Informação técnica

Cálculo de resistência (frequência de ressonância) em poçostermométricos
WIKA folha de dados IN 00.15

Aplicações■■ O cálculo de resistência em um poço termométrico é aprova matemática da capacidade do mesmo em resistir
os esforços estáticos e dinâmicos do processo

Características especiais■■ Serviço de engenharia para dimensionamento de poçostermométricos usinados de barra conforme a norma
ASME PTC 19.3 TW-2016■■ Recomendações de alterações estruturais nas
especificações dos poços termométricos nos casos onde
os limites de tensões admissíveis são excedidos

Representação gráfica por elementos finitos(FEA), dos esforços na ponta e na base do poço
termométrico

DescriçãoO cálculo de resistência pela norma ASME PTC 19.3TW-2016 é utilizado para poços termométricos usinados debarra (sem emendas) na forma cônica, reta ou com rebaixo,por exemplo, nos modelos TW10, TW15, TW20, TW25 e
TW30 ou poços termométricos usinados de barra.
Os dados de processo necessários para realizar o cálculo
conforme ASME PTC 19.3 TW-2016 são:Unidade InglesaOutrosSIVelocidade

m/s

ft/s---

Temperatura°C°F---Densidade do meio
Pressãokg/m³
bar

Viscosidade dinâmica 1) mm²/s

lb/ft³psi

ft/1000s

A WIKA garante que o cálculo foi feito com base na ASME
PTC 19.3 TW-2016. O usuário final é responsável pela
conformidade dos dados de processo usados no cálculo.
Geralmente nenhuma garantia pode ser oferecida pela WIKA
pelos resultados do cálculo conforme a ASME PTC 19.3TW-2016. Os resultados têm apenas um caráter informativo.
Para mudanças nas especificações onde as tensõesadmissíveis foram excedidas, as seguintes informaçõesadicionais também serão necessárias:---■■ Diâmetro interno do bocal---■■ Diâmetro interno e a espessura da parede da tubulação

■■ Altura do bocal (comprimento protegido)cP1) Opcional pela ASME PTC 19.3 TW-2016

Folha de dados WIKA IN 00.15 ∙ 01/2019

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Informação básica sobre a ASME PTC 19.3 TW-2016
ASME PTC 19.3 TW-2016 é dividida pelos resultados doscálculos dinâmico e estático.
Para gases de baixa densidade, o limite da frequênciaé tipicamente rmáx. = 0,8. Para outros meios gasosos, autilização no intervalo de r = 0,4 a 0,6 da ressonância “emlinha” não é permitida. Para meios líquidos, na maioria das
aplicações, a razão máxima entre as frequências, rmáx. éigual a 0,4. Pois este caso temos a ação da frequência deressonância “em linha”.
Ressonância “em linha”:
r = 0,5 (drag-oscilação)Ressonância principal:
r = 1 (lift-oscilação)rmáx

00,10,20,30,4rmáx

0,50,60,70,80,91

r = fs/fnSeção 6-8.2:
Gases de baixa densidade NSC > 2,5 e Re < 105

0,8Seção 6-8.3 e 6-8.4:
Condição cíclica de estresse

0,40,60,8Todos os outros casos:
0,4

A análise dos resultados dinâmicos é feita através do fatorde amortecimento NSC (O número de Scruton NSC tem uma
relação direta com a frequência permissível rmáx., sendo arazão da frequência de vibração fs e a frequência natural fn).
Simplificado, para meios gasosos encontra-se normalmente
NSC > 2,5; e em meios líquidos normalmente o valor é de NSC< 2,5.

gerados a partir da pressão máxima admissível de processo(dependendo da temperatura de processo e da geometria
do poço termométrico) e da tensão de flexão na área debase do poço termométrico. A tensão de flexão é causadapela vazão incidente no poço termométrico, e depende daaltura do bocal do flange de espera.

O número de Scruton NSC no cálculo depende do fatorintrínseco de amortecimento, da densidade do material dopoço termométrico, o meio de processo e o diâmetro daponta e da base do poço termométrico.
Para que a relação de frequência r < 0,8 seja usada também
como limite permissível para meios líquidos, é necessário
que seja verificada as tensões admissíveis no material
do poço com as tensões reais em caso de ressonância.
Adicionalmente, uma avaliação da resistência do material
do poço termométrico deve ser realizada com relação aosesforços de fadiga à flexão na área da base do poço termométrico.
Os resultados estáticos da ASME PTC 19.3 TW-2016 sãoWIKA folha de dados IN 00.15 ∙ 01/2019

Página 2 de 7Recomendações de mudanças construtivas no poço termométrico, caso a razãopermissível rmáx. seja excedida.
Ao exceder a frequência limite máxima rmáx. para a
ressonância “in-line” ou ressonância principal, as alterações
construtivas abaixo podem ser uma solução:a) Redução do comprimento de inserçãoÉ o método mais efetivo (e o método recomendado pela
ASME PTC 19.3 TW-2016) para melhoria da razão defrequência r.
b) Aumento do diâmetro da base do poço termométrico
Aumentando o diâmetro de base, a frequência natural fn éaumentada, otimizando a razão da frequência r.
c) Aumento do diâmetro da ponta do poço termométrico
Aumentando o diâmetro da ponta, a frequência fs éreduzida, otimizando a razão da frequência r.
d) Utilização de colar
O colar ou outros métodos de apoio estão fora do escopo
da norma ASME PTC 19.3 TW-2016. O uso de colares
geralmente não é recomendado, uma vez que, um apoio
rígido somente ocorrerá se na instalação um ajustecom interferência entre o colar e o bocal for obtido (veritens 6-7 da ASME PTC 19.3 TW-2016). Sob especifica
solicitação por parte do cliente, os poços de proteçãopoderão ser construídos com colar. O poço termométricoserá projetado de acordo com os critérios de cálculo
da norma ASME PTC 19.3 TW-2016, porém isto nãofaz parte do escopo da ASME PTC 19.3 TW-2016.
Entretanto, o usuário torna-se responsável pela instalaçãodo poço termométrico com interferência no bocal, o que
significa que normalmente este colar deve ser ajustado.
Generalmente a garantia da utilização do colar não éoferecida pela WIKA!

e) ScrutonWell®
A construção ScrutonWell® pode ser fornecida empoços termométricos usinados de barra com conexãoflangeada, Vanstone ou para conexão ao processo
soldada ou rosqueada. Esta construção reduz aamplitude de oscilação em mais de 90 % 1) e, ao mesmo
tempo, permite uma instalação fácil e rápida do poço
termométrico sem necessidade de retrabalhos carosem campo. O design WIKA ScrutonWell® foi testado eaprovado pelos laboratórios independentes TÜV SÜDNEL (Glasgow) e pelo Instituto de Mecânica e Dinâmica
dos Fluidos (Technical University of Freiberg).
Para informações detalhadas, por favor, veja folha dedados SP 05.16.
Cálculo do ScrutonWell® baseado na ASME PTC 19.3TW-2016■■ Pressão máxima permissível nas dimensões da haste■■ Tensão de flexão máxima permissível■■ A parte dinâmica do cálculo de resistência não énecessária, devido ao amortecimento da oscilação emmais de 90 %Poço termométrico modelo TW10 ScrutonWell®

ASME PTC 19.3 TW-2016 não é aplicável para poçostermométricos fabricados de tubo. Por favor, entre
em contato com seu representante WIKA para obter
informações para métodos de cálculo para este tipo deconstrução.

1) Journal of Offshore and Mechanics and Artic Engineering Nov 2011, Vol 133/041102-1,
editora: ASME

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Sequência de procedimentos para cálculo de resistência conforme
norma ASME PTC 19.3 TW-2016
Este diagrama de fluxo mostra
passo a passo, a sequência deprocedimentos para execução deum cálculo de resistência conforme
ASME PTC 19.3 TW-2016 de maneira
simplificada. Este diagrama relacionase apenas a falhas pela razão entreas frequências. Consulte a instruçãode operação WIKA para ver a listacompleta com as demais causas defalha.
Devido as variações nas construçõesde poços termométricos em
combinação com vários parâmetrosde processo, nem todos os cálculosde resistência podem ser aplicados
neste procedimento.
Se este procedimento não
for suficiente para solução dodimensionamento do poço, porfavor, entrar em contato com um
especialista da WIKA para suporte,pois uma análise especial em sua
aplicação deve ser necessária.

Cálculo de resistência
conforme ASME PTC 19.3
TW-2016

Poço termométrico
não está conforme oescopo da PTC 19.3
TW-2016sim

Por favor, entrar em
contato com um
especialista da WIKA.

Revestimentos
com camada deStellite, superfícies rugosas,
colar, construção helicoidal, furocom rebaixo ou outras
construçõesespeciais?
nãoCálculo de resistência
conforme ASME PTC 19.3
TW-2016

Colarou
ScrutonWell®

sim

Resultado aprovado?
nãoComprimentosugerido (L) >comprimento do bocal +espessura de parede dotubo + 2" (50 mm)

sim

não

AVISO!
Em caso de falha na solução, por favor, entrar em
contato com um especialista da WIKA.

Altere o comprimentopara Lopt e recalcularnão

Resultado aprovado?

sim

Aumenta diâmetro daponta e/ou da base erecalcular

Resultado aprovado?

nãosimFinal do cálculo de resistência
Poço termométrico aprovado
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Detalhes de construçãoDeterminando a posição do primeiro colar
O colar no poço termométrico é calculado conforme a seguir:
Comprimento de bocal - 25,4 mm (1 polegada)
Exemplo:Comprimento de bocal 355,6 mm (14 polegadas). O colar
de apoio é localizado a 330,2 mm (13 polegadas) da face doflange.

Construção do bocal

Altura do bocal

A altura do bocal é definida do diâmetro externo datubulação até a parte externa da conexão (face do flange ou
soquete de solda, etc.).

Número e posição do colar
Se a distância do primeiro colar da face do flange é menorque 127 mm (5 polegadas), somente será necessário autilização de um colar.
Se a distância do primeiro colar é maior que 127 mm(5 polegadas), a utilização de um segundo colar seránecessária e este deverá ser posicionado na metade dadistância entre o primeiro colar e a face do flange. Por favor,entre em contato com seu representante WIKA para bocais
com comprimentos maiores que 762 mm (30 polegadas).
Exemplo nº 1 - Dois colares
O comprimento do bocal é de 356 mm (14 polegadas). O
primeiro colar é colocado a 356 mm (14 polegadas) – 25,4mm (1 polegada) = 330 mm (13 polegadas). Como esta
distância é maior que 127 mm (5 polegadas), um segundo
colar será necessário. A posição deste colar será calculada
conforme a seguir, com 330 mm (13 polegadas) / 2 = 165
mm (6,5 polegadas). Assim a posição do segundo colar é de165 mm (6,5 polegadas) da face do flange.

Colar 2Colar 1

Exemplo nº 2 – Um colar
O comprimento do bocal é de 114 mm (4,5 polegadas). O
colar será colocado na seguinte posição, comprimento de
114 mm (4,5 polegadas) – 25,4 mm (1 polegada) = 89 mm(3,5 polegadas). Como este comprimento é menor que 127
mm (5 polegadas) somente um colar será necessário.

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Montagem típica no bocal
DetalhesAjuste com
interferência entreo colar e diâmetrointerior do bocal≥ 45 mm (1,75")
12,7 mm (½")

veja “Detalhes”

Colar com 4 pontos“A”
Comprimento cônico deinserção Ured“A”

ProcessoSeção “A”-“A”

Diâmetro externo do colar recomendável conforme as dimensões o bocal
DN

UnidadeDiâmetro exterior do colar1"

polegadas

1,107

1 ½"
2"

mm

polegadasmm

polegadasmm

SCH.10

SCH.40

SCH.STD

SCH.80

SCH.XS

SCH.160

SCH.XXS

28,126,926,924,624,621,015,5

1,692

43,02,167

55,01,059

1,620

41,12,077

52,8

1,059

1,620

41,1

2,077

52,8

0,967

1,510

38,4

1,949

49,5

0,967

1,510

38,4

1,949

49,50,825

1,348

34,2

1,697

43,1

0,609

1,110

28,2

1,513

38,4

Diâmetro máximo da base recomendável conforme as dimensões o bocal
DNUnidadeDiâmetro da base sugerido abaixo do colar1"

polegadas

0,938

1 ½"2"

mm

polegadasmm

polegadasmm

SCH.1023,8

1,500

38,11,875

47,6

WIKA folha de dados IN 00.15 ∙ 01/2019

SCH.40
0,875

22,2

1,375

34,9

1,750

44,5SCH.STD
0,875

22,2

1,375

34,9

1,750

44,5SCH.80
0,813

20,6

1,250

31,8

1,625

41,3

SCH.XS
0,813

20,6

1,250

31,8

1,625

41,3

SCH.160
0,688

17,5

1,125

28,6

1,500

38,1SCH.XXS
0,500

12,7

1,000

25,4

1,250

31,8Página 6 de 7

Especificações de construção conforme ASME PTC 19.3 TW-2016
DescriçãoForma cônica e reta

MínimaComprimento de inserção “L”
Diâmetro da ponta B

609,6 mm (24")

9,2 mm (0,36")

46,5 mm (1,83")--

3 mm (0,12")

Espessura mínima de parede (B-D)/dMarcação

conforme ASME
nas folhas
PTC 19.3 TW-2016 de dados daWIKA

Comprimento deinserção

LUDiâmetro de furo

Diâmetro da pontadB

Diâmetro da base

BAQ

V

0,80,5830,875-

-

2--0-

6,7 mm (0,265")
-

0,5-

-

Relação entre Ls/L

6,1 mm (0,24")
-

0,71

2

Relação entre L/B

1-

0,16

Relação entre d/B

20,9 mm (0,825")--

Relação entre B/A para B = 22,2 mm

Máxima127 mm (5")-

Relação entre B/A para B = 12,7 mm

Mínima609,6 mm (24")

0,58

Relação de conicidade entre B/A

Máxima63,5 mm (2,5")

3,175 mm (0,125")

Diâmetro de furo dForma com rebaixo

3 mm (0,12")

0,6-Se as dimensões do poço termométrico forem baseadas em
especificações do cliente ou aplicações específicas, e estas
estiverem em desacordo com os requisitos da norma ASME
PTC 19.3 TW-2016, os resultados de cálculo serão apenas
em caráter informativo.
Nestas condições, a WIKA não poderá oferecer nenhuma
garantia.

Dados necessários para cálculo
Os exemplos na tabela abaixo mostram a disposição
dos dados de processo e as especificações do poçotermométrico em uma planilha para que a WIKA possa
calculá-los.

Tabela de exemplo de dados necessários para o cálculo
Tag nºTPv

rho

TW-0301

220

1,5

23,6

2,4

TW-0305

235

10

19,6

6,1

TW-0303

TW-0307

TW-030905/209 PT based on 01/2019 ENTW-0311

em °C

220

220

235

400

em
bar
1,5
1030

31,5em
m/s

25,7
13

8,9

31,9

em kg/m³

Viscosidade Modelo
dinâmica
em cPDimensões em mm

2,00,017

250

8,928,3

10,1Legenda
Tag nº Identificação do instrumento
TTemperaturaPPressãov
Velocidaderho
Densidade do meio de processo

LØd
ØA
ØB
TtLØdØAØB

TtNID

NL

0,013

TW10

250

8,525

19

6,438,3

220

0,015

TW10250

8,5

25

19

6,438,3

220

0,014

0,013

0,017

TW10TW10

TW10TW10355

355

355

8,5

8,58,58,525

25

25

25

19

19

19

19

6,4

6,4

6,46,438,338,338,338,3Material(EN/ASTM)
316L

220

316L

316L

220

316L

220

316L

220

316L

Comprimento de inserção
Diâmetro interno do bocal
NID
Diâmetro do furoNL
Comprimento do bocal
Diâmetro da baseModelo do poço termométrico
ModeloDiâmetro da ponta
WIKA
Espessura da ponta© 03/2004 WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, todos os direitos são reservados.
Especificações e dimensões apresentadas neste folheto representam a condição de engenharia no período da publicação.
Modificações podem ocorrer e materiais especificados podem ser substituídos por outros sem aviso prévio.

WIKA folha de dados IN 00.15 ∙ 01/2019

Página 7 de 7WIKA do Brasil Ind. e Com. Ltda.
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