Principios de medición de la presión

La presión es una de las variables de proceso que más se miden en la industria. Midiendo la presión se puede garantizar la seguridad y la calidad en los diferentes procesos industriales. Pero, ¿qué es la presión? En resumen, la presión puede definirse como una fuerza que se aplica y se distribuye equitativamente en una superficie. La medición de la presión se utiliza a menudo para determinar indirectamente otras variables del proceso, como el caudal, el nivel y la densidad.

Matemáticamente, la presión se define como:

Presión (Pa) = fuerza (N) ÷ área (m²)

La unidad del SI para la presión es el Pascal (Pa), que representa 1 Newton por metro cuadrado (N/m²); no obstante, se pueden encontrar diferentes unidades de ingeniería. Las más comunes son bar, psi, kgf/cm², kPa, mmH2O y mmHg.

En el caso de los líquidos y gases presurizados, la presión contenida en un recipiente se distribuye por igual en toda su superficie interna, lo que definió el físico Blaise Pascal en el Principio o la Ley de Pascal.

Figura 1. Fuerzas distribuidas en una superficie

Figura 2. Escalas de presión

Los transmisores de presión pueden medir la presión del proceso utilizando dos escalas diferentes: la escala de presión absoluta y la escala de presión relativa. La principal diferencia entre la presión absoluta y la presión relativa es la referencia que utilizan. La escala absoluta comienza en el vacío absoluto, mientras que la escala de presión relativa comienza en la presión atmosférica. Los transmisores de presión absoluta y relativa tienen diseños diferentes. La razón principal es que, en el caso de la presión relativa, la presión atmosférica cambia de un lugar a otro y en función del tiempo atmosférico, por lo que requiere una compensación continua.

Los transmisores de presión absoluta miden la presión del proceso utilizando el vacío absoluto como referencia. El vacío absoluto es un valor inmutable y, por este motivo, la presión medida no requiere una compensación adicional. Como la escala de presión absoluta comienza en 0 bar absoluto, esta escala no tiene valores negativos.

A nivel del mar, un sensor listo para usar sin presión adicional indicará aproximadamente 1,013 bar absoluto, que es la presión atmosférica.

La presión absoluta se puede representar matemáticamente como:

P_abs = P_man + P_atm

Dónde:

P_abs = presión absoluta

P_man = presión manométrica o presión relativa

P_atm = presión atmosférica

Los transmisores de presión absoluta se utilizan normalmente en la industria para aplicaciones de vacío, como el envasado al vacío, los secadores al vacío y también para la compensación de volumen de los gases.

Figura 3. Construcción del sensor de presión absoluta

Figura 4. Construcción del sensor de presión relativa

Los transmisores de presión relativa, también conocidos como transmisores de presión manométrica, miden la presión del proceso utilizando la presión atmosférica como referencia, pero, ya que la presión atmosférica varía de un lugar a otro y dependiendo de las condiciones meteorológicas, es necesario compensarla.

El transmisor está diseñado de forma que el sensor mide la presión del proceso y una pequeña abertura a la atmósfera permite la compensación de la presión atmosférica; en consecuencia, se mide la presión relativa. La escala de presión relativa comienza en 0 bar g y puede tener valores negativos hasta -1,013 bar g, que es el vacío absoluto.

Un sensor de presión relativa listo para usar sin presión adicional indicará aproximadamente 0 bar g, independientemente de si está situado a nivel del mar o a diferentes altitudes.

Los transmisores de presión diferencial se utilizan para medir la diferencia de presión entre dos puntos. Están diseñados de forma que el sensor tiene dos conexiones de proceso, denominadas conexiones de alta presión y de baja presión, o simplemente representadas como HP o LP respectivamente por sus siglas en inglés. A la presión medida en el lado de alta presión se le resta la presión medida en el lado de baja presión y, como resultado, se mide la presión diferencial.

Los transmisores de presión diferencial son dispositivos versátiles y pueden utilizarse en diferentes aplicaciones industriales, como la medición del nivel en tanques presurizados, la medición del caudal de líquidos, gases y vapor, y la medición de la densidad de los líquidos.

Figura 5. Construcción del sensor de presión diferencial

Figura 6. Transmisor de presión hidrostática

Los transmisores de presión hidrostática se utilizan para medir el nivel. Midiendo la presión ejercida por una columna de líquido sobre el sensor, es posible determinar el nivel. La presión medida por el sensor es proporcional a la altura de la columna de líquido que se encuentra por encima del sensor, independientemente de la forma del recipiente, como afirma el físico Simon Stevin en el Teorema de Stevin.

Los transmisores de presión hidrostática siguen el mismo principio de medición que los transmisores de presión relativa; sin embargo, están diseñados como una sonda sumergible. Dado que el sensor está sumergido, se monta un tubo de ventilación para la compensación de la presión atmosférica adjunto al cable eléctrico. El tubo de ventilación nunca debe estar bloqueado, de lo contrario, la precisión del sensor puede verse comprometida.

Los transmisores de presión hidrostática convencionales también se utilizan a menudo para medir el nivel en tanques abiertos; sin embargo, en algunas aplicaciones, como los pozos o los tanques subterráneos, no es posible instalar un transmisor montado de manera externa en la pared del tanque; ahí es donde pueden utilizarse los transmisores de presión hidrostática sumergibles.

Figura 7. Transmisor de presión relativa (izquierda); transmisor de presión hidrostática (derecha)

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