Sensor de presión del agua

Los sensores de presión de agua miden la presión del agua a través de componentes como tuberías, mangueras y depósitos para diversas aplicaciones de agua. Estos sensores convierten la presión física en una señal eléctrica que, a su vez, se transforma en un valor digital que se almacena o se muestra en una pantalla externa. Estos sensores se utilizan en diversas aplicaciones, como los sistemas municipales de suministro de agua, el riego, el control de procesos industriales, el control de bombas, la supervisión del nivel de tanques, los sistemas de climatización y las aplicaciones marinas. La selección de un sensor adecuado depende de múltiples factores, como el rango de presión y temperatura, la precisión, la compatibilidad de materiales, el tamaño y la facilidad de instalación, el tipo de salida y el coste.

Índice de contenidos

• Principio de trabajo
• Sensor de presión de agua en un depósito
• Sensor de presión de agua en una tubería
• Aplicaciones
• Criterios de selección
• Preguntas frecuentes

Principio de trabajo

Un sensor de presión de agua, también conocido como transductor de presión de agua, es un dispositivo que mide la presión del agua y convierte la medición en una señal eléctrica. Esta señal eléctrica puede mostrar, registrar o controlar la presión.

El principio de funcionamiento de un sensor de presión de agua es relativamente sencillo y puede dividirse en tres pasos principales.

1. Medición de la presión: El sensor mide la presión del agua detectando la fuerza que ésta ejerce sobre una zona determinada. Para ello se suele utilizar un diafragma o un elemento sensible a la presión, como un cristal piezoeléctrico o una galga extensométrica. Cuando cambia la presión del agua, hace que la membrana o el elemento sensible a la presión se deforme o cambie de forma.
2. Conversión en señal eléctrica: La deformación o el cambio de forma del diafragma o del elemento sensible a la presión se convierte entonces en una señal eléctrica. Para ello se suele utilizar un circuito de puente de Wheatstone, que puede medir el cambio de resistencia provocado por la deformación. En un cristal piezoeléctrico, la deformación genera una tensión que puede medirse directamente.
3. Procesamiento de señales: A continuación, la señal eléctrica se procesa y convierte en un formato que pueda leerse y comprenderse fácilmente. Esto puede implicar amplificar la señal, filtrar cualquier ruido y convertirla en una señal digital si es necesario. La señal procesada puede mostrar la presión en un manómetro y registrarla para más tarde

Nota:Algunos sensores proporcionan salidas basadas en cero (por ejemplo, 0 - 5 V), mientras que otros proporcionan salidas no basadas en cero (por ejemplo, 1 - 5 V). La desventaja de una salida basada en cero es que una lectura de 0 puede indicar presión cero o que el sensor ha fallado. Una lectura cero en una salida distinta de cero indica un fallo.

Opciones de presión

Un sensor de presión de agua puede medir la presión absoluta, manométrica o diferencial:

• Absoluta: Las mediciones de presión absoluta se realizan contra presión cero, independientemente de la presión atmosférica. Esto es importante para aplicaciones que pueden ir por debajo de la presión atmosférica o aplicaciones selladas de la atmósfera.

  • Sensor de presión subacuática: La presión atmosférica puede cambiar significativamente bajo el agua. Una medición de la presión absoluta indica la presión que ejerce el agua a pesar de los cambios de la presión atmosférica.

• Calibre: Las mediciones de la presión manométrica se realizan con respecto a la presión atmosférica. Estas mediciones son útiles para aplicaciones que dependen de la presión atmosférica, como los sistemas de fontanería y suministro de agua.

• Presión diferencial: Las mediciones de presión diferencial indican la diferencia de presión entre dos masas de agua diferentes. Este tipo de medición se utiliza para medir las caídas de presión a través de filtros o restricciones.

Lea nuestro artículo sobre tipos de presión para obtener más detalles sobre las diferencias entre los tipos de presión y los manómetros utilizados para medirlos.

Sensor de presión de agua en un depósito

Cuando se utiliza un sensor de presión de agua para medir la presión en un depósito, también se puede determinar el nivel de agua mediante la Ley de Pascal. En otras palabras, la presión del agua (P) es igual a la densidad del agua (⍴) multiplicada por la fuerza de gravedad (g) sobre el agua multiplicada por la altura de la columna de agua (h). O:

Los sensores de presión de agua de un depósito suelen instalarse en uno de los dos lugares que se muestran en la figura 2:

• Interior del depósito (A): Un sensor de presión de agua en un depósito se instala en la parte superior de un tubo de extremo abierto. A medida que el agua sube por el tubo, cambia la presión del aire, que el sensor puede seguir.

• En la salida (B): Si la salida del depósito se conecta a una tubería horizontal, se puede instalar un sensor de presión de agua en la tubería entre la salida y una válvula de cierre (por ejemplo, una válvula de bola).

Sensor de presión de agua en una tubería

Los sensores de presión diferencial del agua (Figura 3 etiquetada A) pueden medir el caudal en una tubería. Estos sensores de presión miden el cambio de presión a través de una restricción en la tubería (por ejemplo, orificio o venturi) (Figura 3 etiquetada D). Cuando el agua fluye a través de la restricción, su velocidad aumenta y la presión disminuye. Para medir el caudal, se utiliza una versión simplificada del Principio de Bournelli:

Dónde:

• P1 Y P2: Presión aguas arriba y aguas abajo

• ⍴: Densidad del fluido (agua = 1 ^g/cm3)

• v1 & v2: Velocidades aguas arriba y aguas abajo

Según este principio, la variación de la presión es igual a la variación de la energía cinética. Así, con los datos de cambio de presión y densidad del fluido, se puede calcular el cambio de velocidad a través de la restricción, que es proporcional al caudal (Q = A * v). Por ejemplo, si la velocidad se duplica, el caudal también se duplica.

Colector de 3 válvulas

Los sensores de presión de agua suelen utilizar un colector de 3 válvulas (Figura 3 etiquetada B) cuando se conectan a una tubería. Una válvula de 3 vías consta de dos válvulas de cierre que aíslan el sensor de presión del proceso y una tercera válvula de compensación que conecta las dos válvulas de cierre. Cuando se abre la válvula de igualación, la presión entre las válvulas de cierre de baja y alta presión se iguala.

• Aislamiento: Aislar el sensor de la tubería facilita el mantenimiento, la calibración y la sustitución. El caudal de agua que llega al sensor puede cortarse sin necesidad de apagar todo el sistema.

• Seguridad: El colector de 3 válvulas también garantiza que la presión del agua en la tubería no pueda dañar el sensor de agua durante la instalación o el desmontaje.

• Equilibrio de presión: La válvula ecualizadora del colector de 3 válvulas equilibra la presión en los lados de alta y baja presión. Esto permite poner a cero el sensor de presión de agua para calibrarlo.

Aplicaciones

• Sistemas de fontanería y calefacción, ventilación y aire acondicionado: Los sensores de presión de agua se utilizan en entornos residenciales, comerciales e industriales para supervisar y controlar la presión del agua en los sistemas de fontanería y calefacción, ventilación y aire acondicionado.

• Sistemas de riego y bombeo: Estos sensores garantizan una presión de agua adecuada para el riego agrícola, los sistemas de riego de jardines y diversas operaciones de bombeo.

• Procesos industriales y plantas de tratamiento: Se utilizan en diversas industrias, como la química, la farmacéutica y la de alimentación y bebidas, para el control y la automatización de procesos, así como en plantas de tratamiento de aguas para supervisar y controlar la presión del agua durante los procesos de depuración y distribución.

• Industria naval y del petróleo y el gas: Controlan los sistemas de buques y submarinos y se utilizan para controlar la presión de los sistemas de inyección de agua en la industria del petróleo y el gas.

• Sistemas de extinción de incendios y detección de fugas: Estos sensores controlan la presión en los sistemas de rociadores contra incendios y detectan y localizan fugas en tuberías y depósitos.

• Centrales eléctricas y redes de suministro de agua: Controlan el caudal y la presión del agua en las turbinas hidroeléctricas y vigilan y controlan la presión del agua en los sistemas municipales de abastecimiento de agua.

• Equipamiento de piscinas y spas: Garantizan el flujo y la filtración adecuados del agua en los sistemas de piscinas y spas.

Criterios

• Tamaño e instalación: El sensor debe adaptarse a las limitaciones físicas de la aplicación y ser fácil de instalar y mantener.

• Señal de salida: La señal de salida del sensor debe ser compatible con el sistema de control que recibirá la señal. Las señales de salida más habituales son 4-20 mA, 0-10 V, 0-5 V o salidas digitales como RS485 o bus CAN.

• Compatibilidad de soportes: El sensor debe ser compatible con el líquido o gas con el que estará en contacto. Esto incluye los materiales de construcción del sensor, como el diafragma y las juntas.

• Alcance: El rango de presión del sensor debe ser apropiado para las presiones máxima y mínima que se experimentarán en la aplicación.

• Precisión: El sensor debe ser capaz de medir la presión con una precisión adecuada para la aplicación. Esto incluye consideraciones de linealidad, histéresis y repetibilidad.

  • Linealidad: A medida que cambia la presión, la salida del sensor aumenta o disminuye en línea recta. Si no lo hace, hay un error de linealidad.

  • Histéresis: La salida actual del sensor depende de sus salidas anteriores. Si la lectura es diferente cuando aumenta la presión que cuando disminuye, se trata de un error de histéresis.

  • Precisión de retorno: La capacidad del sensor de dar el mismo resultado para la misma presión, independientemente del número de veces que se mida. La alta repetibilidad significa que el sensor es constante y fiable.

• Entorno operativo: El sensor debe poder funcionar eficazmente en las condiciones de temperatura y humedad previstas. También debe poder soportar posibles vibraciones, golpes o interferencias electromagnéticas.

• Certificaciones: En función de la aplicación, el sensor puede necesitar certificaciones específicas, como las de uso en lugares peligrosos o para aplicaciones de agua potable.

• El coste: Por último, el precio del sensor debe ajustarse al presupuesto del proyecto, teniendo en cuenta no sólo el coste inicial, sino el coste total de propiedad, incluidos el mantenimiento y los posibles costes de sustitución.

Preguntas frecuentes

¿Cómo funciona un sensor de presión de agua?

Un sensor de presión de agua tiene un elemento (por ejemplo, un diafragma) que se deforma cuando cambia la presión del agua. La deformación envía una señal eléctrica a un convertidor para mostrar la presión del agua.

¿Cuál es la diferencia entre un sensor de presión de agua y un presostato de presión de agua?

Un sensor de presión de agua registra continuamente la presión del agua y puede utilizarse para controlar un proceso. Sin embargo, un interruptor está diseñado principalmente para controlar un proceso en condiciones de presión específicas.