¿Qué es el cálculo de la frecuencia de vigilia de un termopozo?

Este artículo se publicó originalmente el 24 de enero de 2022 y se actualizó el 3 de marzo de 2025.

Si trabaja en oleoductos y gasoductos, plantas químicas, refinerías o en cualquier lugar que requiera un termopozo para proteger su sensor de temperatura de los medios del proceso, es importante asegurarse de que el dispositivo funcionará en la aplicación. Por ejemplo, las turbulencias causadas por el proceso pueden romper el termopozo y dañar el equipo.

Calcular la frecuencia de estela de la vaina puede ayudar. Como líder de producto en Ashcroft, con más de 40 años de experiencia en la industria, este es un tema del que hablo a menudo con los clientes. En este artículo, aprenderá qué es la frecuencia de estela de la vaina y cómo calcularla. Cuando termine de leerlo, comprenderá la necesidad de realizar un cálculo de la frecuencia de estela y tendrá más confianza en la capacidad del termopozo para proteger el sensor de temperatura. Además, compartiremos recursos adicionales que profundizarán aún más sus conocimientos sobre los termopozos. 

¿Qué es la frecuencia de estela de la vaina?

Una estela es la región de flujo recirculante inmediatamente detrás de un cuerpo sólido en movimiento o estacionario, causada por el flujo del fluido circundante. Los vórtices alternantes que se producen cuando el medio fluye a través del vástago pueden crear turbulencias que hacen que el termopozo resuene u oscile. Esto se conoce como desprendimiento de vórtices o estela de Von Kármán.

La tasa de desprendimiento se calcula y se compara con la frecuencia natural del termopozo. Si la frecuencia de la estela es demasiado cercana a la frecuencia natural del termopozo, el desprendimiento del vórtice puede destruir el termopozo, lo que puede provocar daños en el instrumento de temperatura y en el proceso a medida que el vástago roto fluye por el sistema.

¿Cómo puedo calcular la frecuencia de estela de mi termopozo?

Ashcroft ha desarrollado una herramienta Calculadora de Frecuencia de Estela para ayudarle con la selección adecuada del termopozo. Esta herramienta fue diseñada siguiendo la norma ASME PTC 19.3 TW.

Figura 1. Captura de pantalla de la Calculadora de Frecuencia de Estela Ashcroft®.

¿Qué datos debo introducir en la calculadora de frecuencia de estela de la vaina?

Para realizar un cálculo se necesitan cinco datos sobre el medio de proceso y las dimensiones del termopozo. Sin todos los detalles no se puede ejecutar un cálculo:

1. Velocidad: Es la velocidad del medio, normalmente medida en pies por segundo o metros por segundo. Esta condición es fundamental para el cálculo, ya que la velocidad afecta tanto a las fuerzas de elevación y arrastre como a otros esfuerzos aplicados al termopozo.
2. Densidad: Masa por volumen o gravedad específica. La densidad combinada con la velocidad entra en juego en todos los cálculos.
3. Viscosidad: El grosor de su medio, o una medida de la resistencia de su medio al esfuerzo cortante.
4. Presión máxima: cantidad máxima de fuerza aplicada a un objeto.
5. Temperatura máxima: La temperatura máxima de su medio de proceso.

Además, si por casualidad tiene un número de pieza Ashcroft estándar, puede extraerlo del cuadro desplegable de la calculadora y las dimensiones de su termopozo se rellenarán automáticamente (véase la Figura 2 a continuación).

Figura 2. Menús desplegables de la calculadora de frecuencia de vigilia.  

Si usted no tiene un número de parte Ashcroft pero conoce las dimensiones de su termopozo, entonces puede ingresarlas manualmente. Estos campos dimensionales pueden ser modificados cuando sea necesario. 

Figura 3. Ejemplo de introducción manual de las dimensiones del termopozo.

Una vez completada la información sobre el proceso y los detalles dimensionales, tendrá que comprender los resultados.

Comprender los resultados de la frecuencia de estela de su termopozo

Hay cuatro tipos de tensiones por las que pasará la calculadora para determinar la probabilidad de fallo:

1. Esfuerzo de oscilación: Incluye las fuerzas de arrastre y sustentación que provocan la oscilación. También se conoce como tensión dinámica. El termopozo falla si esta tensión supera el límite de tensión de fatiga para el termopozo.
2. Tensión en estado estacionario: La tensión en estado estacionario no debe superar la tensión admisible del termopozo. La tensión admisible se determina utilizando los criterios de Von Mises dentro de la fórmula de la calculadora para calcular si las combinaciones de tensiones en un punto determinado provocarán el fallo.
3. Presión: La presión aplicada no debe superar los valores nominales de presión del termopozo o se producirá un fallo.
4. Frecuencia: La frecuencia de resonancia del termopozo debe ser lo suficientemente alta como para evitar oscilaciones destructivas causadas por el flujo. La mayoría de los fallos se observan en esta área cuando las condiciones del proceso permiten que el termopozo vibre hasta el punto de fallo.

Un termopozo debe superar estos cuatro parámetros para que se considere adecuado para su uso.

Superación de los parámetros de la prueba de frecuencia de estela

Supongamos que ha introducido todos los datos y ha pulsado el botón de cálculo, pero el termopozo seleccionado ha fallado para la aplicación prevista. En concreto, ha fallado tanto la tensión oscilatoria como la frecuencia. ¿Y ahora qué? Siga uno de estos pasos: 

• Acorte la dimensión U. Este es el paso más típico para corregir este fallo y siempre es la mejor solución si es posible en su aplicación.
• Engordar el vástago. En los casos en que acortar la dimensión U no es una opción, puede probar este enfoque. 
• Haga la prueba con un material más resistente. Como última opción, también puedes probar esto.

Tenga en cuenta que si decide engrosar las dimensiones de la raíz y la punta, recuerde dónde va a insertar el termopozo. No debe engrosarlo tanto que la vaina ya no quepa en la boquilla o en la T.

¿Quiere saber más?

Ahora que entiende el proceso de cálculo de la frecuencia de estela, debería estar mejor preparado para seleccionar el mejor termopozo para su proceso. Siempre puede ponerse en contacto con un experto en productos si tiene alguna pregunta sobre nuestra calculadora de frecuencia de estela. 

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