Caratteristiche e criteri di selezione dei pozzetti termometrici

I pozzetti termometrici servono a proteggere i sensori di temperatura come termocoppie, termistori e termometri bimetallici dai danni provocati da pressione eccessiva, velocità del materiale e corrosione. Oltre a prolungare la vita di servizio del sensore, ne consentono la sostituzione senza dover svuotare il sistema e riducono la probabilità di contaminazione. I pozzetti termometrici concepiti per applicazioni ad alta pressione sono generalmente ricavati da barre, per assicurarne l'integrità. I pozzetti più piccoli per ambienti a bassa pressione possono essere costruiti da un tubo con un'estremità saldata.

I pozzetti termometrici sono classificati in base al design dello stelo. Un pozzetto termometrico dritto ha lo stesso diametro per l'intera lunghezza di inserzione e protegge da corrosione ed erosione. I pozzetti termometrici a gradino hanno generalmente un diametro di ¾" in alto che si riduce a ½" vicino alla punta. La ridotta area superficiale consente velocità più uniformi e una risposta in temperatura più rapida dei dispositivi di rilevamento. I pozzetti termometrici rastremati hanno un diametro che diminuisce gradualmente sulla lunghezza di inserzione. Offrono una resistenza di livello superiore e tempi di risposta rapidi alle variazioni di temperatura. I pozzetti rastremati sono utilizzati molto spesso nelle applicazioni ad alta velocità. Dagli studi eseguiti sui pozzetti termometrici dritti e rastremati utilizzati nelle pipeline di gas naturale è emerso che le termocoppie dritte sono più soggette a guasti prematuri quando esposte alle vibrazioni indotte dal flusso.

I pozzetti termometrici possono essere collegati alla testa di una RTD, di un termistore o di una termocoppia mediante diversi tipi di attacco. Alcuni degli attacchi più comuni sono:

Gli attacchi filettati sono costruiti in materiali che possono essere saldati o brasati per offrire maggiore resistenza. Nei processi in cui è necessario evitare i contaminanti provenienti dai filetti - come nelle industrie alimentari e farmaceutiche - si utilizzano generalmente gli attacchi saldati. Gli attacchi con O-ring prevedono un O-ring per sigillare l'interno di un manicotto saldato a un serbatoio. La costruzione a doppia saldatura dei pozzetti flangiati ANSI B16.5 sigilla i giunti aperti, sia internamente che esternamente, per prevenire che nelle fessure entrino sostanze corrosive.

Nei processi in cui si utilizzano diversi tipi di dispositivi di misura, la scelta di un alesaggio standard offre maggiore flessibilità. Permette di utilizzare il pozzetto termometrico per termocoppie, RTD, termometri bimetallici o termometri di prova. Questi alesaggi standard sono adatti ai più comuni dispositivi di rilevamento della temperatura e includono quanto segue:

Alesaggio di 0.26":
termometri bimetallici con stelo da ¼"
Termocoppie calibro #20 Termometri di prova a liquido in vetro non rinforzati Altri dispositivi con un diametro massimo di 0.25"

Alesaggio di 0.385":
Termocoppie calibro #14 Termometri di prova a liquido in vetro rinforzati Altri dispositivi con un diametro massimo di 0.35"

La scelta del materiale più adatto è fondamentale per la durata di un pozzetto termometrico. Quando si specifica il materiale, è opportuno considerare i prodotti chimici, la temperatura e la portata a cui il pozzetto termometrico sarà esposto. A concentrazioni e temperature più alte, gli effetti corrosivi dei prodotti chimici aumentano. Inoltre, le particelle sospese nel fluido possono provocare erosione. L'elenco che segue riporta alcuni dei materiali maggiormente utilizzati per la costruzione di pozzetti termometrici:

Gli acciai al carbonio hanno una bassa resistenza alle sostanze corrosive e sono limitati ad applicazioni con bassi valori di temperatura e pressione. Il materiale più comunemente utilizzato per i pozzetti termometrici è l'acciaio inossidabile. Un pozzetto termometrico in acciaio inossidabile è economicamente conveniente e altamente resistente a calore e corrosione. L'acciaio al cromo-molibdeno è un acciaio inossidabile ad alta resistenza utilizzato per i serbatoi sotto pressione. L'aggiunta di molibdeno migliora la resistenza alla corrosione. La lega Haynes - costituita da cobalto, nichel, cromo e tungsteno - viene spesso utilizzata in atmosfere solforanti, carburanti e contenenti cloro.

La lunghezza d'inserzione è la distanza dal punto di attacco alla punta del pozzetto. Per ottenere la massima precisione possibile, la lunghezza di inserzione dovrebbe essere sufficiente a permettere l'introduzione nel fluido da misurare dell'intera sezione sensibile alla temperatura del dispositivo di misura. Quando si misura la temperatura di liquidi con un sensore di temperatura, il dispositivo dovrebbe essere immerso nel liquido per l'intera lunghezza della sezione sensibile alla temperatura più almeno un pollice. Quando si tratta di gas o aria, alla lunghezza del segmento sensibile alla temperatura si devono aggiungere altri tre pollici. La sezione sensibile alla temperatura di una termocoppia o termistore è corta; quindi, può essere utilizzato un pozzetto termometrico con una lunghezza di inserzione più corta. La sezione sensibile alla temperatura di termometri bimetallici, RTD e termometri a dilatazione di liquido in vetro misura tra 1" e 2" e, per una precisione accettabile, deve essere immersa nel liquidi di almeno 2½".

Tutti i dispositivi di rilevamento della temperatura sono soggetti al deterioramento dovuto all'esposizione a flusso, calore e pressione. Nel tempo, gli ambienti difficili possono incidere sia sulle prestazioni che sull'integrità strutturale dei sensori. I metalli utilizzati nella fabbricazione di una sonda a termocoppia, ad esempio, sono sensibili agli ambienti corrosivi. Inoltre, il filo della termocoppia - che ha un diametro medio compreso tra 0.10" a 0.20" - è soggetto a variazioni metallurgiche se esposto al calore per periodi di tempo prolungati. I pozzetti termometrici proteggono i sensori di misura dagli effetti dannosi dell'ambiente di processo, in modo da prevenire derive di misura. Tutti i valori di temperatura dei processi critici dovrebbero essere documentati con dispositivi di registrazione come controller di temperatura. Inoltre, tutti i sensori di temperatura utilizzati in quei processi dovrebbero essere calibrati periodicamente per verificarne la precisione. I calibratori di sonde a blocco secco consentono la calibrazione tracciabile NIST per termistori, termocoppie ed RTD. I dispositivi contactless come camere termiche, pirometri e calibratori a corpo nero a infrarossi forniscono un'accuratezza dell'1% ma con elevata ripetibilità. Anche se le calibrazioni possono essere realizzate sul posto, un laboratorio di calibrazione accreditato AS17025 assicurerà che i metodi utilizzati possano contare sulla tracciabilità NIST.