Este artigo é uma continuação de “Como a Butter-Pad Afeta a Exatidão do Termopar Tubeskin”.
A WIKA conduziu uma série de testes – tanto em campo quanto usando dinâmica de fluidos computacional (CFD) – para avaliar a exatidão dos termopares Tubeskin (TSTCs) quando instalados sobre um tubo com uma superfície com camada de preparação (butter-pad) versus instalados sobre um tubo sem uma camada de preparação (tubo nu). Também variamos a orientação da soldagem do material (transversal vs. longitudinal), seus valores de emissividade (ε = 0,45, 0,67 e 0,85) e submetemos os sensores a diferentes condições de operação (queima a 6,9 MMBtu/h e 12,7 MMBtu/h).
Com base nos dados, chegamos a várias conclusões, bem como a duas maneiras de melhorar a exatidão dos TSTCs (termopares Tubeskin) quando os sensores não são instalados diretamente em um tubo nu da fornalha.
Como os “Butter-Pads” Impactam a Exatidão do Termopar Tubeskin: Observações e maneiras de melhorar a exatidão
A partir dos dados, observamos o seguinte:
- O acabamento superficial da “butter-pad” teve um impacto definitivo na distribuição de temperatura e, portanto, na exatidão do termopar montado sobre ela. Aumentar o valor de emissividade da “butter-pad” de 0,67 para 0,85 aumentou sua temperatura da superfície em 11,6ºC e aumentou o desvio de temperatura (em relação ao tubo nu) em 20°F (ver Tabela 2).
- Independentemente do valor de emissividade da “butter-pad”, o produto instalado em uma “butter-pad” tem uma leitura mais alta em comparação com quando é instalado em um tubo nu. A magnitude do desvio em relação ao real é específica do produto.
• No tubo nu, o produto blindado parece ter um desvio de temperatura maior em comparação com a versão não blindada em condições de alta queima. Observe que os produtos blindados, cuja leitura é um pouco inferior à temperatura real do Tubeskin, agora podem ter um desempenho potencialmente melhor quando instalados na “butter-pad”.
- Podemos inferir que os produtos TSTC projetados para leitura precisa em tubos nus terão leituras mais altas quando instalados em uma “butter-pad”, e a magnitude do desvio de temperatura será determinada pela emissividade, dimensão e condutividade térmica da “butter-pad”.
Levantamos a hipótese de duas maneiras de melhorar o desempenho do produto quando instalado em uma “butter-pad”:
- Variar a condutividade térmica da “butter-pad” através do uso de diferentes materiais de solda.
- Reduzir a emissividade da “butter-pad” através da preparação da superfície.
Para a seguinte simulação em CFD (dinâmica de fluidos computacional), nós:
- Aumentamos a condutividade térmica da “butter-pad” em 20%.
- Reduzimos o valor de emissividade de 0,67 para 0,45.
O produto TSTC e as dimensões da “butter-pad” permanecem inalterados.
Observamos que aumentar a condutividade térmica da butter-pad e diminuir sua emissividade resultou em uma exatidão significativamente melhor do produto não blindado (ver Tabela 6), de +20°F para +5°F (∆ 15°F) e de +26°F para +2°F (∆ 24°F). Para o produto blindado, a melhoria foi marginal, de +22°F para +19°F (∆ 3°F) e de +21°F para +16°F (∆ 5°F).
Tabela 6: Desvio de temperatura de TSTC não blindado versus blindado em ε = 0,45 “butter-pad” e condição térmica = 1,2, na simulação CFD
Conclusões e Próximas Etapas
Instalar um termopar em uma “butter-pad” é uma boa medida por razões metalúrgicas, mas acarreta uma penalidade na exatidão. Dito isto, produtos que normalmente apresentam leituras inferiores às reais, teriam leituras mais altas do que antes em uma “butter-pad”; dependendo do projeto do produto, eles podem até chegar mais perto do valor real ou ter leituras maiores que o valor real. Da mesma forma, para produtos com leituras normalmente superiores às reais, o desvio de temperatura é ainda maior quando o termopar é instalado em uma “butter-pad”.
Variar as propriedades físicas da “butter-pad”, como sua emissividade e material de revestimento, pode melhorar a exatidão do TSTC. No entanto, a eficácia destas medidas é exclusiva do produto que está sendo instalado; testes e análises de CFD (dinâmica de fluidos computacional) seriam necessários para chegar a uma solução ideal.
O objetivo final, é claro, é usar as informações e aprendizados deste projeto para orientar os clientes no projeto de soluções de medição de temperatura para seus aquecedores à combustão, condições de operação, tubos de fornalhas e termopares tubeskin específicos.
WIKA, Especialização em Medição de Temperatura com Tubeskin
A WIKA é líder global em soluções de medição de temperatura para aplicações downstream na indústria de petróleo e gás. Além de fabricar e personalizar termopares tubulares e termopares tubeskin de alta qualidade para refinarias, oferecemos diversos serviços concebidos para melhorar as operações de uma planta:
- Instalação do termopar, incluindo supervisão, trabalho de soldagem, solução de problemas e inspeções
- Verificação do termopar durante as paradas
- Substituição do termopar
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