Nas complexas medições de fluidos das indústrias química e de petróleo, a precisão e a estabilidade da instrumentação de pressão são cruciais. Os manômetros com diafragma de polipropileno (PP) se destacam por sua excelente resistência à corrosão, tornando-os ideais para lidar com meios corrosivos ácidos e alcalinos. No entanto, os usuários profissionais frequentemente se concentram em um indicador-chave de desempenho: a histerese.
Histerese refere-se ao fenômeno em que o valor indicado pelo manômetro difere ao atingir um ponto de ajuste específico a partir de um estado de baixa pressão (pressão ascendente) versus atingir o mesmo ponto a partir de um estado de alta pressão (pressão descendente). Esta discrepância não é um erro aleatório, mas um desvio sistemático resultante das características físicas internas do instrumento e das limitações estruturais. Para um controle de alta precisão em processos petroquímicos, compreender e minimizar a histerese é essencial para garantir a qualidade do produto e a segurança operacional.
Os principais componentes de um Manômetro de diafragma PP são o diafragma e o mecanismo de movimento interno. A principal fonte de histerese decorre das imperfeições mecânicas desses elementos elásticos.
Embora os diafragmas de PP sejam frequentemente aprimorados com revestimentos de PTFE ou usados como parte de uma estrutura composta, como elemento elástico, o caminho de recuperação de deformação não é perfeitamente idêntico quando a tensão é aplicada e subsequentemente liberada.
À medida que a pressão aumenta, o diafragma deforma-se.
À medida que a pressão diminui, o atrito microestrutural interno e o rearranjo da cadeia molecular dentro do diafragma atrasam o seu retorno completo ao estado inicial.
Essa dissipação de energia faz com que a deformação (ou deslocamento) durante o processo de pressão ascendente seja diferente daquela durante o processo descendente no mesmo valor de pressão, manifestando-se diretamente como histerese do ponteiro.
Principalmente para o material polimérico PP, suas características viscoelásticas são mais pronunciadas. Sob aplicação de pressão cíclica ou de longo prazo, esse efeito de histerese mecânica é frequentemente mais significativo do que em diafragmas metálicos.
O deslocamento do diafragma deve ser transmitido ao ponteiro através de componentes mecânicos de precisão, como hastes de ligação, engrenagens setoriais e engrenagens centrais. Minúsculas forças de atrito entre esses pares móveis constituem a segunda principal fonte de histerese.
Durante o processo de pressão ascendente, a força de atrito se opõe à direção do movimento.
Durante o processo de pressão descendente, a direção da força de atrito se inverte.
No momento em que a pressão inverte, o mecanismo deve superar o atrito estático antes que o movimento recomece, causando um atraso entre a mudança de pressão e a resposta do ponteiro.
Mesmo o atrito em nível de mícron é suficiente para causar desvio observável na indicação de pressão.
Os manômetros de diafragma PP normalmente utilizam um sistema de vedação de diafragma com um fluido de enchimento para isolar meios corrosivos. As propriedades físicas deste sistema de transferência de fluidos contribuem significativamente para a histerese.
O fluido de enchimento (como óleo de silicone ou óleo de fluorocarbono) possui um certo grau de viscosidade. Quando o diafragma se deforma sob pressão e desloca o fluido:
O líquido deve fluir através de canais e capilares internos.
O atrito interno do líquido (arrasto viscoso) impede a transmissão imediata de energia.
Isto é particularmente relevante durante mudanças rápidas de pressão ou quando baixas temperaturas ambientes aumentam a viscosidade, retardando a mobilidade do fluido e atrasando a transmissão de pressão, exacerbando assim o fenómeno de histerese.
Se o processo de desgaseificação estiver incompleto durante o enchimento do fluido, microbolhas residuais ou gases dissolvidos no líquido introduzem compressibilidade mediante mudanças de pressão.
Isso faz com que o deslocamento inicial do diafragma comprima primeiro essas bolhas de gás, em vez de transmitir imediatamente a pressão ao tubo Bourdon ou ao sensor interno.
O processo de compressão e liberação de gás é não linear e demorado, criando um efeito de “amortecedor elástico” que introduz histerese de medição.
A operação de longo prazo ou a ciclagem térmica podem levar ao relaxamento da tensão no invólucro PP e no sistema de conexão, que é outro fator indireto que contribui para a histerese.
A conexão de pré-carga (por exemplo, montagem aparafusada) nas bordas do invólucro de PP e do diafragma pode sofrer relaxamento de fluência ao longo do tempo e com variações de temperatura.
O relaxamento da pré-carga altera as condições limite fixas do diafragma, o que significa que o estado inicial e o caminho para cada ciclo de pressão podem não ser perfeitamente consistentes.
Quando a pressão é aplicada repetidamente, os pequenos movimentos e a redistribuição de tensão na interface de conexão causam um ligeiro desvio no ponto zero do elemento elástico, levando à separação dos caminhos de pressão ascendente e descendente.
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