Un accurato calcolo strutturale per i pozzetti termometrici garantisce, in fase di pianificazione, una maggior affidabilità operativa per tutti i tipi di impianto. Si evitano quindi fin dall'inizio rischi di rotture associate a costosi tempi di fermo impianto. Attraverso l'uso del nuovo sistema di calcolo e con la collaborazione degli operatori dell'impianto si possono ottenere efficienti soluzioni di progetto. I calcoli strutturali dei pozzetti stanno diventando sempre più importanti per resistere a carichi statici e dinamici nelle condizioni di processo. Mentre in passato il progetto dei pozzetti è stato determinato per molti anni dall'esperienza, oggi le dimensioni di un pozzetto sono calcolate in funzione dei dati di processo.
Lo standard mondiale più utilizzato per questo scopo è l'ASME PTC 19.3. Un altro sistema di calcolo in accordo con la ASME PCT 19.3 (Performance Test Code of the American Society of Mechanical Engineers) è basato sui principi stabiliti da J.W. Murdock nel 1959. Mentre lo "Stress Analysis of Thermowell" di John E. Brock 81974) e le simulazioni che utilizzano metodi di elemento finiti sono altre possibili basi di calcolo. Le tabelle rating/carico per i pozzetti incluse nella norma DIN 43772 derivano dai calcoli di P. Dittrich (1964); A differenza della PTC 19.3, essi considerano anche i pozzetti costruiti per le tubazioni, che sono un componente importante per questo standard tedesco.
Calcoli ASME
La ASME PTC 19.3 si applica fino a una velocità di flusso di 95 m/s; essa specifica le dimensioni minime che possono essere calcolate del diametro sotto flangia e della punta di pozzetti. Come dati di processo sono richiesti: pressione, temperatura, densità e velocità del flusso. Per il pozzetto servono la lunghezza dell'immersione, il diametro sotto flangia, della punta e del foro e del materiale. I risultati del calcolo ASME sono separati in valori statici e dinamici. La prima categoria si riferisce alla pressione di processo statica ammissibile e alla lunghezza massima dell'immersione in relazione alla deformazione sotto un carico di pressione statica. La frequenza naturale fn e la frequenza wake fw sono i risultati dinamici più interessanti del calcolo sui pozzetti. La velocità del flusso di processo e la punta del pozzetto hanno influenza sulla frequenza wake fw. I fondamenti fisici del Kàrman vortex street sono rappresentati da fattori fissi.
In aggiunta alla lunghezza dell'immersione e ai dati del materiali del pozzetto che dipendono dalla temperatura, il calcolo della frequenza naturale fn include anche fattori di tipo variabile, che sono definiti nella ASME PTC 19.3. Se la frequenza wake fw è la stessa di quella naturale fn, il pozzetto sarà in risonanza. Il valore massimo del rapporto fw/fn secondo la PCT 19.3 è di 0,8. Questo fattore di sicurezza del 20% di risonanza, per il quale il rapporto di frequenza potrebbe essere 1, evita oscillazioni e con esse il danneggiamento del pozzetto tramite un carico ciclico lungo il diametro sotto flangia. Una semplice rappresentazione dei risultati di calcolo dinamico può essere ottenuta sotto forma di diagramma, permettendo la correlazione tra la lunghezza dell'immersione L e la velocità del flusso ne derivano direttamente.
Il modo più efficiente per migliorare il rapporto di frequenza è ridurre la lunghezza dell'immersione del pozzetto. La procedura più semplice e di accorciarlo anche se la lunghezza dell'immersione non deve essere minore dell'altezza del bocchello della flangia di processo. Se è così, non si deve usare questa opzione e il pozzetto può essere al contrario supportato da un ancoraggio sullo stelo che accorcia le componenti vibranti libere del pozzetto al di sotto dell'ancoraggio in modo che l'oscillazione nel pozzetto possa essere eliminata. Vi sono due possibilità per dimensionare il supporto di ancoraggio: l'ancoraggio può essere adeguatamente collegato al diametro interno del bocchello della flangia, con una piccola interferenza di aria che va da 0,1 a 0,2 mm circa, oppure il diametro dell'ancoraggio può essere sovradimensionato di circa 1 mm, quindi adattato individualmente al punto di montaggio.
Esistono supporti a 3 o 4 punti, che possono essere sia saldati che costruiti in un unico pezzo. Le superfici lavorate a macchina del pozzetto permettono al fluido di processo di scorrere lungo lo stesso e anche al di sopra dell'ancoraggio migliorando il trasferimento della temperatura. Il rinforzo del pozzetto tramite modifica dei diametri del sotto flangia e della punta viene usato solo in casi rari. Questa modifica ha una minor influenza sui risultati del calcolo rispetto all'accorciamento della lunghezza dell'immersione. Inoltre se si decide di aumentare i diametri del pozzetto avremo un peggioramento dei tempi di risposta del sensore.
