Termopozo al descubierto: Explicación del tubo de protección del sensor

El termopozo es un invento increíble. En muchos procesos, como el suministro de petróleo y gas, la generación de vapor en calderas y la fabricación de productos químicos agresivos, la medición de la temperatura es necesaria. En estos casos, la inmersión directa del sensor en el medio del proceso es bastante difícil. No solo supone un riesgo de dañar el sensor, sino que también interrumpe la continuidad del proceso. Los termopozos protegen los sensores de temperatura de estos entornos agresivos. Analicemos qué son los termopozos y sus métodos de fabricación.

¿Qué es un termopozo?

Un termopozo es una carcasa protectora para sensores de temperatura utilizados en el control de procesos. Su función principal es proteger los sensores de temperatura del fluido del proceso. Esto ayuda a minimizar la posibilidad de contaminación del fluido, a la vez que protege el elemento sensor de la corrosión, la erosión, la alta presión y/o el alto caudal. Según los requisitos de instalación, el diseño del termopozo puede ser roscado, bridado o soldado.

¿Cuál es la diferencia entre un termopozo y un termómetro?

La principal diferencia radica en su funcionalidad. Mientras que un termopozo es básicamente una carcasa protectora para un elemento sensor, un termómetro es el elemento sensor en sí mismo. Por un lado, los termopozos transfieren calor al termómetro para la medición de temperatura. Por otro lado, el termómetro proporciona una señal legible para la medición de temperatura. Juntos, garantizan un control de instrumentación fiable y seguro para la medición de temperatura.

Termopozo vs. Termopar: Funciones clave

Un termopar también es un dispositivo de medición de temperatura. Indica una diferencia de voltaje que surge de la diferencia de potencial entre cables distintos en la unión caliente. Esta lectura de voltaje se traduce en una medición de temperatura, que se lee en un dial o pantalla digital. Un termopozo es simplemente la carcasa protectora que aloja el termopar. Las funciones principales se destacan a continuación:

Componentes del termopozo

Un termopozo consta principalmente de cuatro componentes: punta, vástago, orificio y conexión de montaje. Cada componente tiene una función específica. Un buen diseño garantiza la máxima transferencia de calor sin comprometer la integridad estructural. El siguiente diagrama ilustra los distintos componentes de un termopozo.

Tip

La punta es básicamente el extremo cerrado del termopozo. Es el primer punto de contacto con el fluido del proceso. Por lo tanto, se debe prestar especial atención a su diseño. Por ejemplo, las puntas más delgadas ofrecen una buena eficiencia de transferencia de calor, pero podrían carecer de la resistencia mecánica suficiente. Por otro lado, las puntas más gruesas ofrecen una buena resistencia mecánica a costa de la transferencia de calor. Así pues, es necesario encontrar un equilibrio adecuado. Dado que las puntas de los termopozos están directamente expuestas al fluido del proceso, se deben seleccionar materiales apropiados que resistan la corrosión y la erosión.

Vástago

El vástago es la parte estructural principal de un termopozo. Es el cuerpo alargado cuya longitud determina la longitud de inserción del sensor de temperatura. Generalmente, puede ser recto, cónico o escalonado, según los parámetros del proceso. El diseño del vástago depende de la presión, la velocidad, el caudal y la reactividad química del medio del proceso.

Agujero interno

El orificio interno se define generalmente por su diámetro. Debe mecanizarse con precisión para asegurar un ajuste adecuado del sensor de temperatura. Normalmente, es ligeramente más grande que el sensor para alojarlo. Sin embargo, un espacio de aire excesivo puede afectar gravemente la precisión de la medición de temperatura. La profundidad del orificio interno en los termopozos determina la proximidad de la punta al medio de proceso.

Conexión de montaje

La conexión de montaje es un parámetro de clasificación importante para los termopozos. Indica cómo se fija el termopozo a la tubería, recipiente o reactor. Según las condiciones del proceso y el método de instalación, se puede clasificar en cuatro categorías principales:

1. Roscado
2. Embridada
3. Soldado
4. Enchufe

La principal consideración debe ser que no se produzcan fugas debido al termopozo.

¿Para qué se utiliza un termopozo?

La función principal de un termopozo es proteger el sensor de temperatura del entorno del proceso, a la vez que permite una transferencia de calor eficiente. Esta barrera protectora garantiza mediciones de temperatura seguras, fiables y estables. Otra ventaja es la facilidad para extraer y reemplazar los sensores de temperatura. Esto permite la continuidad del proceso en sistemas de producción continua como los de petróleo y gas, generación de energía, procesamiento químico y fabricación de alimentos.

Protección del sensor

Los sensores como termómetros, RTD o termopares suelen estar expuestos a partículas abrasivas, sustancias químicamente agresivas, alta presión o alta velocidad. Estas condiciones los hacen vulnerables a daños o fallos. Los termopozos proporcionan una protección robusta para contener los sensores de temperatura.

Habilitar reemplazo del sensor

Un termopozo es un tubo metálico hueco y sellado que se instala en equipos industriales. El termopozo protege el sensor del entorno del proceso, lo que permite reemplazarlo de forma fácil y segura, ya que los sensores son componentes de precisión propensos a sufrir daños.

Medir la temperatura en entornos adversos

Un termopozo está fabricado con materiales especiales para soportar altas presiones y temperaturas extremas. Si bien el termopozo protege el sensor del entorno de procesamiento, no aísla el calor por completo. En general, los termopozos se fabrican con materiales de buena conductividad térmica, lo que permite transferir el calor al sensor para medir la temperatura.

¿Cómo funciona un termopozo?

Tras conocer las funciones del termopozo, es necesario comprender cómo funciona. En realidad, el mecanismo de funcionamiento del termopozo es bastante sencillo. Los pasos incluyen:

Proteja el sensor

Si bien un termopozo aísla el sensor de temperatura del entorno del proceso, lo protege eficazmente de cualquier agresión. Ya sea erosión, corrosión o alta velocidad, el sensor de temperatura no se ve afectado. El termopozo encierra el sensor de temperatura dentro de un recinto sellado.

Transferencia de calor al sensor

Los termopozos están fabricados con metales conductores del calor. La pared exterior del termopozo conduce el calor, que luego se transfiere a las paredes interiores, donde el sensor realiza la medición. Posteriormente, proporciona una lectura o activa el actuador para que actúe.

Resiste las condiciones del proceso.

Resistir la presión

La alta presión o el vacío suelen impedir la inmersión directa de los sensores de temperatura en el fluido del proceso. Las presiones extremas son bastante comunes en tuberías, calderas y reactores. Los termopozos proporcionan una barrera resistente a la presión. Los termopozos con la selección adecuada de materiales y un diseño de espesor de pared preciso garantizan una medición de temperatura sin interrupciones.

Resistencia a la Corrosión:

Los entornos químicamente reactivos tienden a corroer las partes críticas de los sensores de temperatura. Si bien los termopozos reducen la necesidad de contacto directo con el fluido del proceso, el problema de la corrosión se resuelve automáticamente.

Reducir la vibración inducida por el flujo

Los sistemas de fluidos de alta velocidad generan fuerzas oscilantes. Si estas oscilaciones coinciden con la frecuencia natural del sensor, la resonancia puede agravar considerablemente los daños. La carga repetida también provoca fatiga del material. Por lo tanto, un diseño adecuado del termopozo, como una forma cónica o escalonada, reduce la resistencia. Esto contrarresta las vibraciones inducidas por el flujo.

¿Qué tipos de termopozos existen?

Los termopozos se pueden clasificar según su método de montaje. Cada tipo es adecuado para un conjunto específico de condiciones. La siguiente tabla compara los tipos más comunes de termopozos.

Pozos termoeléctricos roscados

El termopozo roscado es el tipo más utilizado. Se emplea comúnmente en condiciones de baja a media presión donde no es necesario desmontarlo o reemplazarlo con frecuencia. Su instalación es bastante sencilla: basta con enroscarlo en un puerto roscado de una tubería o reactor, lo que facilita el mantenimiento. Sin embargo, presenta un mayor riesgo de fugas que los termopozos soldados o con brida, por lo que se considera menos adecuado para aplicaciones críticas.

Pozos termométricos con brida

Los termopozos con brida son de un tipo muy robusto. Se utilizan comúnmente en aplicaciones de alta presión, como en tuberías OCTG o centrales eléctricas. Son increíblemente herméticos y permiten su reemplazo frecuente. Sin embargo, los termopozos con brida son caros.

Termopozos de soldadura por encaje

Los termopozos con soldadura a tope cuentan con un acoplamiento alrededor del cual se realiza la soldadura. Esto permite un posicionamiento preciso y, al mismo tiempo, proporciona la robustez de una soldadura permanente. Por lo tanto, las probabilidades de fugas son muy bajas. Como desventaja, su extracción o reemplazo resulta más complicado.

Termopozo para soldar

En este tipo, el termopozo se suelda directamente a la tubería o recipiente del proceso. Ofrece la máxima resistencia a la presión y robustez. Por lo tanto, esta resistencia extrema lo hace ideal para aplicaciones críticas. Como desventaja, presenta una menor flexibilidad.

Materiales para termopozos

Los termopozos se fabrican con diversos materiales. Algunos ofrecen alta resistencia a la corrosión, mientras que otros resultan más económicos. Al seleccionar los materiales para los termopozos, es necesario considerar un equilibrio entre estas características. En definitiva, las principales preocupaciones siguen siendo la durabilidad, la seguridad y la precisión de la medición. Entre todos los materiales, los termopozos de acero inoxidable 304 y 316 son los más utilizados.

Termopozo de acero inoxidable

El acero inoxidable, al ser un material versátil, es el más utilizado para termopozos. Es resistente a la corrosión, económico y fácil de fabricar. Estas características lo hacen adecuado para una amplia gama de procesos. Por ello, los termopozos de acero inoxidable se utilizan en aplicaciones generales como sistemas de agua y procesamiento de alimentos.

Termopozo de Hastelloy

Hastelloy, al ser una superaleación, soporta altas temperaturas y entornos químicos extremos. Ofrece una resistencia excepcional a ácidos fuertes, cloruros y agentes oxidantes. El tipo más común es el termopozo Hastelloy C276. Por lo tanto, el termopozo Hastelloy C276 se utiliza en procesos químicos, la industria farmacéutica y sistemas de control de la contaminación.

Termopozo de titanio

El titanio posee características únicas. Es ligero y resistente a la corrosión en ambientes salinos. Además, es fácil de mecanizar y ofrece un alto grado de personalización. Los termopozos de titanio personalizados se utilizan comúnmente en aplicaciones marinas, desalinizadoras y de procesamiento químico.

Termopozo de acero al carbono

El acero al carbono se utiliza en la fabricación de termopozos, donde la corrosión no representa un problema importante. En aplicaciones menos críticas, su bajo costo lo convierte en una opción muy ventajosa. Además, se puede lograr una resistencia a la corrosión moderada mediante recubrimientos protectores y tratamientos superficiales.

Normas y certificación para termopozos

El cumplimiento de las normas industriales garantiza la seguridad, la fiabilidad y la intercambiabilidad. Esto genera confianza en los clientes y previsibilidad en el producto. Las estrictas tolerancias, conforme a las normas, permiten un mecanizado preciso, lo que se traduce en un ajuste perfecto.

Estándar de dimensión

ASME B40.9

La norma ASME B40.9, desarrollada por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME), define la longitud de inserción, el diámetro del orificio, el espesor de la punta y la geometría general. Algunas secciones abordan los cálculos de resistencia y la prevención de vibraciones.

DIN 43772

La norma DIN 43772 es una norma alemana muy popular en los mercados europeos. Define las longitudes de inserción, los tamaños de conexión y los perfiles de los pozos. Se centra en la intercambiabilidad de los componentes utilizados en los sistemas de termopozos.

rosca estándar

ASME B1.1

La norma ASME B1.1 especifica las roscas, la forma de la rosca, el paso, las tolerancias de diámetro y la clase de ajuste. El objetivo general sigue siendo garantizar una instalación hermética.

B1.20.1

La sección B1.20.1 define el ángulo de conicidad, las dimensiones de la rosca y las características de sellado. Define las roscas según el sistema NPT (National Pipe Taper), que también se utiliza en tuberías industriales.

Cómo hacer un termopozo

La mayoría de los termopozos industriales se fabrican mediante mecanizado CNC. En algunas industrias exigentes o entornos hostiles, se requieren termopozos a medida. La personalización permite utilizar longitudes no estándar y materiales especializados. La calidad de los termopozos mecanizados por CNC supera la de los fabricados mediante soldadura o fabricación tradicional. El mecanizado CNC de los termopozos incluye operaciones de torneado, taladrado, roscado, fresado y acabado.

¿Cómo fabricar termopozos mediante mecanizado CNC?

Los termopozos suelen fabricarse siguiendo técnicas de mecanizado CNC para lograr diferentes características.

Torneado CNC para formas

El torneado CNC es el primer paso en la fabricación del termopozo. Los termopozos se fabrican a partir de barras de material. El torneado CNC crea el perfil externo con una alta concentricidad. Las piezas del termopozo, como el vástago y la punta, se forman durante este proceso. El torneado CNC permite diferentes diseños, como rectos, cónicos o escalonados.

Perforación CNC para agujeros

El taladrado CNC crea el orificio interno y otros agujeros en el termopozo. Se mantiene una alta precisión dimensional para garantizar un ajuste perfecto. Por lo tanto, la rectitud y la mínima desviación dimensional son cruciales, características que se consiguen con una máquina CNC.

Roscado CNC para roscado

El roscado CNC crea roscas internas y externas con alta precisión. Puede cumplir con los estándares de roscado NPT o BSP. Las tolerancias estrictas garantizan la estanqueidad y la integridad de la presión.

CNC fresado

El fresado CNC proporciona una excelente planitud para superficies de sellado y acoplamiento. Se utiliza comúnmente en el revestimiento de bridas y secciones hexagonales, lo que facilita el apriete con llave. Los termopozos torneados y fresados ​​son muy utilizados debido a su perfecta concentricidad, integridad estructural superior y excelente transferencia de calor.

Cómo instalar un termopozo

Instalar correctamente un termopozo es fundamental. A continuación, se muestran los pasos sencillos para instalarlo de forma fácil y rápida.

Seleccione el tipo de termopozo adecuado.

Los termopozos se fabrican con diferentes materiales. Cada material ofrece ventajas específicas. La idoneidad de los materiales depende de la aplicación. Por ejemplo, los termopozos de Hastelloy C276 se utilizan en entornos altamente corrosivos. Sin embargo, su elevado coste limita su uso en aplicaciones comunes.

Inserte el termopozo en la tubería.

Existen diferentes métodos de montaje para termopozos. Los termopozos roscados se fijan en puertos roscados. Los termopozos de zócalo se insertan en zócalos. Los termopozos soldados se sueldan en su lugar, y así sucesivamente.

Apriete de forma segura

Una vez colocados los termopozos, deben ajustarse firmemente mediante los métodos de fijación adecuados. Este paso es crucial para evitar fugas y contaminación.

Instalar sensor de temperatura

A continuación, se instalan sensores de temperatura, como detectores de temperatura por resistencia (RTD) y termopares, dentro del termopozo.

Conclusión

Los termopozos se utilizan para aislar el sensor de temperatura de los entornos adversos del proceso. Previenen daños en el sensor por corrosión, erosión, alta presión, alto caudal o vibraciones. Además, protegen el medio del proceso de la contaminación. Los termopozos también contribuyen a la continuidad del proceso, ya que este no se interrumpe durante la medición de la temperatura. Para satisfacer las exigencias más rigurosas, Tuofa ofrece servicios personalizados para la fabricación de termopozos en acero inoxidable, titanio u otros materiales.

Preguntas Frecuentes

¿Cuándo utilizar un termopozo revestido?

A menudo se desea aplicar un recubrimiento a un termopozo cuando el medio de proceso es muy agresivo. Los termopozos con recubrimiento cerámico son populares en este sentido.

¿Cuáles son las desventajas del termopozo?

Existe un ligero desfase entre la lectura mediante termopozo y la de inmersión directa. Otra desventaja podría ser el mayor coste de instalación, que posteriormente se compensa con la protección del sensor.

¿Cuál es la longitud estándar de un termopozo?

Depende de la aplicación. No existe una longitud fija. Las longitudes comunes de los termopozos oscilan entre 100 mm y 1000 mm.