I pozzetti termometrici proteggono i sensori di temperatura dai fluidi aggressivi. Come effetto negativo, questi raccordi aumentano il tempo di risposta termica. Pertanto, sapere esattamente cos’è quel tempo di risposta diventa un fattore chiave nel controllo di processi e sistemi.
Figura 1: La temperatura misurata (curva rossa) è sempre in ritardo rispetto alla temperatura effettiva (curva blu).
Nel mondo reale, nemmeno il miglior termometro risponde istantaneamente alle variazioni di temperatura in un processo industriale. Per prima cosa, il calore in un fluido richiede tempo per raggiungere il sensore. C’è, poi, anche il problema della dissipazione del calore in ogni parte del sistema di misura. La temperatura misurata, quindi, è sempre in ritardo rispetto alla temperatura effettiva. Questa differenza di tempo può essere di pochi secondi o di diversi minuti, ma un ritardo è inevitabile e dev’essere preso in considerazione nella scelta dei sistemi di temperatura.
Numerosi fattori influenzano il tempo di risposta di un sistema di misurazione della temperatura:
- Tipo, dimensione e materiale del sensore di temperatura
- Quanto velocemente il sensore viene immerso nel fluido
- Tipo di fluido (liquido, gas, superficie, ecc.)
Inoltre, molti processi industriali richiedono che un sensore di temperatura sia inserito all’interno di un pozzetto, il che aumenta anche i tempi di risposta.
In alcuni processi, come l’idrocracking, un tempo di risposta lento può comportare grossi problemi. Ad esempio, se la temperatura di processo aumenta rapidamente (tipicamente una situazione di fuga) prima che il sensore sia in grado di rilevare il cambiamento, la temperatura potrebbe superare i limiti di progettazione del serbatoio in acciaio e causare un guasto catastrofico.
Cos’è un pozzetto termometrico e quando utilizzarlo
Il pozzetto termometrico TW10 flangiato è progettato per l’industria petrolchimica.
I pozzetti termometrici, come il modello TW10 sono raccordi metallici progettati per proteggere i sensori di temperatura. Questi raccordi cilindrici possono essere realizzati con materiali diversi (acciaio inossidabile, lega di rame, acciaio resistente al calore, ecc.) e disponibili in un assortimento di dimensioni e spessori, a seconda del processo. I pozzetti termometrici vengono utilizzati abitualmente in condotte, processi petrolchimici, applicazioni on / offshore, compressori e impianti syngas per proteggere le sonde di temperatura elettriche da:
- Fluidi corrosivi e/o abrasivi
- Fluidi a rapido scorrimento
- Pressione estrema
I pozzetti termometrici hanno un altro vantaggio: consentono all’operatore di sostituire, tarare e ispezione i sensore senza interrompere il processo.
Come i pozzetti termometrici influiscono sui tempi di risposta della temperatura
Aggiungere un pozzetto termometrico al sistema di misura della temperatura significa avere un altro strato di materiale attraverso il quale il calore deve passare, oltre a maggiori opportunità di dissipazione del calore. I fattori che influenzano i tempi di risposta e la precisione sono il materiale, lo spessore e le dimensioni complessive del pozzetto. Pozzetti più ampi e con pareti più spesse aumentano la dissipazione del calore.
Tempi di risposta del sensore X senza pozzetto (curva blu), in pozzetto a parete sottile (curva arancione) e in pozzetto a parete spessa (curva grigia).
L’equilibrio ideale può essere semplicemente quello di utilizzare un pozzetto sottile a parete sottile, che ha un tempo di risposta più rapido e una migliore precisione rispetto a un pozzetto termometrico più spesso, ma il primo potrebbe non essere abbastanza robusto per determinati processi. Vi è una crescente richiesta in tutto il mondo per i calcoli di resistenza del pozzetto, che influisce sulla progettazione dello stesso. Le nuove versioni delle normative, come la ASME PTC 19.3 TW-2016, spesso comportano modifiche alle dimensioni del pozzetto che sono più corte e più spesse.
Come misurare i tempi di risposta termica
Esistono quattro modi per misurare il tempo di risposta di una sonda di temperatura elettrica: in acqua corrente, in aria corrente, su una superficie o in un corpo solido. Le norme americane ASTM E644-11 (metodi di prova standard per il test di termoresistenze industriali) e lo standard ASTM E839-11 (metodi di prova standard per termocoppie con guaina e cavo per termocoppia con guaina) forniscono le linee guida per le misure di temperatura.
Altre norme per la base dei tempi di risposta in acqua o aria si basano sulle seguenti norme e direttive:
- VDI / VDE 3522 Parte 1 (Comportamento dinamico dei termometri a contatto – Principi e valori caratteristici) e 3522 Parte 2 (Comportamento dinamico dei termometri a contatto – Determinazione sperimentale dei valori percentuali nel tempo)
- IEC 60751, capitolo 3.11 (Definizione del tempo di risposta termica – Influenza dei parametri di misura) e capitolo 6.5.2 (Tempo di risposta termica)
Diamo un’occhiata più da vicino alle misure in acqua.
Tempo di risposta di un pozzetto con il metodo dell’acqua corrente
WIKA utilizza un bagno d’acqua circolante per misurare i tempi di risposta termica con il metodo dell’acqua corrente
In questo test, il fluido è l’acqua. Essa scorre in un flusso laminare (al contrario di un flusso turbolento) ad una velocità> 0,2 m / s, e viene mantenuto a una temperatura costante. Il sensore di temperatura viene spostato molto rapidamente da una temperatura ambiente iniziale (T1) tra 5 ° C e 30 ° C all’acqua corrente (T2). Si misura e registra il tempo necessario per passare da T1 a T2.
Il test utilizza tre configurazioni:
- Sonda di temperatura elettrica senza pozzetto
- Sonda di temperatura elettrica con pozzetto a parete sottile
- Sonda di temperatura elettrica con pozzetto a parete spessa
Figura 3: tempo necessario per raggiungere il 50% (arancione), 63% (rosso) e 90% (verde) della temperatura effettiva
…e misura tre soglie di confronto:
- Al 50% della temperatura effettiva (t5)
- Al 63% della temperatura effettiva (t63)
- Al 90% della temperatura effettiva (t9)
Dai risultati della misura viene generato un diagramma del tempo di risposta. Il valore del 100% non viene determinato perché non viene mai raggiunto.
Come selezionare un pozzetto termometrico
Le applicazioni nell’industria di processo sono spesso molto specifiche e personalizzate e non è possibile confrontare i tempi di risposta con quelli dei prodotti standard. Se il tempo di risposta è critico per il processo, deve prima essere determinato in laboratorio.
La sfida nella scelta e progettazione dei sistemi di misura della temperatura è quella di conciliare i parametri e i requisiti di processo con le migliori prestazioni possibili e il minor costo possibile. Contatta gli specialisti della temperatura WIKA per i sistemi di sicurezza critici e per una consulenza esperta su sonde di temperatura elettriche, pozzetti termometrici e su quali siano le soluzioni di misura della temperatura più adatte ai vostri processi.
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