Sensores de temperatura de contato ou invasivos? Medição de temperatura em tubos

Temperatura é, de longe, a variável mais comum na indústria. Entretanto, não existem soluções padronizadas para a medição de temperatura. Mesmo quando pontos de medição são projetados para tubos, muitos fatores diferentes para a seleção de sensores de temperatura devem ser levados em conta. Os seguintes aspectos são cruciais na decisão se sensores rosqueados (método invasivo de medição) ou sensores de contato (método não invasivo de medição) devem ser usados.

Tempo de resposta e exatidão

A grande vantagem de sensores rosqueados é óbvia: eles estão em contato com o meio. Por isso sensores rosqueados são utilizados para todas aquelas aplicações nas quais, além da exatidão, tempos de resposta curtos são extremamente importantes, por exemplo, em processos de produção da indústria de processos. Nestas aplicações, instrumentos de medição geralmente são integrados em sistemas de controle de processo.

Para medição de temperatura em construções de máquina ou aplicações similares, sensores normalmente tem apenas a função de monitoramento. As necessidades de exatidão são, assim, mais baixas do que em processos indústrias, como por exemplo, aplicações químicas ou farmacêuticas. O tempo de resposta raramente é crítico. Sendo assim, sensores de contato representam uma solução efetiva para estes casos. A absorção de calor deles depende crucialmente do tamanho, material e geometria do sensor. Versões em alumínio tem um tempo de aquecimento mais curto do que aquelas feitas em aço inoxidável ou latão. Espaços aéreos no ponto de medição, por exemplo, em um elemento para o sensor, pode adicionalmente reduzir a transferência de calor. Este efeito pode ser parcialmente compensado por meio de um componente térmico especial.

Temperatura do processo

Os limites de temperatura do processo para sensores de contato são claramente definidos. Eles são adequados para temperaturas máximas de até 200°C. A tubulação aquecida, de outra forma, derreteria o isolamento do cabo de conexão. Sensores rosqueados, por outro lado, podem ser utilizados em temperaturas até aproximadamente 400°C, dependendo da versão.

Temperatura ambiente

Ao usar um sensor de contato, a influência da temperatura ambiente na temperatura medida é geralmente maior do que com um sensor rosqueado. Nestes casos, para obter melhores resultados, o ponto de medição deve ser bem isolado, especialmente em aplicações onde ocorre uma grande diferença de temperatura entre o meio e o ambiente. Quanto menor o sensor, mais provável que os componentes isolantes pré-fabricados sejam usados. Se o comprimento da inserção for muito pequeno, o erro causado pela dissipação de calor também pode ser maior quando se utiliza um sensor rosqueado. Portanto, os sensores de contato são mais adequados para pequenos diâmetros de tubos, assumindo um bom isolamento.

Influência dos sensores no meio

Sensores de contato não entram em contato com o meio durante a medição e, portanto, não são afetados pelo meio de nenhuma forma. Por outro lado, sensores rosqueados podem obstruir o fluxo do meio em tubulações com diâmetro nominal pequeno. Além disso, os depósitos na haste não podem ser descartados, o que pode afetar o resultado da medição e a qualidade do meio em casos extremos.

Instalação e operação dos pontos de medição

Para instalar um sensor rosqueado, a tubulação deve ser aberta. O instrumento de medição deve ser projetado de uma forma que seja específico da aplicação, não apenas em termos de precisão e tempo de resposta. Se o meio usado for agressivo, pode ser necessária uma haste feita de material especial ou um poço termométrico. Para calibrar ou substituir o sensor, a linha deve primeiro ser drenada (exceto para pontos de medição com poço termométrico).

Figura 1: Sensor acoplado montado na tubulação

Ao usar sensores de contato, a tubulação sempre permanece fechada. Não há a necessidade de levar em conta meios agressivos e o material adequado para o sensor. Devido a forma plana comparativa do ponto de medição, a instalação pode também ser realizada em espaços pequenos.

Um sensor de contato é fixado à tubulação usando uma presilha ou uma abraçadeira. O sensor geralmente possui uma superfície de contato redonda adaptada ao respectivo diâmetro da tubulação. Aplicações com diferentes diâmetros da tubulação requerem diferentes versões de instrumentos neste caso. 

Figura 2: Sensor acoplado com abraçadeira

Neste contexto, a WIKA projetou o sensor modelo TF44. Uma ponta de alumínio que possui uma excelente condutividade térmica e, com uma largura de haste de apenas seis milímetros, é ideal para todas as larguras nominais.

Comparado com a instalação de sensores rosqueados, sensores de contato tem menos custo em termos de material e trabalho manual. No entanto, as situações de instalação cada vez mais apertadas, seja em uma bomba de calor ou em uma usina combinada de calor e energia, tornam as operações manuais necessárias mais complicadas.

Figura 3: Abraçadeira para sensor TF44

Este aspecto foi levado em conta no desenvolvimento do TF44. A instalação em espaços apertados é livre de ferramentas e pode ser feito usando suportes de montagem rápida. Eles estão disponíveis para diâmetros de tubos entre 12 e 42 milímetros.

Sensores de contato tem uma vantagem no caso de pequenas larguras nominais?

Na indústria de processos, o método invasivo para medição de temperatura em tubulações ainda é o mais recomendado. Entretanto, a tendência contínua em direção à miniaturização, torna necessário o uso de sensores de contato compactos em sistemas de tubulação, especialmente na construção de máquinas e construção de plantas. Graças aos sistemas especialmente adaptados do sensor, ponta e abraçadeiras, os custos e esforços para a instalação do ponto de medição podem ser reduzidos.
 
Qual é a sua experiência com os pontos de medição nas tubulações? Os sensores de contato são a escolha certa ou você prefere o método de medição invasiva? A tendência para a miniaturização continua na construção de máquinas ou está no fim? Comente abaixo e nos conte o que você pensa.

Nota
Mais informações sobre o sensor de temperatura TF44 podem ser encontradas no site da WIKA.