Termopozos

• Seleccione el material del termopozo según el rango de temperatura y el entorno (corrosivo, oxidante, etc.) en el que se utilizará.
  • Estos pozos pueden estar hechos de diferentes materiales como SS304, SS316, HRS446, Inconel, Monel, cerámica, etc.
• Según la construcción del termopozo (vástago inclinado, vástago recto, vástago cónico)
  • Vástago inclinado: proporciona un tiempo de respuesta más rápido y una menor fuerza de arrastre.
  • Vástago recto: extremadamente fuerte, pero el tiempo de respuesta es más lento y la fuerza de arrastre sobre el flujo de fluido es alta.
  • Vástago cónico: proporciona buen tiempo de respuesta y resistencia.
• Longitud de inserción del termopozo
  • Para lograr la mejor precisión en la medición de temperatura, la dimensión “U” debe ser lo suficientemente larga para permitir que toda la parte sensible a la temperatura del instrumento de medición se proyecte hacia el medio que se está midiendo.
    Medición de temperatura del líquido: Una pulgada o más.
    Medición de temperatura del gas: tres pulgadas o más.
• Resistencia a la vibración.
  • El fluido que fluye más allá del pozo forma una estela turbulenta (la estela de Von Karman), que tiene una frecuencia definida basada en el diámetro del pozo y la velocidad del fluido.
  • El termopozo debe tener la rigidez suficiente para que la frecuencia de estela nunca sea igual a la frecuencia natural del propio termopozo. Si la frecuencia natural del termopozo coincidiera con la frecuencia de estela, el termopozo vibraría hasta destruirse y se rompería.
• Para evitar fallas en el termopozo causadas por presión excesiva, fuerzas de arrastre, alta temperatura, corrosión, vibraciones, se recomienda ejecutar cálculos de termopozo en función de sus aplicaciones:
  • Temperatura máxima o de funcionamiento
  • Presión máxima o de funcionamiento
  • Velocidad del fluido (gas o líquido)
  • Densidad del fluido.

Los termopozos protegen las sondas de temperatura frente a condiciones de funcionamiento desfavorables, como medios corrosivos, impactos físicos (por ejemplo, clínker en hornos) y gases o líquidos a alta presión. Su uso también permite un intercambio rápido y sencillo de las sondas sin necesidad de “abrir” el proceso. Las principales áreas de aplicación son:

• Los tubos de protección se utilizan en termopares.
• Asegura la integridad en aplicaciones de alta presión.
• Se utilizan pozos más pequeños en aplicaciones de baja presión.
• Los pozos rectos se utilizan en entornos corrosivos y erosivos.
• Para aplicaciones donde se requiere una respuesta rápida a los cambios de temperatura, los bolsillos fabricados pueden estar equipados con una punta reducida.

Los termopozos de una pieza son adecuados para las cargas de proceso más elevadas, según su diseño. Por ello, en la industria petroquímica, hoy en día se utilizan casi exclusivamente termopares de una pieza.

El material de la vaina varía desde acero dulce y acero inoxidable hasta óxidos refractarios (cerámicas) y una variedad de materiales exóticos que incluyen metales raros. Los insertos de sensor son unidades fabricadas que se componen de un sensor y una base terminal; el sensor está alojado en un tubo de inserción de acero inoxidable, generalmente de 6 u 8 mm de diámetro y, luego, se inserta en el tubo de protección real. Un buen revestimiento con contacto físico entre la punta del inserto y el extremo de la vaina es esencial para garantizar una buena transferencia de calor. Se utiliza un contacto de resorte en la base terminal para mantener este contacto. Esta disposición facilita el reemplazo fácil del sensor cuando sea necesario.

En general, existen dos tipos de tubos de protección:

• Tubos de protección metálicos
• Tubos de protección no metálicos

Los tubos metálicos, generalmente de acero inoxidable, tienen ventajas mecánicas y una mayor conductividad térmica; por lo general, son inmunes al choque térmico. La vaina metálica se puede utilizar a temperaturas de hasta 1150 ºC. Las cerámicas son superiores cuando se requiere una alta pureza para evitar que el sensor o el producto se contaminen a temperaturas elevadas.

Las principales aplicaciones de las vainas de cerámica se encuentran entre los 1000 y los 1800 ºC. Pueden estar en contacto directo con el medio o pueden utilizarse como vaina interior hermética a los gases para separar el termopar del tubo de protección metálico propiamente dicho. Deben montarse en posición colgante por encima de los 1200 ºC para evitar la distorsión o fractura por tensiones de flexión. Incluso las grietas más finas pueden provocar la contaminación del termopar, lo que da lugar a una desviación o a un fallo. El espesor de la pared del material también es importante; es preferible un tubo de pared fina a uno de mayor espesor. Las grietas se desarrollan con frecuencia si se someten a cambios de temperatura excesivamente rápidos cuando se retiran rápidamente del horno caliente.

• Los tubos de protección metálicos están compuestos de diferentes tipos de metales como 304 SS, 321 SS, Inconel 600, Inconel 825, UMCO, Kanthal A1, Hastelloy B, Monel, platino, titanio, tantalio, molibdeno, etc.
• El rango de temperatura de funcionamiento es de 250ºC a 2200ºC.
• Los tubos de protección metálicos son excelentes resistentes al calor.
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• Los tubos no metálicos están compuestos de diferentes tipos de no metales como óxido refractario, óxido de aluminio recristalizado, carburo de silicio, nitruro de silicio, cermet, cuarzo, carburo de tungsteno, etc.
• El rango de funcionamiento es de 300ºC a 1700ºC.
• Buena resistencia al ataque químico. La resistencia mecánica es buena, pero se debe evitar el choque térmico.
• Menos corrosivo para ácidos y álcalis.

Según su conexión con el proceso

• Con rosca
• Soldadura por encastre
• Brida soldada

Según su método de producción

• Pozo termofabricado
• Termopozo de barra
• Termopozo de Van-Stone

Los termopozos fabricados se fabrican a partir de tubos que se sellan mediante una punta soldada sólida en el proceso. Esto significa que el vástago del termopozo se fabrica a partir de un tubo y la punta se fabrica por separado, luego ambas partes se sueldan mediante un proceso de soldadura adecuado. La brida también se une a este conjunto mediante un proceso de soldadura. Los termopozos fabricados generalmente se recomiendan para cargas de proceso bajas a medias. La conexión a la tubería o recipiente se puede realizar mediante rosca, brida o soldadura. Las roscas estándar utilizadas en los termopozos fabricados son NPT, BSP (Pl), BSP (Tr), API y rosca métrica. El tamaño de la rosca depende de la aplicación. Los tamaños estándar varían de 1/8” a 2”. Para aplicaciones donde se requiere una respuesta rápida a los cambios de temperatura, los bolsillos fabricados pueden equiparse con una punta reducida.

Estos cuerpos de termopozo se mecanizan y perforan a partir de una barra sólida. Esto da como resultado una unidad hermética sin soldadura. En este caso, la punta de inmersión también está hecha del mismo material que el vástago. En este tipo de termopozo, no se requiere ningún proceso de soldadura para la producción del vástago y la punta. La brida se puede soldar según los requisitos. El termopozo de barra también se conoce como "termopozo perforado sólido". Los termopozos de una sola pieza se fabrican a partir de un elemento completo o una barra. Los termopozos de una sola pieza son adecuados para las cargas de proceso más altas, según su diseño. Por lo tanto, a nivel internacional o en la industria petroquímica, ahora se utilizan casi exclusivamente termopares de una sola pieza. La conexión a la tubería o al recipiente se puede realizar mediante rosca, brida o soldadura. Las roscas estándar son NPT, BSP (P), BSP (Tr), API y métricas. El tamaño de la rosca depende de la aplicación, pero 3/4" y 1" son comunes.

En el termopozo de piedra de van, el vástago, la punta y la subparte de la brida se preparan utilizando un material de barra o varilla simple. No es necesario soldar estas tres partes del termopozo. La subparte de la brida sirve como junta en este tipo de termopozo. En esta subparte se utiliza la brida según los requisitos.

Cónico

El diámetro exterior disminuye gradualmente a lo largo de la longitud de inmersión. Se utiliza para aplicaciones de alta velocidad.

Punta plana

Tiene una superficie plana en un extremo. Se utiliza en aplicaciones de baja presión o donde las características de flujo alrededor del termopozo no son importantes.

Punta abovedada

Este termopozo tiene una punta semiesférica en un extremo. Se utiliza en aplicaciones de mayor presión o donde las características de flujo alrededor del termopozo son importantes. Esto garantiza un alto grado de resistencia mecánica sin perder la sensibilidad o precisión del indicador.

Punta esférica

Para la punta esférica, se utiliza una broca especial con un ángulo de punta de 118 ºC para la producción del termopozo. Para lograr un espesor de pared lo más uniforme posible, la punta tiene forma esférica o de bola. Se utiliza en aplicaciones de mayor presión o donde las características de flujo alrededor del termopozo son importantes. Esto garantiza un alto grado de resistencia mecánica sin perder la sensibilidad o precisión del indicador.

Construcción de la caña

• Dimensión Q: La parte más gruesa del vástago del pozo en el lado caliente de la conexión o brida del proceso. Depende del tamaño del orificio y del tamaño de la conexión del proceso.
• Tamaño del orificio El diámetro interior del termopozo. En otras palabras, el diámetro de la cavidad cilíndrica interna de un termopozo o tubo de protección. Los tamaños de orificio estándar son 6,5 mm y 8,5 mm.
• Duración de la inmersión (“U”): La longitud de un termopozo o tubo de protección que se encuentra debajo de las roscas de montaje, brida, casquillo, etc. y que se extiende hasta el área de proceso. La longitud en “U” se mide desde la parte inferior de la conexión de proceso hasta la punta del termopozo.
• Longitud de extensión de retraso (“T”): La longitud de un termopozo, además de las longitudes de cabeza estándar, necesarias para hacer que la cabeza del termopozo sea accesible y esto permita que la sonda se extienda a través del aislamiento o las paredes.
• Rosca de montaje interna: La rosca dentro del pozo termométrico para conectar un dispositivo de temperatura de la unión y la extensión de la boquilla para un conjunto de pozo termométrico.

Cara levantada (RF)

El tipo de brida de cara elevada es el más utilizado y es fácil de identificar. Se lo denomina de cara elevada porque las superficies de la junta están elevadas por encima de la cara del círculo de empernado.

Articulación tipo anillo (RTJ)

Las bridas RTJ tienen ranuras cortadas en sus caras que forman juntas de anillo de acero. Las bridas sellan cuando los pernos apretados comprimen la junta entre las bridas en las ranuras, deformando (o acuñando) la junta para hacer un contacto íntimo dentro de las ranuras, creando un sello de metal con metal. Las juntas de unión tipo anillo están diseñadas para sellar por "contacto de línea inicial" o acción de cuña entre la brida de acoplamiento y la junta. Las juntas de unión tipo anillo* son anillos de sellado metálicos, adecuados para aplicaciones de alta presión y alta temperatura.

Cara plana (FF) La brida de cara plana (cara completa) tiene una superficie de junta en el mismo plano que la cara del círculo de empernado. Las aplicaciones que utilizan bridas de cara plana son frecuentemente aquellas en las que la brida de acoplamiento o el accesorio de brida están hechos de una pieza fundida. Las bridas de cara plana nunca deben atornillarse a una brida de cara elevada.

La soldadura es un proceso que consiste en unir dos metales calentándolos a una temperatura adecuada. Puede realizarse con o sin aplicación de presión y con o sin relleno.

Tipos:

Soldadura de penetración total Este tipo de soldadura asegura una interfaz completamente soldada entre las dos partes y generalmente es la unión más fuerte.

Soldadura por penetración parcial Este tipo consiste en una interfaz parcialmente soldada con metal de relleno colocado sobre la superficie de los dos metales.

Una WPS es un documento que describe cómo se debe realizar la soldadura en la producción. Se recomiendan para todas las operaciones de soldadura y muchos códigos y normas de aplicación las hacen obligatorias.

El objetivo del documento es orientar a los soldadores sobre los procedimientos aceptados para que utilicen técnicas de soldadura repetibles y confiables. Se desarrolla una WPS para cada aleación de material y para cada tipo de soldadura utilizado.

Un WPS está respaldado por un Registro de Calificación de Procedimiento (PQR o WPQR). Un PQR es un registro de una soldadura de prueba realizada y probada (de manera más rigurosa) para garantizar que el procedimiento producirá una buena soldadura.

Las variables que es necesario documentar suelen ser elementos como:

• Proceso de soldadura utilizado, tamaño, tipo y clasificación de la aleación de aporte.
• Tipo y espesor del material base soldado.
• Tipo y polaridad de la corriente de soldadura, amperios y voltios registrados.
• Velocidad de desplazamiento durante la soldadura, posición de soldadura, tipo y dimensiones del diseño de la junta.
• Temperatura de precalentamiento, temperatura entre pasadas, detalles del tratamiento térmico posterior a la soldadura y otros.

Además de registrar todas las variables de soldadura utilizadas durante la prueba, para calificar un procedimiento de soldadura, también se deben registrar los detalles de la inspección y los resultados de la prueba. Estos registros deben demostrar que la inspección y la prueba han demostrado que las muestras de soldadura han cumplido o superado el requisito estándar especificado.

En los termopozos se realizan distintos tipos de recubrimientos, algunos de ellos son: Termopozos metálicos con recubrimientos de carburo de tungsteno, cerámica, PTFE, PVDF y PFA.

• Prueba de materiales
• Prueba dimensional
• Prueba de presión hidrostática
• Inspección con líquidos penetrantes
• Radiografía

Químico- Por PMI (Identificación Positiva de Material).
Físico- Mediante examen de tracción, alargamiento, dureza, micro y macro exámenes y pruebas IGC.

El termopozo debe comprobarse de acuerdo con la dimensión especificada que figura en el dibujo.

Una prueba de presión hidrostática es una forma de detectar fugas en recipientes a presión, como tuberías y tuberías. La prueba implica colocar agua, que a menudo se tiñe para que sea visible, en el termopozo a la presión necesaria para garantizar que no se produzcan fugas ni se dañe. Es el método más común empleado para probar tuberías y recipientes. El uso de esta prueba ayuda a mantener los estándares de seguridad y la durabilidad de un recipiente a lo largo del tiempo. Las piezas de nueva fabricación se califican inicialmente mediante la prueba hidrostática.

La inspección por líquidos penetrantes (DPI), también llamada inspección por líquidos penetrantes (LPI) o prueba por líquidos penetrantes (PT), es un método de inspección ampliamente aplicado y de bajo costo que se utiliza para localizar defectos de rotura de superficies en todos los materiales no porosos (metales, plásticos o cerámicas). La LPI se utiliza para detectar defectos de superficie en fundición, forjado y soldadura, como grietas finas, porosidad superficial, fugas en productos nuevos y grietas por fatiga en componentes en servicio.

La prueba radiográfica (RT), o radiografía industrial, es un método de prueba no destructiva (NDT) para inspeccionar materiales en busca de fallas ocultas mediante el uso de la capacidad de la radiación electromagnética de longitud de onda corta (fotones de alta energía) para penetrar diversos materiales. Se pueden detectar irregularidades y flujos que incluyen: grietas, huecos, espesor, falta de fusión, falta de penetración, porosidad y desalineación.

Materiales, factor de longevidad

La selección del material es el factor más importante para la vida útil del termopozo. El material seleccionado se basa en la temperatura de la aplicación y el medio del proceso.

Conexión - El factor de instalación

Todos los pozos roscados están hechos de materiales que se pueden soldar o soldar con soldadura fuerte. La soldadura y la soldadura fuerte son importantes para las instalaciones que requieren sellado. La rosca de la tubería proporciona resistencia mecánica y la soldadura o la soldadura fuerte proporcionan el sellado. Los pozos con bridas (excepto los del tipo Van Stone) consisten en un pozo de barras que está soldado sólidamente a una brida de primera calidad. La construcción estándar utiliza una soldadura de ranura en "J" primaria y un filete limpio de ranura en bisel. Esta construcción de doble soldadura elimina la posibilidad de corrosión por grietas, ya que no hay juntas abiertas expuestas ni desde el interior ni desde el exterior de la instalación. Los pozos con soldadura a tope son fáciles de instalar, simplemente suelde en su lugar.

Longitud de inserción: el factor de precisión

La distancia desde la punta del pozo hasta la parte inferior de la rosca u otra conexión se define como la longitud de inserción (designada como "U"). Para lograr la mejor precisión, esta longitud debe ser lo suficientemente mayor como para permitir que toda la parte sensible a la temperatura del elemento se proyecte hacia el medio que se está midiendo. Un elemento instalado correctamente: en líquido, el elemento debe sumergirse hasta su longitud sensible más una pulgada, y en aire o gas, el elemento debe sumergirse hasta su longitud sensible más tres pulgadas.

Tamaño del orificio: el factor de intercambiabilidad

Casi todas las instalaciones utilizan varios tipos de sensores de medición de temperatura. La selección de un diámetro de orificio estándar puede generar una flexibilidad extrema dentro de la planta. El mismo pozo puede alojar termopares, termómetros de resistencia y termómetros bimetálicos.

Pozo cónico o recto: el factor de clasificación de velocidad

El vástago cónico proporciona mayor rigidez con la misma sensibilidad. La mayor relación resistencia-peso proporciona a estos pozos una frecuencia natural más alta que el pozo de vástago recto de longitud equivalente, lo que permite el funcionamiento a mayor velocidad del fluido.

A bajas velocidades, el riesgo de falla del termopozo es mínimo y, por lo general, no requiere cálculos de frecuencia. Si se cumplen los siguientes criterios, el diseñador puede optar por aplicar requisitos de cálculo de ondas.

• La velocidad máxima del fluido es inferior a 2,1 pies/seg. [0,46 M/s].
• Espesor de la pared en el diámetro de soporte “A” menos el diámetro del orificio “b” ≥ 0,376″ [9,55 mm].
• “L” Longitud sin soporte ≥ 24″ [0,61 M].
• Diámetro del soporte “A” y de la punta “B” ≥ 0,5″ [12,7 mm]
• El material del termopozo satisface la tensión de trabajo máxima permitida “S” ≥ 69 Mpa.
• Límite de resistencia a la fatiga “Sf”, en el límite de ciclo alto ≥ 21 Mpa.
• El material del termopozo no debe estar sujeto a corrosión bajo tensión ni fragilización.

En gases de baja densidad con un Número de Scruton (Nsc) de >2,5 Número de Reynolds <105, la resonancia en línea se suprime y, por lo tanto, la relación aceptable será:
fs<0,8fnc

Si un termopozo pasa las condiciones de estrés cíclico para operar en la condición de resonancia en línea, la relación aceptable será:
fs<0,8fnc

Si un termopozo no cumple la condición de esfuerzo cíclico para funcionar en la condición de resonancia en línea, la frecuencia natural del termopozo será lo suficientemente alta como para limitar la excitación de la resonancia en línea. Por lo tanto, la relación aceptable será:
fs<0,8fnc

• La instalación de conjuntos de sensores de temperatura en un termopozo o directamente en el proceso requiere el uso de algún tipo de accesorio de latón o acero inoxidable.
• Los accesorios incluyen varias uniones roscadas, tapa de bayoneta (y adaptadores) y brida.
• La brida ajustable se puede utilizar de manera similar para incorporar el sensor al proceso.
• Las tapas de bayoneta proporcionan un método de montaje rápido en adaptadores adecuados ubicados en el proceso; esta técnica se utiliza ampliamente en maquinaria de plástico.
• Se utilizan casquillos y tapones hexagonales cuando el ajuste o la extracción son una consideración menor.
• La elección del accesorio puede estar determinada por la necesidad de integridad de la presión o por restricciones de tamaño físico.
• Los accesorios de compresión y los bujes roscados se pueden suministrar con roscas cónicas para lograr una conexión hermética a la presión.