Garantizar la compatibilidad electromagnética al instalar transmisores de presión

Garantizar la compatibilidad electromagnética al instalar transmisores de presión

El término compatibilidad electromagnética (EMC) se refiere al funcionamiento de dispositivos eléctricos en un entorno electromagnético. Tampoco el entorno electromagnético debe causar interferencias en el dispositivo ni el dispositivo debe causar interferencias en dicho entorno. Los fenómenos de EMC también pueden tener un impacto negativo en el funcionamiento de los transmisores de  presión . El conocimiento de estos fenómenos es valioso durante el proceso de instalación para evitar interferencias electromagnéticas (EMI) de antemano.

Los fenómenos de EMC siempre deben tenerse en cuenta al elegir ubicaciones de instalación donde estén presentes dispositivos eléctricos de todo tipo, especialmente aquellos con alto consumo de energía. Estos son, solo por nombrar algunos ejemplos, convertidores de frecuencia, transformadores de voltaje, bombas y generadores.

En general, las regulaciones EMC se especifican en varias normas (por ejemplo, EN 61000). Si un sensor de presión cumple con estos estándares generalmente se indica en las hojas de datos del producto del fabricante, a menudo bajo el título “pruebas”.

Fenómenos EMC asociados con transmisores de presión

Idealmente, los problemas típicos asociados con EMC ya se excluyen durante la planificación de la instalación. Después de la instalación, las interferencias electromagnéticas pueden identificarse mediante resultados de medición inesperados (verificación de plausibilidad) o una transmisión de señal interrumpida.

En nuestra experiencia, las perturbaciones a menudo son causadas por uno de los tres fenómenos EMC acoplamiento capacitivo, acoplamiento inductivo o acoplamiento galvánico, que se describen brevemente a continuación.

Acoplamiento capacitivo

El acoplamiento capacitivo ocurre cuando los conductores eléctricos con diferentes potenciales eléctricos y un conductor de referencia común se instalan cerca uno del otro (milímetros a centímetros). Por tanto, es un fenómeno dependiente de la distancia en el que se produce una transferencia de carga eléctrica de un conductor eléctrico a otro.

El acoplamiento capacitivo puede falsificar los resultados de la medición de los transmisores de presión analógicos cuando la interferencia se produce en el momento de la medición. La señal de salida eléctrica del transmisor de presión se falsifica y, por lo tanto, el usuario recibe un valor de presión incorrecto.

Acoplamiento inductivo

Si los conductores eléctricos se instalan uno cerca del otro, sus campos magnéticos se superponen. La fuerza del campo magnético de un conductor cambia cuando ocurre un cambio de corriente. Un ejemplo típico sería encender una bomba. La regla es: cuanto mayor es la corriente, más fuerte es el campo magnético. El cambio repentino en la intensidad del campo magnético se manifiesta en una tensión de interferencia en los conductores eléctricos adyacentes. Este fenómeno también puede ocurrir junto con el acoplamiento capacitivo. Los errores de medición resultantes son similares a los ya descritos en la sección de acoplamiento capacitivo anterior.

Acoplamiento galvánico

Si varios circuitos están conectados de manera conductiva o usan el mismo conductor, puede ocurrir un acoplamiento galvánico. En la práctica, esto se puede observar cuando los dispositivos de alta y baja potencia comparten la misma fuente de alimentación. Los cambios de corriente en el dispositivo con alto consumo de energía pueden provocar una caída de voltaje en el conductor común y se acoplan como un ruido en el circuito del dispositivo con bajo consumo de energía. Esto puede provocar errores de medición en transmisores de presión analógicos. El fenómeno rara vez ocurre con dispositivos de medición digitales.

EMC de transmisores de presión analógicos y digitales

EMC de transmisores de presión analógicos y digitales

En cuanto a la compatibilidad electromagnética (CEM), las exigencias de la aplicación individual son decisivas: aunque vivamos en la era de la digitalización, esto no significa que “digital” sea siempre la mejor solución. Esto también se aplica a los transmisores de presión.

Los transmisores de presión analógicos se conocen desde hace más de 150 años y se han creado como resultado de la Revolución Industrial. Han sobrevivido casi sin cambios durante mucho tiempo. Los procesos de producción modernos han producido transmisores de presión analógicos más estables, más precisos y más pequeños. La aparición de la tecnología de medición de presión digital en la segunda mitad del siglo pasado no pudo desplazar a sus parientes analógicos. Hay buenas razones para ello: los transmisores de presión digitales no son adecuados para todas las aplicaciones. 

Sensores de presión digitales y analógicos: comparación

La señal de los dispositivos analógicos se transmite como una señal analógica de corriente o tensión. La más utilizada es la señal estándar de 4-20 mA, seguida de 0-10 V y con menos frecuencia de 0,5 a 4,5 Vrat. En los sensores de presión piezorresistivos, la presión se mide mediante la deformación de una membrana. La deformación de la membrana conduce a un cambio en la resistencia de las resistencias difundidas conectadas entre sí para formar un puente de medición de Wheatstone. Este cambio de resistencia se convierte en una señal eléctrica. La compensación del error cero o de intervalo también se realiza mediante circuitos analógicos.

Los sensores de presión digitales utilizan interfaces digitales como RS-485 con Modbus para transmitir los valores medidos. Por tanto, también pueden denominarse transmisores de bus de campo. A diferencia de los sensores de presión analógicos, la señal eléctrica del cambio de resistencia se digitaliza directamente. La compensación de errores típicos como el error de temperatura se realiza a través de un microprocesador. 

¿Cuándo son los sensores de presión analógicos la mejor opción?

Esta breve comparación muestra que los transmisores de presión digitales ofrecen una multitud de ventajas. Estos también son prácticos: la señal de un sensor de presión analógico debe digitalizarse antes de que pueda procesarse. Si el valor medido tiene que visualizarse directamente en una pantalla, por ejemplo, una señal digital es una ventaja. Además, los transmisores de presión digitales son la única opción cuando las mediciones deben estar disponibles de forma remota. Los manómetros digitales también son importantes cuando la presión se utiliza como variable de control en un sistema de control de procesos automatizado.

Los transmisores de presión tanto digitales como analógicos pueden ofrecer resultados de alta precisión. Sin embargo, los transmisores de presión digitales tienen una ligera ventaja, particularmente en aplicaciones con requisitos de precisión muy altos, ya que todas las compensaciones son puramente digitales. Sin embargo, si es necesario medir procesos dinámicos, los sensores de presión analógicos suelen ser la mejor opción.

A pesar de esta aparente superioridad de los sensores de presión digitales, sus contrapartes analógicas siguen siendo útiles. Por un lado, la distinción entre analógico y digital también es una cuestión de costes. Si no necesita las ventajas de un instrumento de medición digital, no debe pagar más por él. Sin embargo, esta consideración económica no es la única razón por la que los dispositivos analógicos son más adecuados que los digitales en algunos casos: la señal de salida estándar de 4-20 mA utilizada por la mayoría de los transmisores de presión analógicos es en gran medida inmune al acoplamiento inductivo.

Ruido acoplado inductivamente: aspectos a considerar

Los transmisores de presión analógicos suelen ser la opción más segura cuando se utilizan en un entorno con ruido de alto voltaje causado por campos magnéticos. Aún así, esta no es una razón para renunciar por completo a los transmisores de presión digitales en tales entornos. Las precauciones pueden prevenir o restringir suficientemente la interferencia del acoplamiento inductivo al instalar el transmisor de presión.

Tome una aplicación de bomba como un ejemplo simple a este respecto. Al encender la bomba, hay un alto flujo de corriente momentáneo que crea un campo magnético correspondientemente grande. Si la línea de conexión del transmisor de presión se instala paralela a la bomba, está dentro de la influencia de este campo magnético. La tensión resultante provoca interferencias en el transmisor de presión. Las perturbaciones varían según el transmisor de presión: Con los dispositivos analógicos hay un “ruido” en los valores medidos. Con los transmisores de presión digitales, la transmisión de la señal puede colapsar por completo.

En este ejemplo, sería aconsejable considerar cuidadosamente la posición de la línea de conexión durante la instalación. Sin embargo, es posible que esta no sea una opción en algunas aplicaciones. En este caso, la pantalla del cable debe estar correctamente conectada a tierra para desviar las señales de interferencia a tierra ( lea más sobre la conexión a tierra aquí ).