🛠️ Los TERMOPARES

Principio de funcionamiento del termopar

Termopar

¿Qué es un termopar?

✌  Cuando dos metales diferentes se unen, en la unión se produce una diferencia de potencial. Esta depende de los metales utilizados y la temperatura de la unión. Un termopar es un circuito completo con dos uniones de este tipo, como observamos en la siguiente 👇 imagen en el apartado a).

a) Un termopar, b) gráfica fem termoeléctrica-temperatura

💥 Si ambas uniones están a la misma temperatura, no existe una fem neta. En cambio, si la temperatura es diferente, si se produce una fem. El valor E de esta fem depende de los dos metales utilizados y de las temperaturas de ambas uniones. Por lo general una de ellas se mantiene a 0º C, y entonces se cumple, hasta cierto punto,

donde a y b son las constantes de los metales utilizados. En la tabla siguiente se muestran los termopares de uso mas común, los intervalos de temperatura en los que se usan y sus sensibilidades características. A estos termopares de uso común se les asignan letras de referencia. Por ejemplo, el de hierro-constatán se conoce como termopar tipo J. La figura anterior 👆 en el apartado b) muestra cómo la fem varía con la temperatura en pares de metales de uso común.

Tabla de características de los termopares según los materiales de fabricación

Tabla Termopares

👉 Aunque en un circuito de termopar haya otros metales, éstos no tienen efecto en la fem termoeléctrica, siempre y cuando todas sus uniones estén a la misma temperatura. A esto se le conoce como ley de metales intermedios.

👉 Se puede utilizar un termopar con la unión de referencia sólo a una temperatura de 0° C. Sin embargo, las tablas estándar suponen una unión de 0°C y por lo tanto se tiene que realizar una corrección antes de hacer uso de las tablas. La corrección se aplica utilizando lo que se conoce como ley de temperaturas intermedias, así

Et,0 = Et,I + EI,0

La fem Et,0 a la temperatura t cuando la unión fría está a 0° C es igual a la fem Et,I a la temperatura intermedia I, más la fem Et,0 a la temperatura I cuando la unión fría está a 0° C. Como ejemplo, considere un termopar tipo E que debe utilizarse para medir la temperatura con la unión fría a 20° C. 

¿Cuál será el termoeléctrico fem a 200° C? Los siguientes datos provienen de tablas estándar:

Temp. (0º C)           0               20               200

Fem (mV)               0               1.192          13.419

Cuando se utiliza la ley de temperaturas intermedias

E200,0 = E200,20 + E20,0 = 13.419 -1.192 = 12.227 mV

Note que ésta no es la fem que dan las tablas para una temperatura de 180° C con una unión fría a 0° C, conocida como 11.949 mV.

💢 Para mantener una unión de un termopar a 0° C, por ejemplo, lo tenemos inmerso en una mezcla de hielo y agua, que a menudo no es conveniente. Sin embargo, se puede utilizar un circuito de compensación para ofrecer una fem que varia con la temperatura de la unión fría de tal forma que cuando es añadida a la fem ésta genera una fem combinada que equivale a haberlo estado generando si la unión fría hubiera estado a 0° C (figura siguiente). La fem compensada puede ser provista por el voltaje que proviene a través de un elemento termómetro de resistencia.

Compensación de unión fría

Los termopares de base-metal E, J, K y T son mas o menos baratos, pero se deterioran con el tiempo. Su exactitud característica es alrededor de +-1 a 3%.

💣 Los termopares de metales nobles, por ejemplo R, son más caros, pero también mas estables y de mayor duración. Su exactitud es del orden de +-1%, o mejor. Por lo general los termopares están montados dentro de una cubierta que les da protección mecánica y química. El tipo de cubierta depende de las temperaturas en las que se utilizará el termopar. En algunos casos la cubierta se rellena de un mineral que sea buen conductor del calor y buen aislante eléctrico. El tiempo de respuesta de los termopares sin cubierta es muy rápido. Cuando se emplea una cubierta grande este tiempo puede aumentar en varios segundos. En algunos casos un grupo de termopares se conecta en serie, de manera que hay diez o mas uniones calientes que detectan la temperatura, las fem de todos los termopares se suman. Este arreglo se conoce como termopila.

Escrito por Archie Tecnology