calor mucho mayor que los transductores de presión normales. Estos dispositivos suelen estar clasificados para temperaturas ambiente de hasta 343 °C (649,4 °F), según el modelo específico. Un transductor de presión de calidad de este tipo puede proporcionar mediciones muy estables a altas temperaturas. Por ejemplo, algunos modelos pueden medir la presión con una precisión del 0,25 % y una deriva térmica del 0,1 % a 38 °C (100 °F).
El rango de presión de un transductor de presión de alta temperatura puede variar mucho, desde 15 libras por pulgada cuadrada (psi) hasta más de 10 000 psi. Es posible que sea disponible un registro de calibración del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) para estos transductores de presión. Los fabricantes también pueden calibrar sus transductores en diversas etapas de su ciclo de vida.
Este alto nivel de rendimiento es posible gracias al uso de la tecnología de película delgada, que utiliza depósitos por pulverización catódica para formar un enlace molecular entre el medidor y el sustrato. Esta técnica de fabricación elimina prácticamente los cambios en la calibración del transductor, incluyendo la fluencia, la deriva y el desplazamiento. Los transductores de presión de alta temperatura también deben tener una cavidad de presión de acero inoxidable y una carcasa con doble aislamiento para garantizar la integridad de la unidad en un entorno de trabajo adverso. Una construcción totalmente soldada aumentará aún más la tolerancia del transductor de presión al estrés físico.
Amplificación
Los transductores de presión para altas temperaturas proporcionan una salida de milivoltios, lo que significa que requieren un amplificador externo para convertirla en una señal de 4 a 20 mA o de 0 a 10 V. La necesidad de un amplificador externo también aumentará el precio del sistema.
Una nueva técnica para transmitir la temperatura desde un transductor a una pantalla consiste en realizar el montaje de un amplificador DIN en un raíl. Este enfoque permite que el amplificador acepte muchas entradas y procesos comunes para las señales de temperatura. La salida puede utilizar solo dos cables, aunque una perspectiva de 3 cables aislará el voltaje. Un amplificador que utilice una salida de doble relé también debe aislar los relés entre sí. La señal de salida de este tipo de amplificador suele estar entre 4 y 20 mA. El rango de temperatura de un transmisor de temperatura montado en un raíl también debe ser lineal con respecto a la temperatura.
Un transmisor de temperatura debe permitir una fácil configuración a través de un puerto USB. Esta función permite al usuario conectar el transmisor a un PC con un cable USB estándar y cargar los datos de configuración desde el transmisor. A continuación, el usuario puede utilizar un software para realizar los cambios deseados y descargar la nueva configuración de nuevo al transmisor. El transmisor no requiere alimentación adicional durante este proceso, ya que recibe la alimentación necesaria de la interfaz USB.
Este tipo de transmisor también debe aceptar entradas aisladas de un pulsador, con ajustes de compensación en el mismo rango que la señal de salida. Un LED indica la etapa de compensación durante este proceso. La función de compensación debe estar bloqueada si no requiere ajuste durante la configuración. El LED indica cuando la entrada de señal está fuera de rango durante el funcionamiento normal.
Elemento de refrigeración
Los elementos de refrigeración se basan generalmente en el principio de la transferencia de calor por convección, que es el mecanismo por el cual el calor se transfiere debido al movimiento de los fluidos. Por el contrario, la transferencia de calor conductivo es la transferencia de energía debida a las vibraciones moleculares. Además de los elementos de refrigeración, la convección también se utiliza en muchas otras prácticas de ingeniería.
Un elemento de refrigeración puede reducir la temperatura del medio, lo que suele ser una solución mucho más económica que un transductor de alta temperatura. Este enfoque permite que la presión se mantenga sin cambios, suponiendo que la densidad del medio no se vea afectada significativamente por los cambios de temperatura dentro del rango de funcionamiento normal. Los elementos de refrigeración suelen funcionar tanto en aire como en agua, pero no son adecuados para medios oleosos, como el fluido hidráulico. En estas aplicaciones se debe utilizar un transductor de alta temperatura, ya que la viscosidad de este medio depende en gran medida de la temperatura.
Un elemento de refrigeración debe estar fabricado en acero inoxidable para proporcionar la máxima resistencia a la corrosión de la mayoría de los medios de proceso. El contenido de níquel de este acero suele ser del 1,25 %, con un contenido de cromo entre el 0,65 % y el 0,8 %. El elemento de refrigeración debe tolerar una presión máxima de 5000 psi a 38 °C (100,4 °F) y 3500 psi a 400 °C (752 °F). También debe reducir la temperatura de un proceso líquido de 260 a 38 °C (500 a 100,4 °F) en el elemento sensor.