¿Qué es una vaina térmica?

Un termopozo es un dispositivo diseñado para proteger los instrumentos de control de temperatura de los efectos dañinos de los medios corrosivos, la alta presión y la velocidad en aplicaciones industriales. Sin la protección de un termopozo, los instrumentos de temperatura pueden llegar a ser inoperables, poniendo en riesgo toda su operación.

Ashcroft es un líder global en instrumentación de medición de temperatura. Hemos creado este artículo como parte de nuestra serie Entendiendo lo Básico para proporcionar una base de información acerca de los termopozos. Si usted es un novato en la industria o simplemente desea un repaso sobre cómo funcionan los termopozos, este es un gran lugar para comenzar.

En este artículo, descubrirá dónde se utilizan los termopozos, conocerá los diferentes tipos de termopozos, verá cómo se conectan a las tuberías de proceso y mucho más. Cuando termine de leer, también encontrará recursos adicionales que pueden interesarle.

¿Cómo se utilizan los termopozos?

Los termopozos se fabrican a partir de barras de metal macizo con una abertura en la que se inserta el instrumento de temperatura, como un termómetro bimetálico, un termómetro accionado por gas, un RTD o un termopar. El termopozo actúa como una cubierta de metal pesado que impide que la corrosión, la presión del sistema y el flujo a alta velocidad dañen las sondas, los vástagos o los bulbos del instrumento. Al proteger estos instrumentos contra los peligros de su aplicación, los termopares protegen también sus equipos de proceso y a su personal.

Puede encontrar termopozos en aplicaciones industriales que requieren controlar temperaturas extremas de aire, gas o líquido en entornos difíciles. Algunos ejemplos son: 

Figura 1. Entornos de temperaturas extremas.

¿Cuáles son los elementos principales de un termopozo?

He aquí las partes funcionales de un termopozo, empezando por la parte superior del instrumento. 

Figura 2. Diferentes partes de un termopozo. 

¿Cómo seleccionar el termopozo adecuado para su aplicación? 

A la hora de elegir un termopozo, hay que tener en cuenta muchos factores:

Compatibilidad de materiales

Los termopozos se fabrican con muchos tipos de materiales y niveles de calidad. Los materiales van desde el acero estándar, acero inoxidable, inoxidable dúplex, y materiales exóticos como Monel, Inconel, cromo molly y otros. Antes de elegir cuál es el mejor para sus aplicaciones, debe:

• Compruebe que el material seleccionado es compatible con los medios de proceso, así como con las tuberías o recipientes de la aplicación.
  
  
• Tenga en cuenta la temperatura del medio. La temperatura del medio puede desempeñar un papel importante en la corrosión.

• Conozca los efectos del flujo del proceso sobre el termopozo. Los termopozos suelen fallar por la tensión vibratoria, causada por el flujo del proceso, y no por los efectos de la temperatura y la presión, como muchos creen.

Tipos de conexión

Una vez seleccionado el material del termopozo compatible con el medio del proceso, deberá determinar cómo desea conectar el termopozo al proceso. Hay muchos tipos de conexión entre los que elegir, pero nos centraremos en los tres más comunes.  

• Roscados. Los termopozos roscados suelen roscarse en el proceso.

Figura 3. Termopozo roscado.

• Bridadas. Los pozos con bridas se atornillan a una brida que normalmente se instala en una boquilla o tee unida a su tubería o recipiente. Las bridas están disponibles en varios tamaños, tipos de caras y presiones nominales, normalmente según ASME B16.5. Los tamaños estándar son de 1 pulgada, 1 pulgada y media o 2 pulgadas.
  
  Los tamaños estándar son 1, 1 ½ o 2 pulgadas, los tipos de cara son cara elevada, cara plana o junta anular con presiones nominales de 150#, 300#, 600# y superiores. Si es necesario, también hay disponibles bridas EN para los mercados europeos y bridas personalizadas para satisfacer las distintas demandas del mercado.

Figura 4. Termopozo embridado.

• Soldados. Los termopozos soldados se sueldan directamente en su recipiente o tubería o se sueldan en un sockolet que se ha soldado en su lugar.

Tipos de mango

Es la parte del termopozo que se inserta en el proceso. Los tipos de vástago son rectos, escalonados y cónicos. 

• Los vástagos rectos son el diseño de vástago original para un tubo de protección o termopozo. Tienen el mismo diámetro exterior (DE) desde la raíz hasta la punta. Son los pozos más resistentes.

• Los vástagos escalonados tienen una pared de menor diámetro en la punta que en la raíz del pozo, lo que proporciona rigidez junto con un tiempo de respuesta más rápido, ya que las primeras 2 ½ pulgadas tienen un diámetro exterior reducido para mejorar la transferencia de calor.
  
  
• Los vástagos cónicos tienen un diámetro de punta menor que la base o raíz del termopozo y suelen ser los más comunes debido a su mayor solidez, resistencia a las vibraciones y tiempo de respuesta.

Figura 6. Diferentes tipos de vástagos.

Comprender los efectos del flujo.

Como se ha mencionado anteriormente, los termopozos suelen fallar por tensión vibratoria, no por los efectos de la temperatura y la presión. La figura siguiente le da una idea de la turbulencia que puede crear el flujo en su aplicación.

Para determinar si su termopozo es adecuado para su aplicación, se ha desarrollado una norma para calcular el efecto del flujo en el termopozo. Esta norma evalúa las fuerzas causadas por la presión externa y la combinación de fuerzas estáticas y dinámicas resultantes del impacto del fluido. Esto se conoce como cálculo de la frecuencia de la estela. La norma que sigue es ASME PTC 19.3 TW.  

Figura 7. Turbulencia en la estela.

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 de la espiga crean turbulencias. Esto hace que el termopozo resuene u oscile. Esto se conoce como desprendimiento de vórtices o estela de Von Karmen.

La tasa de desprendimiento se calcula y se compara con la frecuencia natural del termopozo. Si la frecuencia de la estela es muy cercana a la frecuencia natural del termopozo el desprendimiento de vórtice puede destruir el termopozo, resultando en un posible daño al instrumento de temperatura y más allá en su proceso a medida que la estela rota fluye a través de su sistema.

Ashcroft tiene una Calculadora de Frecuencia de Est ela para ayudarle a diseñar su termopozo para satisfacer su aplicación. 

Ir más allá de lo básico.

Ahora que ya conoce los conceptos básicos de los termopozos y cómo funcionan estos sensores con los instrumentos de temperatura en diferentes aplicaciones, puede que esté preparado para profundizar un poco más. Aquí tiene algunos artículos relacionados que pueden ayudarle a empezar.

• Montaje de un termopozo en termómetros bimetálicos, RTD o termopares
• ¿Cuánto cuestan los termopozos? 5 factores que influyen en el precio
• ¿Qué es un calculador de frecuencia de estela?

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