În măsurătorile complexe ale fluidelor din industria petrolieră și chimică, precizia și stabilitatea instrumentelor de presiune sunt cruciale. Manometrele cu diafragmă din polipropilenă (PP) se remarcă prin rezistența lor excelentă la coroziune, făcându-le ideale pentru manipularea mediilor corozive acide și alcaline. Cu toate acestea, utilizatorii profesioniști se concentrează frecvent pe un indicator cheie de performanță: histerezis.
Histerezisul se referă la fenomenul în care valoarea indicată a manometrului diferă la atingerea unui anumit punct de referință dintr-o stare de joasă presiune (presiune ascendentă) față de atingerea aceluiași punct dintr-o stare de înaltă presiune (presiune descendentă). Această discrepanță nu este o eroare aleatorie, ci o abatere sistematică rezultată din caracteristicile fizice interne ale instrumentului și limitările structurale. Pentru controlul de înaltă precizie în procesele petrochimice, înțelegerea și minimizarea histerezii este esențială pentru asigurarea calității produsului și a siguranței operaționale.
I. Histereza mecanică a elementelor elastice: proprietăți intrinseci ale materialelor
Componentele de bază ale a Manometru cu diafragma PP sunt diafragma si mecanismul de miscare interna. Sursa primară de histerezis provine din imperfecțiunile mecanice ale acestor elemente elastice.
1. Histereza elastică a materialului diafragmei
Deși diafragmele PP sunt adesea îmbunătățite cu acoperiri PTFE sau utilizate ca parte a unei structuri compozite, ca element elastic, calea de recuperare a deformarii nu este perfect identică atunci când este aplicată tensiune și ulterior eliberată.
-
Pe măsură ce presiunea crește, diafragma se deformează.
-
Pe măsură ce presiunea scade, frecarea microstructurală internă și rearanjarea lanțului molecular în interiorul diafragmei întârzie revenirea completă la starea inițială.
-
Această disipare de energie face ca deformarea (sau deplasarea) în timpul procesului de presiune ascendentă să difere de cea din timpul procesului de descreștere la aceeași valoare a presiunii, manifestându-se direct ca histerezis pointer.
-
În special pentru materialul polimeric PP, caracteristicile sale vâscoelastice sunt mai pronunțate. Sub aplicarea presiunii pe termen lung sau ciclic, acest efect de histerezis mecanic este adesea mai semnificativ decât în diafragmele metalice.
2. Frecare minoră în mecanismul de mișcare
Deplasarea diafragmei trebuie transmisă indicatorului prin intermediul unor componente mecanice de precizie, cum ar fi tije de legătură, angrenaje sectoriale și angrenaje centrale. Forțele de frecare minuscule între aceste perechi în mișcare constituie a doua sursă majoră de histerezis.
-
În timpul procesului de presiune ascendentă, forța de frecare se opune direcției de mișcare.
-
În timpul procesului de presiune descendentă, direcția forței de frecare se inversează.
-
În momentul în care presiunea se inversează, mecanismul trebuie să învingă frecarea statică înainte de a relua mișcarea, provocând o întârziere între schimbarea presiunii și răspunsul indicatorului.
-
Chiar și frecarea la nivel de microni este suficientă pentru a provoca abateri observabile în indicația de presiune.
II. Efecte de vâscozitate și compresibilitate în sistemul de transfer al fluidelor
Manometrele cu diafragmă PP utilizează de obicei un sistem de etanșare cu diafragmă cu un fluid de umplere pentru a izola mediile corozive. Proprietățile fizice ale acestui sistem de transfer de fluide contribuie semnificativ la histerezis.
1. Vâscozitatea fluidului de umplere
Fluidul de umplere (cum ar fi uleiul de silicon sau uleiul de fluorocarbon) posedă un anumit grad de vâscozitate. Când diafragma se deformează sub presiune și deplasează fluidul:
-
Lichidul trebuie să curgă prin canalele interne și capilare.
-
Frecarea internă a lichidului (reducerea vâscoasă) împiedică transmiterea imediată a energiei.
-
Acest lucru este deosebit de relevant în timpul schimbărilor rapide de presiune sau când temperaturile ambientale scăzute cresc vâscozitatea, încetinind mobilitatea fluidului și întârziind transmiterea presiunii, exacerbând astfel fenomenul de histerezis.
2. Dizolvarea gazelor și microbulele reziduale
Dacă procesul de degazare este incomplet în timpul umplerii fluidului, microbulele reziduale sau gazele dizolvate în lichid introduc compresibilitate la schimbările de presiune.
-
Acest lucru face ca deplasarea inițială a diafragmei să comprima mai întâi aceste bule de gaz, mai degrabă decât să transmită imediat presiunea către tubul Bourdon sau senzorul intern.
-
Procesul de comprimare și eliberare a gazului este neliniar și întârziat în timp, creând un efect de „tampon elastic” care introduce histerezis de măsurare.
III. Eliberarea stresului și relaxarea în componentele structurale
Funcționarea pe termen lung sau ciclul termic poate duce la relaxarea stresului în carcasa PP și sistemul de conectare, care este un alt factor indirect care contribuie la histerezis.
-
Conexiunea de preîncărcare (de exemplu, ansamblul cu șuruburi) de la marginile carcasei PP și ale diafragmei poate experimenta o relaxare a fluajului în timp și cu variații de temperatură.
-
Relaxarea preîncărcării modifică condițiile de limită fixe ale diafragmei, ceea ce înseamnă că starea de pornire și calea pentru fiecare ciclu de presiune pot să nu fie perfect consistente.
-
Când presiunea este aplicată în mod repetat, mișcările minuscule și redistribuirea tensiunilor la interfața de conectare provoacă o ușoară deviere în punctul zero al elementului elastic, ducând la separarea căilor de presiune ascendentă și descendentă.
