Termopar: Un sensor de temperatura simple y versátil
¿Qué es un termopar?
Un termopar es un dispositivo que convierte las diferencias de temperatura en un voltaje eléctrico, basado 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 diversos campos, como industriales, domésticos, comerciales y aplicaciones científicas, debido a su simplicidad, durabilidad, bajo costo y amplio rango de temperatura.
¿Qué es el efecto termoeléctrico?
El efecto termoeléctrico es el fenómeno de generar un voltaje eléctrico debido a una diferencia de temperatura entre dos metales diferentes o aleaciones metálicas. Este efecto fue descubierto por el físico alemán Thomas Seebeck en 1821, quien observó que se creaba un campo magnético alrededor de un circuito cerrado de dos metales disímiles cuando una unión estaba calentada y la otra enfriada.
El efecto termoeléctrico se puede explicar por el movimiento de los electrones libres en los metales. Cuando una unión está calentada, 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.
¿Cómo funciona un termopar?
Un termopar consiste en dos cables hechos de diferentes metales o aleaciones metálicas, 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 en el 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 relaciona el voltaje con la temperatura para un tipo dado de termopar, se puede calcular la temperatura de la unión caliente.
El siguiente diagrama muestra el principio básico de funcionamiento de un termopar:
El siguiente video explica cómo funciona un termopar con más detalle:
¿Cuáles son los tipos de termopares?
Existen muchos tipos de termopares disponibles, cada uno con diferentes características y aplicaciones. El tipo de termopar se determina por la combinación de metales o aleaciones metálicas utilizadas para los cables. Los tipos de termopares más comunes se designan con letras (como K, J, T, E, etc.) según estándares internacionales.
La siguiente tabla resume algunos de los principales tipos de termopares y sus propiedades:
| Tipo | Cable positivo | Cable negativo | Código de color | Rango de temperatura | Sensibilidad | Precisión | Aplicaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| K | Níquel-cromo (90% Ni, 10% Cr) | Níquel-aluminio (95% Ni, 2% Al, 2% Mn, 1% Si) | Amarillo (+), Rojo (-), Amarillo (general) | -200°C a +1260°C (-328°F a +2300°F) | 41 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Uso general, rango amplio, bajo costo |
| J | Hierro (99.5% Fe) | Constantán (55% Cu, 45% Ni) | Blanco (+), Rojo (-), Negro (general) | -210°C a +750°C (-346°F a +1400°F) | 50 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Atmosferas oxidantes, rango limitado |
| T | Cobre (99.9% Cu) | Constantán (55% Cu, 45% Ni) | Azul (+), Rojo (-), Marrón (general) | -200°C a +350°C (-328°F a +662°F) | 43 µV/°C | ±1°C (0.75%) | Bajas temperaturas, atmósferas oxidantes |
| E | Níquel-cromo (90% Ni, 10% Cr) | Constantán (55% Cu, 45% Ni) | Morado (+), Rojo (-), Morado |
| E | Níquel-cromo (90% Ni, 10% Cr) | Constantán (55% Cu, 45% Ni) | Morado (+), Rojo (-), Morado (general) | -200°C a +870°C (-328°F a +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | Alta precisión, rango moderado, bajo costo | | N | Nicrosil (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Nisil (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Naranja (+), Rojo (-), Naranja (general) | -200°C a +1300°C (-328°F a +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Uso general, rango amplio, estable | | S | Platino-rutenio (90% Pt, 10% Rh) | Platino (100% Pt) | Negro (+), Rojo (-), Verde (general) | 0°C a +1600°C (+32°F a +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Altas temperaturas, alta precisión, costoso | | R | Platino-rutenio (87% Pt, 13% Rh) | Platino (100% Pt) | Negro (+), Rojo (-), Verde (general) | 0°C a +1600°C (+32°F a +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Altas temperaturas, alta precisión, costoso | | B | Platino-rutenio (70% Pt, 30% Rh) | Platino-rutenio (94% Pt, 6% Rh) | Gris (+), Rojo (-), Gris (general) | +600°C a +1700°C (+1112°F a +3092°F) | 9 µV/°C | ±0.5% de lectura por encima de +600°C (+1112°F) | Muy altas temperaturas, baja sensibilidad |
¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los termopares?
Los termopares tienen muchas ventajas y desventajas en comparación con otros sensores de temperatura, como RTDs (Detectores de Temperatura por Resistencia), termistores
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