diafragma

Un diafragma es una membrana delgada y flexible sujeta o soldada por su borde entre dos cámaras o espacios. Se abomba hacia un lado o hacia el otro a medida que cambia la presión, convirtiendo el diferencial de presión en movimiento mecánico. El material suele ser elastómero (caucho natural o sintético), aleación metálica o compuesto laminado, elegido en función del rango de presión, la temperatura y el fluido implicados. A diferencia de un pistón que se desliza en un orificio, un diafragma se deforma en toda su superficie sin sellos ni cojinetes, por lo que aparece en miles de aplicaciones, desde las más pequeñas hasta las más grandes.

La función principal es la medición o el control. En los manómetros y transductores de presión, la deflexión del diafragma mueve un puntero o genera una señal eléctrica proporcional a la presión. En los reguladores y válvulas de alivio, el movimiento del diafragma abre o cierra un orificio para mantener la presión establecida. Los diafragmas de elastómero son adecuados para bajas presiones y servicios corrosivos; los diafragmas metálicos (normalmente de acero o bronce, de 0.3 a 1 mm de espesor) soportan presiones y cambios de temperatura más elevados. Los fuelles y los laminados multicapa amplían aún más el rango.

El dimensionamiento se rige por el área expuesta al diferencial de presión y la constante elástica necesaria para producir un movimiento útil a la presión objetivo. Un diafragma de elastómero de 50 mm de diámetro podría moverse de 5 a 10 mm en un rango de 0.5 bar; un diafragma metálico de 25 mm estirado entre 2 y 3 bar podría desplazarse solo 2 mm. El anillo de sujeción o de fijación es fundamental: una sujeción insuficiente provoca fugas; una sujeción excesiva desgarra el material o provoca deformación y fallo.

Modos de fallo y vida útil

El agrietamiento por fatiga se produce cuando los cambios cíclicos de presión superan el límite de resistencia del material, normalmente después de millones de ciclos. Los diafragmas de elastómero también pueden endurecerse, hincharse o degradarse por la radiación UV, el ozono o el ataque químico. Los diafragmas de válvula en los reguladores fallan cuando se alojan residuos en el asiento, impidiendo el cierre completo, o cuando el muelle se debilita. La fatiga del metal es menos común pero catastrófica; un diafragma perforado arruina el sello y la regulación. El mantenimiento preventivo incluye pruebas de presión periódicas e inspección del material donde sea accesible.

Los diafragmas aparecen en sistemas neumáticos e hidráulicos, tanques de presión de agua, reguladores de combustible, interruptores de vacío, controles accionados por la respiración y bombas dosificadoras. Su simplicidad, la ausencia de piezas móviles dentro de las cámaras, su bajo costo y sus modos de fallo intrínsecos (normalmente un cierre seguro en caso de rotura) los convierten en un estándar en aplicaciones críticas para la seguridad. El nombre deriva del griego diaphragma, que significa partición, y es etimológicamente el mismo que el diafragma anatómico, que también separa y se flexiona bajo la diferencia de presión.