In questo articolo ci occupiamo delle prove di tenuta con mezzo gassoso su condotte interrate. Qui ci concentriamo sull’influenza della temperatura dell’aria ambiente sulla temperatura a diverse profondità del terreno e sull’influenza della variazione di temperatura sulla prova di tenuta.
Sensore di temperatura
Le curve di temperatura sono state determinate con punte di terra a diverse profondità del suolo e in aria vicino al terreno. La precisione assoluta dei sensori è di 0,1 °C, la risoluzione del valore misurato di 0,01 K (Kelvin). Osserviamo la temperatura dell’aria per sei giorni e la temperatura del suolo a diverse profondità.
Per misurare le temperature a diverse profondità, un picchetto è stato conficcato nel terreno a 20, 40, 60 e 80 cm di profondità. Per documentare la temperatura dell’aria, un sensore è stato fissato a un picchetto di terra all’altezza del ginocchio, sospeso liberamente nell’aria. I valori misurati sono stati memorizzati con 5 dispositivi TempTest ogni 15 minuti.
Set-up sperimentale per la misurazione della temperatura
L’andamento della temperatura dell’aria in sei giorni, la differenza massima è di circa 10 °C (valore più basso / più alto).
Il grafico mostra l’andamento della temperatura del suolo a 20 cm di profondità. In questo caso è chiaramente visibile uno smorzamento dei picchi. La differenza è di 1,44 °C dal valore più basso a quello più alto.
Questo deve essere seguito dall’andamento della temperatura del suolo a 40 cm di profondità. Un’ulteriore attenuazione dei picchi è chiaramente visibile.
La differenza è ancora di 0,78 °C dal valore più basso a quello più alto.
Nel diagramma seguente è stato misurato l’andamento della temperatura del suolo a una profondità di 60 cm.
La differenza è di soli 0,48 °C tra il valore più basso e quello più alto.
Il grafico seguente mostra l’andamento della temperatura del suolo ad una profondità di 80 cm. La differenza tra il valore più basso e quello più alto è molto più contenuta, pari a 0,39 °C.
Panoramica di tutte le curve di temperatura
La temperatura dell’aria cambia significativamente nel corso della giornata e fino al mezzogiorno successivo. Il periodo di osservazione selezionato: dal 26.1. alle 06:48 fino al 27.1. alle ore 13:48. Come previsto, le variazioni di temperatura dell’aria hanno un effetto sempre minore con l’aumentare della profondità. La curva di temperatura viene smussata.
Panoramica dei sei giorni e aumento della temperatura in un'unica sezione
Come influisce la variazione della temperatura dell’aria ambiente nell’area contrassegnata (06:48-13:48) sulla temperatura al suolo? Poiché sappiamo che il suolo è ritardato nel tempo per mostrare la temperatura, i valori estremi sono illustrati nella tabella fino al 29 gennaio alle 09:03. Mentre la variazione di temperatura nell’aria era di 8,65 °C, ad esempio, si potevano ancora misurare 1,36 °C a 20 cm di profondità e solo 0,23 °C a 80 cm di profondità.
Ritardo tra la temperatura dell'aria e quella del suolo
Quanto dura approssimativamente il ritardo?
Oltre a smussare la curva di temperatura, il terreno ha anche un effetto di ritardo. Tra la temperatura massima giornaliera (aria) e il sensore a 60 cm di profondità, il ritardo è di 33 ore.
Cosa significa questo per il test di tenuta?
Non solo le oscillazioni di temperatura in arrivo, che magari le previsioni del tempo ci dicono con largo anticipo, sono importanti. Se nelle ultime 24 o 48 ore si sono verificati forti sbalzi di temperatura nell’aria, questi possono avere un effetto successivo anche in un test di tenuta in corso.
Che ruolo ha la variazione di temperatura nel terreno che viene trasferita al mezzo nel tubo (aria)?
Si utilizza la formula per il cambiamento di stato isocorico dei gas ideali (legge di Amontons). Essa afferma che la temperatura e la pressione sono proporzionali tra loro (p1/p2 = T1/T2), se il volume non cambia. Con una pressione assoluta di prova di 8 bar (pressione di prova di 7 bar), si ottengono le differenze di pressione (dp) dalla tabella precedente.
Nell’esempio 20 cm di profondità del suolo:
La temperatura dell’aria nel tubo aumenta di 1,36 °C, con un conseguente aumento della pressione di 39,2 mbar.
È inoltre evidente che con l’aumentare della profondità ogni cm aggiuntivo di copertura diventa “meno importante”. La relazione non è lineare, ma esponenziale. Questo ha il seguente effetto, ad esempio: tra 20 cm e 40 cm di profondità c’è una differenza di 17 mbar, tra 60 e 80 cm di profondità c’è una differenza di soli 2,9 mbar!
Un pensiero alla fine: come si valuta il caso in cui il picco di terra non arrivi fino al tubo (apice del tubo), ad esempio quando la temperatura viene misurata 40 cm sopra il tubo? È un vantaggio per l’ispettore in loco o no?
Risposta: probabilmente no, perché il principio di base è che le fluttuazioni di temperatura devono essere evitate. Ciò viene dimostrato misurando la temperatura del terreno in un punto adatto, cioè vicino alla condotta, oppure misurando in punti della condotta particolarmente esposti all’influenza della temperatura, cioè le estremità esposte della condotta con un sensore a contatto. I calcoli di esempio hanno mostrato perché dovremmo evitare o almeno ridurre al minimo le fluttuazioni di temperatura nel tubo. Se, tuttavia, la perdita di pressione massima viene leggermente superata durante una prova di tenuta, una corretta misurazione della temperatura può aiutare a valutare la situazione. Quanto più la misura è in grado di riflettere la variazione nella tubazione, cioè è misurata vicino alla tubazione, tanto più è facile valutare se le variazioni di temperatura possono essere la causa di una perdita o di un aumento di pressione.
Con un calcolo dell’effetto delle variazioni di temperatura misurate sulla pressione, è chiaro se posso mettere in funzione una condotta o se il test deve essere ripetuto.
La nostra raccomandazione: a causa della complessità delle interrelazioni, la valutazione dell’influenza della temperatura deve essere effettuata solo da personale esperto e appositamente formato.