Manómetros de diafragma para aplicaciones corrosivas y viscosas

Introducción a las aplicaciones de los manómetros de diafragma

En la producción química, la presión es uno de los parámetros importantes que a menudo se deben medir. Debido a la diversidad y complejidad de los medios de proceso, como la corrosión, la viscosidad, la solidificación y la cristalización, entre otras, la medición de la presión se ha vuelto difícil. Además, los diferentes grados de vibración que suelen producirse en ciertas zonas por donde fluye el medio de proceso, como después de la bomba, también afectan la medición de la presión. Más información: [¿Por qué necesitamos sellos de diafragma para manómetros o transmisores?]


En estos casos, suele ser necesario añadir dispositivos de "tanque de aislamiento" o "tanque de inercia", o bien, añadir aislamiento mediante traceado de vapor (o "trazado eléctrico"), o bien utilizar manómetros de diafragma , además de las medidas mencionadas. Sin embargo, en muchos casos, el problema sigue sin resolverse.

¿Por qué elegir manómetros de diafragma?

Esta guía completa presenta un tipo de manómetro llamado "manómetro de diafragma", que ofrece una amplia gama de adaptabilidad y puede eliminar las dificultades causadas por los diversos factores mencionados anteriormente. Se compone de un manómetro de tubo Bourdon convencional y una cámara de diafragma de aislamiento, o puede estar compuesto por un manómetro de contacto eléctrico convencional o un manómetro de transmisión remota eléctrica y una cámara de diafragma de aislamiento. Más información:[ En 3 situaciones en las que se necesitan manómetros con sello de diafragma]

Las aplicaciones clave incluyen:

• Medición de medios corrosivos en el procesamiento químico
• Monitoreo de fluidos de alta viscosidad en la fabricación
• Medición de la presión de sustancias cristalizantes
• Entornos propensos a vibraciones después de bombas y compresores
• Monitoreo de procesos de alta temperatura

Construcción y principio de funcionamiento

Diseño y componentes del manómetro de diafragma
Como se muestra en la figura, la cámara de diafragma de aislamiento consta de dos cámaras de diafragma con forma de brida y superficies curvas en la parte superior e inferior. El extremo inferior de la cámara de diafragma inferior cuenta con una conexión de rosca externa M20 × 1,5 o M15 (rosca cónica de 1/2") o M25 (rosca cónica de 1") para su conexión directa a la válvula de proceso. El lado exterior de la sección superior de esta conexión es hexagonal, lo que facilita su instalación y desmontaje.

Componentes clave:

• Juntas superior e inferior (6, 8): El borde del círculo interior en contacto con el diafragma (7) debe ser redondeado para evitar que la membrana sea cortada por el borde afilado de la junta.
• Interfaz superior (12): En el extremo superior de la cámara del diafragma, hay una interfaz con rosca interna M20 × 1,5, con forma hexagonal en el exterior, que se utiliza para conectar el manómetro (15). En la parte inferior de la interfaz hay una junta de sellado (10).
• Tubo de Orificio Constante (11): Se perfora una sección de rosca interna (13) en la entrada de presión del manómetro con un macho cónico M4 × 0,7 para atornillar un tubo de orificio constante que elimina la vibración del fluido de proceso. El tubo de orificio constante se fabrica con pernos M4 × 10 con un pequeño orificio de 1,0 mm de diámetro interior.

Principio de funcionamiento del manómetro de diafragma
El espacio sobre el diafragma de aislamiento se llena con fluido de transmisión de presión y la presión del medio medido llega al manómetro de tubo Bourdon a través del diafragma y el fluido de transmisión.

La membrana de aislamiento (sello químico) puede estar hecha de:

• Lámina metálica resistente a la corrosión
• Lámina metálica recubierta con una capa anticorrosiva.
• Membrana de plástico
• Membrana de caucho

Para evitar la ruptura de la membrana debido a la compresión, su tamaño debe ser lo suficientemente grande para compensar el cambio de volumen total del tubo Bourdon del manómetro y el cambio de volumen del gas comprimido en el tubo causado por la deformación por compresión.

Dimensiones estándar
Para facilitar la selección del material, el tamaño de la cámara del diafragma que elegimos es el de un racor de tubería con un diámetro de 50 milímetros (es decir, 2"), por lo que el diámetro del diafragma es de 78 milímetros y el diámetro de trabajo efectivo es de 62 milímetros. La junta de sellado por encima y por debajo del diafragma es una junta de racor de tubería con un diámetro de 50 milímetros.

Materiales del diafragma y guía de selección

Tabla completa de propiedades de los materiales

La siguiente tabla enumera las propiedades de algunos materiales de diafragma y el espesor de la membrana como referencia:

Recomendaciones de selección de materiales

Utilizamos una o dos capas de membrana de PTFE de 0,2 milímetros de espesor, o tres capas de membrana de PTFE de 0,02 milímetros de espesor, como diafragma. El manómetro de diafragma, fabricado a partir de esta membrana, se instala en la torre de destilación, la bomba de materia prima y la bomba de reflujo para medir la presión. La membrana rara vez se rompe y el error del manómetro se mantiene dentro del nivel de precisión original.

Requisitos del fluido de transmisión de presión

Criterios críticos de selección

El punto de ebullición del fluido de transmisión de presión debe ser superior a la temperatura del medio medido, y debe estar limpio y no tener contacto corrosivo con el manómetro. Si el punto de ebullición del fluido de transmisión de presión es inferior a la temperatura del proceso, durante la medición de presión, la presión de vapor saturado generada por el fluido de transmisión en estado sellado se convierte en una presión adicional. Cuando la presión del medio de proceso disminuye debido a fluctuaciones, la membrana de aislamiento se ve afectada por esta presión adicional y revienta.

Fluidos de transmisión recomendados

Utilizamos los siguientes líquidos de transferencia de presión en aplicaciones prácticas:

• Glicerol con una temperatura de ebullición de 290°C
• Parafina líquida con una temperatura de ebullición de 340°C

Estos fluidos pueden lograr resultados satisfactorios al aplicarse a temperaturas medias de entre 90 °C y 270 °C. De esto se desprende que la viscosidad del fluido de transmisión de presión no debe considerarse un factor crítico.

Especificaciones del tubo de orificio constante

La abertura del tubo de orificio constante debe ser lo más pequeña posible, con el fin de evitar el efecto reductor de presión. Utilizamos un tubo de orificio constante con una abertura de 1,0 mm, que ofrece una buena capacidad antivibratoria.

Originalmente, existían varios manómetros sometidos a fuertes vibraciones del medio de proceso, y sus agujas oscilaban rápida y significativamente, hasta el punto de dificultar su lectura a simple vista. Al añadir tubos de orificio constante, las lecturas se estabilizaron.

Si la presión del medio del proceso solo experimenta ligeras vibraciones o cambios lentos, como la presión en ciertos contenedores o torres de destilación, es posible que no sean necesarios tubos de orificio constante.

Instrucciones de instalación y montaje

Proceso de montaje paso a paso

Al ensamblar el manómetro de diafragma, siga estos pasos importantes:
1. Primero sujete la cámara del diafragma en la prensa para el premontaje y no apriete los pernos de fijación.
2. Inyecte fluido de transferencia de presión en la cámara del diafragma para que el nivel del líquido quede al ras con la interfaz de la rosca interna.
3. A continuación, enrosque el manómetro de tubo Bourdon. En este momento, el diafragma se deslizará hacia abajo formando un arco cóncavo.
4. Vuelva a apretar todos los pernos. Durante el proceso de apriete, los dos pernos enfrentados deben apretarse juntos, no uno a uno en secuencia, ya que de lo contrario entrará aire en la cámara del diafragma y este podría romperse.
5. La cámara del diafragma superior debe estar herméticamente sellada para evitar que la membrana se rompa debido a fugas.

Consideraciones de instalación para aplicaciones especiales

Medios de alto punto de congelación
Para medios con alto punto de congelación, con el fin de evitar el bloqueo por condensación en el dispositivo de medición de presión, de acuerdo con el principio de intercambio de calor por convección, al instalar un manómetro de diafragma, se puede utilizar un tubo de conexión con un diámetro de 15 milímetros (1/2") o 25 milímetros (1") para tomar la presión en un ángulo ascendente de 45 grados o verticalmente hacia arriba.
El manómetro instalado de esta manera no requiere ninguna otra medida de aislamiento para el medio de proceso, con un punto de solidificación cercano a los 80 °C en un ambiente interior de 20 °C, y no se produce ningún bloqueo por condensación en la línea de presión. En las duras condiciones invernales de -16 °C en exteriores, solo se utiliza aislamiento de lana mineral, y el manómetro funciona con normalidad.

Medios de alta viscosidad y contaminados

Para medir la presión de medios de alta viscosidad y severamente contaminados, simplemente aumente el tamaño del tubo de conexión de la cámara del diafragma inferior y el tubo de conexión del dispositivo de medición de presión.

Medios altamente corrosivos
Para la medición de presión de materiales de proceso altamente corrosivos, solo es necesario que los materiales de la cámara de diafragma inferior y la membrana de aislamiento cumplan con los requisitos de contacto anticorrosivo. Gracias a su diseño simple y fácil fabricación, la cámara de diafragma inferior ofrece una amplia adaptabilidad a los requisitos anticorrosivos.

Solicitudes de medios de proceso impugnados

Gracias al dispositivo de amortiguación del tubo de orificio constante del manómetro de diafragma, se puede eliminar la influencia de la fuerte vibración del medio del proceso en la medición de presión.

Aplicaciones de procesamiento químico
Las aplicaciones típicas incluyen:

• Monitoreo de la presión de la torre de destilación
• Medición de la presión de la bomba de materia prima
• Monitoreo del sistema de bomba de reflujo
• Control de presión del recipiente del reactor
• Líneas de transferencia de productos químicos corrosivos

Aplicaciones de rango de temperatura
El sistema de manómetro de diafragma puede manejar:

• Aplicaciones criogénicas hasta -20 °C
• Procesos de alta temperatura hasta 290°C
• Condiciones de choque térmico con selección adecuada de fluido
• Medios cristalizantes que obstruirían los medidores convencionales

Ventajas y beneficios

Principales beneficios de la tecnología de manómetros de diafragma

Debido a que el manómetro de diafragma está compuesto por un manómetro de tubo Bourdon ligeramente modificado y una cámara de diafragma de aislamiento, ofrece varias ventajas clave:


Instrumentos de medición de presión rentables

Costo-efectividad

• Materiales fáciles de conseguir y sencillos de construir.
• La cámara de diafragma de aislamiento se puede fabricar mediante procesos de producción en masa de precisión con bajo costo.
• El diafragma no se rompe fácilmente y consume muy poco material.

Amplia aplicabilidad

• Ampliamente aplicable: siempre que se seleccionen cámaras de diafragma inferiores y membranas de aislamiento adecuadas, puede satisfacer ampliamente los requisitos de medición de presión para varios medios de proceso.
• No es necesario instalar "tanques de aislamiento", "tanques de amortiguación" ni tomar medidas como el "trazado con vapor" (o el "trazado eléctrico").
• La instalación y el mantenimiento son sencillos.

Confiabilidad y rendimiento

• Elimina los efectos de vibración mediante la amortiguación constante del tubo de orificio.
• Mantiene los niveles de precisión originales del manómetro base.
• Proporciona una excelente compatibilidad química mediante la selección adecuada del material.
• Soporta temperaturas extremas con fluidos de transmisión adecuados

Guía de selección para su aplicación

Cómo elegir la configuración correcta del manómetro de diafragma

Al seleccionar un manómetro de diafragma para aplicaciones de procesamiento químico, tenga en cuenta estos factores críticos:

Características de los medios de proceso

• Requisitos de compatibilidad química (ácidos, bases, disolventes)
• Rango de temperatura de funcionamiento (criogénica a alta temperatura)
• Niveles de viscosidad (desde líquidos ligeros hasta aceites pesados)
• Tendencias de cristalización (potencial de solidificación)
• Niveles de contaminación (de limpio a muy contaminado)

Condiciones ambientales

• Niveles de vibración (de leves a severos)
• Orientación de instalación (vertical, horizontal, en ángulo)
• Temperatura ambiente (condiciones interiores/exteriores)
• Clasificación de zonas peligrosas (requisitos a prueba de explosiones)

Requisitos de desempeño

• Especificaciones de precisión (de estándar a precisión)
• Rango de presión (baja a alta presión)
• Tiempo de respuesta (respuesta rápida vs. respuesta amortiguada)
• Necesidades de salida de señal (indicación local vs. transmisión remota)

Matriz de selección de materiales

Application Type	Recommended Diaphragm Material	Transmission Fluid	Temperature Range
Strong Acids/Bases	PTFE or Fluororubber	Glycerol or Liquid Paraffin	Up to 250°C
High Temperature	PEEK or Metal with PTFE coating	Liquid Paraffin	Up to 290°C
Cryogenic	Stainless Steel or PTFE	Glycerol	Down to -20°C
Oil & Petrochemical	Nitrile Rubber or Fluororubber	Liquid Paraffin	Up to 200°C
General Chemical	Polypropylene or PTFE	Glycerol	Up to 150°C

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Seleccionar la configuración óptima del manómetro de diafragma requiere un análisis minucioso de las condiciones específicas de su proceso, los requisitos de compatibilidad química y las especificaciones de rendimiento. Con múltiples opciones de materiales y configuraciones, el proceso de selección puede ser complejo y crucial para la seguridad y la fiabilidad de su proceso.

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