¿Qué es un termopar?

¿Qué es un termopar?

Definición de termopar

Un termopar es un dispositivo que convierte las diferencias de temperatura en un voltaje eléctrico, basándose en el principio del efecto termoeléctrico. Es un tipo de sensor que puede medir la temperatura en un punto o ubicación específica. Los termopares se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales, domésticas, comerciales y científicas debido a su simplicidad, durabilidad, bajo costo y amplio rango de temperatura.

Efecto termoeléctrico

El efecto termoeléctrico es el fenómeno de generar un voltaje eléctrico debido a una diferencia de temperatura entre dos metales o aleaciones metálicas diferentes. Este efecto fue descubierto por el físico alemán Thomas Seebeck en 1821, quien observó que se creaba un campo magnético alrededor de un bucle cerrado de dos metales disímiles cuando una unión se calentaba y la otra se enfriaba.

El efecto termoeléctrico se puede explicar por el movimiento de los electrones libres en los metales. Cuando una unión se calienta, los electrones ganan energía cinética y se mueven más rápido hacia la unión más fría. Esto crea una diferencia de potencial entre las dos uniones, que se puede medir con un voltímetro o un amperímetro. La magnitud del voltaje depende del tipo de metales utilizados y de la diferencia de temperatura entre las uniones.

Funcionamiento del termopar

Un termopar consta de dos cables hechos de metales o aleaciones metálicas diferentes, unidos en ambos extremos para formar dos uniones. Una unión, llamada unión caliente o de medición, se coloca en la ubicación donde se desea medir la temperatura. La otra unión, llamada unión fría o de referencia, se mantiene a una temperatura constante y conocida, generalmente a temperatura ambiente o en un baño de hielo.

Cuando hay una diferencia de temperatura entre las dos uniones, se genera un voltaje eléctrico a través del circuito del termopar debido al efecto termoeléctrico. Este voltaje se puede medir con un voltímetro o un amperímetro conectado al circuito. Utilizando una tabla de calibración o una fórmula que relacione el voltaje con la temperatura para un tipo específico de termopar, se puede calcular la temperatura de la unión caliente.

Tipos de termopares

Existen varios tipos, como K, J, T y E, que difieren por las combinaciones de metales, los rangos de temperatura y las aplicaciones específicas.

Ventajas

• Pueden medir un amplio rango de temperaturas, desde criogénicas hasta muy altas temperaturas.

• Son dispositivos simples, robustos y confiables que pueden soportar entornos duros y vibraciones.

• Son económicos y fáciles de instalar y reemplazar.

• Tienen un tiempo de respuesta rápido y pueden medir cambios dinámicos de temperatura.

• No requieren alimentación externa ni amplificación para su funcionamiento.

Desventajas

• Tienen baja precisión y estabilidad en comparación con otros sensores.

• Son susceptibles a errores debido a la corrosión, oxidación, contaminación o envejecimiento de los cables.

• Requieren una unión de referencia a una temperatura conocida para una medición precisa.

• Tienen una salida no lineal que requiere una calibración o compensación compleja.

• Pueden generar voltajes termoeléctricos no deseados debido a uniones parásitas en el circuito.

Criterios de selección

Elige según el rango de temperatura, la precisión, la compatibilidad con el entorno, el tamaño, las características eléctricas y el costo.

• Aplicaciones comunes

• Industrias del acero y hierro

• Aparatos de gas

• Sensores de radiación termopila

• Manufactura

• Producción de energía

• Plantas de procesos

• Termopares como vacuómetros

Conclusión

Los termopares son sensores de temperatura ampliamente utilizados que consisten en dos tipos diferentes de metales unidos en un extremo. Cuando la unión de los dos metales se calienta o se enfría, se genera un voltaje que se puede correlacionar con la temperatura.

Los termopares tienen muchas ventajas y desventajas en comparación con otros sensores de temperatura. Pueden medir un amplio rango de temperaturas, desde criogénicas hasta muy altas temperaturas. Son dispositivos simples, robustos y confiables que pueden soportar entornos duros y vibraciones. Son económicos y fáciles de instalar y reemplazar. Tienen un tiempo de respuesta rápido y pueden medir cambios dinámicos de temperatura. Sin embargo, tienen baja precisión y estabilidad en comparación con otros sensores. Son susceptibles a errores debido a la corrosión, oxidación, contaminación o envejecimiento de los cables. Requieren una unión de referencia a una temperatura conocida para una medición precisa. Tienen una salida no lineal que requiere una calibración o compensación compleja.

Para seleccionar el termopar correcto, considera el rango de temperatura y la precisión necesarios, la compatibilidad química y la durabilidad de los cables, el tamaño y la forma de la sonda, las características eléctricas y la inmunidad al ruido, y la disponibilidad y el costo del tipo y accesorios.

Los termopares se utilizan en una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias y dominios. Algunas de las aplicaciones comunes de los termopares son las industrias del acero y hierro, aparatos de gas, sensores de radiación termopila, manufactura, producción de energía, plantas de procesos y termopares como vacuómetros.