En el entorno industrial actual, las máquinas deben funcionar de forma fluida y eficiente. En estos sistemas, una pequeña desviación en la presión puede provocar daños graves y, en última instancia, un fallo total. Por ello, para garantizar un control fiable de la presión, la industria recurre actualmente a los modernos dispositivos conocidos como Sensores de presión de 4-20 mA. Al principio, esta tecnología puede parecer un poco técnica, sobre todo si eres nuevo en el mundo de la automatización. Por eso, en este artículo voy a hablar de las aplicaciones y la guía de cableado de los sensores de presión de 4-20 mA en la automatización industrial. Descubrirás cómo funcionan estos sensores y en qué entornos se utilizan realmente. Así que, empecemos.
¿Qué es un sensor de presión de 4–20 mA?
Un sensor de presión de 4–20 mA es un dispositivo que mide de forma continua la presión en un sistema. A continuación, convierte esas mediciones en una señal eléctrica. Esta señal se transmite en forma de corriente que oscila entre 4 miliamperios (mA) y 20 miliamperios (mA). De ahí proviene su nombre. Los 4 mA representan la presión mínima. Por su parte, los 20 mA representan la presión máxima.
En términos sencillos, un sensor de presión de 4-20 mA mide la presión mediante sus elementos sensores internos. Cuando detecta cualquier cambio de presión, envía la información en forma eléctrica. Pero, ¿te has preguntado alguna vez por qué es de 4 a 20 mA y no de 0 a 20 mA? El concepto es bastante sencillo. En primer lugar, la señal comienza en 4 mA en lugar de en 0 mA, lo que facilita al sistema la detección de fallos.
Si la señal desciende a 0 mA, significa claramente que algo va mal. Por ejemplo, podría haber un cable roto, un corte de corriente o un sensor dañado. Por lo tanto, si el sistema utiliza un rango de 0 a 20 mA, un valor de 0 mA podría significar tanto “presión cero” como “un fallo”. En ese caso, el sistema se vería confundido. Por eso, comenzar a partir de 4 mA elimina este problema.
En segundo lugar, el uso de 4–20 mA mejora la precisión y la estabilidad. ¿Cómo? En realidad, las señales muy bajas (cercanas a 0 mA) se ven más afectadas por el ruido eléctrico y las interferencias. Empezar a partir de 4 mA mantiene la señal fuerte y limpia. Esto proporciona lecturas más fiables, incluso a largas distancias.
¿Cómo funciona un sensor de presión de 4–20 mA?
El principio de funcionamiento de un sensor de presión de 4-20 mA es muy sencillo. En primer lugar, cuenta con un pequeño sensor de presión interno. Cuando se aplica presión o esta varía con respecto al valor normal, esta pieza se desplaza ligeramente o cambia de posición. El sensor determina la presión existente en función de este cambio. Sin embargo, esta información sobre la presión no puede transmitirse tal cual. Por lo tanto, el sensor convierte esa presión en una señal eléctrica.
Si la presión es baja, envía una señal o una corriente eléctrica de unos 4 mA. Si la presión aumenta, la corriente también aumenta, hasta 20 mA. Por lo tanto, la presión y la corriente varían al unísono: a mayor presión, mayor corriente. Finalmente, esta corriente llega al controlador. El controlador lee la corriente e interpreta los cambios en el valor de la presión. A continuación, puede llevar a cabo acciones como controlar máquinas, emitir avisos o garantizar el funcionamiento seguro del sistema.
Guía de cableado de sensores de presión de 4-20 mA para la automatización industrial: paso a paso
¿Ya has comprendido los conceptos básicos del sensor de presión de 4-20 mA? Ahora, la siguiente pregunta habitual es cómo conectarlo. Recuerda que la precisión del sensor de presión depende totalmente de una conexión correcta. Así que vamos a profundizar en el tema y a explicar cómo se realiza la conexión de los sensores de presión de 4-20 mA.
Paso 1: Identificar los terminales
El primer paso, y el más importante, a la hora de cablear un sensor de presión de 4–20 mA es identificar sus terminales. Recuerda que todos los sensores de presión tienen puntos de conexión. En estos puntos se conectan los cables. Sin embargo, no todos los puntos de conexión son iguales en todos los sensores, sino que varían de un modelo a otro. Por lo general, verás etiquetas como + (positivo) y – (negativo).
A veces también hay un cable de señal o de tierra en un Sensor de presión cerámico de 4–20 mA PS100E03.
Estas marcas te indican dónde debe ir cada cable. Para confirmar estas marcas, consulta siempre la ficha técnica o el manual del sensor. Sin embargo, nunca te fíes únicamente de conjeturas, ya que los distintos sensores pueden utilizar diferentes estilos de etiquetado. Por lo general, conecte la fuente de alimentación al terminal positivo (+). Por su parte, el terminal negativo (–) completa el circuito de vuelta al sistema. Si también hay un terminal de señal, este enviará la lectura actual al controlador.
Paso 2: Conectar la fuente de alimentación
Una vez identificados los terminales, conecta la fuente de alimentación al sensor. En la mayoría de los casos, el sensores de presión cerámicos de 4–20 mA Utiliza una fuente de alimentación de 24 V CC. Ahora debes conectar esta fuente de alimentación de CC a los terminales del sensor. Por ejemplo, conecta el terminal positivo (+) de la fuente de alimentación al terminal positivo (+) del sensor.
A continuación, conecta el terminal negativo al sensor. Sin embargo, este terminal negativo no debe quedarse ahí, en el sensor. Por el contrario, debe atravesar el resto del circuito (como el PLC) y volver para completar el recorrido. A esto se le denomina «bucle completo», y permite que la corriente fluya a lo largo de un recorrido completo, lo que contribuye al funcionamiento del sistema. Recuerda que, si cometes un pequeño error en la conexión de la fuente de alimentación, el sensor no funcionará en absoluto.
Paso 3: Conectar al PLC o al controlador
Una vez que estés seguro de que la alimentación de corriente continua está conectada al sensor, conecta el sensor al PLC. Pero, ¿qué es un PLC? En realidad, un controlador lógico programable (PLC) es un dispositivo que lee las señales de los sensores. A continuación, utiliza esa información para controlar las máquinas. En pocas palabras, es el “cerebro” del sistema. Como ya sabes, el sensor genera una corriente de baja intensidad (4–20 mA).
Sin embargo, esta corriente no es aleatoria: transporta la información sobre la presión. Por lo tanto, hay que conectar el cable de salida del sensor al terminal de entrada analógica del PLC. Este es el punto en el que el PLC “lee” la señal. Cuando la conexión se realiza correctamente, el PLC comienza a recibir la señal de corriente. A continuación, convierte esas señales en un valor de presión legible.
Paso 4: Completa el bucle
Ahora el sensor de presión de 4-20 mA está conectado al PLC, ¿verdad? El último paso es completar el circuito eléctrico. Recuerda que, si el circuito no está completo, el sensor no funcionará correctamente y el PLC no recibirá ninguna señal. Por lo tanto, para completar el circuito, debes conectar el cable restante del PLC o del sensor al borne negativo de la fuente de alimentación.
De este modo se cierra todo el circuito eléctrico. Ahora, la electricidad fluye de forma continua desde la fuente de alimentación a través del sensor hasta el PLC y, a continuación, vuelve a su punto de partida. Como resultado, el sensor comienza a funcionar y a detectar cualquier cambio de presión en el sistema.
Aplicaciones habituales de los sensores de presión de 4–20 mA
Los sensores de presión de 4-20 mA son conocidos por su exactitud y precisión. Por eso se han convertido en un elemento fundamental en casi todos los sectores. Veamos, pues, cuál es el sector que más depende de estos sensores de presión.
1- Sector del petróleo y el gas
El principal usuario del sensor de presión de 4-20 mA es la industria del petróleo y el gas. Como sabéis, este sector es muy crítico, y la presión está relacionada con la seguridad y la producción. Si se produce una caída o un aumento repentino de la presión, las consecuencias pueden ser peligrosas. Por ejemplo, una presión elevada puede provocar la rotura de las tuberías. Por ello, los sensores de presión se instalan en tuberías, máquinas de perforación y depósitos de almacenamiento. Allí, estos sensores supervisan continuamente los cambios de presión. Si se produce algún cambio, el sistema de control toma medidas de inmediato.
2- Plantas de tratamiento de agua
Las plantas de tratamiento de agua suelen utilizar filtros, bombas y tuberías por las que circula el agua. En todas estas etapas, es fundamental mantener la presión adecuada para depurar el agua. Si la presión desciende o aumenta demasiado, puede afectar a la calidad del agua. Ahí es donde entra en juego el sensor de presión de 4-20 mA. Supervisa el sistema en tiempo real a través de los filtros, las bombas y las tuberías. Por ejemplo, puede detectar cuándo un filtro está obstruido o cuándo una bomba no funciona correctamente. De este modo, el sensor de presión contribuye a que el funcionamiento de las plantas de tratamiento de agua sea más fluido.
3- Procesamiento químico
Otro sector en el que se utiliza el sensor de presión de 4-20 mA es el de los sistemas de procesamiento químico. Estas plantas químicas manipulan diversos líquidos y gases. Sin embargo, los líquidos y los gases suelen requerir un control minucioso de la presión. Incluso un pequeño error en la presión puede provocar reacciones peligrosas o daños en el producto. En este contexto, un sensor de presión de 4-20 mA supervisa la presión en el interior de reactores, tuberías y depósitos. Si surge algún problema, el sistema puede reaccionar rápidamente. Por ejemplo, podría detener o ajustar el proceso para evitar fugas.
4- Industria manufacturera
En el sector manufacturero, muchas máquinas dependen de la presión neumática o hidráulica para funcionar correctamente. Si esta presión supera el límite de seguridad o desciende demasiado, la máquina dejará de funcionar. Por eso se utilizan sensores de presión en estas máquinas, para garantizar que todo funcione sin problemas. ¿Cómo? El sensor de presión ayuda a controlar prensas, brazos robóticos y sistemas neumáticos. Ahora, las fábricas pueden detectar problemas de forma precoz, como una presión baja o fugas en el sistema.
5- Sistemas de climatización
Los sistemas de climatización mantienen un flujo de aire y una presión adecuados para garantizar un ambiente interior confortable. Estos sistemas suelen utilizar conductos, filtros y ventiladores. Sin embargo, en estos tres componentes, es fundamental que la presión sea la adecuada. Por eso se utilizan sensores de presión de 4-20 mA para mantener y detectar dicha presión. Por ejemplo, si un filtro se obstruye, la presión en ese punto cambia rápidamente. El sensor lo detecta de inmediato y envía señales para controlar y mantener una buena calidad del aire.
6- Sector de la alimentación y las bebidas
Por último, la industria alimentaria y de bebidas utiliza sensores de presión de 4-20 mA. De hecho, en las fábricas de alimentos, las máquinas llenan botellas y envases con productos como zumos, leche, aceite y salsas. Si la presión es demasiado alta o demasiado baja, las botellas pueden llenarse en exceso o quedarse sin llenar lo suficiente.
Para resolver este problema, una señal de presión de 4–20 mA supervisa continuamente la presión en el interior de estas máquinas. De este modo, indica al sistema si todo funciona con normalidad. Además, estos sensores funcionan eficazmente incluso con vapor, agua caliente y agua fría, elementos habituales en la industria alimentaria. Los sensores de presión estándar suelen fallar en entornos tan húmedos o agresivos.
Consejos importantes sobre el cableado de los sensores de presión de 4-20 mA
El cableado desempeña un papel fundamental en el funcionamiento eficiente de los sensores de presión. Incluso un pequeño error puede afectar a todo el sistema. Para evitar esos errores que se pueden cometer fácilmente, a continuación se indican algunos factores que debes tener en cuenta antes de realizar el cableado.
- Utiliza los cables adecuados: En primer lugar, asegúrate de utilizar los cables adecuados. Utiliza siempre un cable de alta calidad, preferiblemente uno apantallado. Los cables apantallados protegen la señal del ruido eléctrico provocado por máquinas, motores o líneas eléctricas.
- Evita las conexiones sueltas: En segundo lugar, asegúrate de que todas las conexiones de los cables estén bien apretadas y fijas. Recuerda que las conexiones sueltas pueden interrumpir el flujo de corriente, aunque sea por un breve instante. Esto hace que el PLC muestre lecturas erróneas o fluctuantes. Por lo tanto, asegúrate de que no haya ninguna conexión suelta.
- Comprueba la polaridad: La polaridad consiste en conectar correctamente los cables positivo (+) y negativo (–). Si los confundes, el sensor no funcionará correctamente. En algunos casos, es posible que ni siquiera se encienda. Por lo tanto, te recomiendo que compruebes siempre dos veces el esquema de cableado antes de encender el sistema.
- Prueba antes del uso definitivo: Por último, antes de utilizar el sensor en condiciones reales de funcionamiento, comprueba siempre la configuración del cableado. Por ejemplo, conecta la alimentación y comprueba si el PLC está leyendo la señal de presión correcta. Si surge algún problema, puedes solucionarlo en esta fase, antes de que comience el funcionamiento a pleno rendimiento.
Conclusión
La monitorización de la presión es el aspecto más crucial de cualquier sistema industrial. Una caída o un aumento repentino de la presión en el sistema puede provocar graves problemas, como daños en la maquinaria o fallos en el sistema. Para garantizar la presión correcta en cualquier sistema industrial, se utilizan transductores de presión de 4-20 mA. Se trata de dispositivos especializados y precisos que controlan con exactitud los cambios de presión. Ante cualquier variación de presión, el sensor se activa de inmediato.
Esto envía señales eléctricas al controlador. A continuación, el controlador toma medidas para estabilizar la presión o ajustar las piezas de la máquina. Pero en todo este proceso, un cableado adecuado es fundamental. En esta guía de cableado, he explicado algunos pasos para ayudarte a comprenderlo a la perfección. Gracias a esta precisión, los sensores de presión de 4-20 mA se han convertido en la opción preferida en varios sectores. Por ejemplo, se pueden encontrar en plantas químicas y de tratamiento de aguas. Además, se utilizan en sistemas de climatización, así como en el sector de la alimentación y las bebidas.