Los sensores de temperatura para uso industrial y de laboratorio suelen estar protegidos por algún tipo de funda o carcasa. Existe una amplia gama de accesorios y accesorios de instalación disponibles para facilitar su instalación en el proceso y permitir una interconexión sencilla con los instrumentos.
Construcción
Sonda de temperatura industrial
La ilustración del conjunto es idéntica para los sensores Pt100 y termopar. El tubo o funda de protección aloja el termopar o Pt100, ya sea directamente o indirectamente mediante un inserto. Además, se puede utilizar un termopozo para instalar la sonda en el proceso o la aplicación.
Los insertos de sensor son unidades fabricadas que constan de un sensor y una base terminal. El sensor se aloja en un tubo de inserción de acero inoxidable, generalmente de 6 u 8 mm de diámetro, y posteriormente se inserta en el tubo de protección. Un buen revestimiento con contacto físico entre la punta del inserto y el extremo de la funda es esencial para garantizar una buena transferencia de calor. Se utiliza un contacto de resorte en la base terminal para mantener este contacto. Esta disposición facilita la sustitución del sensor cuando sea necesario. En el caso de un termopar con aislamiento mineral o un Pt100, el sensor está diseñado como parte integral del tubo de inserción.
Cuando no se especifica un inserto de sensor, este se aloja directamente en la sonda y se utiliza un aislante adecuado para lograr el aislamiento eléctrico o térmico de la pared de la funda, según sea necesario. La desventaja es que, cuando se requiere un reemplazo, no hay otra alternativa que cambiar todo el conjunto. Se puede instalar un transmisor de temperatura en la base del terminal para proporcionar un sensor completo y un inserto de acondicionamiento de señal. Se pueden utilizar termopozos o vainas para evitar interrupciones en el proceso durante el reemplazo del sensor. Los termopozos también protegen el sensor contra medios agresivos y mantienen la integridad física del proceso en caso de extracción del sensor si está instalado permanentemente en el proceso mediante una rosca o brida.
Cabezales terminales
Existen numerosos tipos de cabezales terminales para satisfacer las necesidades de diversas aplicaciones. La variedad puede variar en tamaño, material, alojamiento, resistencia a medios, resistencia al fuego o incluso a explosiones, etc. Un bloque de terminales ubicado en el cabezal permite la conexión de cables de extensión. Se utilizan diversos materiales para la terminación por tornillo o soldadura, como cobre, latón chapado, etc.
Terminación alternativa
Como alternativa al cabezal terminal, se incluyen cables de extensión que salen directamente de las sondas, una conexión de enchufe y toma a la sonda y extremos. Esto permite ahorrar costes al no requerir un cabezal, aunque la robustez general puede verse limitada, especialmente si se especifica un cable de extensión directo.
Material de la funda
El material de la vaina varía desde acero dulce e inoxidable hasta óxidos refractarios (cerámica) y una variedad de materiales exóticos, incluyendo metales raros. La elección de la vaina depende de la temperatura de operación, las características del medio, la durabilidad y otros factores, como la relación del material con el tipo de sensor.
Tubos de protección
Precaución: Debido a la alta conductividad térmica de los tubos de metal, la longitud mínima de inserción debe ser más de veinticinco veces su diámetro total para eliminar el error de conducción del calor.
También están disponibles otros tubos de protección.
Nota: Las temperaturas de funcionamiento y máximas de los tubos anteriores varían según el entorno de medición.
Material de vaina metálica y no metálica
La elección de un revestimiento metálico o no metálico depende de la temperatura y la atmósfera del proceso. Los tubos cerámicos (no metálicos) son frágiles, pero presentan una alta resistencia química; pueden soportar altas temperaturas (hasta 1800 °C en algunos casos). Los tubos metálicos, generalmente de acero inoxidable, presentan ventajas mecánicas y una mayor conductividad térmica; generalmente son inmunes al choque térmico, que puede provocar fácilmente el revestimiento de los tubos cerámicos. Según la aleación especificada, el revestimiento metálico puede utilizarse a temperaturas de hasta 1150 °C. La cerámica es superior cuando se requiere una alta pureza para evitar la contaminación del sensor o del producto a temperaturas elevadas.
Vaina de cerámica con elemento termopar
A pesar de sus propiedades mecánicas comparativamente deficientes, se utilizan tubos cerámicos, excluyendo las condiciones en las que se requiere metal por razones químicas, temperatura excesiva o cualquier otra razón. Su principal aplicación se encuentra entre 1000 y 1800 °C. Pueden estar en contacto directo con el medio o utilizarse como funda interior hermética para separar el termopar del tubo de protección metálico. Deben montarse colgados por encima de 1200 °C para evitar distorsiones o fracturas por flexión. Incluso grietas finas pueden contaminar el termopar, lo que resulta en derivas o fallos. La resistencia de la cerámica a los choques térmicos aumenta con su conductividad terminal, y su resistencia a la tracción es mayor cuanto menor sea el coeficiente de expansión térmica. El espesor de pared del material también es importante; es preferible un tubo de pared delgada a uno de mayor espesor. Se producen grietas con frecuencia si se someten a cambios de temperatura excesivamente rápidos al retirarlos rápidamente del horno caliente.
Por lo tanto, se recomienda el uso de una vaina interior y exterior de cerámica hermética. El tubo exterior de paredes delgadas protege al interior contra los cambios bruscos de temperatura a través del aire entre ambos. Esto prolonga la vida útil del conjunto, pero reduce la velocidad de respuesta. En el caso de termopares de metales raros, la cerámica debe ser de muy alta pureza. Los termopares de platino son muy sensibles a la contaminación por átomos extraños.
Pozo termoeléctrico
Termopozos Protegen las sondas de temperatura contra condiciones de funcionamiento desfavorables, como medios corrosivos, impactos físicos y gases o líquidos a alta presión. Su uso también permite un intercambio rápido y sencillo de sondas sin necesidad de abrir el proceso.
Los termopozos adoptan diversas formas y utilizan diversos materiales (generalmente acero inoxidable); existe una amplia variedad de roscas o bridas según los requisitos de la instalación. Pueden perforarse en material sólido para una máxima integridad de la presión o pueden adoptar la forma de una bolsa térmica fabricada con tubería y casquillos hexagonales o bridas; esta última construcción permite una mayor longitud de inmersión.
Los termopozos transfieren calor al sensor instalado y debido a eso se introduce inercia térmica.
Cualquier cambio de temperatura en el proceso tardó más en afectar al sensor si se utilizan termopozos; por lo tanto, el tiempo de respuesta aumenta. Este factor debe tenerse en cuenta al especificar un termopozo; salvo cuando exista equilibrio térmico, la medición de temperatura probablemente será inexacta hasta cierto punto.
El diámetro interior óptimo es un parámetro importante, ya que el contacto físico entre la pared interior del termopozo y la sonda es esencial para el acoplamiento térmico. En el caso de un termopar, que detecta la punta, es importante asegurar que la sonda esté completamente revestida (en contacto con la punta del termopozo). Para un sensor Pt 100, que detecta el vástago, la diferencia entre el diámetro exterior de la sonda y el diámetro interior debe ser mínima.
Selección del termopozo
Materiales El factor de longevidad
En general, la selección del material de los termopozos se basa principalmente en la corrosión que presentan. El pulido intenso de todos los termopozos de acero inoxidable y Monel proporciona la máxima resistencia a la corrosión.
También están disponibles en grados especiales de acero inoxidable, acero al cromo-molibdeno, bronce al silicio, Hastelloy B&C, níquel, titanio y monel.
Conexión - el factor de instalación
Todos los pozos roscados se fabrican con materiales fáciles de soldar o soldar con soldadura fuerte. La soldadura fuerte o con soldadura fuerte es importante para las instalaciones que requieren sellado. La rosca de la tubería proporciona resistencia mecánica, y la soldadura fuerte o con soldadura fuerte proporciona el sellado.
Los pozos bridados (excepto los de tipo van stone) consisten en un pozo de barras sólidamente soldado a una brida de alta calidad. La construcción estándar utiliza una soldadura de ranura en J primaria y un filete limpio de ranura biselada. Esta construcción de doble soldadura elimina la posibilidad de corrosión por grietas, ya que no hay juntas abiertas expuestas ni desde el interior ni desde el exterior de la instalación.
Los pozos para soldadura a enchufe son fáciles de instalar: simplemente se sueldan. Son compatibles con acoplamientos o bridas para soldadura a enchufe estándar de ASA.
Longitud de inserción: el factor de precisión
La distancia desde la punta del pozo hasta la parte inferior de la rosca u otra conexión se define como la longitud de inserción (denominada "U"). Para una mayor precisión, esta longitud debe ser lo suficientemente grande como para permitir que toda la parte sensible a la temperatura del elemento se proyecte en el medio que se está midiendo. Un elemento correctamente instalado: en líquido, debe sumergirse hasta su longitud sensible más una pulgada, y en aire o gas, hasta su longitud sensible más tres pulgadas.
Tamaño del orificio: el factor de intercambiabilidad
Casi todas las instalaciones utilizan varios tipos de sensores de medición de temperatura. La selección de un diámetro de orificio estándar puede generar una flexibilidad extrema dentro de la planta. El mismo pozo puede alojar termopares, termómetros de resistencia y termómetros bimetálicos.
Pozo cónico o recto El factor de clasificación de velocidad
El vástago cónico proporciona mayor rigidez con la misma sensibilidad. La mayor relación resistencia-peso proporciona a estos pozos una frecuencia natural más alta que el pozo de vástago recto de longitud equivalente, lo que permite el funcionamiento a mayor velocidad del fluido.
Clasificación de velocidad del pozo
El fluido que fluye por el pozo forma una estela turbulenta, cuya frecuencia se define según su diámetro. Es importante que el pozo tenga suficiente presión para que la frecuencia de la estela nunca sea igual a su frecuencia natural. Si esta coincide con la frecuencia de la estela, este vibraría hasta destruirse y se rompería en la tubería.
Cálculo de vibración para barras de acero
Según la norma ASME PTC 19.3 F /F < 0,8 wn Aquí, F = 2,64 (v/b) w 2 F = (K /L ) vE/R nf Donde, F = frecuencia del pozo w F = frecuencia natural, nv = velocidad del fluido en fps, b = diámetro de la punta del pozo térmico, K = constante obtenida de la tabla 1.4 de ASME PTC 19.3, f L = longitud del pozo térmico, 6 E = módulo de elasticidad del material del pozo térmico; 28×10 psi, 3 R = peso específico del metal; 0,29 lbs/pulgada ME Norma PTC 19.3.
Conexión de proceso
Conexión roscada
La rosca paralela o cónica facilita la instalación en una soldadura, integrándose directamente en el proceso. Esta conexión es adecuada para pozos de diámetro pequeño, que no suelen cambiarse con frecuencia.
Conexión con brida
La conexión bridada es preferible si se requiere un reemplazo más frecuente del pozo, como en casos de altas tasas de corrosión. La brida se atornilla a la brida de acoplamiento montada en el proceso. Esta técnica es más apropiada para tuberías de gran diámetro y aplicaciones de alta presión.
Conexión soldada
La conexión soldada se puede utilizar cuando el proceso no es corrosivo y no se requiere una extracción rutinaria. Se logra una alta integridad y esta técnica es adecuada para aplicaciones de alta temperatura y presión.
Adecuado
La instalación de los conjuntos de sensores de temperatura en el termopozo o directamente en el proceso requiere el uso de algún tipo de conexión de latón o acero inoxidable. Estas conexiones incluyen diversas uniones roscadas, tapas de bayoneta (y adaptadores) y bridas. Se utilizan conexiones de compresión ajustables directamente en la sonda para lograr la longitud de inserción requerida en el proceso y asegurar el correcto encapsulado de las sondas en el termopozo.
La brida ajustable también se puede utilizar para integrar el sensor en el proceso. Las tapas de bayoneta permiten una rápida instalación en adaptadores adecuados ubicados en el proceso; esta técnica se utiliza ampliamente en maquinaria para plásticos.
Se utilizan casquillos y tapones hexagonales cuando el ajuste o la extracción son una consideración menor.
La elección del accesorio puede depender de la necesidad de mantener la presión o de las limitaciones de tamaño. Los accesorios de compresión y los casquillos roscados pueden suministrarse con roscas cónicas para lograr una conexión hermética.
