Cada vez se automatizan más procesos productivos de manera exhaustiva por razones de seguridad, exactitud y eficiencia. La contribución de la tecnología de ensayos a este desarrollo se hace evidente en la nueva generación de controladores de presión; estos instrumentos están diseñados tanto para aplicaciones en la producción como para tareas de calibración en laboratorio; algunos ejemplos de aplicación al control de sensores en la industria automovilística permiten ilustrar sus prestaciones. Los sistemas de a bordo de los vehículos funcionan con sensibilidades cada vez mayores; monitorizan todas las funciones críticas como la potencia del motor, el consumo de combustible, los gases de escape, la seguridad y la comodidad en la conducción; en algunos modelos de automóvil incluso se integra como parte estándar de su «cerebro electrónico» la comunicación por redes y con el mundo exterior.
Las mediciones necesarias para este control provienen de una amplísima variedad de sensores; cada coche incluye, de media, cien «sentidos» de este tipo en su interior; entre ellos hay también sensores a los que corresponde cumplir una serie de tareas que van desde el control de la presión de frenado hasta la medición de la presión de admisión. Dado que la Unión Europea se ha comprometido de manera vinculante a dotar a los vehículos nuevos con sistemas electrónicos para la presión de los neumáticos, la demanda de sensores de presión ha vuelto a aumentar notablemente. Los sensores destinados a la industria automovilística y a otros sectores industriales constituyen productos fabricados masivamente mediante procesos automatizados. Las necesidades cambiantes de los conductores, así como los requisitos legales que obligan a aumentar la seguridad y a disminuir el impacto medioambiental, dirigen a los fabricantes de vehículos y a sus suministradores a una mayor digitalización y a desarrollar sensores nuevos y con mayores prestaciones; también en este caso la calidad y la eficiencia del producto son determinantes en el proceso de fabricación.
Controladores de presión en producción y laboratorio
Controlador de presión modular CPC6050
Es en la interfaz entre estas demandas donde los instrumentos de prueba desempeñan su papel; en el caso que nos ocupa, se trata de los controladores de presión: la última generación de estos dispositivos se ha concebido para resolver el conflicto entre calidad y eficiencia. Estos instrumentos están diseñados tanto para aplicaciones en la producción como para tareas de calibración en laboratorio; los rangos de presión, los tiempos de respuesta, los cambios en los sensores y su exactitud se han definido teniendo la máxima flexibilidad como meta; su operación mediante una pantalla táctil intuitiva garantiza que se pueda controlar el funcionamiento del instrumento sin pérdidas de tiempo. Los controladores de la serie CPC de WIKA, por ejemplo, basan su interfaz de usuario en la tecnología de los teléfonos móviles «smartphone»; se pueden programar todos los parámetros importantes con unas pocas pulsaciones a través de opciones de menú claramente definidas. Sea en procesos continuos o por lotes, los sensores se fabrican en volúmenes enormes; ello hace indispensable disponer de una fuente de presión para el control, si bien una exactitud básica suele ser suficiente.
Los controladores de WIKA, por ejemplo, y en función del modelo, son capaces de controlar la presión de prueba en unos pocos segundos y realizar la calibración con una exactitud de hasta un 0,008 % del valor medido. De hecho, se pueden lograr tiempos de control más cortos en controladores en aplicaciones permanentes. Se ha observado no obstante que un valor de, por ejemplo, tres segundos es más rápido que la secuencia de la mayoría de procesos productivos; además, la tecnología de control puede alcanzar sus límites físicos cuando opera a velocidades elevadas; el ritmo de apertura y cierre de las electroválvulas favorece su desgaste; las consecuencias son inexactitudes y costes incurridos en la identificación de problemas.
Por esta razón WIKA utiliza un sistema de control multietapa: este sistema divide la presión en varios niveles de fuerza y de esta manera consigue una carga reducida; el desgaste debido a la operación continuada queda atenuado y la vida útil del dispositivo se prolonga. Un sistema patentado que emplea una válvula de aguja, instalada en el controlador de gama alta CPC8000, funciona prácticamente sin sufrir desgaste; la aguja de cerámica es inerme a la temperatura y queda siempre situada en la misma posición precisa por un motor paso a paso.
La exactitud y la estabilidad en el control son los criterios más importantes en el funcionamiento de un controlador aplicado a la producción; la «manipulación masiva» de objetos de ensayo exige únicamente una parte de las prestaciones, si bien esta es significativa. La actual generación de instrumentos, no obstante, se diferencia primordialmente por su capacidad de empleo en multitud de funciones; el mismo modelo se puede utilizar también en tareas de calibración, por ejemplo; el usuario debe simplemente introducir los parámetros adecuados sin necesidad de otro software o controladores; esto permite a su vez optimizar los procesos de control.
Controladores de presión en la producción de sensores para la industria automovilística
Controlador de presión Mensor de gama alta CPC8000
En la fabricación de sensores, las presiones de prueba cambian únicamente a intervalos prolongados. El caso es distinto en el campo del desarrollo de sensores o en la configuración de prototipos en la industria automovilística; por ejemplo, antes de la fase con la «mula de pruebas» — es decir, el nuevo modelo del vehículo— se deben calibrar todos los sensores; por lo tanto, los controladores deben ser capaces de registrar diferentes rangos de presión: del sistema de aire acondicionado, pasando por los compresores y hasta el circuito de frenos; así, los nuevos controladores se diseñan de manera que la inversión en instrumentación se pueda reducir a un único modelo.
El modelo modular CPC6050 de WIKA, por ejemplo, cubre un rango de presión básico de hasta 210 bar y es capaz de medir con una exactitud de hasta un 0,01 %; incluye dos canales independientes, cada uno de los cuales puede incluir hasta dos sensores internos de presión; opcionalmente, ambos canales son accesibles simultáneamente a través de una salida; la transición entre canales es automática y otorga un amplio rango de presión de 400:1.
La amplitud de su función metrológica no es la única característica que favorece una mayor eficiencia; el diseño de los modelos CPC6050 y CPC8000 simplifica notablemente la recalibración: sus sensores se pueden sustituir mediante una carátula basculante, manteniendo el instrumento en sí en su bastidor. En procesos con una presión de prueba constante, el usuario simplemente utiliza un sensor calibrado intercambiable, de manera que el periodo de «inactividad» del controlador queda reducido a unos pocos minutos. La recalibración requerida del instrumento —generalmente anual— suele resultar más económica en modelos con sensores intercambiables que en otros tipos de instrumento; además, solo es necesario enviar el sensor al laboratorio de calibración, no el controlador entero; esto permite reducir los costes de envío y del seguro.
Sensores de presión en vehículos controlan por ejemplo la presión del freno o la presión de aspiración.
Conclusión: La digitalización de los procesos industriales va en aumento con independencia del sector afectado y ello tiene sus consecuencias en los instrumentos de medida; conseguir la calidad técnica requerida de la forma más económica posible supone un reto tanto para los suministradores como para los usuarios finales. La multifuncionalidad es una de las vías: un instrumento para diversas tareas en lugar de un instrumento concreto para cada una de ellas. Ante este trasfondo, la nueva generación de controladores de presión puede representar, en muchos casos, la solución más económica a largo plazo.
Matthias Bundschuh, Product Manager en WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG
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