Explicación del cable termopar: Principio, componentes, tipos y selección
¿Qué es un cable termopar?
El cable termopar es un sensor de temperatura que se fabrica conectando dos metales distintos. Cuando estos metales se calientan o enfrían, generan una pequeña tensión, conocida como efecto termoeléctrico, que está directamente relacionada con la diferencia de temperatura entre las dos uniones. Esta tensión puede medirse y convertirse en una lectura de temperatura.
Los cables termopares se utilizan mucho en aplicaciones industriales, científicas y comerciales en las que es crucial controlar la temperatura con precisión. Son especialmente populares en procesos que requieren un control de alta temperatura, como hornos y motores. Se utilizan distintos tipos de termopares en función del rango de temperatura y de las necesidades específicas de la aplicación, un tema que exploraremos con más detalle más adelante.
Principio de funcionamiento del hilo termopar
El principio básico del funcionamiento del cable termopar es el efecto Seebeck, un fenómeno en el que se genera una tensión cuando dos metales distintos se unen en dos puntos que están expuestos a temperaturas diferentes. Este proceso puede dividirse en cuatro pasos clave, desde la creación de las uniones hasta la lectura final de la temperatura, como se indica a continuación:
- Uniones fría y caliente: Una unión del cable del termopar se coloca en el punto de medición (la unión caliente), y el otro extremo se coloca a una temperatura de referencia (la unión fría o "unión de referencia").
- Generación de tensión: Cuando los dos metales diferentes están sometidos a diferencias de temperatura, se genera una pequeña tensión en la unión. Esta tensión está directamente relacionada con la diferencia de temperatura entre los dos extremos del cable.
- Medición de la tensión: Esta tensión se mide con un dispositivo (por ejemplo, un voltímetro o un termopar) y, a partir de ella, se calcula la temperatura de la unión caliente.
- Salida: La tensión generada varía en función de los tipos de metales utilizados, y se utiliza para determinar la temperatura en la unión caliente.
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Más información: ¿Positivo o negativo? Guía para principiantes sobre la identificación de cables de termopar
Explicación de las piezas de un cable termopar
Un cable termopar típico consta de varios componentes clave:
- Alambres conductores: Los alambres en sí están hechos de dos metales diferentes que se eligen por sus propiedades termoeléctricas. Los materiales comunes incluyen:
- Cobre (para termopares de tipo T)
- Níquel-cromo y níquel-aluminio (para termopares de tipo K)
- Platino y rodio (para termopares de tipo R, S y B)
- Uniones: Hay dos uniones en un circuito de termopar:
- Unión caliente: El extremo de medición donde se está detectando la temperatura.
- Unión fría (o unión de referencia): El extremo del termopar que se mantiene a una temperatura de referencia conocida.
- Aislamiento: Para proteger los cables y evitar cortocircuitos, los cables de los termopares suelen estar aislados con materiales como fibra de vidrio, teflón o revestimientos cerámicos. El aislamiento también garantiza lecturas precisas al evitar que los cables entren en contacto entre sí.
- Revestimiento protector: Algunos cables de termopar están envueltos en un revestimiento protector de materiales como el acero inoxidable para protegerlos de daños físicos y de la exposición a productos químicos, lo que garantiza que el cable permanezca intacto en entornos difíciles.
Tipos de termopares
Los cables de termopar están diseñados específicamente para adaptarse al tipo de termopar con el que se utilizan, ya que cada tipo corresponde a una combinación única de metales y rangos de temperatura. Algunos de los tipos más comunes son
- Tipo K (Cromel-Alumel): Es el tipo de termopar más utilizado, conocido por su versatilidad y fiabilidad. Tiene un amplio rango de temperatura, normalmente de -270°C a 1372°C, y se suele utilizar en aplicaciones industriales.
- Tipo J (Hierro-Constantan): Los termopares de tipo J son adecuados para temperaturas de -40°C a 750°C y se suelen utilizar en la medición de temperatura de uso general.
- Tipo T (Cobre-Constantan): Son ideales para mediciones a baja temperatura, con un rango de -200°C a 350°C. Suelen utilizarse en criogenia y en la industria alimentaria.
- Tipo R (Platino-Rodio): Los termopares de tipo R se utilizan para mediciones de alta temperatura, normalmente entre 0°C y 1600°C. Son muy precisos y suelen utilizarse en aplicaciones científicas.
- Tipo S (Platino-Rodio): Similar al Tipo R pero con diferentes proporciones de platino y rodio. Se utilizan para mediciones de alta precisión en laboratorios.
- Tipo B (Platino-Rodio): Conocidos por medir temperaturas muy altas, con un rango de hasta 1700°C. El tipo B se utiliza habitualmente en aplicaciones industriales de alta temperatura, como la supervisión de hornos.
- Tipo E (Cromel-Constantan): Con un alto rendimiento, los termopares de tipo E son útiles para mediciones a baja temperatura, y su rango va de -200°C a 900°C.
- Tipo N (Nicrosil-Nisil): Este tipo de termopar tiene una mayor estabilidad y resistencia a la oxidación, por lo que es adecuado para aplicaciones industriales de alta precisión. Su rango de temperatura es de -200°C a 1300°C.
Cómo seleccionar el cable del termopar
Al comprar un cable termopar, es importante seleccionar el tipo adecuado para su aplicación específica. Tanto si trabaja en entornos industriales, de investigación o de laboratorio, la elección de un cable de termopar de alta calidad garantiza la precisión y longevidad de las mediciones de temperatura.
- Rango de temperatura: Asegúrese de que el cable termopar que compra tiene el rango de temperatura adecuado para sus necesidades específicas.
- Material: Elija un cable de termopar fabricado con materiales adecuados para el entorno en el que se va a utilizar. Por ejemplo, para entornos de alta temperatura, elija un termopar de tipo K o de tipo S.
- Aislamiento y revestimiento: Dependiendo de las condiciones (por ejemplo, exposición a productos químicos, alta humedad o temperaturas extremas), elija el aislamiento y el revestimiento protector adecuados.
- Precisión: Asegúrese de que el cable está clasificado para el nivel de precisión requerido para su aplicación.
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Referencias:
[1] Litteaur, Raymond. (2018). Técnicas de verificación in situ para termopares multipunto en recipientes a presión. 10.13140/RG.2.2.20703.30885.
