INSTRUMENTACIÓN DE CAMPO Beneficios de la tecnología de silicio resonante

Por Daniel Araneda, Product Manager Process Instruments de SOLTEX. Mayor información solicitar al e-mail instrumentos@soltex.cl

Dentro del amplio abanico de instrumentos de campo utilizados en prácticamente todo proceso industrial para medir variables tales como flujo, temperatura y presión, surgen distintas tecnologías para obtener información precisa, oportuna y confiable. El presente artículo tiene por objeto describir los alcances de las tecnologías disponibles para medir presión diferencial y, en particular, la tecnología de silicio resonante.

A la hora de evaluar qué tecnología utilizar para resolver los desafíos presentes cada día en las distintas aplicaciones industriales; factores tales como tipo de fluido, porcentaje de sólidos, propiedades físicas y/o químicas del mismo, características del sitio, entre otros, permiten al usuario optar por un camino u otro. Por supuesto, también exis­ten variables comerciales o económicas como el precio de la tecnología, plazo de entrega y respaldo, entre otros factores que pueden influir en una decisión. En los últimos cincuenta años, los sensores análogos para medir presión diferencial, han avanzado desde aquellos basados en el balance de masas a aquellos basados en la capacitancia y luego los piezoresistivos. Estas tecnologías análogas, probadas por años, se siguen usando hasta el día de hoy, no obstante, presentan algunos problemas que pese a sus avances, permanecen en el tiempo. Algunos de ellos son su alta sensibilidad a fenómenos como golpe de ariete, cambios bruscos de presión y temperatura y efectos ambientales, entre otros que afectan la integridad del equipo, su estabilidad y confiablidad. Su naturaleza análoga, hace necesario el uso de conversores para integrarlos a las plataformas digitales con los consecuentes errores de señal. Lo anterior hace necesario el monitoreo permanente de los equipos, excesivo mantenimiento y, en particular, la calibración de los sensores para asegurar su fiabilidad. Una medición errónea no detectada, genera información también errónea y puede llevar a tomar decisiones equivocadas con grandes costos y consecuencias indeseadas. Un poco de historia A comienzos de los noventa, investigadores japoneses desarrollaron una nueva generación de sensores de presión diferencial completamente digitales basados en una aplicación distinta: la tecnología de silicio resonante, que consiste en la instalación de dos resonadores de substrato de silicio enfrentados. Al aplicar presión sobre ellos, aumenta o disminuye la frecuencia de cada resonador, respecto a su frecuencia natural. Uno de los cristales entra en tensión, mientras el otro en compresión. Al mismo tiempo, un microprocesador mide las frecuencias de salida del sensor sin necesidad de añadir conversiones de análogo a digital de ninguna naturaleza, solo basta con contar el cambio en las frecuencias de cada resonador. La esencia de este desarrollo se basa en las excelentes propiedades elásticas del silicio, que le permiten una medición repetible, precisa (±0.075%) y sin histéresis inherente, gracias a su robustez. La resonancia de los sensores permite una gran señal de salida generando beneficios tales como alta sensibilidad y resistencia. Beneficios de la tecnología de silicio resonante Es este punto encontramos estabilidad (±0.1 hasta por cinco años) y precisión a largo plazo en las mediciones, alta resistencia a la temperatura, posibilidad de medir presión estática y diferencial simultáneamente con un mismo sensor, así como también temperatura en el housing y en la cápsula. Al ser una tecnología puramente digital, permite la gestión de diagnósticos avanzados y generar comunicación que puede ser transmitida bajo distintos protocolos (Hart, Foundation Fielbus, Profibus o ISA100 Wireless, por nombrar algunos). Los sensores son intrínsecamente seguros y certificados IEC61508 como un estándar, además de su capacidad SIL2 y SIL3 para redundancia con un solo equipo. La implementación de la tecnología de silicio resonante en los medidores de presión diferencial representó una verdadera revolución al proponer un nuevo camino, hasta entonces desconocido, para acceder a un mismo objetivo: menores costos de operación, mayor fiablidad, estabilidad y certeza en las mediciones. En ese sentido no solo representa una mejora tecnológica sino también un modelo. Las cosas se pueden hacer mejor. Transcurridos más de veinte años la tecnología de silicio resonante ha sido probada en toda clase de aplicaciones industriales reales y en los más distintos ambientes, fijando un estándar y aprovechando las ventajas de otros avances: su carácter digital permite menores tiempos de respuesta (hasta 90 milisegundos en algunos casos), auto verificación y detección oportuna de cualquier anomalía o potencial falla.