Un interruptor de presión es un tipo de sensor industrial que puede detectar una cierta cantidad de presión y abrir o cerrar un contacto eléctrico. Hay dos tipos principales de interruptores de presión; interruptores de presión eléctricos y presostatos mecánicos.
En este artículo, analicemos qué son los interruptores de presión, su construcción y funcionamiento, aplicaciones y otras características.
¿Qué es un interruptor de presión?
Un interruptor de presión es un tipo especial de interruptor que puede funcionar con fluidos o gases. En su forma más elemental, un interruptor de presión es capaz de detectar un cambio de presión. Según un nivel de presión predeterminado/preestablecido, estos interruptores activan sus contactos eléctricos para imitar la acción de un interruptor real.
Los interruptores de presión se fabrican en tres formas: interruptores de presión electromecánicos, de estado sólido y electrónicos. Si bien los interruptores de presión electrónicos y de estado sólido son las últimas tecnologías, los interruptores de presión de tipo electromecánico han estado en la industria desde 1849.
Como se mencionó anteriormente, los interruptores de presión están disponibles para usarse con vasos y líquidos. El tipo de presostato compatible con líquidos se denomina 'presostato hidráulico'. Los 'presostatos neumáticos' funcionan con sistemas en los que se utiliza aire comprimido.
Cómo funcionan los interruptores de presión
Los interruptores de presión están disponibles en una multitud de configuraciones. La forma más simple de interruptores de presión es el tipo SPDT. SPDT significa Doble tiro de un solo polo tipo. La figura que se muestra a continuación indica una sección transversal de un interruptor de presión mecánico.
El interruptor de presión que se muestra aquí está alojado en la carcasa (F), donde se muestran los contactos eléctricos en (A). Tiene dos posiciones, Normalmente Abierto (NO) y Normalmente Cerrado (NC). La abertura en la parte inferior (H) es el puerto de entrada donde se conecta el suministro neumático/hidráulico al interruptor. Hay un pistón (D) cargado por resorte que puede moverse hacia arriba cuando hay suficiente presión. La primavera tiene un conocido constante de resorte lo que permite una determinación precisa de la presión de activación.
Cuando la presión de fluido/neumática excede el umbral, el émbolo es empujado hacia arriba, lo que obliga al pasador de operación (B) a ejercer fuerza sobre el botón de disparo aislado que se muestra en E. Esto, a su vez, activa el interruptor y cambia el contacto de NC. posición a la posición NO, cerrando los contactos NO.
Para ajustar la fuerza de disparo, la tuerca de ajuste de disparo (G) se puede ajustar para aumentar o disminuir el umbral. Esto permite establecer el nivel de presión en el que el microinterruptor cambia entre las posiciones normalmente cerrada y normalmente abierta.
Cuando se habla de los umbrales de conmutación, también debe mencionarse otro factor llamado "histéresis". Así como cuando el interruptor se activa por un aumento/disminución de presión, debe volver a su posición de reposo cuando la presión vuelve a disminuir. Si este punto de cambio/restablecimiento es un valor único, el interruptor puede tender a oscilar si la presión es marginal.
Para evitar esta condición, se ha introducido una histéresis mecánica/eléctrica. Esto asegura que el interruptor se active en un cierto umbral y mantenga su posición hasta que la presión caiga/aumente por debajo de un cierto valor. Esto a menudo se expresa como un porcentaje del valor del punto de conmutación. Para los interruptores mecánicos, esto no es configurable y suele ser de alrededor del 20 %. Los presostatos electrónicos suelen tener una histéresis personalizable.
Tipos de interruptores de presión
Hay dos tipos principales de interruptores de presión, interruptores de presión mecánicos y presostatos electrónicos. Los presostatos mecánicos también se conocen como presostatos electromecánicos.
Presostato mecánico
Los interruptores de presión mecánicos a menudo consisten en un interruptor eléctrico de acción rápida (tipo clic) accionado mediante un elemento sensor mecánico. El conjunto mecánico se mueve en respuesta a los cambios en la presión del sistema; fluido o neumático.
Los interruptores de presión mecánicos se utilizan para detectar la presencia o ausencia de presión de fluido/aire en un sistema. Una de esas aplicaciones es el sensor de presión de aceite del vehículo donde se conecta un indicador para mostrar si hay algún problema en el motor.
Al alcanzar el umbral de conmutación, los presostatos mecánicos activan sus contactos eléctricos y, por lo tanto, señalan la presencia/ausencia de presión.
También existe otro tipo de presostatos mecánicos/electromecánicos; sensores de presión diferencial.Estos sensores tienen dos puertos de entrada en contraste con los sensores de entrada única. Cuando la presión disponible en los dos lados es igual, el interruptor permanece en una posición neutral. Cuando aumenta la presión en un lado, el pistón se mueve hacia el lado de baja presión y activa el interruptor.
Existen varios tipos de presostatos mecánicos, clasificados según la tecnología utilizada:
- Interruptores de diafragma
- Estos interruptores utilizan un diafragma de metal soldado (sellado) que actúa directamente sobre el propio interruptor. Estos pueden funcionar con presiones de hasta 10.43 bar y vacío, pero se recomienda su uso en ciclos de baja velocidad con un límite de alrededor de 25 ciclos por minuto.
- Interruptores de tubo de Bourdon
- Al igual que los interruptores de diafragma, utilizan un tubo de Bourdon sellado con soldadura para accionar el interruptor. Estos también son interruptores de ciclo bajo, pero pueden manejar hasta alrededor de 1240 bar (124MPa) de presión.
- Interruptores de pistón de diafragma
- Estos interruptores utilizan un diafragma elastomérico que está conectado a un pistón. El pistón accionó el interruptor. Los interruptores de pistón de diafragma funcionan con presiones desde vacío hasta 110 psi (750 kPa).
- Estos tienen una vida útil más larga de 2.5 millones de ciclos promedio.
- Interruptores de pistón
- Los interruptores de presión de pistón tienen pistones sellados con juntas tóricas que actúan directamente sobre los interruptores de acción rápida.
- Estos tienen una vida útil más larga de 2.5 millones de ciclos promedio.
Presostato Electrónico
Los interruptores de presión electrónicos fueron introducidos en 1980 por Barksdale. Estos también se conocen como 'interruptores de presión de estado sólido' o 'interruptores de presión digitales' que tienen pocas o ninguna parte mecánica. Por lo general, están hechos de uniones Strain gauge sensores acoplados con triacs para imitar contactos mecánicos.
Los interruptores de presión digitales modernos tienen puntos de conmutación programables, histéresis ajustable y salidas analógicas/digitales para integrarse fácilmente con controladores lógicos programables (PLC). Los interruptores de presión electrónicos pueden emitir señales analógicas (4-20 mA) y señales digitales. Esto permite que los controladores controlen no solo los umbrales de presión, sino también los valores de presión en un sistema.
En comparación con los interruptores de presión mecánicos, los interruptores de presión de estado sólido tienen una serie de ventajas que incluyen:
- Ciclo de vida más largo (~10 millones de ciclos)
- Precisión mejorada (0.5 %)
- Alta resistencia a golpes/vibraciones
- Estabilidad a largo plazo
Criterios de selección del interruptor de presión
Para seleccionar un interruptor de presión que mejor se adapte a una aplicación específica, debe tener en cuenta varios factores:
- tipo de medio
No todos los sensores son compatibles con todos los tipos de líquidos/gases. Por ejemplo, el caucho de nitrilo butadieno (NBR) es mejor para aire y aceite hidráulico/de máquinas, mientras que el caucho de monómero de etileno propileno dieno (EPDM) es adecuado cuando el agua es el medio.
- Presión
La presión a la que está sujeto el sensor debe ser una de las principales preocupaciones al seleccionar un sensor. Los sensores basados en diafragma son adecuados para aplicaciones de vacío y baja presión donde los diseños basados en pistón son más adecuados para aplicaciones de alta presión.
- Estabilidad de temperatura
- Repetibilidad (Precisión)
Un sensor es tan confiable como su repetibilidad. Ser capaz de cambiar en el mismo umbral repetidamente es crucial para que un interruptor de presión asegure su lugar en una aplicación específica.
- Histéresis
Explicada simplemente como la diferencia entre el punto de ajuste y el punto de reinicio, la histéresis juega un papel importante en términos de la respuesta de conmutación del interruptor. Demasiada histéresis hará que el interruptor permanezca bloqueado por más tiempo, mientras que una histéresis significativamente más baja hará que el interruptor cambie entre estados de encendido/apagado con frecuencia.
- Construcción física
Los interruptores mecánicos pueden ser útiles cuando se requiere una detección/actuación menos frecuente. Los presostatos electrónicos son los más adecuados para aplicaciones en las que se requiere un control preciso, como programabilidad, salidas analógicas y capacidad de ajuste de los puntos de ajuste de presión.
Diagrama del interruptor de presión
La mayoría de los interruptores de presión mecánicos son capaces de manejar altos voltajes, como 110 V/220 V CA. Por lo tanto, un interruptor de presión mecánico se puede conectar directamente con una carga como se muestra en la figura a continuación.
Cuando el interruptor de presión no está activado, la salida normalmente cerrada se conecta a la lámpara roja. Esto enciende la lámpara roja. Cuando se detecta una presión, el interruptor desconecta su salida normalmente cerrada y conecta la salida normalmente abierta con el terminal común. Esto apaga la luz roja y enciende la luz verde.
Para presostatos digitales como el DP-M2A por Panasonic Automation Controls, el cableado se puede realizar como se muestra en la siguiente figura.
Este sensor también proporciona una salida analógica, por lo tanto, al conectar el cable blanco con una carga que oscila entre 0 y 250 ohmios, la lectura de presión también se puede obtener mediante un PLC o un microcontrolador.
Precio del interruptor de presión
Los interruptores de presión están disponibles en dos categorías, como se mencionó anteriormente. Entre los presostatos electrónicos y mecánicos, los mecánicos suelen ser más económicos que los presostatos electrónicos. Esto se debe a la menor complejidad en la construcción y el propio proceso de fabricación.
Un interruptor de presión mecánico de uso general puede costar desde $10-20 hasta unos pocos cientos de dólares.
Los presostatos electrónicos, por otro lado, son generalmente costosos debido a sus características, robustez y alta confiabilidad. A partir de alrededor de $ 100 para versiones básicas con menos funciones, interruptores de presión altamente complejos y sofisticados como Presostato Ashcroft DDS puede costar hasta unos pocos miles de dólares.
¿Qué es un interruptor de baja presión?
Los interruptores de baja presión están conectados al lado de presión inferior de un sistema para detectar la presión de succión. Estos sensores detectan la presión negativa y activan el interruptor.
Los interruptores de baja presión se encuentran principalmente en los sistemas HVAC (Calefacción, Ventilación, Aire Acondicionado) para detectar fallas. En el caso de que se escape el refrigerante en un sistema de aire acondicionado, se crea una baja presión dentro de la tubería. Esto puede ser detectado por los sensores de baja presión para apagar efectivamente el embrague del compresor y desacoplarlo.
Estos sensores también se utilizan como controlador de funcionamiento en sistemas de refrigeración para regular la temperatura utilizando un ajuste de presión correspondiente. Los interruptores de baja presión suelen estar disponibles en variantes electromecánicas, aunque los electrónicos también se pueden programar para funcionar como detectores de baja presión.
Aplicaciones de interruptores de presión
Los interruptores de presión encuentran sus aplicaciones en entornos industriales, de fabricación y de automoción. Son ampliamente utilizados en sistemas HVAC para detectar fallas y regular la temperatura.
En los sistemas neumáticos e hidráulicos, los interruptores de presión se utilizan para regular los niveles de presión en un rango óptimo y seguro. Por ejemplo, un compresor de aire tiene un interruptor de presión reiniciable que asegura que el compresor se detenga una vez que la presión de aire alcanza el valor establecido.
En la industria automotriz, los interruptores de presión hidráulica se utilizan para detectar la presión del aceite y activar los dispositivos de seguridad en los motores.
En los hornos industriales, los interruptores de presión se utilizan para encender/apagar el horno de manera segura mediante el control de la presión del aire en el interior.
Los sistemas de gestión de edificios utilizan interruptores de presión de bomba de pozo y transductores de presión para garantizar que el suministro de agua tenga suficiente presión. Para la regulación automática de la presión del agua, se utilizan reguladores de presión junto con bombas de agua eléctricas. Activan la bomba al detectar una caída en la presión del agua debido a un uso intensivo.
Los sensores de vacío (presión negativa) se utilizan en calderas, compresores de aire y calentadores eléctricos para medir eventos de vacío o baja presión de aire en los sistemas mencionados.
¿Cuál es la diferencia entre el interruptor de presión y el transmisor de presión?
Los términos 'interruptor de presión' y 'transductor de presión/transmisor de presión/sensor de presión' a menudo se malinterpretan en los sistemas de automatización.
Un transductor de presión (también conocido como transmisor de presión o un sensor de presión) es también un dispositivo que es capaz de medir la presión. Sin embargo, los transmisores de presión no tienen un interruptor incorporado para activarse cuando se alcanza un umbral de presión. Solo pueden convertir la medición de presión en señales eléctricas para representar el valor de presión actual. Puede ser una salida analógica de 4-20 mA o 0-10 V, o un flujo de datos digital.
Los términos 'transductor', 'transmisor' y 'sensor' a menudo se usan indistintamente en la industria. Algunos llaman a la salida digital (donde la salida del sensor es un flujo de datos) tipo 'transmisores de presión' mientras que los analógicos se llaman 'transductores'.
Los interruptores de presión, especialmente los electrónicos, tienen la misma funcionalidad que los transductores de presión, pero con la característica adicional de un interruptor/contacto electromecánico para controlar una carga por el propio sensor.
Conclusión
Los interruptores de presión se utilizan a menudo como interruptores de encendido/apagado para controlar elementos eléctricos en un sistema al monitorear activamente la presión del fluido/aire en un sistema. En este artículo, discutimos los interruptores de presión, sus principios de operación, aplicaciones y la diferencia entre los interruptores de presión y los transmisores. Aunque a menudo se pasan por alto, los interruptores de presión juegan un papel importante para garantizar la seguridad operativa y la regulación del proceso en algunas aplicaciones críticas.
