Informazioni tecniche

Separatori a membrana e sistemi con separatore a membrana
Applicazioni - Funzionamento - Esecuzioni
Scheda tecnica WIKA IN 00.06

Definizione
I separatori a membrana sono impiegati per le misurazionidella pressione laddove il fluido di processo non deve entrare
in contatto con l'elemento sensibile dello strumento di misura.
Un separatore a membrana ha due compiti primari:
1. Separazione dello strumento di misura dal fluido di processo
2. Trasferimento della pressione allo strumento di misura

Strumento per la misura dipressione■ Manometro■ Trasmettitore di pressione■ Pressostato
Liquido di riempimento
Tipo di montaggio

Funzionamento di un separatore a membrana■ Montaggio diretto■ Capillare■ Dissipatore termico

Il funzionamento di un separatore a membrana è illustrato
nella figura sulla destra.

Membrana

Principio
Il lato processo del separatore è isolato da una membrana
flessibile. Lo spazio interno tra la membrana e lo strumento
di misura della pressione è completamente riempito con
un fluido di trasmissione. La pressione di processo viene
trasmessa, tramite la membrana elastica, al fluido e daqui all'elemento di misura dello strumento di misura dellapressione.
In molti casi, tra il separatore a membrana e lo strumento dimisura della pressione è connesso un capillare per (ad es.)eliminare o minimizzare gli effetti della temperatura dal fluido
caldo allo strumento di misura. Il capillare influisce sul tempo
di risposta dell'intero sistema.
Il separatore a membrana, il capillare e lo strumento dimisura formano un sistema chiuso. Le viti di riempimento
sigillate sul separatore a membrana e lo strumento di misura
non devono pertanto essere mai aperte in quanto la funzionedel sistema verrebbe compromessa dalla fuoriuscita delliquido di riempimento!
La membrana e l'attacco al processo sono gli elementi delsistema che vengono a contatto con il fluido. Pertanto, ilmateriale di cui sono fatti deve rispettare i più importantirequisiti in termini di resistenza alla temperatura e alla
corrosione.
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Separatore a membrana■ Corpo superiore delseparatore a membrana■ Parte inferiore delseparatore a membrana

Attacco al processo■ Attacco filettato■ Attacco flangiato■ Attacco igienico-sanitario

Esempio d'installazione del sistema separatore amembrana

Se la membrana perde, il liquido di riempimento del sistemapuò entrare nel fluido di processo. Per le applicazioni
nell'industria alimentare, il liquido di riempimento deveessere omologato per il contatto con alimenti. Nelselezionare il liquido di riempimento, sono di cruciale
importanza i seguenti fattori: compatibilità, condizionidella temperatura e della pressione nel fluido di processo.
Soluzioni specifiche per il cliente possono essere realizzate
per le diverse condizioni di impiego delle applicazioni.
I sistemi con separatore ai membrana sono in
grado di resistere alle estreme temperature di-130 ... +450 °C [-202 ... + 842 °F] e a pressioni di
35 mbar ... 3.600 bar [0,5 ... 52.200 psi].
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Campi di applicazione
I separatori a membrana permettono di impiegare un considerevole numero di strumenti di misura della pressione anche nelle
applicazioni più difficili.
Esempi■ Il fluido è corrosivo e lo strumento di misura della pressione

stesso (ad esempio l'interno di una molla tubolare) non può
essere protetto a sufficienza dal fluido.
■ Il fluido è altamente viscoso e fibroso, ciò crea problemi
di misurazione a causa degli spazi morti e delle ostruzioni
nei fori dello strumento di misura della pressione (porte dipressione, molle tubolari).
■ Il fluido ha la tendenza a cristallizzare o a polimerizzare.
■ Il fluido si trova a temperature molto elevate. Lo strumento
di misura si riscalda velocemente. Tale riscaldamento
implica un elevato errore dovuto alla temperatura nella
misurazione dello strumento di misura della pressione.
La temperatura aumentata può anche eccedere i limiti
superiori per il carico termico dei componenti dello
strumento di misura.
■ Il punto di misura della pressione è in posizione scomoda.
Per ragioni di spazio, lo strumento di misura della pressione
non può essere installato o letto oppure può essere letto
solo con difficoltà. Con l'installazione di un separatore
a membrana ed utilizzando un capillare più lungo, lo
strumento di misura della pressione può essere installato in
un punto in cui può essere letto più facilmente.

■ Durante la fabbricazione del prodotto e nell'impianto

produttivo vanno rispettati requisiti igienico-sanitari. Per tali
ragioni, devono essere evitati punti morti e sottosquadri
nelle parti a contatto col fluido.
■ Il fluido è tossico o aggressivo per l'ambiente. Non deve
poter entrare a contatto con l'atmosfera o l'ambiente
a seguito di eventuali perdite. Per motivi di sicurezza
e protezione ambientale, vanno pertanto adottate leopportune misure di protezione.
Grazie ai suoi numerosi anni di esperienza, WIKA è in grado di
trasformare misure ambiziose in soluzioni all'avanguardia dellatecnica.
Vantaggi dell'utilizzo dei separatori a membrana■ Elevata durata del sistema di misura■ Costi di installazione ridotti■ Eliminazione della manutenzione

Combinazioni di sistemi con separatori a membrana
Un sistema separatore a membrana viene definito dallo strumento di misura della pressione, dal tipo di attacco e dal
separatore a membrana con attacco al processo.
Sono disponibili esecuzioni del separatore, liquidi di riempimento e accessori ottimali per ogni tipo di applicazione.

Manometro

Sensore di pressione

Montaggio diretto

Attacco flangiato
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Trasmettitore di pressione

Dissipatore termico

Attacco filettato

Pressostato

Capillare

Attacco igienico-sanitario
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Tipi di montaggio
Il tipo di montaggio richiesto per gli strumenti di misura dellapressione con separatori a membrana dipende, tra le altrecose, dalle condizioni di impiego del sistema con separatore
a membrana. Si può scegliere tra montaggio diretto, capillare
flessibile o dissipatore termico. Ciò permette di adattare
il sistema separatore con a membrana alle condizioni
specifiche del cliente. Nella scelta del tipo di montaggio
vanno presi in considerazione gli influssi sulla capacità dimisura del sistema separatore a membrana. Ad esempio, ilmontaggio tramite capillare o dissipatore termico comporta
un tempo di risposta più lungo rispetto al montaggio diretto.

Dissipatore termico
Con fluidi caldi, il dissipatore termico garantisce che il fluido
di riempimento del sistema si raffreddi sufficientemente inmaniera tale da garantire una misurazione precisa.
Dissipatore termico (esempi)

Montaggio diretto
Il montaggio diretto viene effettuato saldando lo strumento
di misura direttamente al separatore a membrana tramite un
adattatore di connessione.
Montaggio diretto tramite adattatore di connessione
assialeCapillare
Il capillare è un elemento di connessione flessibile tralo strumento di misura e il separatore a membrana, che
in genere è composto da un tubo, un tubo flessibile diprotezione del capillare e, opzionalmente, un'ulteriore guaina.
I capillari vengono utilizzati quando i fluidi di processo sonoa elevata temperatura, dal momento che essi vengono
raffreddati attraverso la linea di connessione. Inoltre, questo
tipo di montaggio è adatto per disaccoppiare forti vibrazioni ose lo strumento di misura non può essere montato nel punto
di misurazione o è più facile leggerlo in un altro punto.
Capillare (esempio)

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Attacco al processo ed esecuzione
I sistemi con separatore a membrana vengono utilizzati in applicazioni difficili in una vasta gamma di settori. Per ogni
applicazione sono disponibili attacchi al processo ed esecuzioni ottimali.
La scelta del giusto separatore a membrana dipende sia dalle specifiche tecniche sia dalle opzioni di installazione e dai
requisiti di ogni compito di misurazione specifico.
Classificazione degli attacchi al processo■ Attacco flangiato■ Attacco filettato■ Attacco igienico-sanitario

Attacco flangiato

I separatori a membrana con attacco flangiato possono
essere utilizzati per processi con fluidi aggressivi, adesivi,
corrosivi, altamente viscosi, pericolosi per l'ambiente o
tossici. I separatori a membrana con attacchi flangiati
sono disponibili nelle dimensioni per tutte le comuni flange
standard. La superficie di tenuta è affacciata e la membrana
è progettata per essere affacciata o interna.

Versione con estensione della membrana

14206602.02

A cellaIl tipo a cella è una variante specifica del separatore amembrana con attacco flangiato. È composto da una piastra
cilindrica il cui diametro corrisponde all'area della superficie
di tenuta delle flange standard corrispondenti. La membrana
è affacciata e adatta al diametro nominale.
Un coperchio cieco viene utilizzato per montare il tipo a cella,disponibile per tutte le flange standard comuni.

Separatore in-line con attacco flangiato
Questi separatori a membrana sono eccezionalmente adatti
all'impiego nella misura di fluidi in movimento. Il separatore
in-line è fissato direttamente alla tubazione utilizzando flange
su ambo i lati. Questa integrazione nella linea di processo
previene turbolenze fastidiose, dal momento che questo
design non presenta angoli, spazi morti o altre ostruzioni
nella direzione del flusso. Larghezze nominali diverse
permettono di adattare il separatore in-line alla sezione
di qualsiasi tubazione. I separatori in-line sono disponibili
anche con esecuzione a cella.

14219250.01

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Separatore in-line con attacco flangiato

A cellaScheda tecnica WIKA IN 00.06 ∙ 05/2022

14217473.01

Membrana interna

14219130.01

Membrana affacciata

Versione con estensione della membrana
I separatori a membrana con estensione sono impiegati,
tra le altre cose, su linee incamiciate o serbatoi con elevato
spessore delle pareti, ecc. La versione con estensione è
disponibile per le esecuzioni flangiate e a cella.

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Attacco filettato

I separatori a membrana con attacco filettato possono
essere utilizzati per processi con fluidi aggressivi, adesivi,
corrosivi, altamente viscosi, pericolosi per l'ambiente o
tossici. L'attacco delle parti superiori e inferiori del separatore
a membrana è disponibile in una versione filettata o saldata.
Nella loro versione standard, questi separatori a membranasono disponibili con filettatura femmina o maschio. L'ampia
varietà di attacchi al processo disponibili consente gli
adattamenti più diversi senza alcuna complicazione. Il
materiale della parte superiore e della parte inferiore delseparatore a membrana può essere lo stesso o differente.

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Esecuzione saldata

14204961.02

Esecuzione filettata

Attacco igienico-sanitario

I separatori a membrana nella versione igienico-sanitaria
possono essere utilizzati per processi con gas, aria
compressa o vapore e anche con fluidi liquidi, pastosi,
polverosi e cristallizzanti. I separatori a membrana
resistono a qualsiasi temperatura e soddisfano i requisiti
per connessioni sterili. La membrana affacciata può essere
integrata igienicamente in tutte le applicazioni grazie ai variattacchi al processo.
I separatori a membrana WIKA consentono di soddisfare
i criteri SIP e CIP, che sono un requisito essenziale per leapplicazioni sanitarie.

Separatore in-line per attacco igienico-sanitario

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Controdado femmina

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Attacco clamp

Separatore in-line per attacco igienico-sanitario
Il separatore a membrana in-line è particolarmente adatto
all'utilizzo con fluidi in movimento. Grazie alla tenuta
completamente integrata lungo la linea del processo, lemisure non causano nessun tipo di turbolenza fastidiosa,angoli, spazi morti o altre ostruzioni nella direzione del flusso.
Il separatore a membrana in-line è fissato direttamente alla
tubazione. Con i separatori in-line, il fluido scorre senza
alcun ostacolo, effettuando l'autolavaggio della camera dimisura. Larghezze nominali diverse permettono di adattare il
separatore in-line alla sezione di qualsiasi tubazione.

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Materiali e rivestimenti
Il materiale predominante dei separatori a membrana èl'acciaio unox 316L. Per le parti a contatto con il fluido, èdisponibile un'ampia gamma di materiali e rivestimenti
speciali adatti a quasi tutte le aree specifiche di applicazione.
WIKA offre questa varietà di materiali diversi al fine di riuscirea trovare la migliore soluzione possibile per le esigenze delpunto di misura.
La selezione dei materiali dei separatori a membrana
dipende fortemente dalle condizioni di impiego. Oltreal carico di pressione, devono essere noti i requisiti ditemperatura e la resistenza al fluido. Dopodiché può essere
effettuata la selezione materiale del separatore a membrana.
La selezione può essere pensata con diversi materiali perla base, la superficie di tenuta e la membrana, non essendo
ugualmente a contatto col fluido in ogni versione.

Combinazioni di materiali e rivestimenti
Specie quando si usano materiali speciali, possono
verificarsi elevati costi e lunghi tempi di consegna.
Tale circostanza può essere risolta da una selezione
intelligente di combinazioni di materiali e rivestimenti. Un
materiale base conveniente viene usato per le parti chesostengono il carico, ad esempio, e solo le parti a contatto
con il fluido sono realizzate in un materiale speciale o hanno
un rivestimento. Gli attacchi e i raccordi svolgono un ruolo
importante, dal momento che non sempre i vari materiali
possono essere a contatto col fluido. Indipendentemente
dalla tipologia dell'attacco questi separatori a membranasono in grado di resistere a condizioni di impiego estreme.

Materiale

Sistema di numerazione unificato (UNS)

Acciaio inox 904L (1.4539)

N08904

Acciaio inox 321 (1.4541)

S32100

Acciaio inox 316Ti (1.4571)

S31635

Acciaio inox 1.4466 (Urea Grade)

S31050

Duplex 2205 (1.4462)

S31803

Superduplex 1.4410

S32750

Tantalio (anche rivestimento)

R05200

Hastelloy C276 (2.4819)

N01276

Hastelloy C22 (2.4602)

N06022

Inconel 600 (2.4816)

N06600Incoloy 825 (2.4858)

N08825

Inconel 625 (2.485)

N06625

Monel 400 (2.4360)

N04400Nichel 200 (2.4066)

N02200Nichel 201 (2.4068)

N02201

Titanio 3.7035 (classe 2)

R50400Titanio 3.7235 (classe 7)

R52400

Zirconio GR702

R60702

Acciaio inox 316L (1.4404 o 1.4435)

S31603La temperatura di processo massima ammissibile è limitata dal tipi di raccordo e dal liquido di riempimento. La temperatura
massima di processo può essere trovata nella scheda dati del separatore a membrana.
Rivestimenti

Acciaio inox con rivestimento ECTFE
Acciaio inox con PFA (FDA; 21 CFR 177.1550 e 21 CFR 177.2440)
Acciaio inox con rivestimento PFA antistatico (adatto per applicazioni EX)
Acciaio inox con placcatura in oro
Acciaio inox con oro rodiato
Acciaio inox con Wikaramic®

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Fluidi di riempimento
Nella scelta del fluido di riempimento del sistema per unseparatore a membrana, fattori come la compatibilità delfluido e le condizioni di temperatura e pressione sul punto
di misura sono di fondamentale importanza al fine di evitare
pericoli nel processo. Sulla base del fluido di riempimento,
è necessario rispettare l'intervallo minimo e massimo dellatemperatura di esercizio. Inoltre, occorre considerare lavariazione di volume del fluido di riempimento del sistema atemperature di applicazione estreme.
Usi altamente infiammabili come applicazioni con ossigeno
e cloro e i requisiti elevati delle applicazioni igienico-sanitarie
e dell'industria dei semiconduttori sono anche cruciali nella
scelta del giusto fluido.

Denominazione

NumeroPunto diKN

°C

Glicerina

7

Olio siliconico

17

Idrocarburo
alogenato

Le proprietà dei fluidi di riempimento del sistema interessanola temperatura operativa ammissibile del sistema separatore
a membrana. Dal momento che i parametri dei fluidi diriempimento del sistema variano, WIKA offre un'ampia
gamma per coprire le varie applicazioni.
Omologazione FDA
La FDA (“Food and Drug Administration”) è un organismo
statunitense sottostante al Department of Health. Essosi occupa del monitoraggio di alimenti e farmaci e il suo
obiettivo è proteggere la salute pubblica negli Stati Uniti.
I liquidi che sono riusciti a penetrare nel prodotto finale incaso di guasto devono essere conformi FDA.

Densità a
25 °C

Cinematica
Viscosità a 25 °C

°C

g/cm³

cSt

54,5

Per uso universale

-35

+240

1,26

759,6

FDA 21 CFR 182.1320

-90

+200

0,92

4,4

Basse temperature

21

-60

+175

1,89

10,6

Ossigeno 1) e cloro

Metilciclopentano

30

-130

+60

0,74

0,7

Per temperature molto
basse

Olio siliconico adelevata temperatura

32

-25

+400

1,06

47,1

Per alte temperature

Neobee® M-20

59

-35

+260

0,92

10,0

FDA 21 CFR 172.856,
21 CFR 174.5

Acqua DI

64

+4

+85

1,00

0,9

Per fluidi ultrapuri

Olio siliconico

68

-75

+250

0,93

10,3

Mix di acqua DI /propanolo

75

-30

+60

0,92

3,6

Per fluidi ultrapuri

Olio minerale bianco
medicinale

92

-15

+260

0,85

45,3

FDA 21 CFR 172.878,
21 CFR 178.3620(a);USP, EP, SP

Olio siliconico

identificativo2

solidificazione-45

Punto diebollizione/
degradazione

+300

0,96

Nota

Altri fluidi di riempimento su richiesta
Nota:■ Il limite di temperatura inferiore stabilito è una pura caratteristica fisica del fluido di riempimento. Il tempo di risposta risultante deve essere calcolato e valutato separatamente.
■ Il limite di temperatura superiore per un separatore a membrana è ulteriormente limitato dalla pressione operativa e dalla membrana. Per determinare il limite di temperaturasuperiore per il singolo separatore a membrana è necessario effettuare un calcolo.

1) Per esecuzioni con ossigeno, si applicano i seguenti valori secondo prova BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, istituto federale di ricerca ed analisi del materiale):Temperatura massima
a 60 °C> 60 °C a 100 °C> 100 °C a 175 °C

Massima pressionedell'ossigeno
50 bar
30 bar
25 barScheda tecnica WIKA IN 00.06 ∙ 05/2022

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Fattori che influenzano la misura
Tempo di risposta
Singoli componenti combinati causano generalmente
un ritardo nell'uscita del valore misurato. Tale ritardo
viene definito come tempo di risposta e varia in funzionedell'assemblaggio.
Fattori quali il volume di controllo dello strumento di misura,la lunghezza del capillare e la sua sezione associata sono
inclusi nel calcolo. Si può pertanto concludere che il tempo
di risposta aumenta con un grande volume di controlloo un capillare lungo. È possibile contrastare tale effetto
selezionando uno strumento di misura con un piccolo volume
di controllo, un capillare corto o un capillare con una sezione
maggiore.
Oltre alle variabili geometriche del sistema separatore amembrana, va considerata, tra le varie cose, la viscositàdel fluido di riempimento. Maggiore è il valore di viscositàe più viscoso è il fluido. Un'ottimizzazione del tempo dirisposta può dunque essere realizzata scegliendo un fluido diriempimento con minore viscosità.
Inoltre, le temperature applicate influiscono sulle proprietà
fisiche del fluido di riempimento del sistema. All'aumentaredella temperatura, il fluido diventa meno viscoso e il tempo
di risposta si accorcia. Per contro, il tempo di risposta dello
strumento di misura aumenta al diminuire della temperatura
dovuto alla viscosità crescente.

L'effetto opposto viene visto quando la temperatura scende.
La diminuzione di volume determina una deflessione dellamembrana nella direzione del letto della membrana. La
riduzione di temperatura provoca un offset negativo del punto
zero dovuto alla forza di ripristino della membrana.
Differenza di altezza
Qualsiasi differenza di altezza tra lo strumento di misuradella pressione e il separatore a membrana (ciò si applica
soprattutto quando si usano capillari) influisce sulla misura.
Questo è dovuto alla pressione idrostatica della colonna
di liquido nel capillare. L'indicazione si riduce quando lo
strumento di misura della pressione è posizionato più inalto rispetto al separatore. L'indicazione, ivece, aumenta
quando la strumento è posizionato più in basso. L'altezza
di differenza deve essere nota quando si progetta l'intero
sistema in fabbrica in maniera tale da poterne tenere conto
conformemente.
Nota bene: dopo il montaggio si raccomanda un test delpunto zero e, se necessario, una correzione dello stesso.

Influenza della temperatura
I sistemi con separatore a membrana sono generalmenteriempiti a temperatura ambiente. Se nell'ambiente o nel
processo vi sono variazioni di temperatura, essi hanno
un effetto negativo sui valori di uscita dello strumento
di misura. Il motivo sta nel cambiamento delle proprietà
fisiche del fluido di riempimento del sistema. Se il sistema
di misura sperimenta un aumento di temperatura, si verifica
un aumento di volume che porta a una deflessione dellamembrana nella direzione del processo. La forza di ripristinodella membrana garantisce simultaneamente un offset
positivo del punto zero sullo strumento di misura.

11/2023 IT based on 05/2022 EN

Per contrastare tale errore occorre scegliere diametri grandidella membrana, a causa della loro bassa rigidità. Altri fattori
che contrastano l'offset del punto zero sono un più basso
volume non utilizzabile dell'intero sistema e un più bassocoefficiente di dilatazione termica del fluido di riempimento.
© 09/2010 WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, tutti i diritti riservati.
Le specifiche tecniche riportate in questo documento rappresentano lo stato dell'arte al momento della pubblicazione.
Ci riserviamo il diritto di apportare modifiche alle specifiche tecniche ed ai materiali.
In caso di una diversa interpretazione tra la scheda tecnica tradotta e quella in inglese, prevale quest’ultima.

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