Características e critérios de seleção de Poços Termométricos

Poços termométricos são usados para a proteção de sensores de temperatura tais como termopares, termistores e termômetros bimetálicos contra danos por pressão excessiva, velocidade do material e corrosão. Eles também aumentam a longevidade do sensor, permitem a substituição do sensor sem drenar o sistema e reduzem a probabilidade de contaminação. Poços termométricos projetados para aplicações de alta pressão são normalmente usinados a partir de barras de metal, para garantia de integridade. Poços termométricos menores para uso em ambientes de baixa pressão podem ser construídos de tubos, com uma extremidade fechada com solda.

Os poços termométricos são categorizados de acordo com o projeto da haste. Um poço termométrico reto tem o mesmo diâmetro em todo o comprimento de inserção e confere proteção contra a corrosão e erosão. Poços termométricos escalonados geralmente têm diâmetro de ¾" no alto, reduzido para diâmetro de 1/2" próximo à ponta. A área de superfície reduzida permite velocidades mais suaves e resposta mais rápida à mudanças de temperatura. Poços termométricos cônicos têm um diâmetro que diminui gradualmente ao longo do comprimento da inserção. Eles oferecem uma resistência superior, bem como tempos de resposta mais rápidos às mudanças de temperatura. Poços termométricos são mais usados em aplicações de alta velocidade. Estudos de casos realizados com poços termométricos retos e cônicos usados em tubulações de gás natural revelaram que termopares retos apresentavam falha precoce, quando expostos a vibrações induzidas pela vazão.

Os poços termométricos podem ser conectados a um RTD, termistor ou termopar por meio de diferentes tipos de conexão. Alguns dos mais comuns são:

As conexões roscadas são feitas de materiais que podem ser soldados e fornecem resistência adicional. Em processos onde contaminantes provenientes de roscas devem ser evitados, como nos setores de alimentos e farmacêutico, conexões soldadas são as mais utilizadas. Conexões em O-ring utilizam um O-ring para vedar o interior de um casquilho soldado em um tanque. A construção de dupla solda do poço termométrico de flange ANSI B16.5 sela as juntas abertas interna e externamente, para impedir a entrada de substâncias corrosivas nas reentrâncias.

Nos processos onde diversos tipos de dispositivos da medição são usados, escolher um tamanho padrão de furo permite maior flexibilidade. Isto permite que um único poço termométrico seja usado para um termopar, RTD, termômetro bimetálico ou termômetro de teste. Estes tamanhos de furo padrão ajustam-se aos dispositivos sensores de temperatura mais usados e incluem os seguintes:

Diâmetro do furo 0,26":
Termômetros bimetálicos com haste de 1/4"
Termopares calibre Nº 20 líquido sem proteção em teste de vidro termômetros e outros dispositivos com um diâmetro máximo de 0,25"

Diâmetro do furo 0,385":
Termopares calibre Nº 14 líquido com proteção em teste de vidro com proteção termômetros outros dispositivos com diâmetro máximo de 0,35"

A seleção do material correto é crucial para a longevidade de um poço termométrico. O tipo de substância química, a temperatura e fluxo aos quais o poço termométrico será exposto devem ser considerados, na especificação do material. Os efeitos corrosivos de soluções químicas são aumentados em concentrações e temperaturas superiores. Além disso, partículas em suspensão no fluido podem causar erosão. A lista a seguir inclui alguns dos materiais mais utilizados para a construção de poços termométricos:

Aços carbono têm baixa resistência a substâncias corrosivas e se limitam a aplicações com baixa temperatura e pressão. O material mais usado para poços termométricos é aço inoxidável. Um poço termométrico de aço inoxidável é econômico e altamente resistente ao calor e à corrosão. Aço cromo/molibdênio é um aço inoxidável de alta resistência usado para vasos pressurizados. O acréscimo de molibdênio melhora a resistência à corrosão. A liga de Haynes é composta de cobalto, níquel, cromo e tungstênio. Ela é mais usada para sulfetização, carburização e ambientes contendo cloro.

O comprimento de inserção é a distância entre o ponto de conexão do poço termométrico até a ponta. Para obter a maior precisão possível, o comprimento de inserção deve ser longo o bastante para permitir que toda a porção sensível a temperatura do dispositivo de medição se estenda para dentro do meio a ser medido. Durante a medição da temperatura de líquidos com um sensor de temperatura, o dispositivo deve ser estendido para a solução no comprimento da porção sensível à temperatura mais um mínimo de uma polegada. Para gás ou ar, ele deve ser mergulhado no comprimento do segmento sensível a temperatura, mais três polegadas adicionais. A seção sensível à temperatura de um termopar ou termistor é curta; portanto, um poço termométrico com uma inserção mais curta pode ser usado. A seção sensível à temperatura de termômetros bimetálicos, RTDs e termômetros de líquido em vidro é entre 1 e 2" e deve ser mergulhada pelo menos 2-1/2" em líquido para precisão aceitável.

Todos os dispositivos sensores de temperatura são suscetíveis a deterioração pela exposição ao fluxo, ao calor e à pressão. Com o tempo, o ambiente rígido de processamento pode afetar o desempenho e a integridade estrutural do sensor. Por exemplo, os metais utilizados na fabricação de uma sonda termopar são vulneráveis a ambientes corrosivos. Além disso, o fio do termopar mede, em média, 0,10 a 0,20" em diâmetro e passará por alterações metalúrgicas com a exposição prolongada ao calor. Poços termométricos protegem o sensor de medição contra efeitos prejudiciais do ambiente de processo para impedirem oscilações na medição. Todos os dados de temperatura para processos críticos devem ser documentados com dispositivos de registro, tais como controladores de temperatura. Além disso, quaisquer sensores de temperatura utilizados em tais processos devem ser calibrados periodicamente para a conferência de sua precisão. Calibradores de sonda de bloco seco oferecem calibração rastreável conforme o NIST para sondas termistor, termopares e RTD. Equipamentos sem contato, tais como câmeras térmicas e pirômetros, calibradores infravermelhos de corpo negro fornecem precisão de 1%, mas com alta repetibilidade. Embora as calibrações possam ser realizadas no local, um laboratório de calibração credenciado conforme AS17025 garante que os métodos utilizados são rastreáveis segundo o NIST.