Sensores de presión: tipos, casos de uso y definición

Ya alrededor de la década de 1590, la gente estaba fascinada con la medición de los cambios de presión. Los primeros intentos de describir las fluctuaciones de presión comenzaron con tubos de vidrio y experimentos con barómetros. Estos instrumentos simples medían cuánto fluido dentro de ellos era empujado o tirado por los cambios de presión.

Avance rápido 500 años hasta el presente, hemos recorrido un largo camino desde la medición de la subida y bajada de fluidos en los tubos. Ahora también comprendemos los efectos de los cambios de presión en las propiedades físicas y eléctricas de los materiales. Hoy en día, es fácil medir las fluctuaciones de presión con una precisión y exactitud asombrosas, gracias a los sensores de presión altamente avanzados.

¿Qué es un sensor de presión?

Un sensor de presión es un dispositivo que detecta y mide la presión. En este caso, la presión se define como la cantidad de fuerza ejercida sobre un área. Los sensores de presión permiten estrategias de mantenimiento más especializadas, como el mantenimiento predictivo. Estos dispositivos recopilan datos en tiempo real sobre las condiciones del equipo. Con base en la información disponible, los sensores pueden predecir y prepararse para patrones de falla.

Al instalar sensores de presión en ciertos tanques y otros activos presurizados, los sensores pueden alertar a los equipos de mantenimiento cuando la presión cae fuera de un nivel específico. Esto permite a los equipos abordar el problema de inmediato. Un ejemplo típico de un sensor de presión en mantenimiento es un transductor que capta una señal cuando se le aplica presión.

Cómo funcionan los sensores de presión

Los sensores de presión funcionan midiendo un cambio físico que ocurre como reacción a las diferencias de presión. Después de medir estos cambios físicos, la información se convierte en señales eléctricas. Estas señales se pueden mostrar como datos utilizables que el equipo puede interpretar. Un ejemplo de este proceso funcionará en los siguientes pasos:

1. Un medidor de tensión convierte la presión en señales eléctricas

El tipo más común de sensor de presión utiliza un medidor de tensión . Es un aparato mecánico que permite pequeñas expansiones y contracciones, a medida que se aplica o se alivia la presión. El sensor mide y calibra las deformaciones físicas para mostrar cuánta presión se ejerce sobre un equipo o tanque. Luego, convierte estos cambios en voltajes o señales eléctricas.

2. Las señales eléctricas se miden y registran

Una vez que el sensor produce una señal eléctrica, el dispositivo puede registrar una lectura de presión. Estas señales aumentan o disminuyen en intensidad, dependiendo de la presión que sienta el sensor. Dependiendo de la frecuencia de la señal, las lecturas de presión se pueden realizar entre intervalos de tiempo muy cercanos.

3. CMMS recibe una señal eléctrica

Las señales eléctricas ahora tienen la forma de una lectura de presión, en unidades como libras por pulgada cuadrada (psi) o Pascales (Pa). Los sensores envían las lecturas, que luego son recibidas por su CMMS en tiempo real. Con múltiples sensores instalados en varios activos, un sistema CMMS actúa como el eje central para realizar un seguimiento de toda la instalación. Los proveedores de CMMS pueden ayudar a garantizar la conectividad de todos los sensores. UpKeep CMMS , por ejemplo, ofrece opciones para la integración perfecta de sensores y activos.

4. Equipos de mantenimiento de alertas de CMMS

Con los sensores instalados, sus equipos de mantenimiento reciben alertas cuando una medición de presión es demasiado alta o demasiado baja. Las clasificaciones de presión que son demasiado altas pueden indicar un riesgo de ruptura de piezas o la posibilidad de daños en el equipo. Por otro lado, una pérdida de presión puede ser un signo de fuga, especialmente en recipientes a presión. Los datos en tiempo real, combinados con la funcionalidad móvil , brindan a su equipo una vista del estado de la instalación en todo momento.

7 tipos de sensores de presión

Los sensores de presión se pueden clasificar según el método con el que detectan los cambios de presión. Los sensores pueden observar y medir diversas reacciones físicas. Algunos de los tipos más comunes de sensores de presión se enumeran a continuación:

1. Galga extensiométrica

Una deformación se define como la expansión o contracción proporcional de los materiales, cuando un objeto aplica fuerza. Los medidores de tensión, como su nombre lo indica, usan estos cambios tangibles en las dimensiones del resorte para medir la presión.

Los sensores de galgas extensométricas tienen un elemento de resorte que se deforma cuando se aplica fuerza. El material varía proporcionalmente en su resistencia eléctrica a medida que varía su estructura. Con los cambios de presión, las fluctuaciones en las lecturas de resistencia y voltaje se toman como señales eléctricas. Luego, estos se calibran a una lectura de presión equivalente y el sensor los muestra.

Los sensores de galgas extensométricas son particularmente favorables para tareas de monitoreo a largo plazo. Son el tipo de sensor más utilizado debido a su disponibilidad y versatilidad.

2. Piezoeléctrico

Los sensores piezoeléctricos funcionan empleando el efecto piezoeléctrico. El efecto piezoeléctrico describe la generación de una carga eléctrica como respuesta a cambios físicos en el material. Este efecto es más evidente en ciertos materiales en un grado que se puede medir. La carga creada es proporcional a la fuerza aplicada. El sensor puede medir y calibrar cambios en la carga y mostrar una medición de presión correspondiente.

Los sensores piezoeléctricos pueden venir en tamaños muy pequeños, lo que los convierte en una buena opción para aplicaciones con limitaciones de espacio. Por lo general, también permiten altas frecuencias al tomar datos. Esta es una ventaja para las lecturas que requieren mediciones dinámicas tomadas entre puntos de datos con intervalos cortos.

3. Capacitivo

Los condensadores son dispositivos que se utilizan para almacenar una carga eléctrica. Operan al tener dos conductores separados por un estrecho espacio entre ellos. El sensor puede medir la capacitancia entre las dos placas. La distancia entre las dos placas determina los valores de capacitancia, que varían con la presión circundante.

Las aplicaciones de los sensores de presión capacitivos incluyen la medición de cambios de presión en motores a reacción, neumáticos de automóviles y otras embarcaciones. Tienen un diseño mecánico simple que les permite soportar ambientes hostiles.

4. Manómetros

Los primeros dispositivos utilizados para medir la presión se componían de tubos de vidrio llenos de líquido. Los manómetros son esencialmente eso: un tubo que utiliza el movimiento de un líquido para comparar la presión experimentada por sus dos superficies. Los manómetros más básicos tienen forma de U con un líquido en el interior que se desplaza por diferencias de presión variables.

Los manómetros se pueden utilizar para calibrar otros equipos. Todavía son instrumentos comunes que se encuentran en entornos de laboratorio. Debido a su respuesta más lenta y rango limitado de presiones, no son adecuados para aplicaciones de detección de presión dinámica.

5. Presión de vacío

Los sensores de presión anteriores normalmente funcionan midiendo una fuerza aplicada a un aparato mecánico. Estos métodos mecánicos pueden volverse más complejos cuando la presión está por debajo de los niveles atmosféricos, particularmente los niveles de presión de vacío extremos. Para aplicaciones de presión de vacío, las mediciones dependen menos de las reacciones mecánicas. En cambio, los sensores observan y miden los efectos sobre las propiedades de los materiales.

El sensor más conocido utilizado para medir la presión de vacío es el sensor Pirani , llamado así por su inventor, Marcello Stefano Pirani. El sensor Pirani funciona midiendo la resistencia de un filamento calentado dentro de una cámara de medición. A medida que la cámara del manómetro se expone a la presión de vacío circundante, la temperatura que siente la cámara desciende. Este cambio de temperatura cambia proporcionalmente la conductividad en el filamento. Esto se puede tomar como una medida indirecta de la presión experimentada.

6. Tubo de Bourdon

De los tipos de sensores anteriores, hemos visto cómo las deformaciones físicas, debidas a una fuerza aplicada, miden la presión. El tubo de Bourdon es un ingenioso dispositivo mecánico que utiliza movimientos físicos. Aprovecha la fuerza circundante para impulsar un dial que está calibrado para mostrar una lectura de presión.

Los tubos de Bourdon están hechos con un tubo enrollado en forma de C. Un extremo está cerrado, mientras que el otro está expuesto al entorno que se está midiendo. A medida que aumenta la presión que siente un extremo del tubo, la bobina trata de enderezarse. Acoplado a un husillo, este movimiento físico de la bobina mueve un puntero para mostrar la lectura de presión en un indicador de cuadrante.

Debido a su simplicidad y robustez, los medidores de tubo de Bourdon suelen ser económicos, pero duraderos. Proporcionan precisión para aplicaciones de alta presión. Sin embargo, debido a su naturaleza puramente mecánica, las lecturas son susceptibles a golpes y vibraciones. No es aconsejable utilizarlos a bajas presiones que requieran medidas precisas.

7. Barómetro aneroide

Un barómetro aneroide es otro tipo de dispositivo puramente mecánico que se utiliza para medir la presión. Este instrumento tiene un cilindro de metal hermético, parecido a una cápsula. Esta cápsula se comprime y expande en respuesta a la presión circundante. Estas pequeñas diferencias se pueden medir y acoplar a un dial que luego muestra una lectura de presión correspondiente.

Los barómetros aneroides se utilizan típicamente para medir la presión atmosférica. Se utilizan comúnmente en aviones, debido a su diseño duradero y conveniente. Para aplicaciones aeronáuticas, también se pueden utilizar para medir la altitud en función de los cambios en la presión barométrica.

Casos de uso populares para sensores de presión

Con los diversos tipos de sensores de presión disponibles en el mercado, surge una amplia gama de aplicaciones en sus instalaciones. ¡Casi se siente como si cada activo pudiera usar uno! Aquí hay algunos ejemplos de usos populares de sensores de presión :

Presión de tubería o manguera hidráulica

Los sistemas hidráulicos o de tuberías pueden operar a presiones extremas. Las tuberías de gas natural, por ejemplo, normalmente operan entre 200 y 1500 psi.

Otro ejemplo son las mangueras hidráulicas trenzadas que pueden tener presiones de trabajo típicas de 6000 psi. Los sensores de presión pueden ayudar a garantizar que estos sistemas funcionen por debajo de sus límites para mantener un factor de seguridad aceptable.

Normas de conjuntos de transmisores electrónicos

El monitoreo de las lecturas de presión en toda una instalación garantiza que se cumplan los estándares. Esto no solo se aplica a los estándares de producción, sino que también incluye los estándares de seguridad. Los transmisores electrónicos permiten enviar datos a través de ubicaciones remotas de una instalación.

Presión de vacío baja a alta

La tecnología de vacío es la columna vertebral de algunos de los procesos industriales y científicos más avanzados. Se utiliza para la producción de moldes compuestos, el procesamiento de semiconductores, la fabricación de instrumentos de vuelo y diversas aplicaciones médicas. Dichos procesos pueden requerir sensores de presión especializados que permitan medir la presión de vacío hasta más de 10000 psi.

Aplicaciones de conservación de energía

Las primeras aplicaciones de los sensores de presión tenían vínculos con el medio ambiente, particularmente en el pronóstico del tiempo. Hoy en día, estas aplicaciones ambientales pueden expandirse para incluir también la conservación de energía. Los dispositivos de medición de presión también se pueden usar en pruebas de emisiones, dispositivos de contaminación y sistemas de gestión del viento.

Aplicaciones de la industria tecnológica

El auge de los equipos de alta tecnología allanó el camino para la fabricación de alta precisión. Las mediciones de precisión deben mantenerse al día con los procesos de producción que se mejoran todos los días. Se requieren sensores de presión que permitan mediciones más sensibles para mediciones de flujo de aire, salas limpias, sistemas láser y más.

Aplicaciones de fabricación

Los procesos de fabricación requieren la manipulación de fluidos, como en los sistemas hidráulicos y neumáticos. Los sensores de presión detectan cualquier anomalía dentro de estos sistemas, comprobando constantemente si hay fugas, problemas de compresión y cualquier signo de falla potencial.

Los sensores de presión pueden ahorrarle tiempo y dinero a su empresa

Imagina tener el poder de mirar hacia el futuro. Ahora imagine usar ese poder para elaborar un plan de mantenimiento a tiempo para evitar que ocurran averías. Eso es esencialmente lo que intentan hacer los sensores de presión, como herramientas en el mantenimiento predictivo.

Los sensores de presión no se limitan a detectar cambios de presión. Hacen que la información sea útil al enviar los datos a su CMMS. Esto le permite obtener una vista panorámica de las partes autónomas de sus instalaciones. Al contar con sensores que envían datos en tiempo real, su equipo de mantenimiento puede ser notificado al inicio de cualquier comportamiento inusual. ¿Y por qué detenerse con los sensores de presión mientras está en eso? UpKeep CMMS puede ayudarlo a personalizar la forma en que monitorea sus activos al brindarle una amplia selección de sensores según lo que necesite.

Tener una estrategia predictiva para realizar el mantenimiento realmente vale la pena. De hecho, el Departamento de Energía de los EE. UU. estima aproximadamente un 8-12 % de ahorro con respecto al mantenimiento preventivo y hasta un 40 % de ahorro con respecto al mantenimiento reactivo. Piense en estos ahorros como una ventaja adicional además de los enormes beneficios de seguridad y una mayor confiabilidad. Entre las principales causas de falla de los recipientes a presión se encuentran la operación por encima de las presiones permitidas, el estrés y la fatiga. Reduzca los riesgos mediante el uso de un sistema de sensores que observan su lugar de trabajo las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

Conclusión

La mayoría de las instalaciones modernas dependen de equipos que utilizan recipientes altamente presurizados. La avería de los equipos puede provocar fallos catastróficos, debido a la alta energía que almacenan. Los sensores de presión ayudan a identificar los riesgos de manera temprana al notificar a los equipos de mantenimiento cualquier desviación anómala de las condiciones de trabajo ideales. Combinados con una estrategia de mantenimiento predictivo, los sensores permiten que los equipos de mantenimiento realicen acciones correctivas antes de que ocurra cualquier falla.