¿Por qué conviene utilizar un sello de diafragma o un anillo de aislamiento?

Los sellos de diafragma y los anillos de aislamiento se utilizan para proteger los manómetros, los interruptores y los transductores de condiciones de proceso adversas, como la corrosión, las obstrucciones y las temperaturas extremas. Los instrumentos de presión desempeñan un papel importante en el funcionamiento seguro y eficiente de las tuberías de proceso, los sistemas modulares y otras aplicaciones en numerosos sectores industriales. Sin embargo, sus elementos sensores pueden resultar vulnerables cuando se exponen directamente a medios de proceso agresivos.

Para hacer frente a estos retos, la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) ha elaborado normas del sector y recomienda estrategias para proteger los instrumentos contra daños en aplicaciones exigentes. Por ejemplo, la norma ASME B40.100 recomienda el uso de dispositivos de aislamiento, ampliamente conocidos como sellos de diafragma o anillos de aislamiento, como barreras protectoras que pueden ayudar a garantizar la durabilidad y la precisión de los instrumentos de presión.

En este artículo, descubrirás tres retos importantes en los procesos que pueden requerir el uso de un sello de diafragma o un anillo de aislamiento:

• Corrosión
• Obstrucción causada por partículas
• Temperaturas extremas en los procesos

También aprenderás sobre la trazabilidad de los materiales y las certificaciones que pueden ser necesarias para estos dispositivos.

Cómo protegen los sellos de diafragma a los instrumentos de presión frente a la corrosión

Los sellos de diafragma protegen los instrumentos de presión contra la corrosión, aislando sus elementos sensibles de los medios del proceso que puedan ser incompatibles con los materiales en contacto con el fluido del instrumento.

Todos los instrumentos utilizados para medir, supervisar y controlar la presión se basan en un elemento sensor que es vulnerable a la corrosión. Por ejemplo, el tubo de Bourdon de un manómetro, la junta de un actuador en un presostato o el diafragma de un transductor son elementos que detectan los cambios de presión en un sistema.

Estos componentes, a los que a menudo se hace referencia como piezas «en contacto con el fluido», suelen estar fabricados con materiales como el acero inoxidable 316L, el latón o el bronce, el PTFE o elastómeros como el Viton™ o el Buna, y están en contacto directo con el fluido del proceso. Si el fluido del proceso es una sustancia química incompatible con estos materiales, podría producirse corrosión y daños potencialmente irreparables en el instrumento.

Las juntas de diafragma pueden fabricarse con una amplia variedad de materiales compatibles y suelen constar de dos componentes húmedos principales:

• Un diafragma que desvía un fluido de transferencia para accionar el instrumento.
• Una carcasa inferior que conecta el conjunto de diafragma y carcasa superior a las tuberías de proceso.

Tanto el diafragma como la carcasa inferior pueden fabricarse con diversos materiales metálicos y no metálicos, entre los que se incluyen el acero inoxidable 316L, el Hastelloy C276, el Hastelloy B, el Monel®, el dúplex, el PTFE, el Viton™, el PVC y el PVDF, entre otros.

Figura 1: Componentes de un sello de diafragma

Es fundamental evaluar la composición de los medios del proceso, incluida la concentración de productos químicos agresivos y la temperatura del proceso, para determinar los materiales adecuados para las piezas en contacto con el fluido.

¿Cómo protegen los sellos de diafragma a los instrumentos de presión contra las obstrucciones?

Los sellos de diafragma pueden proteger a los instrumentos de presión contra las obstrucciones, al impedir que los fluidos de proceso que contienen partículas se acumulen en las pequeñas cavidades y los puntos muertos del conjunto sensor del instrumento.

Los componentes sensores de los instrumentos de presión suelen contener cavidades y conductos sin salida en los que pueden acumularse partículas. Cuando el fluido del proceso presenta una concentración constante o partículas de un tamaño considerable, esta acumulación en el conjunto sensor puede plantear problemas importantes. Para mitigar este problema, se utilizan aisladores como los sellos de diafragma o los anillos de aislamiento.

Los diseños habituales de sellos de diafragma pueden presentar cavidades y conductos sin salida, pero suelen ser más grandes y más fáciles de limpiar. Estos sellos pueden equiparse con orificios de lavado simples o dobles, lo que permite que permanezcan instalados durante el proceso de limpieza.

Los sellos de diafragma también pueden diseñarse para adaptarse mejor al proceso, eliminando los rincones sin salida y las cavidades y reduciendo la posibilidad de que se produzcan acumulaciones significativas. Esta adaptación puede lograrse mediante:

• Conjuntos con bridas en línea
• Conjuntos roscados en línea
• Conjuntos soldados en línea
• Juntas de asiento, en las que la carcasa inferior está soldada directamente a la parte superior del tubo

En todas estas configuraciones, el componente del instrumento se puede retirar sin necesidad de desmontar las tuberías.

Figura 2: Vista ampliada del sello de diafragma con orificio de lavado

¿En qué casos es mejor optar por un anillo de aislamiento que por un sello de diafragma?

Los anillos de aislamiento pueden ser una solución más adecuada para aplicaciones de baja presión con lodos espesos o partículas de gran tamaño que podrían obstruir un instrumento de presión.

Los anillos de aislamiento se utilizan a menudo en aplicaciones relacionadas con el agua y las aguas residuales, así como en la industria minera, en las que las presiones son más bajas —normalmente inferiores a 400 psi— y las condiciones de temperatura son normales. Estos procesos suelen implicar lodos más espesos y partículas de mayor tamaño que pueden obstruir los instrumentos.

Los anillos de aislamiento funcionan de manera similar a los sellos de diafragma, pero se instalan en línea con la tubería y suelen colocarse entre dos bridas de tubería.

Las opciones de materiales para los anillos de aislamiento son más limitadas que las disponibles para los sellos de diafragma, lo que los hace menos adecuados para algunas aplicaciones corrosivas. No obstante, se dispone de materiales en contacto con el fluido, como el PTFE, el EPDM y el CPVC, cuando hay presencia tanto de lodos como de productos químicos agresivos.

Aunque las placas extremas pueden estar fabricadas con diversos materiales metálicos y no metálicos, los elementos sensores de los anillos de aislamiento son siempre no metálicos. Esto hace que la compatibilidad con la temperatura del proceso sea un factor importante a tener en cuenta a la hora de seleccionar un anillo de aislamiento.

Figura 3: Ejemplo de montaje de un anillo de aislamiento

¿Cómo influye la temperatura extrema del proceso en la elección del aislador?

Las temperaturas extremas de los procesos pueden afectar a la precisión de los instrumentos de presión y a la compatibilidad de los materiales, lo que convierte a la temperatura en un factor importante a la hora de decidir si se debe utilizar un sello de diafragma u otro dispositivo de aislamiento, y de qué manera.

Pueden surgir problemas cuando las temperaturas de los fluidos del proceso superan el rango del instrumento, lo que provoca una menor precisión en los instrumentos de presión. Las juntas solo deben utilizarse a temperaturas elevadas si también existe riesgo de obstrucción o corrosión. Si la obstrucción o la corrosión no suponen un problema, las juntas pueden resultar problemáticas.

Las temperaturas extremas pueden superar el rango de temperatura nominal del instrumento, lo que puede provocar problemas de contención. Los sellos de diafragma pueden ayudar al actuar como disipadores de calor, pero también pueden provocar la expansión térmica del líquido de llenado del sistema, lo que daría lugar a lecturas inexactas.

Para hacer frente a estos retos, plantéate utilizar los siguientes dispositivos como complemento del aislador:

• Sifóncapilar o de microtubo: Reduce los efectos de la expansión térmica al permitir una rápida disipación de la temperatura.
• Bobinas estándar o sifones en espiral: Adecuados únicamente para aplicaciones de vapor, estos dispositivos bloquean el vapor mediante una barrera contra el condensado. Solo deben utilizarse con sellos de diafragma si existe riesgo de exposición a sustancias químicas. En estos casos, el sello se coloca por encima del sifón.
• Tuberías separadoras sin aislamiento: Reduce las temperaturas del proceso antes de que lleguen al conjunto de instrumentos, lo que ayuda a evitar problemas de expansión térmica. Una conexión directa, en lugar de un sello de diafragma, también puede ayudar a evitar problemas de expansión térmica.

¿Por qué es importante la trazabilidad de los materiales en los sellos de diafragma y los anillos de aislamiento?

La trazabilidad de los materiales permite verificar el origen y la composición de los materiales en contacto con el fluido utilizados en los sellos de diafragma y los anillos de aislamiento, lo que contribuye al cumplimiento de los requisitos de calidad y normativa.

En la última década, ha aumentado considerablemente la demanda de documentar el origen de los materiales en contacto con el fluido en la instrumentación. Se utilizan dos normas principales para la trazabilidad de los materiales en las piezas en contacto con el fluido:

• EN 10204 2.2: Proporciona un modelo de documento en el que se indica el origen habitual del material e incluye una declaración de conformidad que confirma que el material cumple con las especificaciones del fabricante. Este certificado suele ser más fácil de proporcionar en el caso de productos que ya se han fabricado, adquirido, enviado o instalado, incluso cuando la trazabilidad directa resulta complicada.
• EN 10204 3.1: Establece un proceso de trazabilidad más detallado que incluye un número de serie o un número de lote que vincula el material a un expediente de documentación. Este expediente permite rastrear el metal hasta su punto de fusión original. Los fabricantes deben garantizar la trazabilidad del origen del material y su seguimiento a lo largo de todo el proceso de fabricación para poder expedir este certificado.

Ambos informes son importantes para los componentes en contacto con el fluido de un instrumento. Sin embargo, muchos instrumentos cuentan con conjuntos sensores que pueden carecer de materiales trazables, lo que dificulta la documentación.

En estos casos, los sellos de diafragma fabricados con materiales trazables pueden ofrecer una solución eficaz. Su diseño relativamente sencillo permite utilizar con mayor facilidad materiales en contacto con el fluido que sean trazables, al tiempo que se cumplen los requisitos de conformidad y fiabilidad.

¿Qué certificaciones son importantes para los sellos de diafragma y los anillos de aislamiento?

El cumplimiento de la norma NACE y la certificación NSF son dos aspectos importantes a tener en cuenta a la hora de seleccionar sellos de diafragma o anillos de aislamiento para aplicaciones con requisitos específicos de seguridad, materiales o normativos.

¿Cuándo es obligatorio cumplir con las normas de la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión (NACE)?

Por lo general, los instrumentos utilizados en aplicaciones con sulfuro de hidrógeno (H₂S) deben contar con componentes en contacto con el fluidoque cumplan con la norma NACE. La elección de los materiales adecuados suele depender de la norma que se exija, como la MR0175:2021/ISO 15156:2020 o la MR0103/ISO 17945:2015, así como de la concentración de sulfuro, la presión y la temperatura de los medios.

No todos los instrumentos están disponibles con materiales en contacto con el fluido que cumplan los requisitos de la NACE. A menudo se prefieren materiales como el Hastelloy C276 y el Monel. Si el instrumento que se necesita no está disponible en estos materiales, un sello de diafragma puede ser una solución, ya que estos sellos se ofrecen en muchas configuraciones de materiales diferentes.

¿Cuándo es importante la certificación de la NSF?

Fundación Nacional de Saneamiento (NSF) es importante cuando los materiales que entran en contacto con el agua potable deben cumplir una serie de requisitos destinados a evitar la contaminación por materiales inadecuados.

Aunque varios instrumentos de presión cuentan con la certificación NSF, no todos la tienen. En estos casos, el uso de un sello de diafragma que cuente con la certificación adecuada puede ayudar a aislar el agua de los materiales de los instrumentos que no están certificados.

Ashcroft ofrece sellos de diafragma de acero inoxidable 316L, así como anillos de aislamiento fabricados con EPDM y acero inoxidable 316L, todos ellos con certificación NSF. Ambas configuraciones pueden utilizarse para facilitar la instalación de un instrumento cuya seguridad para el contacto directo con el agua potable no haya sido verificada.

¿Cómo se decide entre un sello de diafragma y un anillo de aislamiento?

La elección entre un sello de diafragma y un anillo de aislamiento depende principalmente de los medios del proceso, la presión, la temperatura, el riesgo de obstrucción, la compatibilidad de los materiales y los requisitos de la aplicación.

Un sello de diafragma puede ser adecuado cuando:

• Los medios de proceso corrosivos podrían dañar el instrumento.
• La compatibilidad de los materiales requiere el uso de materiales especializados que entren en contacto con el producto.
• Las partículas podrían obstruir el elemento sensor del instrumento.
• Es necesario poder acceder al sistema para realizar un lavado o una limpieza.
• Es necesario garantizar la trazabilidad de los materiales.
• Es necesario cumplir con la normativa NACE o contar con la certificación NSF.

Un anillo de aislamiento puede ser una mejor opción cuando:

• La aplicación funciona a presiones más bajas.
• Hay lodos espesos o partículas de gran tamaño.
• Se prefiere un diseño en línea.
• La temperatura del proceso y los fluidos son compatibles con los materiales de detección no metálicos disponibles.

Evaluar estas condiciones antes de seleccionar un aislador puede ayudar a proteger el instrumento de presión y, al mismo tiempo, garantizar una medición precisa y fiable.

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Echa un vistazo a los recursos relacionados que aparecen a continuación para obtener más información sobre los instrumentos de aislamiento. Si tienes alguna pregunta concreta sobre tu aplicación, puedes ponerte en contacto con nosotros y hablar con un experto en productos. Mientras tanto, descarga nuestra guía de montaje de instrumentos para que te ayude a elegir la solución más adecuada a tus necesidades.