Cómo mejorar la precisión de los termopares Tubeskin en un Butter-Pad (o capa de soporte de soldadura)

Este artículo es la continuación de “Cómo afecta el butter-Pad (o capa de soporte de soldadura) a la precisión de los termopares Tubeskin”.

WIKA llevó a cabo una serie de pruebas -tanto in situ como utilizando dinámica de fluidos computacional- para evaluar la precisión de los termopares de superficie (Tubeskin) cuando se instalan en un butter-pad en comparación con un tubo desnudo. También variamos la orientación del material de relleno (transversal o longitudinal), sus valores de emisividad (ε = 0,45, 0,67 y 0,85) y sometimos los sensores a diferentes condiciones de funcionamiento (combustión a 6,9 MMBtu/hora y 12,7 MMBtu/hora).

Basándonos en los datos, llegamos a varias conclusiones y a dos formas de mejorar la precisión de los termopares Tubeskin cuando los sensores no se instalan directamente en un tubo de horno desnudo.

El impacto de los Butter-Pads en la precisión de los termopares Tubeskin: observaciones y formas para mejorar la precisión

Analizando los datos, observamos lo siguiente:

• El revestimiento de la superficie del butter-pad influyó significativamente en la distribución de la temperatura y, por consiguiente, en la precisión del termopar montado en él. Al aumentar el valor de emisividad del butter-pad de 0,67 a 0,85, su temperatura superficial aumentó en -6 °C y su desviación de temperatura (en comparación con el tubo desnudo) en 7 °C (véase la Tabla 2).
• Independientemente del valor de emisividad del butter-pad, el producto instalado en un butter-pad tiene una temperatura más alta que cuando se instala en un tubo desnudo. La desviación del valor real depende del producto.
• En tubo desnudo, el producto blindado parece tener una desviación de temperatura mayor que la versión no blindada a alta frecuencia de combustión (véase la Tabla 4). Obsérvese que los productos con blindaje, que registran una temperatura ligeramente inferior a la temperatura real del termopar Tubeskin, pueden funcionar potencialmente mejor cuando se instalan en el butter-pad.
• Podemos deducir que los termopares Tubeskin diseñados para lecturas precisas en tubos desnudos tendrán una lectura más alta cuando se instalen en un butter-pad, y la magnitud de la desviación de temperatura vendrá determinada por la emisividad, el tamaño y la conductividad térmica del butter-pad.

Planteamos dos hipótesis para mejorar el rendimiento del producto cuando se instala en un butter-pad:

• Variar la conductividad térmica del butter-pad mediante el uso de diferentes materiales de soldadura.
• Reducir la emisividad del butter-pad mediante la preparación de la superficie.

Para la siguiente simulación de dinámica de fluidos computacional, hemos:

• aumentado la conductividad térmica del butter-pad en un 20%.
• reducido el valor de emisividad de 0,67 a 0,45.

Las dimensiones del termopar Tubeskin y del butter-pad no han cambiado.

Se observó que el aumento de la conductividad térmica del butter-pad y la disminución de su emisividad mejoraban significativamente la precisión con respecto al producto sin blindaje (véase la tabla 6), de -7 °C a -15 °C (∆ -9 °C) y de -3 °C a -17 °F (∆ -4 °C). Para el producto con blindaje, la mejora fue marginal, de -5 °C a -7 °C (∆ -16 °C) y de -6 °C a -9 °C (∆ -15 °C).

Tabla 6: Desviación de temperatura del termopar Tubeskin sin blindaje frente a sin blindaje en ε = 0,45 butter-pad y condición térmica = 1,2, simulación de dinámica de fluidos computacional.

*Los valores han sido redondeados.

Conclusiones y próximos pasos

Instalar un termopar en un butter-pad es una buena opción por razones metalúrgicas, pero conlleva una penalización en la precisión. Dicho esto, en el caso de los productos en los que normalmente la lectura es inferior a la real, la lectura será más alta que antes en un butter-pad; dependiendo del diseño del producto, puede incluso estar más cerca o más alta que la lectura real. Del mismo modo, en el caso de los productos en los que normalmente la lectura es superior a la real, la desviación de la temperatura es aún mayor cuando el termopar se instala en un butter-pad.

La variación de las propiedades físicas del butter-pad, como la emisividad y el material de revestimiento, puede mejorar la precisión de un termopar Tubeskin. Sin embargo, la eficacia de estas mediciones es exclusiva del producto que se instale. Sería necesario realizar pruebas y análisis CFD para llegar a una solución óptima.

El objetivo final, por supuesto, es utilizar la información y las técnicas aprendidas en este proyecto para guiar a los clientes en el diseño de soluciones de medición de temperatura para sus calentadores, condiciones de funcionamiento, tubos de horno y termopares Tubeskin específicos.

WIKA, experiencia en medición de temperatura con termopares Tubeskin

WIKA es el líder mundial en soluciones para la medición de la temperatura en aplicaciones downstream de la industria del petróleo y del gas. Además de la producción y personalización de termopares Tubeskin de alta calidad y termopares multipunto para unidades de refinería, ofrecemos diversos servicios diseñados para mejorar las operaciones de la planta:

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