Manômetros: Vedações remotas e químicas
Os diafragmas isolantes têm mérito mesmo em cenários onde as pulsações de pressão não são um problema. Considere o caso de um sistema de processamento de alimentos em que devemos medir remotamente a pressão dentro de um recipiente de mistura
A presença do tubo que conecta o vaso ao manômetro representa um problema de higiene. O fluido de processo estagnado (neste caso, algum produto alimentar líquido) dentro do tubo incentivará o crescimento microbiano, o que acabará por contaminar o vaso, não importa quão bem ou com que frequência o vaso seja limpo. Mesmo os protocolos automatizados Clean-In-Place e Steam-In-Place (CIP e SIP, respectivamente) em que o vaso é quimicamente limpo entre lotes não podem evitar esse problema porque os agentes de limpeza nunca limpam todo o comprimento do tubo (em última análise, para o tubo de Bourdon ou outro elemento sensor dentro do medidor).
Uma solução para esse problema é instalar um diafragma de isolamento no vaso e um tubo capilar cheio de líquido para transferir a pressão detectada para o instrumento. A pressão do processo pressiona contra esse diafragma, que por sua vez transfere a pressão para o “fluido de enchimento” dentro do tubo capilar. Esse fluido de preenchimento selado pressiona o elemento sensor do instrumento (diafragma, tubo de bourdon, fole, etc.). O líquido do processo (alimento) não pode entrar neste tubo selado e o diafragma de isolamento será limpo a cada ciclo CIP. Assim, eliminamos completamente o problema da contaminação microbiana:
Esses sistemas são geralmente chamados de vedações tipo selagem remotas ou selo remoto e estão disponíveis em vários instrumentos de pressão diferentes, incluindo medidores, transmissores e comutadores. Se o objetivo de um diafragma de isolamento e fluido de enchimento for proteger o instrumento sensível de produtos químicos corrosivos ou de outro modo agressivos, ele é frequentemente chamado de selo químico.
A fotografia a seguir mostra um manômetro equipado com um diafragma de selo químico. Observe que o selo químico neste medidor em particular está bem acoplado ao medidor, já que o único objetivo aqui é a proteção do medidor contra fluidos de processo agressivos, não a capacidade de montar remotamente o medidor:
Uma vista voltada para a parte inferior do flange revela o diafragma de isolamento de metal fino, impedindo que o fluido do processo entre no mecanismo do medidor.Somente o fluido de enchimento inerte ocupa o espaço entre esse diafragma e o tubo de bourdon do medidor:
A ilustração a seguir mostra como o fluido de enchimento transfere a pressão do fluido de processo para o elemento do tubo de poço de pressão do medidor enquanto isola esse tubo de fluido do fluido de processo (mostrado aqui dentro de um tubo):
A única diferença entre esse medidor de vedação química e um medidor de vedação remota é a tubulação capilar de pequeno diâmetro usada para conectar o medidor a um diafragma remoto.Uma ilustração mostrando as partes internas de um sistema de vedação remota aparece aqui:
Os medidores de leitura direta não são o único tipo de instrumento de pressão que se beneficia de vedações remotas.Os pressostatos e os transmissores de pressão também podem empregar vedações remotas pelas mesmas razões: proteção do sensor do transmissor contra fluidos agressivos do processo, eliminação de problemas de entupimento do tubo de impulso e / ou prevenção de comprimentos de tubo "sem saída" onde o fluido orgânico do processo estagnar e abrigar crescimentos microbianos.Nesta fotografia, você vê três dispositivos sensores de pressão (medidor, transmissor e comutador, de cima para baixo), cada um com seu próprio selo remoto para detectar a pressão do fluido em um tubo grande:
O transmissor de pressão (uma unidade Yokogawa) é o único instrumento mostrado aqui usando um tubo capilar. Os outros dois instrumentos usam comprimentos curtos de tubo rígido. O capilar é visível nesta fotografia como um tubo espiralado coberto de plástico preto. Na verdade, é um tubo de metal de diâmetro muito pequeno, envolvido por uma bainha de proteção de metal em espiral, que por sua vez é coberta por plástico preto.
Essa aplicação específica ocorre no tratamento de águas residuais, onde o lodo tende a obstruir as linhas de impulso do instrumento conectadas à tubulação principal. Com as vedações remotas instaladas, esse problema é completamente eliminado.
A fotografia a seguir mostra um transmissor de pressão eletrônico modelo 1151 da Rosemount equipado com um diafragma de vedação remoto. Aqui podemos ver a bainha de metal enrolado (“armadura”) protegendo o tubo capilar contra danos (Figura abaixo - Esquerda):
Uma visualização em close do diafragma de vedação mostra seu design ondulado, permitindo que o metal flexione e transfira facilmente a pressão para o fluido de enchimento dentro do tubo capilar (acima da figura - à direita)
Assim como os diafragmas de isolamento da cápsula com sensor de pressão, esses diafragmas remotos precisam apenas transferir a pressão do fluido do processo para o fluido de enchimento e (finalmente) para o elemento sensor esticado dentro do instrumento. Portanto, esses diafragmas desempenham melhor sua função se forem projetados para flexionar facilmente. Isso permite que o diafragma sensorio forneça a grande maioria da força oposta à pressão do fluido, como se fosse o único elemento de mola no sistema de fluido.
O ponto de conexão entre o tubo capilar e a cápsula do sensor do transmissor é rotulado com um aviso para nunca desmontar, pois isso permitiria a entrada de ar no sistema cheio (ou o fluido de enchimento escaparia do sistema) e, portanto, arruinaria sua precisão:
Para que um sistema de vedação remoto funcione, a “conexão” hidráulica entre o diafragma de vedação e o elemento sensor de pressão deve estar completamente livre de gás, para que haja uma transferência de movimento “sólida” de uma extremidade à outra. A presença de bolhas de gás no sistema cheio fará com que alguns dos movimentos dos diafragmas isolantes sejam "perdidos", em vez de serem totalmente transferidos para o elemento sensor de pressão do instrumento. Por esse motivo, o sistema capilar deve permanecer perfeitamente vedado o tempo todo! Romper esse selo, mesmo que seja por um breve momento, arruinará o sistema.
Uma medida de proteção visível nesta fotografia é o composto laranja pintado na cabeça do parafuso e no conector do tubo capilar. Isso é simplesmente uma indicação visual de que a vedação de fábrica ainda está intacta, pois qualquer movimento do parafuso ou do conector do tubo quebraria o composto laranja quebradiço e trairia a violação.
Um possível problema com o uso de diafragmas remotos é a pressão hidrostática gerada pelo fluido de enchimento se o instrumento de pressão estiver localizado distante (verticalmente) do ponto de conexão do processo. Por exemplo, um manômetro localizado bem abaixo do vaso ao qual ele se conecta registrará uma pressão maior do que realmente está dentro do vaso, porque a pressão do vaso aumenta a pressão hidrostática causada pelo líquido na tubulação:
Esta pressão pode ser calculada pela fórmula P = ρgh ou P = γh em que ρ é a densidade mássica do líquido de enchimento ou γ é a densidade em peso do líquido de enchimento. Por exemplo, uma altura do tubo capilar de 3657.6 mm preenchida com um líquido de preenchimento com uma densidade de peso de 933.88 kg/m³ gerará uma pressão de elevação de quase, 4,86 PSI ou 33.5 KPA. Se o instrumento de pressão estiver localizado abaixo do ponto de conexão do processo, esse deslocamento de 33.5 KPA deve ser incorporado à faixa de calibração do instrumento. Se desejarmos que este instrumento de pressão meça com precisão uma faixa de pressão do processo de 0 a 344,73 KPA, teremos que calibrá-lo para uma faixa real de 33,5 a 344,73 KPA.
O problema inverso existe quando o instrumento de pressão está localizado acima da conexão do processo: aqui o instrumento registra uma pressão menor do que a que está realmente dentro do vaso, compensada pela quantidade prevista pelas fórmulas de pressão hidrostática ρgh ou γh.
Com toda correção, esse problema não se limita aos sistemas de vedação remota mesmo os sistemas não isolados onde a tubulação é preenchida com líquido do processo exibem esse erro de compensação. No entanto, em sistemas capilares preenchidos, um deslocamento vertical garante produzir um deslocamento de pressão, porque os fluidos de enchimento são sempre líquidos e os líquidos geram pressão em proporção direta à altura vertical da coluna de líquido e sua densidade. Muitos fluidos de enchimento de selos remotos têm classificações de gravidade específicas maiores que 1 (ou seja, são mais densas que a água), o que significa que o erro de compensação resultante da pressão hidrostática será ainda maior que o de um tubo cheio de água.
Um problema semelhante exclusivo dos instrumentos de pressão de enchimento isolado é o erro de medição causado por temperaturas extremas. Suponha que o tubo capilar cheio de líquido de um instrumento de pressão de vedação remota seja colocado muito próximo a um tubo de vapor quente, forno ou alguma outra fonte de alta temperatura. A expansão do fluido de preenchimento pode fazer com que o diafragma de isolamento se estenda até o ponto em que começa a tensionar e adicionar uma pressão ao fluido de preenchimento acima e além da do fluido do processo. Temperaturas baixas também podem causar estragos nos tubos capilares cheios, se o fluido de enchimento congelar ou até congelar, de modo que não flua mais como deveria. Os efeitos de expansão / contração do fluido de preenchimento podem ser atenuados, mantendo o volume do fluido de preenchimento no mínimo, e é por isso que os tubos capilares (de pequeno diâmetro) são usados para conectar as vedações remotas aos instrumentos.
Outro problema com instrumentos de pressão de vedação remota é um atraso de tempo causado pela viscosidade do fluido de enchimento à medida que ele se move pelos tubos capilares de pequeno diâmetro. Isso torna o instrumento de pressão lento para responder às mudanças na pressão do fluido do processo, como se o instrumento de pressão estivesse equipado com um amortecedor de pressão (indesejado). Embora o diâmetro mínimo do tubo capilar reduz os efeitos das mudanças de temperatura, ele aumenta o efeito do atraso de tempo.
A montagem adequada do instrumento e a seleção adequada do fluido de enchimento ajudarão a evitar esses problemas. Em suma, o potencial de problemas com os instrumentos de pressão de vedação remota e química é bastante compensado por seus benefícios nas aplicações corretas.
Alguns transmissores de pressão selados com diafragma são equipados com vedações de acoplamento fechado em vez de selos remotas para minimizar os efeitos hidrostáticos, de temperatura e de atraso de tempo causados pelo preenchimento de fluido dentro de um tubo capilar. Um transmissor de pressão de diafragma estendido da Rosemount aparece na fotografia à esquerda, enquanto um transmissor Yokogawa do mesmo design básico é mostrado instalado em um processo de trabalho na fotografia à direita:
Referencias:
Manual Wika
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