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En este artículo, abordaremos las pruebas de estanqueidad con medio gaseoso en tuberías subterráneas. Aquí nos centramos en la influencia de la temperatura ambiente del aire en la temperatura a diferentes profundidades del suelo y la influencia del cambio de temperatura durantes las pruebas de presión de tuberías de gas.
Sensores de temperaturas: equipo utilizado para conocer la influencia de la temperatura en una prueba de presión
Las curvas de temperatura se determinaron con picas de tierra a diferentes profundidades del suelo y en el aire cerca del suelo. La precisión absoluta de los sensores es de 0,1 °C, resolución del valor medido 0,01 K (Kelvin). Observamos la temperatura del aire durante seis días y la temperatura del suelo a diferentes profundidades.
Para medir las temperaturas a distintas profundidades, se clavó una pica en el suelo a 20, 40, 60 y 80 cm de profundidad. Para documentar la temperatura del aire, se fijó un sensor a una pica de tierra a la altura de la rodilla, colgando libremente en el aire. Los valores medidos se almacenaron en 5 dispositivos TempTest cada 15 minutos.
Instalación experimental para la medición de la influencia de la temperatura
En el transcurso de la temperatura del aire durante seis días, la diferencia máxima es de unos 10 °C (valor mínimo/máximo).
El gráfico muestra la evolución de la temperatura del suelo a 20 cm de profundidad. Aquí se aprecia claramente una disminución de los picos. La diferencia es de 1,44 °C entre el valor más bajo y el más alto.
A continuación se observa la evolución de la temperatura del suelo a 40 cm de profundidad. Se aprecia claramente una nueva atenuación de los picos.
En el diagrama siguiente se ha medido la evolución de la temperatura del suelo a una profundidad de 60 cm.
El gráfico siguiente muestra la evolución de la temperatura del suelo a 80 cm de profundidad. La diferencia entre el valor más bajo y el más alto es aquí mucho menor, de 0,39 °C.
Conclusión de todas las curvas de temperatura
La temperatura del aire cambia significativamente en el transcurso de un día y hasta el mediodía siguiente. El periodo de observación seleccionado: 26.1. desde las 06:48 horas hasta el 27.1. a las 13:48 horas. Como era de esperar, los cambios de temperatura del aire tienen un efecto cada vez menor a medida que aumenta la profundidad. La curva de temperatura está suavizada.
Resumen de seis días y aumento de la temperatura en una sección
¿Cómo afecta el cambio de temperatura del aire ambiente en la zona marcada (06:48-13:48) a la temperatura del suelo?
Puesto que sabemos que el suelo tiene un retardo temporal para mostrar la temperatura, los valores extremos se muestran en la tabla hasta el 29 de enero a las 09:03. Mientras que el cambio de temperatura en el aire fue de 8,65 °C, por ejemplo, aún pudieron medirse 1,36 °C a 20 cm de profundidad y sólo 0,23 °C a 80 cm de profundidad.
Tiempo de retardo entre la temperatura del aire y la del suelo
¿Cuánto dura aproximadamente el retraso?
Además de suavizar la curva de temperatura, el suelo también tiene un efecto de retardo temporal. Entre la temperatura máxima diaria (aire) y el sensor situado a 60 cm de profundidad, el tiempo de retardo es de 33 h.
¿Qué significa esto para la prueba de presión?
No sólo son importantes las fluctuaciones de temperatura venideras, que tal vez nos indique la previsión meteorológica con bastante antelación. Si se han producido fuertes cambios de temperatura en el aire en las últimas 24 o 48 horas, pueden tener un efecto posterior en una prueba de presión en curso, incluso después.
¿Cuál es la influencia del cambio de temperatura en el suelo que se transfiere al medio en la tubería (aire)?
Se utiliza la fórmula del cambio de estado isocórico de los gases ideales (ley de Amontons). Ésta establece que la temperatura y la presión son proporcionales entre sí (p1/p2 = T1/T2), si el volumen no varía. A una presión de prueba absoluta de 8 bar (presión de prueba de 7 bar), se obtienen las diferencias de presión (dp) a partir de la tabla anterior.
En el ejemplo, 20 cm de profundidad del suelo:
La temperatura del aire en la tubería aumenta en 1,36 °C, lo que se traduce en un aumento de presión de 39,2 mbar.
También es muy obvio que con el aumento de la profundidad cada cm adicional de cobertura se vuelve «menos importante». La relación no es lineal, sino exponencial. Esto tiene, por ejemplo, el siguiente efecto: Entre 20 cm y 40 cm de profundidad hay una diferencia de 17 mbar, ¡entre 60 y 80 cm de profundidad sólo hay una diferencia de 2,9 mbar!
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¿Cómo se evalúa realmente el caso cuando la pica de tierra no llega hasta el tubo (vértice del tubo), por ejemplo, cuando la temperatura se mide 40 cm por encima del tubo? ¿Es esto una ventaja para el inspector in situ o no?
Probablemente no, porque el principio básico es que deben evitarse las fluctuaciones de temperatura. Esto se demuestra midiendo la temperatura del suelo en un lugar adecuado, es decir, cerca de la tubería o midiendo en puntos de la tubería especialmente expuestos a la influencia de la temperatura, a saber, los extremos expuestos de la tubería con un sensor de contacto.
Los cálculos del ejemplo han demostrado por qué debemos evitar o al menos minimizar las fluctuaciones de temperatura en la tubería. Sin embargo, si durante una prueba de presión se supera ligeramente la caída de presión máxima, una medición correcta de la temperatura puede ayudar a evaluar la situación. Cuanto mejor pueda reflejar la medición el cambio en la tubería, es decir, cuanto más cerca se mida de la tubería, más fácil será evaluar si los cambios de temperatura pueden ser la causa de una caída de presión o de un aumento de presión.
Con un cálculo del efecto de los cambios de temperatura medidos sobre la presión, queda claro si puedo poner una tubería en funcionamiento o hay que repetir la prueba.
Nuestra recomendación: Debido a la complejidad de las interrelaciones, la evaluación de la influencia de la temperatura sólo debe ser realizada por personal especialmente formado y con experiencia.