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Poços Termométricos

Poço termométrico é uma fundamental proteção do sensor de temperatura, com isso é possível obter uma medição de temperatura precisa, confiável e segura na maioria dos processos industriais. No entanto, é preciso saber determinar o poço termométrico correto para cada aplicação e obter o melhor resultado no desempenho do seu sistema de medição de temperatura. Ele também garante uma longa vida útil, facilidade de manutenção e integridade do processo.

Sensores de temperatura raramente são inseridos diretamente em um processo industrial. Eles são instalados em um poço termométrico para isolá-los das condições de processo potencialmente prejudiciais de tensões induzidas por fluxo, altas pressões e efeitos químicos corrosivos. Poços termométricos podem ser fabricados através de tubos ou na maioria das aplicações, usinados de barra maciça e solda, do qual são instalados no vaso de processo ou na tubulação e se tornam uma parte integrante da estrutura à prova de pressão. Eles permitem que o sensor seja removido do processo de forma rápida e fácil para calibração ou substituição, sem a necessidade de desligamento do processo ou possível drenagem do tubo ou vaso.

Os termopoços muitas vezes não são especificados corretamente, levando a falhas mecânicas graves. Eles podem falhar devido a rachaduras na solda por fadiga, tensão de dobra excessiva, pressão excessiva, corrosão ou erosão. A seleção e o posicionamento inadequados do poço termométrico também podem resultar em medições de temperatura menos precisas.

Determinar o poço termométrico correto.

A determinação adequada do poço termométrico inclui variáveis ​​que devem ser especificadas apropriadamente dependendo da aplicação para uma medição de temperatura ideal. Uma variedade de critérios de desempenho e condições de processos devem ser considerados ao selecionar o melhor projeto para uma aplicação.

  1. Tipo de conexão

Os termopoços são classificados de acordo com sua conexão ao processo. Os tipos mais comuns são rosca, solda de encaixe e flangeada. Cada um deles tem uma haste ou haste que se estende ao processo que pode ser reta com diâmetro constante, cônica do ponto de entrada à ponta, parcialmente cônica ou escalonada.

Poços termométricos rosqueados, são utilizados na tubulação ou tanque de processo, o que permite fácil instalação e remoção quando necessário. Embora seja o método mais comum, ele tem a classificação de pressão mais baixa das três opções. As conexões roscadas também estão sujeitas a vazamentos e, portanto, não são recomendadas para aplicações com materiais tóxicos, explosivos ou corrosivos.

Poços termométricos soldados são permanentemente soldados para processar tubos ou tanques. Consequentemente, a remoção é difícil e requer o corte do poço termométrico do sistema. A soldagem tem a classificação de pressão mais alta e geralmente é usada em aplicações com fluxo de alta velocidade, alta temperatura ou extrema alta pressão. Eles são necessários quando uma vedação à prova de vazamento é necessária.

Poços termométricos flangeados são aparafusados ​​a um flange correspondente que é soldado ao tubo ou tanque de processo. Eles fornecem classificações de alta pressão, fácil instalação e substituição simples. Poços termométricos flangeados são usados ​​em aplicações com ambientes corrosivos, alta velocidade, alta temperatura ou alta pressão.

  1. Opções de estilo

Uma segunda consideração é o estilo do poço termométrico. Os principais fatores a serem observados são os requisitos de pressão e vazão. Os poços termométricos são geralmente usinados em barra em uma variedade de materiais e podem ser revestidos com outros materiais para proteção contra erosão ou corrosão. Outro estilo é o design tubular, também conhecido como tubo de proteção.

Cada estilo tem prós e contras. Poços termométricos em barra podem suportar pressões mais altas e taxas de fluxo mais rápidas do que os tubos de proteção. Eles têm mais opções de materiais e podem ser montados de várias maneiras para atender aos diferentes requisitos de pressão do processo. Em contraste, poços termométricos tubulares têm uma classificação de pressão muito mais baixa e uma escolha limitada de materiais. Para temperaturas de até 1.200 °C, eles geralmente são feitos de ligas exóticas como o Inconel ou Hastelloy. Para temperaturas superiores a 1.800 °C, os tubos de proteção são de cerâmica.

  1. Material de construção

O material de construção é uma consideração importante na escolha de um poço termométrico para qualquer aplicação. O uso de material incorreto geralmente leva à falha prematura.
Embora existam muitas opções de materiais para poços termométricos, os mais comumente usados ​​são aço inoxidável 316, aço inoxidável 304, Duplex, Duper Duplex, Monel, Inconel e Hastelloy. 

Três fatores principais afetam a escolha do material:

  • Compatibilidade química com o meio do processo ao qual o poço termométrico será exposto;
  • Limites de temperatura;
  • Compatibilidade com o material da tubulação de processo para garantir soldas e junções sólidas e não corrosivas.

Escolha do tipo de haste do poço termométrico

A haste é a parte de um poço termométrico que é inserida na tubulação do processo. Os perfis de haste comuns são retos, escalonados e cônicos.

Os fatores a serem considerados ao selecionar um estilo de haste incluem:

  • Pressão do processo;
  • Velocidade necessária de resposta da medição;
  • Força de arrasto do fluxo de fluido no poço;
  • Efeitos de vibração induzida de liberação de vórtice.

Poços termométricos de perfil reto têm o mesmo diâmetro ao longo de todo o comprimento de imersão. Eles apresentam o maior perfil para o meio de processo e, portanto, têm a maior força de arrasto em comparação com outros estilos de poço com o mesmo diâmetro de raiz. O grande diâmetro da ponta também adiciona mais massa ao calor, o que retarda a resposta térmica do conjunto de medição. No entanto, este perfil possui as melhores propriedades de resistência mecânica.

Poços termométricos de perfil escalonado têm duas seções retas, com a seção reta de diâmetro menor na ponta. Para o mesmo diâmetro de raiz de um poço termométrico de perfil reto, este projeto tem menos exposição de perfil ao processo de escoamento e, portanto, exibe menos força de arrasto e tempo de resposta mais rápido devido à menor massa na ponta. 

Poços termométricos de perfil cônico têm um diâmetro externo que diminui uniformemente da raiz à ponta. Para o mesmo diâmetro de raiz, este perfil representa um bom desempenho entre configurações retas e escalonadas. Seu arrasto será menor do que um poço de tipo reto, mas normalmente maior do que um tipo escalonado. Além disso, o tempo de resposta será mais rápido do que um tipo reto e mais lento do que um tipo escalonado. As duas formas gerais de uma haste cônica são uniformes (cônica da raiz à ponta) e não uniforme (porção reta seguida de porção cônica). Por causa de seu formato de perfil, é um bom compromisso para resistência entre os dois outros estilos. É a escolha comum para aplicações de fluxo de alta velocidade onde as forças de fluxo normalmente são muito grandes para usar um poço escalonado e o projeto cônico tem uma resposta mais rápida do que o tipo reto.

Considerações de falha

As falhas em poços termométricos são frequentemente associadas a uma ou mais das seguintes situações:

  • Altas forças de arrasto;
  • Pressão estática excessiva;
  • Alta temperatura;
  • Corrosão e vibração induzida por fluido.

A maioria das falhas dos poços termométricos são causadas por vibração induzida por fluido. Quando o fluido passa por um poço termométrico inserido em um tubo ou duto, vórtices de alta e baixa pressão se formam em ambos os lados do poço. Esses vórtices se destacam, primeiro de um lado e depois do outro em um padrão alternado.

Esse fenômeno é comumente conhecido como liberação de vórtice. A pressão diferencial devido aos vórtices alternados produzem forças alternadas no poço termométrico, resultando em tensões que causam deflexão transversal e axial, o que pode levar à fratura. A frequência das oscilações é conhecida como frequência de vigília. Os fabricantes de termopoços devem fornecer cálculos de termopoços para prever a probabilidade de falha de um poço termométrico. O melhor padrão para cálculos de termopoços é ASME PTC 19.3TW-2017.

Ensaios aplicáveis e inspeções aplicáveis

Os tipos de ensaios aplicáveis para poços termométricos são:

  • Liquido penetrante
  • Teste hidrostático
  • Teste de pressão interna
  • PMI (positive material identification) – ou identificação positiva do material
  • Teste por ponto
  • Ultrassom
  • Radiografia
  • Dimensional

Normas de referências para fabricação

As normas de referências para poços termométricos são divididas de acordo com o tipo de aplicação de processo, sendo elas: ASME B16.5-2017 Flanges de Tubos e Acessórios Flangeados, API RP 551-2016.

Qualificação de soldadores

Para fabricação de poços termométricos flangeados através de solda entre o disco e haste, é essencial que o soldador seja qualificado para executar tal serviço, assim como os procedimentos precisam ser aprovados por inspetores qualificados através de organismos certificadores, como por exemplo a FBTS (Fundação Brasileira de Tecnologia de Soldagem).

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