Selección de medidores de vacío para procesos industriales 19 de enero de 2021
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Cuando llegue el momento de seleccionar un nuevo vacuómetro para complementar su bomba o sistema de vacío, es importante adoptar un enfoque cuidadoso. Esto es especialmente cierto cuando se integra en un proceso industrial en el que el trabajo puede ser más duro de lo normal.
Teniendo esto en cuenta, analizaremos los principales tipos de manómetros utilizados en los procesos industriales, sus ventajas y desventajas, y cómo se utilizan mejor.
Opciones de medidor de vacío
Hay dos categorías generales de medidores de vacío: Direct Gauges e Indirect Gauges.
Medidores directos
Un manómetro directo le proporcionará la presión del sistema de vacío, independientemente del tipo de gas (por lo tanto, también conocido como manómetros independientes del gas). Estos solo funcionarán eficazmente a presiones superiores a 1e-4 mbar. Esto se debe a que dependen de las moléculas del sistema que tienen un efecto físico, y a presiones más bajas no hay suficientes para crear un efecto medible. Entre ellas destacamos:
CTRN (capacitancia): el estándar de oro en precisión y fiabilidad gracias a su diafragma de Inconel. Este calibre se utiliza como calibre de referencia en todo el mundo y en las aplicaciones más exigentes. Los manómetros capacitivos son muy resistentes a las ráfagas/ciclos de presión, los gases corrosivos y, con opciones calefactadas, son capaces de hacer frente a varios condensables en un rango de medición de la atmósfera de 1e-4 mbar. Obviamente, este mejor rendimiento de su clase viene con un coste, pero considerando que este medidor no necesitará mantenimiento ni sustitución, a menudo puede amortizarse a lo largo de la vida útil de un sistema.
DI/DU (piezoeléctrico/capacitivo): un paso por debajo de la gama CTRN, tiene la gama DI/DU, que utiliza una tecnología similar, pero en un paquete condensado con clasificación IP54. Aunque la gama CTRN está dirigida a una amplia gama del mercado, el manómetro DI/DU está firmemente dirigido al mercado industrial y, como tal, está disponible tanto en salidas estándar de 0-10 V como de 4-20 mA, con rangos que abarcan de 2000 a 0,1 mbar.
DIAVAC/Cápsula/BOURDONVAC (dial mecánico): cuando la mayoría de la gente piensa en un manómetro, eso es lo que se imagina. Un sencillo mecanismo mueve físicamente un dial contra un fondo, lo que proporciona una indicación clara de la presión sin necesidad de una pantalla independiente. Como tal, a menudo se utilizan como copia de seguridad para que los usuarios de un sistema puedan ver lo que está sucediendo.
Medidores indirectos
Los medidores indirectos a menudo dependen de dos métodos: transferencia térmica o ionización. La transferencia térmica suele abarcar desde la atmósfera hasta el vacío medio, y la ionización suele abarcar desde el vacío medio hasta el vacío alto o ultraalto. A menudo, estas dos tecnologías se combinan en un único sensor que ofrece una medición de rango completo.
TTRN/TTRR (Pirani - Térmico): se utiliza en vacío medio y alto, a menudo como alternativa barata a los medidores piezoeléctricos/capacitivos en los que la precisión es menos importante. Existen dos tipos principales: MEMS (TTRN) y Filamento (TTRR). Aunque la tecnología MEMS ha aumentado el alcance y la precisión, el propio sensor es menos capaz de hacer frente a la contaminación por partículas y otros contaminantes y, por lo tanto, requiere protección si se utiliza. La tecnología de filamentos se ha utilizado durante muchos años en procesos industriales y, con su filamento de alta temperatura, no solo puede hacer frente al 99 % de los requisitos del proceso, sino que es más rentable y, por lo tanto, se elige más comúnmente en aplicaciones industriales.
PTRN (cátodo frío - medidor de ionización): cuando se busca medir por debajo de 1e-4, el calibrado de cátodo frío es la opción más popular. Su sencilla construcción de ánodo/cátodo es resistente a las ráfagas de presión y, gracias a su pequeño tamaño y a su bajo campo magnético disperso, tiene poco o ningún impacto en su entorno circundante. Gracias a su construcción sencilla, el usuario puede realizar el mantenimiento de forma fácil y económica, lo que reduce el coste total de propiedad
ITRN (cátodo caliente - medidor de ionización): donde el calibrado de cátodo frío es más robusto, el calibrado de cátodo caliente ofrece mayores niveles de precisión y un rango de medición más amplio. Por lo tanto, este tipo de manómetro se puede utilizar donde sea necesario para aplicaciones industriales, pero a menudo necesitará protección del proceso mediante el montaje en un codo o con alguna forma de deflector.
Con los indicadores indirectos hay otra subsección de Activo y Pasivo. La mayoría de los medidores del mercado son activos, con componentes electrónicos que procesan la señal para proporcionar una salida simple de 0-10 V u otra salida digital a bordo. Sin embargo, en entornos con grandes cantidades de radiación, esto simplemente no es posible, ya que la electrónica se rompería. En estas circunstancias, puede obtener versiones de los medidores con los componentes electrónicos trasladados a un controlador que pueda colocarse lejos del área radiada. Estas son nuestras gamas TR (pirani), PR (cátodo frío) e IE (cátodo caliente).
Nivel de vacío
Ahora que ya conoce un poco los diferentes tipos de calibres y sus puntos fuertes y débiles, es hora de limitar la elección. El nivel de vacío es un buen punto de partida, ya que el sensor debe ser capaz de medir a la presión del proceso. Las clasificaciones y rangos típicos incluyen:
Vacío aproximado: de la atmósfera superior a 1 mbar; si esto es todo lo que necesita medir, normalmente se utilizaría un manómetro DI/DU, aunque si necesita un mayor nivel de precisión, la actualización al CTRN garantizará un seguimiento preciso del proceso.
Vacío medio: de1 mbar a 10-3 mbar: una vez que se mide hasta este nivel, la opción es utilizar varios medidores CTRN para cubrir todo el rango de bombeo, o un TTRN que cubrirá el rango con un solo medidor, pero con una precisión menor.
Alto vacío: de 10-3 mbar a 10-9 mbar - Las opciones para alto vacío son la calibración PTRN e ITRN. Para facilitar el uso, el coste del ciclo de vida y la flexibilidad de la instilación, la mayoría de las aplicaciones se adaptarán al PTRN, con solo unos pocos casos específicos que requieren la mayor precisión del ITRN.
Vacío ultraalto: de 10-9 mbar a 10-12 mbar: al medir en UHV, la única opción es el calibrado de cátodos calientes, por lo que nuestra línea ITRN activa o nuestra línea IE pasiva. Ambos son muy precisos, pero se beneficiarán de no estar directamente en la línea de visión del proceso.
Impactos del proceso en los medidores
La forma en que los procesos pueden afectar a los medidores desempeña un papel significativo en la selección. El impacto de la aplicación en la tecnología de medidores seleccionada debe evaluarse cuidadosamente, así como el impacto potencial de:
Polvo o residuos del proceso: si se tratan con regularidad, los mejores tipos de medidores son el CTRN y el DI/DU. Si se necesita medir un nivel de vacío más bajo, el TTR91R con su filamento caliente y filtro integrado también ofrecerá un buen rendimiento.
Gases corrosivos: de nuevo, las gamas CTRN y DI/DU son perfectas, ya que los materiales en contacto con el vacío son altamente resistentes a la corrosión. Al medir a niveles más bajos, tendrá que evaluar los gases específicos con nuestros materiales de construcción para garantizar una larga vida útil, algo con lo que nuestro equipo de aplicaciones especializado puede ayudarle.
Ventilación frecuente: en este caso, el CTRN es perfecto, ya que está diseñado para aplicaciones de bloqueo de carga rápida. Además, el TTR101 combina una pequeña celda capacitiva con un filamento Pirani, por lo que, si se trabaja en un amplio rango, puede rastrear con precisión las ráfagas de presión y devolver cifras fiables. Una vez más, si se mide en niveles de vacío más bajos, el PTRN es una opción adecuada, ya que su ánodo/cátodo robusto es resistente a la entrada de aire de choque.
Vibraciones: las vibraciones pueden afectar a la estabilidad de las lecturas cuando los medidores utilizan tecnología de filamento (como el TTR91R) o cátodo caliente (ITR). Por lo tanto, en ambos casos, el manómetro debe aislarse si es posible o utilizar el cátodo frío (PTRN) que no se vea afectado.
Radiación de partículas o rayos X: aquí se limita a la calibración pasiva, ya que la radiación interferirá con la electrónica de calibración activa.
Aunque los calibres CTRN y DI/DU se mencionan mucho como adecuados para aplicaciones exigentes, su talón de Aquiles siempre será su rango y coste. Por lo tanto, el tipo de manómetro más utilizado es el pirani, específicamente el tipo de filamento, ya que ofrece un coste y un rendimiento muy equilibrados.
Interfaz con su sistema
La mayoría de las aplicaciones utilizan una señal simple de 0-10 V que se puede convertir en una presión mediante una ecuación sencilla. Está disponible en todos nuestros medidores activos. Sin embargo, algunas industrias siguen favoreciendo la salida de 4-20 mA, por lo que el manómetro DI/DU, que está firmemente dirigido a aplicaciones industriales pesadas, tiene una variante de 4-20 mA.
Sin embargo, con el aumento de la recopilación de datos, se están volviendo más comunes los protocolos de comunicación digital directamente en el propio cabezal del manómetro, en lugar de a través de un convertidor de cubo. Estos incluyen RS232/RS485, EtherCAT, Profibus, Ethernet IP, y la lista continúa.
Costes y mantenimiento
Como se ha mencionado anteriormente, es importante saber lo que se desea medir, pero todos tienen un presupuesto. Es posible que desee una precisión del 0,1 %, pero si puede obtener una precisión del 1 % por la mitad del coste, puede ser importante tener en cuenta lo que realmente necesita para operar y supervisar su sistema.
Los principales puntos que afectan al coste son la precisión y el rango de presión:
Exactitud: como cabría esperar, una alta exactitud suele generar mayores costes. Esto es especialmente cierto cuando se trabaja en vacío medio o grueso y los medidores de capacitancia son significativamente más caros que los piezomedidores.
Rango de presión: a menudo, para medir en un rango de presión más amplio, se integran dos tipos de manómetros en uno, lo que aumenta el coste del manómetro integrado, pero entonces puede ahorrar al tener solo una brida en su sistema.
El mantenimiento también es importante a la hora de considerar el ciclo de vida del producto.
- Al igual que con las bombas, un programa de mantenimiento adecuado puede aumentar en gran medida la vida útil del manómetro y garantizar un rendimiento conforme a las especificaciones cuando se trabaja en entornos adversos.
- En algunos medidores, el mantenimiento consiste simplemente en cambiar la célula de medición (como en el TTR91R) o puede ser retirar la célula de medición y limpiarla manualmente (como en la serie PTRN). Luego, en el extremo superior, los medidores como el CTRN se clasifican como “sin mantenimiento”, ya que son capaces de hacer frente a los entornos más adversos. La única entrada necesaria por parte del cliente sería poner a cero el manómetro, pero incluso esto solo es necesario en los procesos más exigentes.
Conclusión final
La elección del manómetro adecuado para una generación de vacío eficaz requiere comprender sus niveles de vacío y las necesidades de su proceso. Si bien puede parecer una opción desalentadora, si analiza cuidadosamente los requisitos de su sistema, las opciones se pueden reducir fácilmente para que pueda implementar el calibre perfecto para su sistema.
El último punto que debe tener en cuenta es si necesita una pantalla/controlador local específico para su manómetro.
Obviamente, esto le permite ver la presión de su sistema lejos de cualquier HMI dedicada, pero también ofrece la capacidad de tener un punto de integración para su sistema de indicadores, en lugar de múltiples, lo que facilita dicha integración. Tenemos dos gamas principales, los modelos básicos DISPLAY, que se centran en proporcionar simplemente una pantalla local, y los modelos GRAPHIX más avanzados que ofrecen mayores opciones de conectividad.
