2.2.4. Medida de la presión

Definiciones y conceptos de presión

La presión es una magnitud física que expresa la fuerza ($F$) ejercida perpendicularmente sobre una superficie o área unitaria ($A$). Su fórmula matemática es $P = \frac{F}{A}$. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en Pascales ($1\text{ Pa} = 1\text{ N/m}^2$), aunque en el entorno industrial de automatismos y fluidos es sumamente habitual trabajar con unidades prácticas como el bar, la atmósfera (atm) y el psi (libras por pulgada cuadrada). Dependiendo del punto de referencia de cero utilizado para la medida, distinguimos tres conceptos de presión:

Presión Absoluta: Se mide tomando el vacío perfecto (ausencia total de moléculas de gas) como referencia cero. Es siempre positiva.

Presión Manométrica (Relativa): Toma la presión atmosférica del entorno local como valor de referencia cero. Es la más común en plantas industriales.

Presión Diferencial: Representa la diferencia aritmética de presión medida entre dos puntos distintos de un sistema físico, muy utilizada para monitorizar la obstrucción de filtros hidráulicos o calcular el caudal de paso.

Instrumentos mecánicos de medición directa

Los manómetros puramente mecánicos se siguen utilizando ampliamente a pie de máquina debido a que no requieren suministro de corriente para funcionar, ofreciendo una indicación directa de seguridad al operario. El estándar indiscutible es el Manómetro de Tubo Bourdon. Consiste en un tubo metálico curvado elípticamente con un extremo sellado y libre de movimiento, y el otro fijo conectado al fluido.

Al aumentar la presión, el tubo tiende a enderezarse mecánicamente de forma proporcional. Un sistema de piñón y cremallera traduce este movimiento lineal del extremo libre en el giro de una aguja indicadora sobre un dial graduado. A nivel de diseño eléctrico, estos manómetros pueden incorporar contactos eléctricos regulables en el dial (manómetros con contactos), que actúan como interruptores (presostatos de aguja) cableados directamente en los circuitos de enclavamiento de seguridad del armario eléctrico.

Transductores electrónicos de presión

Los transductores que transforman la deformación física de una membrana metálica en señales de corriente normalizadas emplean tres tecnologías de estado sólido:

Piezorresistivos y de Galgas: Utilizan resistencias semiconductoras de silicio difundidas sobre un diafragma flexible. Al deformarse la membrana por la presión, el silicio cambia su resistividad debido a esfuerzos internos. Poseen una excelente sensibilidad y estabilidad a largo plazo para medidas estáticas continuas.

Transductores Piezoeléctricos: Basan su funcionamiento en cristales de cuarzo. Al someterlos a una fuerza de compresión mecánica, los dipolos eléctricos del cristal se orientan generando cargas eléctricas netas en sus extremos. Son sensores autogenerativos idóneos para transitorios ultra-rápidos (detonaciones, golpes de ariete) pero incapaces de medir presiones estáticas continuas debido a la descarga de la capacitancia interna.

Transductores Capacitivos: Emplean un diafragma metálico suspendido entre dos placas fijas de condensador. Un cambio en la presión desplaza la membrana central, alterando las distancias entre armaduras y, por tanto, la capacitancia del circuito. Proporcionan la mayor precisión industrial del mercado.

Instalación de sensores de presión

El montaje mecánico y conexionado eléctrico de un transductor de presión debe seguir rigurosas prácticas de taller para evitar roturas del equipo:

• Sifones o bucles de condensación (Lira Bourdon): Son obligatorios al medir vapor de agua a altas temperaturas para evitar que el vapor caliente contacte con la electrónica analógica interna del sensor.
• Colectores de válvulas (Manifolds): Bloques de válvulas (2, 3 o 5 vías) que permiten aislar el sensor de la tubería de proceso para su purga, calibración en campo o sustitución sin detener la planta.
• Apantallamiento: El cable de señal analógica 4-20 mA debe discurrir por canaletas exclusivas de instrumentación separadas al menos 20 cm de los conductores de potencia trifásica, según la norma UNE-EN 60204-1.

Cálculo de conversión de escalas

Para la puesta en marcha de un lazo de presión, debemos programar la conversión matemática de la corriente leída ($I$ en mA) al rango de presión del proceso (ej. de 0 a 16 bar). La interpolación lineal para el valor de presión actual ($P$) se define como:

$$P(I) = P_{min} + \frac{P_{max} - P_{min}}{20 - 4} \cdot (I - 4)$$

Donde $I$ representa la corriente actual en mA. Esta escala permite al HMI mostrar visualmente la magnitud física correcta al operador de planta.

# Script para convertir lecturas de presión entre bar, Pascales y PSI.

def convertir_unidades_presion(valor_bar):

    """

    Convierte un valor de presión expresado en bar a Pascales (Pa)

    y a Libras por pulgada cuadrada (PSI).

    """

    if valor_bar < 0.0:

        return "Presión absoluta imposible (vacío superado)"

        

    # Constantes físicas de conversión

    val_pa = valor_bar * 100000.0  # 1 bar = 100 kPa

    val_psi = valor_bar * 14.5038  # 1 bar = 14.5038 PSI

    return val_pa, val_psi



# Simulación: Convertir una presión de tubería de 6.0 bar

presion_bar = 6.0

pa, psi = convertir_unidades_presion(presion_bar)

print(f"💡 Presión de control: {presion_bar} bar | {pa:.0f} Pa | {psi:.3f} PSI")