Come garantire il corretto funzionamento di una vacuum jacket

Sabato 18 Agosto 2018
Garantire il corretto funzionamento di una camera per il vuoto

La tecnica che prevede l'utilizzo di una protezione o barriera con il vuoto per isolare termicamente un serbatoio criogenico o refrigerante è semplice: viene rimossa l'aria attorno a un oggetto, eliminando in questa maniera la conduzione termica. Questa tecnologia risulta davvero efficace se meno di un millesimo dell'aria rimane in questa intercapedine. In altre parole, se la pressione è anche di poco sopra 1 Torr, il valore di isolamento della protezione (jacket) è inutile. L'efficacia dell'isolamento migliora mano a mano che la pressione viene ridotta sotto 1 Torr, ed è praticamente "perfetta" a pressioni inferiori a 10 mTorr (l'irraggiamento e la conduzione attraverso le connessioni meccaniche a quel punto sovrasterà il trasferimento di calore). Di conseguenza, per valutare il perfetto funzionamento di una "vacuum jacket", bisogna capire qual è il valore della pressione all'interno dell'intercapedine. Se la pressione è superiore a 1 Torr, avremo scarsi benefici, mentre se il valore sarà nel range dei milllitorr (mTorr), allora il sistema sta funzionando correttamente.

 

Teledyne Hastings

Metodologia
Metodologia - Conduzione termica in aria
Metodologia - Conduzione termica in aria

Per misurare con efficacia la pressione nel range dei milliTorr, un misuratore a lancetta non è abbastanza sensibile. Tutto gli effetti dovuto all'isolamento avvengono quando la lancetta è ferma sullo "0" (è necessario sapere quanta parte del millesimo di un'atmosfera è rimasta nell'intercapedine). Per questa ragione, un misuratore specializzato che misuri la conduzione termica del gas nell'intercapedine è ideale per dedurre il valore di pressione. Il principio, denominato conducibilità termica, termocoppia o TC, richiede un sensore che rappresenti in modo affidabile ed efficace la migliore tecnologia disponibile, per assicurare che l'intercapedine abbia le proprietà isolanti richieste. Questo sensore è il più indicato in quanto misura direttamente quanto efficacemente il serbatoio sia isolato. Per attivare il monitoraggio costante di un vacuum jacket per applicazioni fisse (per esempio GNL - Gas Naturale Liquefatto, serbatoi criogenici in grandi volumi, tubature a doppia parete con isolamento da vuoto), il sensore e le elettroniche di lettura possono essere installate in via permanente sull'unità di contenimento di vuoto. Per installazioni esterne, il sensore può essere montato sul serbatoio, con il lettore posizionato in altro luogo, proteggendolo in questo modo dagli agenti atmosferici. In alcune situazioni il monitoraggio viene eseguito periodicamente: questo è il caso di serbatoi criogenici caricati su camion o treni, dove il sensore è tipicamente installato in un punto fisso, e il valore di pressione viene letto tramite un'unità di misura portatile.

Sebbene la posizione ideale per i sensori dipenda dalla configurazione del sistema, ci sono alcune linee guida generali da tenere in considerazione. Quando sono eseguiti controlli periodici con un lettore portatile, il sensore deve essere installato in una posizione che sia facilmente accessibile. Inoltre ci sono delle considerazioni tecniche che impongono di posizionare il sensore vicino a punti in cui ci siano presunte perdite di pressione, oppure guarnizioni in movimento come valvole o passanti rotatori (rotary feedthroughs). In sistemi in cui sia presente un jacket con una pompa di vuoto in continuo funzionamento, installare un sensore vicino alla pompa di vuoto non è indicato per identificare perdite che possano compromettere il funzionamento corretto dell'intercapedine: la misura della pressione effettuata  alla pompa non è realistica, in quanto sarà sempre la lettura migliore (la più bassa), contrariamente alla necessità reale, che è quella di leggere il valore peggiore. Per questo motivo identificare le posizioni in rami remoti o sezioni senza via d'uscita sono ideali per assicurarsi che le proprietà di isolamento siano mantenute.

Scelta dello strumento

Teledyne Hastings offre diverse versioni di sensori a termocoppia (TC), ciascuno progettato per rispondere a specifici requisiti. Per la finalità generica del monitoraggio di tubature con sistema di vacuum jacket, cisterne e dewar in ambienti controllati (strutture al coperto), il sensore a termocoppia DV-6M è incato: economico e conveniente, con un range di misura da 1 a 1000 milliTorr.

Per installazioni che siano soggette a vibrazioni eccessive o urti meccanici, è disponibile una versione rinforzata del sensore, il DV-6R.

Per l'utilizzo negli ambienti più difficili esiste una versione in alluminio a prova di intemperie, il DV-6S. Esistono delle opzioni per questo modello, per esempio un tappo di metallo attaccato da un filo metallico al sensore, che serve per proteggere i contatti del connettore. Tutte le varianti del DV-6 hanno di default  la connessione a 1/8” NPT per una facile installazione sul vacuum jacket. Esistono attacchi opzionali già disponibili. Per attacchi non previsti come opzionali, Teledyne è disponibile per discutere con il cliente e progettare soluzioni personalizzate, con un minimo quantitativo che dipende dall'attacco.

La lettura del vuoto viene ottenuta da qualsiasi sensore DV-6S utilizzando o un display elettronico dedicato o un lettore elettronico portatile. Il DCVT fornisce un monitoraggio continuo con un display a LED rosso di facile lettura. Per il monitoraggio periodico di uno o più sensori, l'HPM 4/5/6 portatile è la migliore opzione. Per comodità è alimentato da batterie a 9V e può essere connesso a qualsiasi sensore DV-6 per una lettura immediata.

Per assicurare la misura più accurata, si può utilizzare il sensore di riferimento DB-20 (con calibrazione tracciabile NIST) progettato con il fine di validare la calibrazione elettronica.