¿Qué es una termocupla? ¿Cuál es su importancia en la industria?

La termocupla es una herramienta de medición de temperatura muy útil y ampliamente utilizada en entornos científicos, industriales y de ingeniería. Su tamaño compacto y rápida respuesta la hacen especialmente adecuada para entornos peligrosos o difíciles, ya que puede medir de manera precisa y rápida temperaturas extremas en cualquier lugar dentro del rango de 270°C a 2,500°C, dependiendo de su configuración específica.

Además de esta capacidad espectacular, las termocuplas son herramientas fáciles de utilizar en comparación con otras alternativas de medición de temperatura. Asimismo, son extremadamente duraderas y eficientes en su funcionamiento. Los diferentes tipos de termocuplas, típicamente denominados con letras como J, K, L, N o T, cada uno tiene extremos completamente diferentes, lo que los hace adecuados para distintos usos.

Por ejemplo, algunos están diseñados con materiales específicos para resistir temperaturas altas y entornos más extremos, mientras que otros son menos resistentes y más económicos en su fabricación, y son utilizados en entornos menos extremos. Los usuarios pueden seleccionar la termocupla adecuada para su aplicación específica en función de sus necesidades.

En esta guía, analizaremos en detalle los diversos tipos de termocuplas disponibles en el mercado actual y discutiremos algunos de sus posibles usos. También hablaremos sobre las ventajas y desventajas de cada tipo de termocupla para ayudarte a tomar una decisión informada sobre cuál es la mejor opción para tu aplicación particular.

¿CÓMO FUNCIONA UNA TERMOCUPLA?

Una termocupla funciona bajo el principio de termoelectricidad. Cuando la temperatura cambia en la unión cálida en relación con la unión fría, se produce un cambio en el voltaje a través de un circuito compuesto por cables metálicos diferentes.

Para ilustrar este principio, puedes sostener una sartén sobre un quemador. Pronto notarás que el calor se transmite por el mango de la sartén hacia la zona fría donde se encuentra el usuario. Sin embargo, lo que no es tan evidente es que la electricidad también realiza un viaje similar, tal como se ha descrito.

Una termocupla funciona según el principio de la termoelectricidad: cuando la temperatura cambia en la unión cálida en relación con la unión fría, se produce un cambio en el voltaje a través de un circuito compuesto por cables metálicos diferentes.

Este principio se puede ilustrar sosteniendo una sartén de una sola pieza sobre un quemador, donde el calor sube por el mango hacia la zona fría. De manera similar, en la termocupla, las uniones o cruces dobles del circuito presentan distintos niveles de calor, lo que genera una corriente formada por fuerzas electromotrices. El medidor de potencial conectado a la termocupla mide esta corriente.

Si la temperatura de inicio en la zona fría es estable, la lectura de voltaje en la unión del termopar se utilizará para calcular la temperatura en la zona cálida.

Es importante mencionar que si la temperatura en cada una de las uniones es la misma, las fuerzas electromotrices generadas se cancelarán mutuamente, lo que resultará en una corriente neta igual a cero.

Tipos de termocuplas

Termocupla Tipo B

La termocupla Tipo B tiene características similares a las de los modelos R y S, aunque es más estable. Debido a su menor sensibilidad, se utiliza principalmente para medir temperaturas superiores a 300 °C, hasta 1800 °C.

Puede ser adecuada para su uso en vacío durante períodos cortos, pero no es apropiada para atmósferas reductoras o que contengan vapor, tanto metálicas como no metálicas. Además, no se recomienda insertar directamente en un tubo de protección de metal primario, sino que se requiere el uso de aisladores cerámicos de alta alúmina y tubos de protección.

Termocupla Tipo E

La termocupla Tipo E es adecuada para su uso en atmósferas oxidantes, inertes o de vacío. Sin embargo, no se recomienda para alternar la oxidación y reducción de atmósferas.

Comparada con otras termocuplas utilizadas habitualmente, la Tipo E tiene una mayor potencia termoeléctrica, lo que resulta ventajoso para detectar pequeñas variaciones de temperatura.

Termocupla Tipo J

La termocupla Tipo J es un sensor de temperatura que puede ser utilizado en diferentes tipos de atmósferas, ya sean reductoras, neutrales u oxidantes. Sin embargo, su uso no se recomienda en ambientes con alto contenido de humedad ni a bajas temperaturas, debido a que el termoelemento JP puede volverse frágil en esas condiciones. Por lo tanto, se sugiere evaluar cuidadosamente las condiciones ambientales antes de utilizar la termocupla Tipo J para garantizar su correcto funcionamiento y prolongar su vida útil.

Termocupla Tipo K

La termocupla Tipo K es una excelente opción de uso genérico gracias a su bajo costo y a su amplia disponibilidad en una gran variedad de sondas. Este tipo de termocupla es muy popular debido a su rango de temperatura, el cual cubre desde los -200°C hasta los 1200°C.

Termocupla Tipo N

La termocupla Tipo N es una excelente opción para mediciones a altas temperaturas debido a su gran estabilidad y resistencia a la oxidación. A diferencia de otras termocuplas que incorporan platino en su constitución, como las de tipos B, R y S, la Tipo N ofrece una alternativa más económica y eficiente. De hecho, fue diseñada para ser una evolución de la popular termocupla Tipo K, lo que la hace aún más versátil y práctica para diversas aplicaciones.

Termocupla Tipo S

La termocupla Tipo S es una excelente opción para mediciones en atmósferas inertes u oxidantes gracias a su alta estabilidad a altas temperaturas. De hecho, su índice de estabilidad es superior al de las termocuplas no platinos, lo que la convierte en una herramienta muy confiable para diversas aplicaciones.

Es importante tener en cuenta que los termoelementos de este tipo de termocupla no deben estar expuestos a atmósferas reductoras o vapores metálicos. Por esta razón, se recomienda insertarlos primero en un tubo de protección cerámica con las siguientes especificaciones: fabricado con alúmina (Al2O3) de alta pureza (99,7%), denominado comercialmente tipo 799 (antiguo 710). Esto ayuda a preservar la integridad del equipo y garantiza una medición precisa.

Cabe destacar que en el mercado existen tubos cerámicos con un contenido de alúmina del 67%, conocidos como tipo 610. Sin embargo, no se recomienda su uso para termocuplas de platino debido a posibles incompatibilidades que podrían afectar la exactitud de la medición.

Termocupla Tipo T

La termocupla Tipo T es adecuada para su uso en atmósferas inertes, oxidantes o reductoras. Esto se debe a la capacidad del cobre para procesarse con gran homogeneidad, lo que garantiza una buena precisión. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la oxidación del cobre se intensifica a temperaturas superiores a 300°C, lo que puede reducir su vida útil y provocar desviaciones en su curva de respuesta original.

Termocupla Tipo R

Las termocuplas Tipo R comparten características similares con las termocuplas Tipo S y son adecuadas para medir temperaturas de hasta 1600°C. Sin embargo, debido a su mayor costo, su uso no es tan común en la industria en general.

¿Cuál es la diferencia entre termocupla y termorresistencia?

Aunque sus nombres son similares, cada uno tiene sus propias características y funcionamiento.

Las termocuplas convierten la energía térmica en energía cinética y son adecuadas para altas temperaturas de hasta 1700°C. Tienen un costo más bajo y se utilizan en una amplia variedad de procesos y en diferentes rangos de temperatura.

Por otro lado, las termorresistencias son sensores de alta precisión y buena repetibilidad de lectura, basados en el principio de variación de la resistividad eléctrica de un metal en función de la temperatura. Generalmente están hechas de platino, aunque también se pueden utilizar otros materiales, como el níquel. Su rango de uso varía desde -200ºC hasta 650ºC.

Las principales diferencias entre ellas son: Termocupla:

• Funciona a través de la medición de voltaje
• Mayor resistencia a altas temperaturas
• Menor costo.

Termorresistencia:

• Funciona a través de la medición de resistencia eléctrica
• Mayor precisión en la medición
• Curva de resistencia en función de la temperatura más lineal

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