¿Como eliminamos el ruido en señales de instrumentación?: apliquemos el «damping» correctamente

La mayoria de transmisores modernos (ambos analógicos y digitales) viene equipados con un caracteristica conocida como «damping» o amortiguación. Esta caracteristica es esencialmente un filtro pasa bajos en serie con la señal, reduciendo la cantidad de «ruido» del proceso.

Imaginemos que un transmisor de presión estan sensando la presión de agua a la salida de una bomba. El flujo de agua en la bomba tiende a ser extremadamente turbulenta, y cualquier sensor conectado para medir la presión en la descarga de la bomba interpretará esta turbulencia como violentas fluctuaciones de presión. Esto significa que la señal de salida de presión del transmisor tambien fluctuará, casuando que cualquier indicador o sistema de control asociado al transmisor registre mucho «ruido» de la presión de agua.

El ruido de la señal de presión tiende a causar «problemas» en el control realimentado, desde que el sistema de control interpretará estas rápidas fluctuaciones como cambios reales de  presión requeriendo la acción correctiva pertinente. Aunque es posible configurar algunos sistemas de control para ignorar ese ruido, la mejor solución es corregir el problema en la fuente ya sea mediante la reubicación de la línea del transmisor de presión en un lugar donde no haya mucha turbulencia, o de alguna manera evitar que esa turbulencia sea enviada como señal del transmisor.

Desde que este ruido es tiene una mucha mayor frecuencia que los ciclos normales de presión en un proceso, es relativamente fácil recudir la cantidad de ruido en la señal del transmisor poniendo un filtro, es decir a la señal de salida que pase por un circuito filtro pasa bajos.

Si aplicamos exitosamente el filtro a un transmisor de proceso, el resultado será una señal mas «relajada» y por otro lado la señal de ruido que podemos apreciar solamente será la propia de la presion del proceso, mientras que el efecto de turbulencia (o cualquier cosa que este causando el ruido) se reduce al minimo (o casi desaparece). En todo control de proceso, este tipo de filtro aplicado a la señal de medida es frecuentemente referido como «damping» porque su efecto es para «damp» o «calmar» los efectos del ruido en la señal.

En transmisores digitales donde el damping es realizado por algoritmos digitales (ya sea una sofisticada rutina de filtrado digital o algo tan simple como poner los sucesivos valores de la señal en un bufer), el damping puede ser ajustado fijando un valor numérico en los parametros de configuración del transmisor. En transmisores neumáticos, el damping podría ser implementado instalando elementos viscosos en el mecanismo.

La pregunta clave para un ingenierio o técnico instrumentista viene a ser ¿Cuanto de valor de damping voy a usar?. Un damping insuficiente permitirá demasiado ruido para el sistema de control (causando tendencias y indicadores con ruido y un control errado), mientras que un excesivo damping causará que el transmisor «subestime» la importancia de los cambios bruscos del proceso real, es decir los cambios no producidor por ruido sino propios del proceso serían ignorados por transmisor. En mi experiencia hay una mala tendencia por los instrumentistas de aplicar un excesivo valor de damping en los transmisores. Un transmisor con mucho damping puede causar que la grafica de tendencia se demasiado «suave» sin poder apreciar cambios reales del proceso, con lo que a primera vista parece ser bueno. Despues de todo, el punto en un sistema de control es mantener la variable de proceso muy cercana al valor de setpoint, por lo que ver una linea «realmente suave» de variable de proceso en la tendencia es realmente atractivo. Sin embargo, el problema con el damping excesivo es que el transmisor da una respuesta lenta a cualquier cambio brusco en la variable de proceso.

En una gráfica de tendencia dual de un transmisor de presión experimentando un brusco incremento de la presión muestra lo anteriomente explicado, donde una señal de transmisor sin damping se muestra en la parte superior y un señal «over-damped» o con mucho damping se muestra en la parte inferior (demonos cuenta que el desplazamiento vertical entre las tendencias es solo para fines de analizar la señal, realmente estarían traslapadas)

Una cosa adicional es que en un ambiente de prueba a la hora de calibrar un transmisor, el damping debe ser puesto a su mínimo valor por lo que los resultados de la aplicación de los estimulos en el transmisor son inmediatamente vistos. Cualquier cantidad de damping en el transmisor que se está calibrando solo causará un retraso en el procedimiento sin beneficio alguno.