Imagina que estás en tu cocina preparando un pavo para la cena. Para asegurarte de que quede jugoso y bien cocido, usas un termómetro de cocina que te indica la temperatura interna de la carne. Al mismo tiempo, el horno también necesita controlar su propia temperatura para mantener el calor adecuado, y ahí entra en juego otro tipo de sensor: el termopar, que forma parte del sistema del equipo.
Así como el termómetro te ayuda a saber cuándo tu pavo está listo, el termopar le dice al horno qué tan caliente está en su interior. Este ejemplo sencillo nos abre la puerta a entender cómo funcionan estos sensores en contextos más complejos, como la industria y los laboratorios.
¿Qué es un termopar?
Los termopares son sensores de temperatura simples, económicos y muy utilizados en la industria. Su popularidad se debe a su amplio rango de medición, resistencia y facilidad de integración en procesos industriales y de laboratorio.
Un termopar está hecho de 2 alambres de diferente tipo de metal soldado en un extremo (junta «caliente») y en el otro extremo del termopar está conectado al instrumento de medición (junta «fría»).
Cuando existe una diferencia en la temperatura entre las juntas «Caliente» y «Fría», una corriente eléctrica correrá en porción a la diferencia de temperatura el llamado «Efecto Termoeléctrico», el voltaje mencionado en relación a la escala de los milivolts que se traduce en una lectura de temperatura en el instrumento.
Tablas de Valores en Milivots de Termopares
Para dicha lectura se utiliza una referencia en tablas para determinar la temperatura de la junta caliente para diferentes señales de mV cuando la junta fría está en 0°C. (Ver Norma ASTM E230)
ASTM E 230 – Tabla de Equivalencias EFM Milivolts a Temperatura
“Los termopares convierten diferencias de temperatura en señales eléctricas fáciles de interpretar.”
Principio de Funcionamiento
El fenómeno detrás de los termopares es el efecto Seebeck:
- Dos metales distintos unidos generan un voltaje cuando sus extremos están a temperaturas diferentes.
- Ese voltaje es proporcional a la diferencia de temperatura.
- El instrumento convierte el voltaje en grados Celsius o Fahrenheit.
Recomendación ver video Youtube: «ELECTRICIDAD POR CALOR – EFECTO SEEBECK – PARES TERMOELÉCTRICOS» practica de laboratorio del Maestro Julio Germán Rodríguez Ojeda para entender más el concepto
Efecto en los Instrumentos de Medición
Ya que es difícil obtener directamente la temperatura; es necesario compensar la temperatura en el display del instrumento de medición. Instrumentos como los controladores de temperatura WEST 6400 y Graficadores CHINO Recorder (AH3000 y AH4000) para poder funcionar juntos deben configurarse con la compensación de junta fría. (Ver instrucciones en los Manuales de Graficadores – Controladores)
Tipos de termopares más comunes
En la siguiente tabla se muestra los termopares más comúnmente utilizados en la industria con sus características principales y también se agrega el código de colores del termopar tipo K en diversas normas internacionales.
Tipo | Materiales | Rango de Temperatura | Aplicaciones |
K | Niquel-Cromo / Niquel-Aluminio | -200°C a 1260°C | Hornos, Procesos industriales |
J | Hierro / Constantano | -40°C a 750°C | Motores, equipos antiguos |
Tipo T | Cobre / Constantano | -200°C a 350°C | Refrigeración, Criogénica |
R y S | Platino / Rodio | 0°C a 1600°C | Laboratorios, Alta Temperatura |
Identificación de Color del Termopar Tipo K en diferentes Normas Internacionales
Extensiones de Termopar
Como se ha dicho antes, una lectura de termopar depende sobre la diferencia entre dos empalmes con compensación del empalme frío tomando lugar dentro del instrumento de control.
Por esta razón, es importante que el mismo material de termopar sea utilizado correctamente desde la punta de la sonda hasta las terminales del instrumento de control.
También está disponible la compensación de cable de extensión para termopar, el cual tiene características muy similares al material de termopar, a las temperaturas ambiente encontradas por los cables, pero es mucho más barato. (Ver productos en nuestro catalogo)
Este tipo cable de Extensíon se identifican por la denotación con el sufijo «X», por ejemplo: Extensión para termopar tipo K será una extensión tipo «KX», para un termopar tipo «T» será extensión tipo «TX».
El sufijo general «X» (por ejemplo, KX, TX, EPX, JNX) denota un material de «grado de extensión» cuyas propiedades termoeléctricas coincidirán con las del tipo de termopar correspondiente, dentro de las tolerancias de grado de extensión indicadas, en un rango de temperatura limitado.
La mayoría de los cables de extensión de metal base tienen la misma composición nominal que los cables de termopar con los que se van a utilizar, mientras que los cables de extensión de compensación para termopares de metal noble o refractario (S, R, B o C) suelen tener una composición diferente y más económica, cuyas propiedades termoeléctricas relativas, en conjunto, se aproximan bastante a las de los termopares de metal noble o refractario con los que se van a utilizar.
Limitaciones de los Termopares
- Precisión moderada frente a sensores RTD.
- Requieren compensación de la juntura fría.
- Voltajes pequeños, necesitan instrumentos adecuados.
- Pueden verse afectados por campos electromagnéticos. (Veáse la siguiente nota técnica: Efecto de la longitud de los cables de Termopar y potencia en procesos de relevado de esfuerzos)
Aplicaciones principales
- Industria metalúrgica y química: hornos, reactores, tratamientos térmicos.
- Automotriz y energía: motores, turbinas, calderas.
- Refrigeración y criogenia: monitoreo de bajas temperaturas.
- Laboratorios y control de procesos: investigación y pruebas.
Usabilidad de Sensores en la Industria
Cuando es necesario el control de temperatura en la industria siempre se enfrenta al problema de la distancia entre el punto de control y el punto de medición ya que los termopares manejan señales pequeñas (milivoltios) esto resulta complicado además de que son susceptibles perdida de señal o errores por interferencias de campos electromagnéticos por lo que debe hacerse un ajuste en los instrumentos y utilizar un TRANSMISOR DE SEÑAL. Un Transmisor de señal recibe la señal del Termopar y la convierte en una señal de 4 a 20 miliamperes por lo que esta puede viajar grandes distancias sin interferencia. Estos Transmisores aceptan la lectura de varios tipos de sensores como son: RTD (PT100, PT1000, NI100), Termopares (B, E, J, K, N, R, S, T), entre otras y realiza la retransmisión con un rango programable.
Conclusiones
Los termopares son sensores versátiles y confiables que, aunque no ofrecen la máxima precisión, destacan por su resistencia, bajo costo y amplio rango de uso. Son una herramienta esencial en la medición de temperatura para la industria moderna.
Acerca del Autor
Ing. Juan Carlos Vega Vázquez
Ingeniero Industrial que se ha desempeñado por 23 años en el área de Tratamientos Térmicos en Sitio, cuenta con Diplomado en normas API 510, 570 y 653 por parte de COMIMSA, Curso en Fundamentos de procesos de Calentamiento por parte de Industrial Heating Equipment Association´s (IHEA EEUU) y Curso como nivel 2 en PT, LT y VT; Así también como Registro ante la STPS como Agente Capacitador Externo en Materia de Relevado de Esfuerzos y Certificado de Competencia para Impartición de Cursos en el Estándar EC0217 por parte del Consejo Nacional de Normalización y Certificación de Competencias Laborales (Conocer).
