Un termopozo es una vaina metálica cerrada en su extremo, roscada, bridada o soldada a la tubería o al tanque, que aísla el sensor de temperatura (termocupla, RTD o termómetro bimetálico) del fluido de proceso. Su función clave: permite retirar, calibrar o reemplazar el sensor sin despresurizar ni vaciar la línea, y protege el elemento contra la presión, la velocidad del fluido, la corrosión y la abrasión.
Veredicto rápido: para servicios generales de agua, aire y vapor use termopozo roscado NPT; para fluidos corrosivos, líneas con mantenimiento frecuente o clases de presión altas use bridado; para máxima integridad mecánica en alta presión y temperatura use soldado (socket weld o weld-in). Si el fluido exige una aleación costosa, el diseño Van Stone combina vástago de aleación con brida suelta de acero al carbono. En cualquier caso, si hay velocidad de flujo alta, exija la verificación de frecuencia de vórtices según ASME PTC 19.3 TW-2016.
Todo termopozo mecanizado de barra tiene cuatro elementos: la conexión a proceso (rosca, brida o extremo para soldar), el vástago con su longitud de inserción U (la parte que queda dentro del fluido), el barreno interior donde entra el sensor y la conexión al instrumento, normalmente una rosca hembra de 1/2 pulg NPT.
El barreno estándar de la industria es de 0,260 pulg (6,6 mm) de diámetro, dimensionado para sensores de 1/4 pulg (6,35 mm); para sensores de 3/8 pulg se usa barreno de 0,385 pulg (9,8 mm). La holgura diametral de ~0,25 mm es deliberada: suficiente para insertar y extraer el sensor, y lo bastante pequeña para no penalizar la respuesta térmica.
La designación comercial resume las tres dimensiones: un termopozo 1/2 × 1/2 × 4 tiene conexión a proceso de 1/2 pulg NPT, conexión a instrumento de 1/2 pulg NPT y longitud de inserción de 4 pulg (101,6 mm). Es el formato de las fichas TECTUL: termopozo inox 1/2 × 1/2 × 2,5 pulg, termopozo inox 1/2 × 1/2 × 4 pulg y termopozo inox 1/2 × 1/2 × 6 pulg.
| Tipo | Conexión típica | Cuándo usarlo | Limitación |
|---|---|---|---|
| Roscado | 1/2, 3/4 o 1 pulg NPT (ASME B1.20.1) | Servicios generales: agua, aire, aceites, vapor. El más económico y desmontable | La rosca concentra esfuerzos y corrosión; no se recomienda en servicios cíclicos severos |
| Bridado | Brida integral ASME B16.5, clases 150 a 2500, cara realzada (RF) | Fluidos corrosivos o tóxicos, tanques y reactores, líneas con desmontaje frecuente, altas clases de presión | Mayor costo; requiere contrabrida y empaque en la línea |
| Socket weld | Soldado en acople tipo socket | Alta integridad sin roscas expuestas; líneas de diámetro pequeño en refinería y vapor | El retiro exige cortar la soldadura |
| Weld-in | Soldado directamente a la tubería o al codo | Máxima resistencia mecánica en alta presión y temperatura | Instalación permanente; requiere procedimiento de soldadura calificado |
| Van Stone | Collar forjado en el vástago, aprisionado por brida suelta (lap joint) | Fluidos que exigen aleaciones costosas: solo el vástago es de aleación, la brida suelta es de acero al carbono. Clases 150 a 2500 | Disponible en menos combinaciones estándar; se cotiza por especificación |
La geometría del vástago define el equilibrio entre resistencia mecánica, frecuencia natural y velocidad de respuesta del sensor.
| Forma | Geometría | Respuesta térmica | Cuándo usarla |
|---|---|---|---|
| Recto | Diámetro constante en toda la inserción | La más lenta (mayor masa en la punta) | Servicios con abrasión o corrosión general; inserciones cortas |
| Cónico (tapered) | Diámetro que disminuye de forma continua hacia la punta | Intermedia | Alta velocidad de flujo: concentra rigidez en la raíz y quita masa en la punta, lo que eleva la frecuencia natural; es la forma que con más frecuencia aprueba el cálculo ASME PTC 19.3 TW |
| Escalonado (stepped) | Raíz típica de 3/4 pulg (19 mm) que reduce a punta de 1/2 pulg (12,7 mm) | La más rápida (menor masa térmica en la punta) | Cuando importa el tiempo de respuesta del lazo de control y la velocidad del fluido es moderada |
Regla general: el termopozo debe ser al menos tan resistente a la corrosión como la tubería en la que se instala, porque su pared es más delgada que la del tubo.
| Material | UNS | Fluidos típicos | Criterio |
|---|---|---|---|
| Inoxidable 304 | S30400 | Agua, aire, vapor limpio, aceites | Servicio general sin cloruros significativos |
| Inoxidable 316/316L | S31600 / S31603 | Químicos, alimentos y farmacéutica, agua con cloruros moderados | El molibdeno (2,00-3,00 % según ASTM A276) mejora la resistencia a cloruros y picadura; es el estándar del catálogo TECTUL |
| Monel 400 | N04400 | Agua de mar, ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico desaireado, soluciones cáusticas | Aleación níquel-cobre; evitar en ácidos oxidantes como el nítrico |
| Inconel 600 | N06600 | Hornos, gases de combustión, procesos de alta temperatura | Aleación níquel-cromo con resistencia a la oxidación hasta ≈1.175 °C (2.150 °F) según la ficha de la aleación |
Para servicios químicos extremos (cloro húmedo, ácidos calientes con cloruros) se especifican aleaciones níquel-molibdeno-cromo tipo Hastelloy C-276; se cotizan por proyecto.
ASME PTC 19.3 TW-2016, Thermowells — Performance Test Code, es el código que establece cómo calcular los esfuerzos y las frecuencias de un termopozo mecanizado de barra (recto, cónico o escalonado) antes de instalarlo. No es un trámite: los termopozos fallan por fatiga cuando la frecuencia con que el fluido desprende vórtices coincide con la frecuencia natural del vástago.
La física es la de los vórtices de von Kármán: al pasar el fluido alrededor del vástago se desprenden vórtices alternados con una frecuencia proporcional a la velocidad e inversa al diámetro de la punta, con número de Strouhal cercano a 0,22 para flujos industriales. Esos vórtices excitan el vástago en dos direcciones: transversal al flujo y en línea con el flujo; la excitación en línea ocurre al doble de la frecuencia transversal, por lo que la resonancia en línea aparece a la mitad de la velocidad que la transversal.
El criterio central del código: la relación entre la frecuencia de vórtices y la frecuencia natural del termopozo instalado debe cumplir r ≤ 0,4 en el caso general (para esquivar también la resonancia en línea); en gases de baja densidad se admite operar hasta r ≤ 0,8 si la evaluación de esfuerzo cíclico del propio código lo respalda. Además se verifican el esfuerzo estático por flexión, la presión externa admisible y el esfuerzo en la sección de la rosca o soldadura.
El antecedente que motivó la edición TW es conocido en la industria: en 1995, en la planta nuclear de Monju (Japón), un termopozo con geometría fuera del alcance del código de 1974 falló por resonancia en línea —un modo que esa edición no cubría— y provocó una fuga del sodio de refrigeración. Las ediciones TW de 2010 y 2016 incorporaron ese modo de falla al cálculo obligatorio.
Cuándo exigir la memoria de cálculo: vapor y gases a alta velocidad, líquidos con velocidad mayor a la habitual de diseño, longitudes de inserción largas, servicios con pulsación (descarga de compresores y bombas) y cualquier línea donde la falla del termopozo libere un fluido peligroso.
Para cotizar un termopozo envíe: fluido y concentración, presión y temperatura de operación y de diseño, velocidad del fluido si la conoce, tipo y tamaño de la conexión disponible en línea, longitud de inserción U, y diámetro y tipo del sensor que va a proteger. TECTUL mantiene en catálogo termopozos en acero inoxidable de 2,5 pulg, 4 pulg y 6 pulg de inserción, junto con los instrumentos que los acompañan: termómetro bimetálico de 3 pulg y termómetro bimetálico de 5 pulg con conexión 1/2 pulg NPT. Los termopozos bridados, soldados, Van Stone y en aleaciones especiales se cotizan bajo pedido por WhatsApp con los datos del punto de instalación.
