Todo sobre transmisores de presión con 4-20 mA

¿Qué es un transmisor de presión de 4-20 mA?

Un transmisor de presión con salida de 4-20 mA es un dispositivo de medición de presión utilizado en fábricas y otros entornos que convierte las lecturas de presión en una señal de corriente eléctrica de entre 4 y 20 miliamperios. Esta señal analógica (a diferencia de los transmisores de presión con salida digital ) muestra la presión medida de forma proporcional al valor real. Por ejemplo, 4 mA generalmente significa presión cero (0 psi) o la presión más baja, y 20 mA significa la presión más alta que el transductor puede soportar (o el valor máximo que el usuario desea utilizar). Esta salida analógica estandarizada permite que los transmisores de presión de 4-20 mA funcionen con cualquier controlador lógico programable (PLC), sistema de control distribuido (DCS) o sistema de adquisición de datos en cualquier industria, a diferencia de los manómetros mecánicos, que normalmente no disponen de salidas analógicas.
El estándar de 4-20 mA se ha convertido en una pieza fundamental de la instrumentación industrial debido a sus múltiples ventajas. Las señales de corriente de 4-20 mA no se ven afectadas por las caídas de tensión que se producen cuando los cables de conexión son muy largos. Esto difiere de los transductores de presión con señales de tensión (como los de 0-5 V CC). Además, el cero real a 4 mA permite a los operadores del sistema distinguir entre una lectura cero precisa y un cable roto o un transmisor averiado, que mostrarían 0 mA. Esta característica de diagnóstico hace que los transductores de presión de 4-20 mA sean imprescindibles para aplicaciones críticas de seguridad en la industria del petróleo y el gas, el tratamiento de aguas, la industria farmacéutica y las plantas de fabricación.

¿Por qué nos gusta utilizar transmisores de presión con transductores de bucle de 4-20 mA?

Los ingenieros utilizan transductores de presión de 4-20 mA debido a sus múltiples ventajas operativas y económicas. En primer lugar, estos sensores de presión analógicos permiten a las fábricas monitorizar la presión (o presión negativa, presión diferencial, presión compuesta o vacío) en tiempo real, lo que facilita a los técnicos de instrumentación realizar mantenimiento predictivo y evitar costosas averías y paradas imprevistas. En numerosas aplicaciones de control de procesos, mantener los niveles correctos de presión o presión diferencial garantiza el correcto funcionamiento de la línea de producción, la ausencia de defectos en los productos, la minimización del consumo energético y el cumplimiento de todas las normativas.

En las fábricas modernas, muchos instrumentos de campo deben soportar condiciones adversas como temperaturas extremas, alta presión, vibraciones, interferencias electromagnéticas y medios corrosivos. El transductor de presión de 4-20 mA resuelve estos problemas gracias al uso de materiales anticorrosivos para componentes húmedos, como acero inoxidable, tantalio y aleación Hastelloy, componentes electrónicos herméticamente sellados y conectores de grado industrial (como el transductor de presión sumergible de 4-20 mA con clasificación IP65, IP67 o incluso IP68). La topología de bucle de corriente ofrece una mayor protección contra el ruido que los sistemas basados en voltaje, lo que garantiza señales nítidas incluso en entornos industriales con alto nivel de ruido eléctrico.

Además, gracias a la facilidad de instalación de un transductor de presión de lazo de 4-20 mA, el tiempo de configuración y el coste de mantenimiento son menores. Los sensores de presión estándar de dos hilos solo requieren una fuente de alimentación y el propio dispositivo. Los mismos dos hilos transmiten tanto la alimentación como la señal. Esta simplicidad se traduce en menores costes de instalación, un cableado menos complejo que el de los instrumentos de campo de 3 o 4 hilos, y una resolución de problemas mucho más sencilla.

Cómo funcionan los dispositivos de bucle de transductor de presión de 4-20 mA

La mayoría de los transductores de presión de 4-20 mA utilizan tecnologías de detección capacitiva de silicio monocristalino o piezorresistivas. Cuando la presión flexiona el diafragma, los sensores de presión piezorresistivos emplean un diafragma de silicio con galgas extensométricas que varían su resistencia. Esta variación de resistencia se convierte en una señal de salida analógica precisa de 4-20 mA, directamente proporcional a la presión o diferencia de potencial aplicada. Esta tecnología de medición de presión es muy precisa, generalmente con una exactitud de ±0,25 % del fondo de escala, o incluso superior. Además, presenta una buena estabilidad térmica y tiempos de respuesta rápidos, lo que la hace ideal para medir la presión dinámica.

Otra idea común en los transductores de presión de 4-20 mA es la tecnología de detección capacitiva. Estos sensores miden la variación de capacitancia entre un diafragma que detecta la presión y un electrodo fijo. Los sensores capacitivos son excelentes para medir presiones bajas, como 1 kPa o 5 psi, con alta precisión y mantienen una lectura estable a lo largo del tiempo. También funcionan mejor en situaciones de alta presión estática, lo que los hace ideales para aplicaciones donde se producen picos de presión ocasionales.

Transmisor de presión diferencial 4-20 mA

Los transmisores de presión diferencial con salidas de 4-20 mA miden la diferencia de presión entre dos conexiones de proceso. Se utilizan frecuentemente para medir el caudal, comprobar el estado de los filtros y medir el nivel en depósitos cerrados. Estos transmisores especializados emplean dos elementos sensores o un único elemento con puertos de alta y baja presión independientes para calcular la diferencia y emitir una señal de 4-20 mA proporcional a dicha diferencia.

Ventajas del transmisor de presión de 4-20 mA con pantalla

Un transmisor de presión de 4-20 mA con pantalla combina una salida analógica tradicional con una lectura digital local, lo que facilita enormemente su uso. La pantalla integrada permite a los técnicos verificar las mediciones directamente en el lugar de instalación, sin necesidad de herramientas de diagnóstico adicionales. Esta característica resulta muy práctica para los técnicos de instrumentación durante la puesta en marcha, la resolución de problemas y el mantenimiento periódico, ya que reduce el tiempo necesario para detectar fallos en el proceso.

En general, estos transmisores de presión o de presión diferencial avanzados cuentan con pantallas LCD o LED que muestran los valores de presión en unidades de ingeniería como PSI, bar, MPa, mmH2O, kPa o unidades de presión personalizadas. La mayoría de los transductores de presión con pantalla digital incorporan botones que permiten a los técnicos modificar la amortiguación, el offset de cero y el rango en campo sin necesidad de desconectar el dispositivo. Algunos transmisores de presión de 4-20 mA con pantalla también incluyen funciones de diagnóstico que muestran los valores mínimos y máximos registrados, el estado de las alarmas y los códigos de error, lo que agiliza la resolución de problemas.

La pantalla electrónica del transductor de presión resulta especialmente útil en lugares de difícil acceso o demasiado pequeños para instalar una pantalla de un sistema de control. Los operarios pueden realizar comprobaciones visuales rápidas durante sus rondas, detectando problemas al instante sin necesidad de regresar a las salas de control ni utilizar comunicadores portátiles.

Rangos de presión comunes: 4–20 mA, 0–10 bar y superiores para transmisores de presión.

Se requieren diferentes rangos de presión para distintos usos industriales. Por ejemplo, un transmisor de presión de 4-20 mA y 0-10 bar (aproximadamente 0-145 PSI) es uno de los más comunes para procesos industriales generales, sistemas de aire comprimido y circuitos hidráulicos. La presión de 10 bar también funciona bien para muchas aplicaciones de vapor a baja presión, redes de distribución de agua y sistemas neumáticos. Sin embargo, este es solo un ejemplo; también ofrecemos transmisores con rangos de 100 psi, 200 psi, 10 MPa y hasta 700 bar. La mayoría de los fabricantes chinos de sensores de presión venden estos transmisores de presión (DP) nuevos con diferentes tipos de conexiones, como roscas NPT de 1/2", roscas G, conexiones Tri-Clamp y bridas, para que sean compatibles con diversos sistemas de tuberías.

Los transmisores de presión de 0-100 PSI (aproximadamente 0-7 bar) son igual de populares y de uso común. Funcionan con configuraciones de presión habituales en sistemas de climatización (HVAC), monitorización de bombas y control de compresores. Los sistemas hidráulicos, las aplicaciones de gas a alta presión y las máquinas de moldeo por inyección utilizan rangos de presión más elevados, como 0-1000 PSI o 0-6000 PSI. La gran ventaja de la tecnología estandarizada de transductores de presión de 4-20 mA es que la señal de salida se mantiene constante independientemente del rango de presión. Esto facilita la integración de sistemas y la sustitución de instrumentos.

Los transmisores de vacío y presión compuesta permiten medir tanto vacío como presión positiva, lo cual es importante para sistemas de refrigeración, columnas de destilación y envasado al vacío. Estos instrumentos especializados de medición de presión mantienen la misma salida de corriente de 4-20 mA al medir rangos de presión como de -1 a +3 bar, de -14,7 a +15 PSI o de -5000 a +5000 mmWG (presión compuesta).

Aplicaciones comunes de los transductores de presión de lazo de 4-20 mA: Monitorización de la presión de agua, aceite y vapor.

Transmisor de presión de agua 4-20 mA

Los transmisores de presión de agua con lazo de 4-20 mA tienen múltiples aplicaciones en plantas de tratamiento de agua municipales, redes de distribución, sistemas de riego y sistemas de automatización de edificios. Estos transductores de presión de agua de 4-20 mA supervisan las presiones en la descarga de la bomba, el sistema de filtración y la línea de distribución para garantizar un suministro constante de agua y detectar fugas. Gestionan los ciclos de retrolavado, aseguran el uso de la cantidad correcta de productos químicos y evitan que las bombas funcionen en seco en las plantas de tratamiento de agua. Para mantener la limpieza y supervisar los sistemas de limpieza in situ (CIP) y las líneas de transferencia de productos, las industrias de alimentos y bebidas utilizan transmisores de presión de agua de grado sanitario fabricados en acero inoxidable pulido con conexiones Tri-Clamp.

Transmisores de presión de aceite con salida de 4-20 mA

Los transmisores de presión de aceite con salida de corriente de 4-20 mA son componentes esenciales de los sistemas hidráulicos, circuitos de lubricación y plantas de procesamiento de petróleo. Estos sensores de presión protegen los costosos componentes hidráulicos de equipos móviles y maquinaria de fabricación, monitoreando la presión del sistema y activando alarmas cuando esta supera los niveles de seguridad o cae por debajo de los mínimos, lo que podría indicar una falla en la bomba o una fuga. Los transmisores de presión de aceite fabricados con acero inoxidable, materiales que no se degradan al exponerse a hidrocarburos, se utilizan en refinerías y plantas petroquímicas para medir la presión en oleoductos, columnas de destilación y tanques de almacenamiento de productos. Asimismo, se emplean en aplicaciones marinas, de generación de energía y de pruebas automotrices para garantizar que la presión de lubricación sea suficiente para evitar daños graves a los equipos.

Transmisores de presión de circuito de vapor de 4-20 mA

Los transmisores de presión de vapor son esenciales para la generación de electricidad, el procesamiento de productos químicos, la esterilización de alimentos y la calefacción de barrios enteros. Estos sensores de presión de alta temperatura soportan vapor a temperaturas superiores a 200 °C (400 °F) gracias a su diseño especial, que incluye elementos de refrigeración, sellos remotos y sistemas capilares que protegen los componentes electrónicos sensibles del calor extremo. Los sistemas de control de calderas utilizan transmisores de presión de vapor para mantener las presiones de funcionamiento adecuadas. Esto garantiza la seguridad y la eficiencia, y evita situaciones peligrosas de sobrepresión. Las plantas de fabricación de productos farmacéuticos y dispositivos médicos utilizan transmisores de presión de vapor en autoclaves y equipos de esterilización. Estos dispositivos aseguran que la presión sea siempre la correcta, lo que garantiza la eficacia de los ciclos de esterilización y el cumplimiento de las normas de seguridad establecidas por el gobierno.

Qué debe saber sobre el precio de un transmisor de presión de 4-20 mA

Los transmisores de presión de 4-20 mA varían considerablemente en precio según sus características, principios de funcionamiento, especificaciones, precisión y calidad. Existen transmisores de presión básicos de 4-20 mA con precios inferiores a 100 dólares. Estos suelen incluir funciones básicas y una precisión suficiente para usos no críticos. Estos sensores de presión económicos, de unos 100 dólares, generalmente carecen de pantalla electrónica, protocolo HART, rangos de presión limitados y funciones básicas.

Los transmisores de presión o DP ofrecen mejores funciones, cuestan entre 100 y 300 dólares, son más precisos (±0,5 % a ±0,25 %), están fabricados en acero inoxidable y cuentan con tecnología digital.

Los transductores con pantalla para lectura directa o configuraciones funcionan en un rango más amplio de temperaturas y presión estática, y son más estables con el tiempo. Son ideales para la mayoría de entornos industriales donde la precisión y la fiabilidad son importantes, pero no existen condiciones extremas. Los transmisores premium, con un precio superior a 300 dólares, ofrecen mayor precisión (±0,1 % o incluso mejor, 0,075 %), certificaciones para áreas peligrosas (aprobación ATEX), diagnósticos avanzados y materiales de construcción aptos para entornos corrosivos o sanitarios.

El precio del transmisor de presión de 4-20 mA incluye certificaciones y homologaciones. Los dispositivos certificados para atmósferas explosivas (ATEX, IECEx, CSA), aplicaciones sanitarias (3-A, EHEDG) o que cumplen con las directivas de equipos a presión tienen un precio más elevado debido a las numerosas pruebas y trámites que deben superar. Al buscar un nuevo transmisor de presión de 4-20 mA, no se fije solo en el precio de compra inicial. Considere el coste total de propiedad, que incluye la instalación, la calibración y el mantenimiento. Esto se debe a que los instrumentos de mayor calidad suelen ofrecer un mejor rendimiento a largo plazo, con menos fallos y mayores intervalos de calibración.

5 preguntas frecuentes sobre el transmisor de presión de 4-20 mA (FAQ)

1. ¿Cuál es la diferencia entre un transductor de presión y un transmisor de presión?

Existen pequeñas diferencias entre ambos términos, aunque a menudo se utilizan indistintamente. Un transductor de presión de 4-20 mA convierte la presión en una señal eléctrica. Un transmisor de presión, en cambio, incorpora circuitos adicionales que acondicionan la señal para hacerla más fuerte y consistente a 4-20 mA. Ambos dispositivos cumplen la misma función en la industria: miden la presión y proporcionan una salida de corriente estándar que los sistemas de control pueden interpretar. El estándar de 4-20 mA es el estándar industrial para aplicaciones de control de procesos, ya que es compatible con prácticamente todos los PLC y sistemas DCS.

2. ¿Es aceptable utilizar un transmisor de presión que cueste menos de 100 dólares para fines industriales?

Los transmisores de presión económicos de 4-20 mA (menos de $100) pueden usarse para monitoreos no críticos, en escuelas o para instalaciones temporales. Sin embargo, para procesos industriales importantes que requieren alta precisión, confiabilidad a largo plazo y cumplimiento de las normas de seguridad, es mejor adquirir transmisores de gama media o alta. Los mejores dispositivos son más precisos (±0.25% o mejor), mantienen mejor la temperatura, están fabricados para durar con carcasas de acero inoxidable y cuentan con las certificaciones necesarias para áreas peligrosas. Considere el costo total de propiedad. Un transmisor económico que se avería puede costar mucho más en tiempo y productos perdidos que el dinero ahorrado al comprarlo.

3. ¿Cuándo recibiré un transmisor de presión de 4–20 mA con pantalla?

Un transmisor de presión de lazo con pantalla digital es muy útil para el mantenimiento y la resolución de problemas. La pantalla integrada permite a los técnicos verificar los valores de medición de presión directamente en el campo, sin necesidad de conectar herramientas de diagnóstico ni desplazarse a la sala de control. La pantalla LCD también resulta útil para la puesta en marcha de sensores, inspecciones rutinarias o cualquier otra tarea de verificación y reparación. Muchos transductores con pantalla permiten, además, modificar la configuración en campo con solo pulsar una tecla, mostrar información de diagnóstico como los valores de presión mínima y máxima, el estado de las alarmas y realizar el ajuste a cero. Los transmisores de presión con pantalla local ahorran mucho tiempo y optimizan las operaciones en lugares de difícil acceso a las pantallas del sistema de control, como instalaciones remotas o espacios reducidos.

4. ¿Qué rango de presión debo elegir para mi uso?

El rango más común es el de transmisor de presión de 4-20 mA y 0-10 bar (0-145 PSI), que funciona para la mayoría de los procesos industriales, sistemas de aire comprimido y redes de distribución de agua. Elija un transmisor con un rango de escala completa de 1,5 a 2 veces la presión máxima prevista para usos específicos. Esto le proporcionará un margen de seguridad adicional. En sistemas municipales, los transmisores de presión de agua suelen funcionar en el rango de 0-10 bar o 0-100 PSI. En sistemas hidráulicos, los transmisores de presión de aceite pueden necesitar funcionar en el rango de 0-250 bar (0-3600 PSI) o superior. Los transmisores de presión de vapor generalmente deben poder funcionar a altas temperaturas y tener rangos de presión que coincidan con las condiciones de la caldera. Para vapor a baja presión, este rango suele ser de 0-16 bar (0-232 PSI), y para procesos industriales, suele ser superior.

5. ¿Cómo puedo determinar un precio justo para un transmisor de presión de 4-20 mA?

El precio de un transmisor de presión de 4-20 mA depende de varios factores, como su precisión, los materiales de fabricación, las certificaciones y las funciones adicionales. Los modelos básicos, con un precio inferior a 100 dólares, son adecuados para tareas sencillas. Los transmisores de gama media (entre 100 y 300 dólares) ofrecen un rendimiento de grado industrial con una precisión de ±0,25-0,5 %, están fabricados en acero inoxidable y son estables a lo largo del tiempo, lo que los hace idóneos para la mayoría de los usos. Los transmisores de gama alta (con un precio superior a 300 dólares) ofrecen una mayor precisión (±0,1 %), certificaciones para áreas peligrosas (ATEX, CSA), homologaciones para uso sanitario (3-A, EHEDG) y diagnósticos avanzados. Al buscar un nuevo transmisor de presión de 4-20 mA, no se fije únicamente en el precio de compra inicial. En cambio, considere el costo total de propiedad, que incluye la dificultad de instalación, la frecuencia de calibración, la vida útil prevista y el tiempo de inactividad que pueden ocasionar. Si bien la inversión inicial es mayor, un transmisor confiable y preciso suele ser más rentable a largo plazo.