¿Qué Es Un Termopar Y Cómo Funciona?: 3 Tipos, Partes

El termopar es uno de los instrumentos de temperatura utilizados en la instrumentación industrial, se usa para conocer la temperatura de diferentes máquinas que se emplean en los procesos que tienen lugar en las industrias.

Se puede decir, que una de estas máquinas podría ser una caldera, la cual es una máquina que dependiendo de su temperatura produce vapor de agua al calentar la misma, con el termopar se puede medir la temperatura de esta caldera y así informar los valores que presenta con el objetivo de saber si los mismos son adecuados.

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    ¿Qué es un termopar?

    Es un dispositivo eléctrico que se encarga de medir la temperatura de una máquina como por ejemplo la caldera previamente mencionada y la traduce a un valor eléctrico (voltaje en el orden de los milivoltios) de modo que pueda ser leído por un usuario, el valor de voltaje tiene relación con la temperatura que mide el termopar pero no cumplen una relación lineal lo cual se verá más adelante en las curvas características de los termopares.

    ¿Cómo está formado un termopar?

    Es un dispositivo eléctrico que está conformado por dos metales de diferente material los cuales se unen en uno de sus extremos llamado punto caliente, los otros extremos se encuentran separados, los cuales reciben el nombre de junta fría o punto frío, entre otras acepciones más que se le pueden dar a este extremo en donde los materiales metálicos no se unen.

    termopar
    Termopar para una aplicación industrial

    En la figura anterior los conectores de color rojo y azul vendrían siendo la punta o junta fría el otro extremo que es la barra cilíndrica alargada vendría siendo el punto caliente.

    ¿Cómo funciona un termopar?

    Existen dos filamentos de diferentes metales que se conectan entre sí a través de una soldadura especial en el punto de medición, el cual se dijo que es el punto caliente, dicho punto se pone en contacto con el objeto al cual se le desea conocer la temperatura.

    El proceso que se da para poder determinar la temperatura es el siguiente:

    Al colocar el punto caliente del termopar en contacto con un objeto que tenga una cierta temperatura, dependiendo del valor de dicha temperatura los electrones en ambos filamentos metálicos cambian de energía, esto causa que los mismos se muevan y que así la densidad de electrones en ambos metales cambie.

    Es decir, que para cada temperatura se corresponde una densidad de electrones diferente en cada filamento metálico que constituye el termopar.

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    La temperatura del objeto a medir se establece causando una densidad de electrones en ambas uniones metálicas diferentes (se encuentran unidos los filamentos metálicos pero son de diferente material, por ende para la misma temperatura la densidad de electrones será diferente).

    De esa manera se traduce la densidad de electrones en un voltaje del orden de los milivoltios el cual representa la temperatura medida. La temperatura se traduce a un formato de milivoltios en el extremo en el que las juntas se encuentran separadas o aisladas, que se conocen como junta fría.

    ¿Cómo se usa un termopar?

    En un extremo (punto caliente) se mide la temperatura, se tiene contacto, con el objeto a medir, sea caliente o no, y en el otro extremo se obtiene la temperatura en formato de milivoltios, por lo que se dice que el termopar es un transductor, que no es más que un dispositivo que traduce la energía térmica a una energía eléctrica medible.

    Tipos de termopar

    Entre los diferentes termopares podemos encontrar:

    Termopar Tipo J

    Es un tipo de termopar bastante usado en la instrumentación industrial, sus principales usos tienen lugar en las industrias del plástico, fundición de metales a bajas temperaturas, entre otras aplicaciones más.

    No es recomendable utilizarlos en ambientes propensos a la degradación a temperaturas superiores a 550 °C, ya que no presentan un correcto funcionamiento.

    Si se considera su funcionamiento ininterrumpido puede operar de una manera adecuada hasta los 800 °C y podría llegar a funcionar de la misma manera hasta temperaturas que ronden los 1000 °C, pero en este caso, considerando que al pasar los 800 °C ya las temperaturas superiores a ese valor deben ser tomadas en breves periodos de tiempo para asegurar un correcto funcionamiento del dispositivo.

    Termopar Tipo K

    Es uno de los termopares que más se emplean en los ámbitos industriales como por ejemplo en las aplicaciones de fundición y también en hornos a temperaturas que están por debajo de los 1300 °C, como ejemplo de un tipo de fundición se puede mencionar la fundición de cobre y para los hornos los de tratamiento térmico.

    Sin embargo la temperatura máxima ideal de operación en continuo se recomienda que no sea superior a los 1100 °C.

    Es importante recordar que estos dispositivos funcionan en base a la densidad de electrones que existe en sus uniones o filamentos metálicos la cuales están unidas en el punto en el que tienen contacto con la temperatura a medir.

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    Debido a esto, a medida que la temperatura del objeto a medir aumenta la densidad de los electrones en cada filamento varía cada vez más y por ende  si se coloca por mucho tiempo a temperaturas elevadas podría dejar de tener un buen funcionamiento, además de que las curvas que representan el funcionamiento de estos termopares no son lineales.

    Es decir, que las curvas no son lineales y además el buen uso del termopar depende del tiempo de aplicación para temperaturas que se consideren elevadas, un ejemplo podría ser una temperatura elevada de 1200°C, lo cual para este caso, el termopar tipo K no debería tener contacto por mucho tiempo con temperaturas de este tipo si se quiere una buena lectura.

    Termopar Tipo T

    Consta de una aleación cobre-níquel en el conductor negativo de este termopar, es importante hacer hincapié en la gran conductividad térmica que tiene el cobre, lo cual lo hace uno de los termopares en mostrar voltajes más elevados para cada temperatura que se esté midiendo, está enfocado a ser utilizado en laboratorios y trabajan en un intervalo de -250 °C a 400 °C.

    Dicho esto, tiene mucha lógica mencionar la alta oxidación que puede llegar a presentar el cobre para temperaturas específicas, por ejemplo, cuando trabaja en intervalos superiores a los mencionados (-250 °C @ 400°C), que es cuando mas cede electrones, oxidándose rápidamente, concluyendo lo dicho al principio.

    Linealización

    Cada termopar tiene su propia curva que especifica la razón de cuanto se incrementan los milivoltios según se incremente la temperatura como se muestra a continuación.

    Como se puede observar en la siguiente figura se tienen las curvas características de los termopares más comunes empleados en la instrumentación industrial, como por ejemplo, el termopar tipo J, K y T.

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    Curvas características de diferentes termopares

    Es importante mencionar que la curva características de los termopares, las mismas que se muestran en la imagen anterior no cumplen una relación lineal, es decir que los niveles de voltaje no aumentan linealmente con los niveles de temperatura.

    Sin embargo, gracias a dichas curvas cada termocupla en específico puede determinar el valor de voltaje en milivoltios apropiado a la temperatura medida de una forma adecuada.

    Conclusión

    El termopar es un dispositivo electrónico como tal porque transforma una energía térmica que resulta de poner en contacto la unión caliente con el objeto a medirle la temperatura a un valor eléctrico que corresponde a un voltaje en milivoltios.

    Existen diversos tipos de termopares entre los cuales podemos encontrar a los termopares tipo J, K y T como los más comunes.

    El correcto funcionamiento de cada termopar dependerá del correcto uso que se le dé, que a su vez está relacionado con las escalas de temperatura dictadas por el fabricante el cual especifica cuáles son los valores apropiados para los que cada uno de ellos debe ser usado.

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