Un termopozo es una protección mecánica y química que ayuda a los sensores de temperatura a prolongar su vida útil protegiéndolos de condiciones adversas presentes en los sistemas de instrumentación.
Los termopozos aislan físicamente a un termómetro, termopar o RTD Pt100 de abrasiones, altas presiones, fluidos viscosos con impurezas y alta temperatura por mencionar algunas condiciones a las que los sensores de temperatura se pueden enfrentar cuando se instrumenta o automatiza un proceso de control.
Los termopozos también cumplen la función de «tapones» para evitar la filtración de sistemas con fluidos líquidos o a vapor al momento de requerir un cambio de instrumento o cuando se realiza una reparación preventiva o paleativa, haciéndolos un mecanismo indispensable para sistemas con tuberías y tanques de almacenamiento.
En la siguiente imagen podemos observar claramente el uso de un termopozo bridado para la instalación de un sensor Pt100 con transmisor inteligente HART, el termopozo aísla al instrumento y su transmisor de presiones de hidrocarburos asimismo de la acidez del fluido.
Termopozo roscado
La conexión más frecuente para un termopozo es la roscada, una rosca es la manera más sencilla de colocar un instrumento en una tubería o tanque de almacenamiento/paso, la cuerda NPT es la que más se utiliza en México, América Latina y Estados Unidos, que significa rosca nacional para tubería por sus sigla en Inglés, se trata de una cuerda que por su forma cónica realiza la función de hermeticidad evitando la filtración al exterior.
La siguiente imagen muestra la forma de una rosca tipo NPT.
Las cuerdas más frecuentes para la implantación en termopozos es la 1/2″ NPT, 3/4″ NPT y 1″ NPT, otros tipos de cuerdas utilizadas es la de forma BSP que es la cuerda británica, NPS entre otras.
Los termopozos de barra sólida son trabajados en tornos mediante una barra hexagonal que es trabajada en torno con cuerda interior y exterior, la siguiente imagen muestra un termopozo roscado recto.
Un termopozo roscado recto cuenta con un vástago con un diámetro uniforme a través de toda la inmersión del termopozo, es la configuración más utilizada en los termopozos y sus aplicaciones son muy amplias entre las que podemos mencionar instrumentación en Chillers, tuberías, tanques, torres, etcétera.
Como se observó en la imagen anterior un termopozo roscado cuenta con dos roscas, una exterior y otra interior, la cuerda exterior macho es denominada conexión a proceso, mientras que la cuerda interior (cuerda hembra) es llamada conexión a instrumento, el intrumento puede ser tan variado como un termómetro bimetálico, un termopar o un RTD Pt100.
Para fluidos de alta viscosidad y presiones por encima de las nominales donde se recomienda el termopozo recto existe una fabricación especial denominada termopozo roscado cónico, esta fabricación favorece el desempeño de la protección mecánica evitando la formación de vórtices y concentradores de esfuerzos.
La fabricación del vástago del termopozo cónico supone una reducción del diámetro desde el principio hasta el final del cuerpo de la inmersión, en la siguiente imagen puede observar un termopozo con estas características.
Cualquier termopozo significa en la contraparte de sus ventajas una reducción en la velocidad de respuesta de un instrumento de temperatura, ya que su equilibrio térmico incorpora una cantidad de masa adicional a estabilizarse. Para resolver este problema es por lo que se hacen fabricación de termopozos de respuesta rápida, que es un termopozo con un desbaste mayor en la punta de medición, tome como referencia la siguiente imagen de este tipo de termopozo.
Para ejemplificar rápidamente la diferencia entre termopozos roscados presentamos la siguiente imagen que es ampliamente descriptiva.
En la página de termopozos roscados usted localizará información altamente detallada sobre estos instrumentos.
Termopozos bridados
Un termopozo bridado es un elemento indispensable a la hora de instrumentar en tuberías de alta presión como en fluidos de Gas, hidrocarburos y líquido volátiles.
La conexión brida es un disco con barrenos sobre los cuales se conectan tornillos para la sujeción, el espesor del disco tiene relación con la capacidad de la brida, mientras más espeso es el disco más capacidad tiene el termopozo de soportar presión, la siguiente imagen muestra un termopozo bridado en instalación de una línea de gas.
Cualquier instrumentación de temperatura en una instalación de gas requiere forzosamente el uso de un termopozo de conexión brida para asegurar funcionamiento seguro del sistema, en el siguiente gráfico usted puede ver el ensamble de un termopozo con un termómetro bimetálico, también llamado indicador de temperatura.
Además de los termómetros bimetálicos los termopozos brida son utilizados con RTD Pt100 y termopares.
Termopozo bridado cónico
La mayoría de los termopozos en este tipo de fabricación requieren un vástago cónico, ya que se aprovecha en esta configuración todas las ventajas que ofrece la mecánica de fluidos, algunas protecciones son fabricadas en vástago recto sin embargo, no es lo habitual.
La dimensión de una brida está determinada por el tamaño de la tubería y la presión requerida por la aplicación. Las bridas se encuentran estandarizadas acorde a publicaciones de organizaciones como la API o ASME.
Tenga en cuenta que las dimensiones de bridas son Nominales, esto quiere decir que son estándares y no se deben interpretar literalmente, tome por ejemplo un termopozo con conexión brida de 1″1/2, en este caso el disco del termopozo medirá de diámetro exterior 5″ y contará con 4 perforaciones.
Siempre trate de asesorarse con nuestros ingenieros para asegurar que su material contará con las especificaciones exactas, es posible confundirse con facilidad a la hora de seleccionar una protección mecánica sin el apoyo adecuado.
Termopozos bridados con cerámica
Las aplicaciones que requieren alta temperatura por ejemplo en hornos de alto calentamiento es requerida una configuración especial con conexión brida y vástago de cerámica, esta fabricación permite utilizar las ventajas de una conexión brida con la habilidad de poder medir temperaturas mayores a 1000ºC, la siguiente imagen muestra una linea de producción de termopozos de estas características.
Estas protecciones son siempre utilizadas con termopares tipo K, tipo R o tipo S ya que sería absurdo utilizarlo con otro tipo de sensor dado que la protección cerámica está destinada para alta temperatura.
Termopozo tipo clamp (sanitario)
Las aplicaciones donde intervienen procesos que manejan alimentos o medicamentos requieren una conexión libre de espacios donde puedan acumularse patógenos que pongan en riesgo la inocuidad del producto, estamos hablando de procesadoras de lácteos, cerveceras, chocolateras, entre muchas otras.
La imagen anterior muestra un clamp exterior y una rosca interior, la rosca de intrumento permite colocar un termómetro, RTD Pt100 o termopar para la medición de la temperatura.
Tanto la conexión del clamp como la longitud del vástago son personalizables sin embargo, existen dimensiones estándar de la vaina como 2″, 4″1/2 y 5″1/2, por su parte los clamp habituales son 1″, 1″1/2 y 2″. El material recomendado para esta configuración es el Acero Inoxidable AISI 316.
Determinar físicamente qué tipo de clamp es el que se tiene puede ser una tarea un poco confusa ya que al igual que las bridas las conexiones clamp están estandarizadas y no son para entenderse literalmente, por ejemplo una conexión clamp de 1″1/2 tiene un diámetro exterior real de 1.98″, mientras que un clamp de 2″ tiene un diámetro de 2.51″, de ahí la importancia de asesorarse adecuadamente con ingenieros para evitar caer en errores, considere que una pieza ya fabricada no es posible modificarla.
Termopozo soldable
Existen ocasiones en el mundo de la instrumentación y automatización donde por algún motivo de estructura o simplemente por petición del cliente no es posible utilizar cuerda roscada de conexión ni mucho menos brida, sin embargo, sí está la posibilidad de soldarlo. Con una protección soldada el cliente asume que el termopozo forma parte de la estructura completa y entiende que no hay la posibilidad de cambiarlo fácilmente.
La siguiente imagen muestra este tipo de configuración:
Las piezas se fabrican dejando una cuerda interior para la conexión con termopares o termómetros y las tolerancias que permiten soldar la pieza a contenedores y tuberías, el material utilizado por excelencia en esta configuración es el Acero Inoxidable 304 del cual hablaremos en el siguiente apartado.
Acero Inoxidable 304 y 316
Para satisfacer las condiciones ambientales en las cuales los termopozos estarán operando es la razón por lo cual un termopozo puede ser fabricado en diferentes materiales, como se mencionará a continuación.
Un termopozo en Acero Inoxidable 304 es el termopozo de uso comercial más utilizado en la industria, su composición contiene un 18% de cromo y 8% de Níquel, lo que muchas veces es conocido como 18-8. El Acero Inoxidable 304 puede soportar corrosión de la mayoría de los ácidos oxidantes, su durabilidad lo hace fácil de sanitizar, por ello es recomendado su uso en cocinas y aplicaciones relacionados a los alimentos. La desventaja del Acero Inoxidable tipo 304 es que es muy susceptible a corrosión por clohídricos y sales, por ejemplo en ambientes marinos, es por ello que no se utiliza para la instrumentación de plataformas marinas.
Otro fabricación recurrente es el termopozo en acero inoxidable 316, este tipo de material es mundialmente el segundo tipo de acero más utilizado, cuenta con casi las mismas características mecánicas y técnicas que el acero inoxidable 304 la diferencia entre estos aceros es que el acero inoxidable 316 incorpora un pequeño porcentaje de Molibdeno (entre el 2 y el 3 %), este componente aumenta en el acero su resistencia a la corrosión contra clohídricos y otros solventes industriales.
Plástico
En las aplicaciones relacionadas con ácidos principalmente el ácido clorhídrico se requiere un material diferente al Acero Inoxidable, ya que éste no opera correctamente bajo los mencionados ambientes y es rápidamente degradad por su parte el plástico es altamente resistente a los ácidos, se utiliza en conjunto con termopares pero principalmente con los RTD tipo Pt100.
