Termopar: Que es, para que sirve y como funciona.

¿QUE ES?

Los Termopares, también llamados como Termocupla, fueron descubiertos por Seebek en el 1821, estos se representan así: (T/C), y son utilizados para medir la temperatura.

Es entonces un circuito cerrado, que está formado por dos conductores de metales diferentes cuyas uniones (Unión de medida o caliente y unión de referencia o fría) se mantienen a distinta temperatura.

Es decir, estos cables están unidos en uno de sus extremos y separados en el otro, el extremo unido se conoce como punto caliente o como unión caliente y el extremo separado se conoce como punto frio o unión fría o de referencia. Como se muestra en la siguiente figura:

termopar
Figura 1. Representación de un termopar.

COMO FUNCIONA.

Cuando el punto de unión se calienta o se enfría, dejando el otro extremo a temperatura ambiente se genera en esta un diferencial de potencial, en mili voltios, que se puede correlacionar con la diferencia de temperaturas entre dichos extremos. Este fenómeno es conocido como Efecto Seebeck: La fuerza electromotriz generada por un termopar está en función de la diferencia de temperaturas entre la unión fría y la caliente

¿Cómo se construye los termopares?

Para construir un temporar, se escogen cables que contengan hilos muy finos y que su diámetro sea de maso menos 0.25 milímetros. (Los cables tienen un tubo metálico y aislado en el interior para evitar así que cualquier corriente afecte la lectura de temperatura).

puntas de termopar
Figura 2. Puntas de termopar

 

Para unir uno de sus extremos primero se retira la cubierta plástica de cada conductor si maltratar la parte metálica, luego se retira la goma que cada uno de estos tiene y después se entorchan rígidamente evitando la presencia de aire al interior de este entorchamiento.

Para un mejor funcionamiento este entorcha miento se calienta hasta que los metales se fundan y por último se agrega un punto de soldadura de plata.

¿Cuáles son las presentaciones al interior del tubo de protección?

El punto de unión  tiene tres presentaciones al interior del tubo de protección:

  • El termopar aterrizado está en contacto con la pared interna del tubo protector. Proporciona muy buena velocidad de respuesta pero es muy susceptible a los bucles de tierra eléctricos.
  • El termopar aislado está separado de la pared del tubo protector por una capa de aislamiento, es el arreglo de menor velocidad de respuesta.
  • El termopar expuesto el punto de unión sobresale del tubo protector y proporciona la mejor velocidad de respuesta.

La Velocidad de Respuesta  definida también como la Constante de Tiempo identificada con la letra Ƭ tao es el tiempo que requiere el sensor, transductor o sistema en alcanzar el 63.2 % del nuevo valor de la magnitud medida después de generar el estímulo o la orden de cambio.

Leyes fundamentales

Debido al comportamiento de los termopares, se realizaron algunos estudios que nos permiten ver su comportamiento con algunas leyes:

Ley de los metales intermedios. En esta ley nos dicen que si en un punto de soldadura A y B, donde la temperatura es uniforme, la suma de todas las fuerzas electromotrices es independiente.

Ley del circuito homogéneo. No se sostiene la circulación de corriente eléctrica al ser un conductor metálico homogéneo, por el calor.

Ley de las temperaturas sucesivas. En esta ley se aplica la suma algebraica de las f.e.m con uniones T1 y T2 y de la f.e.m. del mismo termopar.

con sus uniones a las temperaturas T2 y T3, que son generadas por un termopar con uniones a las temperaturas T1 y T3.

Los alambres empleados para conformar un termopar deben:

Tener una resistencia adecuada a la corrosión, a la oxidación a la reducción y a la cristalización.

Que generen una f.e.m. relativamente alta.

Que sean estables.

De baja resistencia eléctrica.

Que la relación entre la temperatura y la f.e.m. sea lineal.

Tipos de Termopares

Tipo K (cromel/alumel): El cromel es una aleación de NiCr, y el alumel es una aleación de NiAl. Tienen un rango de temperatura de –200 °C a +1372 °C, buena resistencia de oxidación y una sensibilidad 41 µV/°C.

El color de los cables son amarillo el positivo, rojo el negativo y están envueltos por una cubierta amarilla.

Límites de error: el estándar de 0.75 % por encima de 0 0C,  el especial de 0.4 %

Tipo E (cromel/constantán [aleación de CuNi]): Son útiles para bajas temperaturas, no son magnéticos, con una sensibilidad de 68 µV/°C.

El color de los cables son morado el positivo, rojo el negativo y están envueltos por una cubierta morada.

Límites de error: el estándar de 1 % por encima de 0 0C,  el especial de 0.4 %

Tipo J (hierro/constatán): Es adecuado en temperaturas de –270/+1200 °C.  La oxidación aumenta por encima de 550°C; y por debajo de 0 °C, por lo que es fundamental tomar precauciones a causa de la condensación de vapor de agua sobre el hierro.

El color de los cables son blanco el positivo, rojo el negativo y están envueltos por una cubierta negra.

Límites de error: el estándar de 0.75 % por encima de 0 0C,  el especial de 0.4 %

Tipo T (cobre/constatán): Tienen una elevada resistencia a la corrosión por atmósferas húmedas, condensación, reductoras y oxidantes, tiene una sensibilidad de cerca de 43 µV/°C.

El color de los cables son azul el positivo, rojo el negativo y están envueltos por una cubierta azul.

Límites de error: el estándar de 0.75 % por encima de 0 0C,  el especial de 0.4 %

Tipo N (nicrosil [NiCrSi]/nisil [NiSi]): Protegido con aislamiento de óxido de berilio y camisa de molibdeno y de tantalio,  El color de los cables son naranja el positivo, rojo el negativo y están envueltos por una cubierta naranja.

Límites de error: el estándar de 0.75 % por encima de 0 0C,  el especial de 0.4 %

Tipo B (PtRh): adecuados para altas temperaturas hasta o superiores a los 1800 °C. El color de los cables son gris el positivo, rojo el negativo y están envueltos por una cubierta gris.

Límites de error: el estándar de 0.5 %.

Tipo R (PtRh): Medición de temperaturas de hasta 1500 °C. Poca sensibilidad (10 µV/°C). Es más estable y produce una f.e.m mayor que el tipo S. 

El color de los cables son negro el positivo, rojo el negativo y están envueltos por una cubierta verde.

Límites de error: el estándar de 0.25 %,  el especial de 0.1 %.

Tipo S (Pt/Rh): Características similares al tipo R. Poca sensibilidad (10 µV/°C). El color de los cables son negro el positivo, rojo el negativo y están envueltos por una cubierta verde.

Límites de error: el estándar de 0.25 %, el especial de 0.1 %.

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fabio figueroa

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