Termopar para niños
Un termopar o termocupla es un sensor especial que sirve para medir la temperatura. Funciona uniendo dos metales diferentes. Cuando hay una diferencia de temperatura entre un extremo (el "punto caliente" donde se mide) y el otro (el "punto frío" o de referencia), se produce una pequeña señal eléctrica, como un voltaje muy bajo (en milivoltios). Este efecto se llama efecto Seebeck.
Los termopares que se usan en la industria suelen estar dentro de un tubo de acero inoxidable o de otro material resistente. En un lado del tubo está la unión de los metales, y en el otro, los cables eléctricos están protegidos dentro de una caja redonda de aluminio.
En la industria, los termopares son muy útiles como sensores de temperatura. Son económicos, se pueden cambiar fácilmente, usan conectores estándar y pueden medir un rango muy amplio de temperaturas. Su principal limitación es que no son tan precisos como otros sensores, y es fácil que haya pequeños errores si se necesita una exactitud menor a un grado Celsius.
Cuando varios termopares se conectan en serie, forman lo que se llama una termopila. Tanto los termopares como las termopilas se usan mucho en sistemas de calefacción que funcionan con gas.
Contenido
¿Cómo funciona un Termopar?
La energía eléctrica que genera un termopar no aumenta de forma perfectamente recta con la temperatura. Para que los aparatos de medición puedan leer la temperatura correctamente, necesitan "enderezar" esta señal. Esto se hace usando fórmulas matemáticas complejas, que pueden ser diferentes para cada tipo de termopar. Los medidores más sencillos usan métodos más básicos para hacer esta corrección.
Formato de los Termopares: ¿Cómo se presentan?
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Los termopares se encuentran en diferentes formas, como las "sondas". Estas sondas son perfectas para muchas mediciones, por ejemplo, en la investigación médica, para medir la temperatura de los alimentos, en la industria o en la ciencia. También se usan en generadores especiales que producen electricidad a partir del calor.
Al elegir una sonda de termopar, es importante fijarse en el tipo de conector. Hay dos tipos principales: el "estándar", que tiene pines redondos, y el "miniatura", que tiene pines planos. Curiosamente, los conectores miniatura son los más populares.
Otro aspecto importante es el tipo de termopar, el aislamiento y cómo está construida la sonda. Todos estos detalles afectan el rango de temperaturas que puede medir, su precisión y lo confiables que serán las lecturas.
Tipos de Termopares: ¿Cuáles son y para qué sirven?
Existen varios tipos de termopares, cada uno hecho con diferentes combinaciones de metales y adecuado para distintos rangos de temperatura y usos.
Termopares Comunes (Tipos K, E, J, T, N)
- Tipo K (cromel/alumel): Es uno de los más usados por su bajo costo y su versatilidad. El cromel es una aleación de Ni y Cr, y el alumel es de Ni y Al. Pueden medir temperaturas desde –200 °C hasta +1372 °C y son bastante resistentes a la oxidación.
- Tipo E (cromel/constantán): No son magnéticos y son muy sensibles, lo que los hace ideales para medir temperaturas muy bajas, como las que se usan en la criogenia (estudio de temperaturas extremadamente bajas).
- Tipo J (hierro/constantán): Se usan en un rango de –270 °C a +1200 °C. Son buenos para ambientes sin oxígeno o en vacío. Sin embargo, el hierro se oxida rápidamente por encima de los 550 °C, y por debajo de 0 °C hay que tener cuidado con la humedad.
- Tipo T (cobre/constantán): Son perfectos para medir temperaturas entre -200 °C y 260 °C. Resisten bien la humedad y diferentes tipos de ambientes, y también se usan en criogenia.
- Tipo N (nicrosil/nisil): Son buenos para medir altas temperaturas porque son muy estables y resistentes a la oxidación. Además, no necesitan platino, que es un metal caro que se usa en otros tipos de termopares.
Termopares para Altas Temperaturas (Tipos B, R, S)
Los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero no son muy sensibles. Por eso, se usan principalmente para medir temperaturas muy altas (por encima de los 300 °C).
- Tipo B (Pt-Rh): Son adecuados para medir temperaturas muy altas, por encima de los 1800 °C. Tienen una característica especial: dan la misma lectura a 0 °C y a 42 °C, por lo que su uso se limita a temperaturas superiores a 50 °C.
- Tipo R (Pt-Rh): Pueden medir temperaturas de hasta 1600 °C. Son caros y no muy sensibles, lo que los hace menos atractivos para usos generales.
- Tipo S (Pt/Rh): Ideales para medir altas temperaturas hasta los 1600 °C. Al igual que los tipos B y R, son caros y poco sensibles. Sin embargo, son muy estables y se usan para calibrar instrumentos de medición, especialmente en el punto de fusión del oro (1064,43 °C).
Es importante elegir el termopar adecuado para el rango de temperaturas que se quiere medir. Los termopares con baja sensibilidad, como los tipos B, R y S, también tienen una menor capacidad para mostrar pequeños cambios de temperatura.
Consejos para usar Termopares correctamente
Muchos de los problemas y errores al usar termopares ocurren por no conocer bien cómo funcionan. Aquí te presentamos algunos de los problemas más comunes y cómo evitarlos.
Evita problemas de conexión
La mayoría de los errores de medición se deben a conexiones accidentales de los metales. Recuerda que cualquier contacto entre dos metales diferentes puede crear una unión que genere una señal. Si necesitas alargar los cables, usa siempre el tipo correcto de cable de extensión (por ejemplo, si tienes un termopar tipo K, usa un cable de extensión tipo K). Usar un cable de otro tipo creará una nueva unión y causará errores. Los conectores que uses también deben ser del material correcto y estar conectados con la polaridad adecuada. Lo mejor es usar conectores comerciales diseñados para tu tipo de termopar.
Cuidado con la resistencia del cable
Para que el termopar no afecte la temperatura que mide y responda rápido, se suelen usar cables delgados. Esto puede hacer que el termopar tenga una resistencia alta, lo que lo hace sensible al ruido eléctrico y puede causar errores si el aparato de medición también tiene resistencia. Un termopar típico puede tener una resistencia de unos 15 ohmios por metro. Si necesitas cables delgados o muy largos, es mejor que el cable del termopar sea corto y luego uses un cable de extensión más grueso (con menor resistencia) hasta el aparato de medición. Es buena idea medir la resistencia del termopar antes de usarlo.
¿Qué es el desajuste?
El desajuste ocurre cuando la composición del cable del termopar cambia accidentalmente. La causa más común es que partículas del aire se mezclan con el metal cuando el termopar está funcionando a temperaturas muy altas. Otras causas pueden ser impurezas o químicos del aislante que se meten en el cable. Si vas a usar el termopar a altas temperaturas, revisa las especificaciones del aislante de la sonda.
Protege tu medición del ruido eléctrico
La señal que produce un termopar es muy pequeña, por lo que es fácil que el ruido eléctrico la afecte. La mayoría de los aparatos de medición pueden ignorar el ruido que afecta a ambos cables por igual. Para minimizar el ruido, puedes retorcer los cables del termopar para que ambos capten la misma señal de ruido. Si estás en un lugar con mucho ruido (por ejemplo, cerca de un motor grande), considera usar un cable de extensión con protección. Si sospechas que hay ruido, apaga los equipos cercanos y mira si las lecturas cambian. Una buena solución es usar un filtro que elimine las frecuencias de ruido altas.
Entendiendo las tensiones no deseadas
A veces, pueden aparecer voltajes no deseados en los cables del termopar. Esto puede pasar por la cercanía a motores o transformadores, o por conexiones a tierra. Por ejemplo, si mides la temperatura de un tubo de agua caliente con un termopar sin aislamiento, podría haber una diferencia de voltaje entre el tubo y la tierra del aparato de medición. Estas señales suelen afectar a ambos cables por igual y no causan problemas si no son muy grandes. Para minimizarlas, puedes usar las mismas precauciones que para el ruido y usar termopares aislados.
Evita la desviación térmica
Cuando calientas el termopar, este absorbe algo de energía, lo que puede afectar la temperatura real que quieres medir. Imagina que mides la temperatura de un líquido en un tubo de ensayo:
- La energía del calor puede viajar por el cable del termopar y disiparse en el aire, enfriando un poco el líquido alrededor de los cables.
- Si el termopar no está lo suficientemente sumergido en el líquido, el aire más frío alrededor de los cables puede hacer que la unión del termopar tenga una temperatura diferente a la del líquido.
En estos casos, un termopar con cables más delgados puede ser útil, ya que el cambio de temperatura a lo largo del cable será más pronunciado en la unión entre el líquido y el aire. Si usas cables delgados, recuerda revisar la resistencia del cable. A menudo, la mejor opción es usar un termopar con cables delgados conectado a un cable de extensión mucho más grueso.
Leyes importantes de los Termopares
Gracias a muchos estudios, se han establecido tres leyes fundamentales que explican cómo funcionan los termopares:
- Ley del circuito homogéneo: En un cable de metal que es igual en todas sus partes, el calor por sí solo no puede hacer que la electricidad circule.
- Ley de los metales intermedios: Si en un circuito con varios cables de metal la temperatura es la misma entre dos puntos (A y B), la cantidad total de electricidad generada no cambia, sin importar cuántos metales diferentes haya entre A y B. Es como si A y B estuvieran conectados directamente.
- Ley de las temperaturas sucesivas: La electricidad que genera un termopar cuando sus uniones están a dos temperaturas (T1 y T3) es igual a la suma de la electricidad que generaría si primero estuviera entre T1 y una temperatura intermedia (T2), y luego entre T2 y T3.
Estas leyes nos muestran que en un circuito de termopar se produce una pequeña señal eléctrica que depende de la diferencia de temperatura entre el punto de medición y el punto de referencia. Los valores de esta señal suelen estar en tablas, asumiendo que el punto de referencia está a 0 °C.
Véase también
En inglés: Thermocouple Facts for Kids
- Termoelectricidad
